覃彬桂,林伊琳*,趙俊三,陳國(guó)平,何萬才,呂青宙

基于InVEST模型和電路理論的昆明市國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別

覃彬桂1,2,3,林伊琳1,2,3*,趙俊三1,2,3,陳國(guó)平1,2,3,何萬才1,2,3,呂青宙1,2,3

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院,云南 昆明 650093；2.智慧礦山地理空間信息集成創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650093；3.云南省高校自然資源空間信息集成與應(yīng)用科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),云南 昆明 650211)

以昆明市為例,綜合運(yùn)用InVEST模型、景觀連通性評(píng)價(jià)和電路理論構(gòu)建生態(tài)安全格局,識(shí)別國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域.研究表明,昆明市生態(tài)源地共34個(gè),面積6421.95km2,呈西多東少、北聚南散的空間分布狀態(tài);提取生態(tài)廊道67條,全長(zhǎng)859.72km,廊道分布空間差異性明顯,構(gòu)建了“一環(huán)、三區(qū)、三屏、六軸、多點(diǎn)”的生態(tài)安全格局;識(shí)別27處生態(tài)夾點(diǎn)和33處生態(tài)障礙點(diǎn),為需進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域,面積分別為197.68,155.84km2,主要分布在南部地區(qū);綜合關(guān)鍵區(qū)域的不同地理特征和地類現(xiàn)狀,提出自然保護(hù)為主、人為修復(fù)為輔和人為修復(fù)與自然保護(hù)并重的兩類修復(fù)策略.研究可為市域國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)提供參考.

InVEST模型；電路理論；生態(tài)安全格局；國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)；關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,頻繁的人類活動(dòng)迅速增大了土地開發(fā)強(qiáng)度,導(dǎo)致生態(tài)空間面臨景觀破碎化[1]、生物多樣性喪失[2]、生態(tài)流動(dòng)受阻[3]等問題,給區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn).國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)作為恢復(fù)和重建退化生態(tài)系統(tǒng)的重要手段[4],可為區(qū)域生態(tài)安全問題提供解決方案[5].而國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域的有效診斷成為了關(guān)鍵切入點(diǎn).因此,科學(xué)準(zhǔn)確地識(shí)別國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域,因地制宜推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和治理,提升景觀連通性和生態(tài)系統(tǒng)功能,對(duì)維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全具有重要意義.

以往生態(tài)修復(fù)研究側(cè)重于礦區(qū)廢棄地[6]、水體[7]、鹽沼濕地[8]等單一要素的修復(fù)方式,缺乏空間布局的系統(tǒng)考量,導(dǎo)致局部修復(fù)成效顯著而整體生態(tài)結(jié)構(gòu)改善有限,難以銜接現(xiàn)行的國(guó)土空間規(guī)劃.國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)直接作用于景觀結(jié)構(gòu)和空間格局,并對(duì)生態(tài)過程產(chǎn)生影響[9].目前,從生態(tài)系統(tǒng)完整性和結(jié)構(gòu)連通性角度,基于生態(tài)安全格局識(shí)別修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域的研究較多[10-12],已形成“源地識(shí)別—阻力面構(gòu)建—廊道提取”的基本范式[13-15].其中,生態(tài)源地主要利用形態(tài)學(xué)空間分析(MSPA)[16]、生境質(zhì)量[17]、遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)[12]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[18]等評(píng)估方法選取.已有研究[19-20]表明,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估與權(quán)衡(InVEST)模型能夠集成多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,用于量化和評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性并識(shí)別生態(tài)源地.生態(tài)廊道提取方法主要有最小累積阻力(MCR)模型[21]、重力模型[22]、蟻群模型[23]和電路理論[15,24].電路理論借助電流在電阻面內(nèi)的隨機(jī)游走特性模擬物種遷徙[25],電流強(qiáng)弱直觀反饋廊道及節(jié)點(diǎn)的重要程度,具有探索廊道寬度和準(zhǔn)確識(shí)別節(jié)點(diǎn)位置的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)了其他模型難以反映信息交流的缺陷[17],為國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別提供科學(xué)依據(jù).因此,基于系統(tǒng)性治理思維,厘清生態(tài)本底與各要素間聯(lián)系,通過生態(tài)安全格局識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)并修復(fù)生態(tài)過程脆弱區(qū)域被證實(shí)為是國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域的有效手段.

昆明市是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游地區(qū)重要的生態(tài)屏障.自然資源稟賦充足,森林碳儲(chǔ)量和生物多樣性豐富,復(fù)雜的地形地貌和生態(tài)特征別具一格.然而西部大開發(fā)以來,昆明市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)越發(fā)頻繁,生態(tài)空間被不斷侵占,南部“環(huán)滇發(fā)展”造成周圍環(huán)境破壞,東南部喀斯特地區(qū)石漠化程度加深,北部山區(qū)水土流失嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降,亟需開展國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)研究.本文利用InVEST模型和電路理論構(gòu)建生態(tài)安全格局,識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn),明確國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域并根據(jù)其自然地理特征及地類現(xiàn)狀分別提出修復(fù)策略,以期為昆明市打造宜居宜業(yè)的生態(tài)城市提供空間指引,也為國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)規(guī)劃提供理論參考和技術(shù)支撐.

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

昆明市位于中國(guó)西南邊陲、云貴高原中部(102°10'～103°40'E,24°23'～26°22'N),東接曲靖市,西連楚雄州,南毗鄰玉溪市、紅河州,北臨四川省,下轄14個(gè)區(qū)縣,國(guó)土面積共計(jì)21011.41km2.地形由北向南呈階梯狀逐漸降低,以巖溶高原地貌形態(tài)為主,海拔大多介于1500～2800m.地帶性土壤為紅壤,土質(zhì)松散,易于發(fā)生水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害.昆明市地處長(zhǎng)江、珠江、紅河3大水系的分水嶺,屬北緯低緯度亞熱帶高原山地季風(fēng)氣候,年降水量1035mm,年平均氣溫15℃,夏無酷暑,冬無嚴(yán)寒.生態(tài)本底優(yōu)越,森林覆蓋率達(dá)52.62%,土地覆被以林地、草地為主,北部分布較為密集,生態(tài)用地(林地、草地、水域)面積為15790.51km2,占總面積的75.15%,為昆明市提供了高質(zhì)量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù).

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文采用2018年的土地利用數(shù)據(jù),來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn).數(shù)字高程模型(DEM)和遙感影像數(shù)據(jù)均來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn/),DEM采用ASTER GDEM V3數(shù)據(jù),空間分辨率為30m,用于坡度、地形起伏度、地形指數(shù)、流域提取等計(jì)算;遙感影像數(shù)據(jù)下載2018年7、8月的Landsat-8OLI影像,空間分辨率為30m,利用ENVI軟件計(jì)算植被覆蓋度.氣象數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象數(shù)據(jù)中心(http://data.cma. cn/),包括氣溫、降水等數(shù)據(jù),采用Kriging插值法插值為柵格數(shù)據(jù),用于年均降水量、潛在蒸散量、降水侵蝕力因子等計(jì)算.土壤組分、厚度數(shù)據(jù)源自世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSDv1.2,http://www.fao.org/soils- portal/soil-survey/),用于計(jì)算土壤侵蝕力因子等.交通(鐵路、公路)、水系、居民點(diǎn)等數(shù)據(jù)源自全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(http://www.webmap.cn),比例尺為1:25萬.生態(tài)保護(hù)紅線、自然保護(hù)區(qū)等數(shù)據(jù)來源昆明市“三區(qū)三線”初步劃定成果、云南省自然保護(hù)區(qū)范圍,用于生態(tài)源地提取.所有柵格像元均采用30m×30m的空間分辨率,投影坐標(biāo)統(tǒng)一設(shè)置為WGS 1984 UTM Zone 48N.

1.3 研究方法

1.3.1 基于InVEST模型的生態(tài)源地識(shí)別 (1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估 其體現(xiàn)了生態(tài)服務(wù)的能力.昆明市快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程使自然生境破碎化,生物多樣性遭受威脅,同時(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)退化降低碳儲(chǔ)存和固持能力,影響區(qū)域的碳循環(huán)和氣候調(diào)節(jié).水體面積的縮減阻隔了水與植被等自然要素之間的聯(lián)系,涵養(yǎng)水源能力下降.水土流失、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害問題突出,土壤環(huán)境遭到破壞,威脅著人居環(huán)境的安全.針對(duì)昆明市的主要生態(tài)問題,綜合考慮自然要素和生態(tài)本底條件,采用InVEST模型的Habitat Quality模塊[26]、Carbon Storage and Sequestration模塊[27]、Annual Water Yield模塊[28]和Sediment Delivery Ratio模塊[27]分別評(píng)估生境維持、碳儲(chǔ)存、水源涵養(yǎng)和土壤保持服務(wù),得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性最終評(píng)估結(jié)果.

(2)生態(tài)源地識(shí)別 生態(tài)源地作為維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和景觀格局完整性的重要斑塊[18],是區(qū)域生態(tài)安全維持、生物多樣性保護(hù)的基本保障.本研究將生境維持、碳儲(chǔ)存、水源涵養(yǎng)、土壤保持評(píng)估結(jié)果歸一化,參考研究[29]并結(jié)合昆明市生態(tài)現(xiàn)狀,分別以0.3,0.3,0.2,0.2的權(quán)重疊加,得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估結(jié)果.提取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能性高值區(qū)域,疊合生態(tài)保護(hù)紅線矢量面.由于源地斑塊的大小與生物多樣性的豐富程度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系[30],同時(shí)考慮昆明市重要生態(tài)保護(hù)區(qū)的斑塊面積大小以及消除細(xì)碎斑塊對(duì)格局構(gòu)建的影響,故選取大于20km2的生態(tài)斑塊作為初步生態(tài)源地.考慮斑塊間連通性,基于Conefor2.6軟件評(píng)價(jià)初步生態(tài)源地的景觀連接度,選取最終生態(tài)源地.

1.3.2 阻力面設(shè)置 生態(tài)阻力面是計(jì)算物種在克服阻力情況下擴(kuò)散路徑的基礎(chǔ),景觀生態(tài)功能越完善,物種遷徙所受阻力越小,反之則越大[31].不同的生態(tài)本底和地形地貌特征對(duì)物質(zhì)能量及信息交流的影響程度不同;距離道路、居民點(diǎn)越近,人類活動(dòng)越頻繁,越不利于生態(tài)源地的發(fā)展及物種的棲息、遷徙;距離水域越近則生態(tài)條件越優(yōu),阻力越小.本文選取地表覆蓋(土地覆蓋類型、植被覆蓋度)、地形條件(高程、坡度、地形起伏度)和生態(tài)脅迫(距道路距離、距居民點(diǎn)距離、距水域距離)共8個(gè)指標(biāo)作為阻力因子構(gòu)建綜合生態(tài)阻力面.參考相關(guān)研究[31-36],結(jié)合昆明市自然環(huán)境特征、生境適宜性差異及距離衰減性原理對(duì)阻力因子賦值.采用層次分析法確定各阻力因子指標(biāo)權(quán)重,使用yaahp軟件判別矩陣的檢驗(yàn)系數(shù)為0.000,小于0.1,得到各阻力因子合理的權(quán)重(表1).

表1 阻力因素賦值

1.3.3 基于電路理論的廊道提取和節(jié)點(diǎn)識(shí)別 (1)生態(tài)廊道提取 生態(tài)廊道作為維系源地間物質(zhì)傳遞和能量流動(dòng)的紐帶,是有效維持生態(tài)過程和改善景觀連通性的關(guān)鍵[21].電路理論的連接度模型考慮物種的隨機(jī)游走特性[37],符合物種遷徙狀況,即使缺乏物種遷徙數(shù)據(jù),其多路徑分析依然準(zhǔn)確模擬物種在異質(zhì)性景觀下的擴(kuò)散路徑.基于綜合阻力面,借助Linkage Mapper Toolkit下的Linkage pathway tool提取連接源地間耗費(fèi)累積阻力最小的成本路徑,作為最優(yōu)生態(tài)廊道.通過中心度分析法確定景觀連通性的貢獻(xiàn)程度,利用Centrality Mapper tool計(jì)算最優(yōu)生態(tài)廊道的流量中心性,量化分析生態(tài)廊道重要性等級(jí).

(2)生態(tài)夾點(diǎn)識(shí)別 生態(tài)夾點(diǎn)表征生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中電流密度高值區(qū)域,亦稱為“瓶頸點(diǎn)”,即物種遷徙通過的可能性較高或無可代替路徑的區(qū)域.若該區(qū)域存在小面積生態(tài)退化或損失極有可能對(duì)源地間的連通性造成損害,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程需優(yōu)先考慮保護(hù)此類區(qū)域.基于電路理論的Circuitscape開源程序模擬,運(yùn)用Pinchpoint Mapper工具的“all to one”模式識(shí)別整體景觀的生態(tài)夾點(diǎn).考慮夾點(diǎn)的核心位置不因廊道寬度的變化而受到影響,經(jīng)過多次測(cè)試最終將廊道成本加權(quán)距離設(shè)置為10000m.

(3)生態(tài)障礙點(diǎn)識(shí)別 生態(tài)障礙點(diǎn)是指物種在源地間遷徙過程受到較大阻礙的區(qū)域[38],移除可顯著提升源地間的連通性.通過計(jì)算累積電流恢復(fù)值的大小識(shí)別,值越大的障礙點(diǎn)被清除后對(duì)整體景觀連通性改善越大,其修復(fù)可明顯降低物種遷徙過程的阻力.利用Barrier Mapper模塊識(shí)別生態(tài)障礙點(diǎn),選擇“Maximum”模式進(jìn)行迭代運(yùn)算,設(shè)置最小搜索半徑為100m,最大搜索半徑為500m,以100m為步長(zhǎng),通過移動(dòng)窗口法搜索檢測(cè).結(jié)合實(shí)際結(jié)果選取400m梯度作為本研究最合理的迭代半徑.

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估

將生境維持服務(wù)、碳存儲(chǔ)服務(wù)、水源涵養(yǎng)服務(wù)和土壤保持服務(wù)單一評(píng)估結(jié)果依權(quán)重疊加得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估結(jié)果(圖1).按照自然斷點(diǎn)法將結(jié)果劃分為重要、較重要、一般、較不重要、不重要,分別對(duì)應(yīng)高、較高、中、較低、低5個(gè)等級(jí).結(jié)果顯示:昆明市生態(tài)重要區(qū)面積為4039.99km2,占全市面積的19.23%,以安寧市和西山區(qū)分布最密集,地類現(xiàn)狀以有林地為主,多表現(xiàn)為水源涵養(yǎng)林,生境質(zhì)量高;生態(tài)較重要區(qū)面積為3623.99km2,占總面積的17.25%,地類現(xiàn)狀以林地為主,景觀破碎化明顯,需加強(qiáng)系統(tǒng)性保護(hù);生態(tài)一般重要區(qū)面積為6117.62km2,占比最多,為29.11%,地類現(xiàn)狀主要是高覆蓋度草地和水域,廣泛分布于各縣區(qū),為全市提供健康穩(wěn)定的水源;生態(tài)較不重要區(qū)面積為2040.34km2,占比最少,為9.71%,主要以中覆蓋度草地分布于東川區(qū),該區(qū)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁,其余零星分布于各縣區(qū)的邊緣地帶;生態(tài)不重要區(qū)5189.47km2,占總面積的24.70%,主要分布于人口密集的城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū),表現(xiàn)為建設(shè)用地及其周邊耕地,該區(qū)域的特點(diǎn)是人類活動(dòng)頻繁,對(duì)生態(tài)價(jià)值需求較高.

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估結(jié)果

2.2 生態(tài)源地識(shí)別

圖2 昆明市生態(tài)源地

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估結(jié)果的重要區(qū)和較重要區(qū)疊加生態(tài)保護(hù)紅線,得到45個(gè)初步生態(tài)源地.利用Conefor2.6軟件,考慮昆明市林麝、黑頸鶴等國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物的棲息、覓食范圍,以5000m的連接距離閾值,0.5的連接概率,進(jìn)行景觀連接度評(píng)價(jià),將dPC30.2的34個(gè)斑塊作為最終生態(tài)源地(圖2).生態(tài)源地面積共計(jì)6421.95km2,占全市面積的30.56%,占生態(tài)面積的40.67%,斑塊面積介于21.52～1225.30km2.源地土地利用類型以林地為主,面積為4804.76km2,占源地面積的74.82%,其次是草地和水域,面積分別為1103.11,374.58km2,分別占源地面積的17.18%、5.83%,這些地類區(qū)域生境質(zhì)量較高,具備物種棲息地的條件.總體來看,生態(tài)源地涵蓋了研究區(qū)內(nèi)15個(gè)重要生態(tài)保護(hù)區(qū),包含了昆明市大部分重要物種棲息地;空間分布上看,源地呈現(xiàn)西多東少、北聚南散狀態(tài),祿勸縣面積分布最廣,占比29.64%,其次是東川區(qū)、尋甸縣和晉寧區(qū),分別占比11.68%、8.06%和8.02%,其余縣區(qū)分布相對(duì)較少.

2.3 阻力面構(gòu)建

按照表2計(jì)算阻力因子指標(biāo)得到綜合阻力面(圖3).結(jié)果顯示:整體而言,昆明市生態(tài)阻力面空間差異明顯,呈南高北低狀態(tài),與土地覆蓋類型阻力面較為相似;高阻力區(qū)域多集中于人類活動(dòng)密集地區(qū),以主城五區(qū)(五華區(qū)、盤龍區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū))高阻力集中區(qū)域最大,其次是安寧市東北部地區(qū),其余高阻力地區(qū)分布細(xì)碎零散,地類現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和工礦用地.

2.4 生態(tài)廊道提取及安全格局構(gòu)建

基于電路理論識(shí)別出活躍與非活躍兩種生態(tài)廊道,本文以活躍的最小成本路徑作為最優(yōu)生態(tài)廊道,共識(shí)別67條生態(tài)廊道,廊道長(zhǎng)度介于0.34～ 55.86km,共計(jì)859.72km,呈東長(zhǎng)西短狀態(tài)(圖4).將廊道的中心度分析結(jié)果按自然斷點(diǎn)法劃分為關(guān)鍵生態(tài)廊道、重要生態(tài)廊道和一般生態(tài)廊道3個(gè)等級(jí).從數(shù)量特征來看,關(guān)鍵廊道15條,長(zhǎng)度共計(jì)51.11km,廊道長(zhǎng)度較短,中心連通性突出;重要廊道24條,長(zhǎng)度共計(jì)170.17km;一般廊道28條,長(zhǎng)度共計(jì)638.44km,長(zhǎng)度占比74.26%,分布范圍較廣.從區(qū)域特征來看,尋甸縣廊道分布最長(zhǎng),占總廊道長(zhǎng)度的33.31%,說明該縣是物種長(zhǎng)距離遷徙的聚攏之地,需強(qiáng)調(diào)廊道維護(hù),以保障其景觀生態(tài)流暢通,其次為宜良縣、東川區(qū),盤龍區(qū)廊道分布最短,長(zhǎng)度僅有0.07km;宜良縣關(guān)鍵廊道分布最長(zhǎng),占其廊道類型的70.43%,該縣河流水系發(fā)達(dá),利于生態(tài)健康發(fā)展,分布最長(zhǎng)的重要廊道和一般廊道分別是石林縣和尋甸縣,分別占其廊道類型的29.14%和42.18%.

將識(shí)別的源地、廊道等生態(tài)核心成分組合分析,依托昆明市生態(tài)類型及重要山脈、河流水系特點(diǎn),共同構(gòu)建“一環(huán)、三區(qū)、三屏、六軸、多點(diǎn)”的生態(tài)安全格局(圖5).“一環(huán)”指沿主城區(qū)形成“大三山一水”的城市自然山水生態(tài)環(huán),由長(zhǎng)蟲山、金馬山、碧雞山及滇池構(gòu)成,突出山水城市景觀特征,維系城市生態(tài)安全.“三區(qū)”指北部中高山河谷生態(tài)區(qū)、中部高原湖盆生態(tài)區(qū)、東南部巖溶山原生態(tài)區(qū),其中,北部生態(tài)區(qū)生態(tài)阻力較低,森林資源豐富,斑塊生境質(zhì)量高,突出高原生態(tài)山林特色風(fēng)貌;中部生態(tài)區(qū)“山、林、湖、河”等自然要素景觀價(jià)值較高,彰顯“群山環(huán)抱、池海湖澤、山水相融”的現(xiàn)代都市風(fēng)貌;東南部生態(tài)區(qū)以喀斯特地貌形態(tài)為主,沿南盤江流域森林生態(tài)系統(tǒng)豐富,充分展現(xiàn)巖溶地質(zhì)自然景觀風(fēng)貌.“三屏”指呈南北走向的三臺(tái)山系、拱王山系、梁王山系生態(tài)安全屏障,均由大型自然森林生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成,生態(tài)保育功能優(yōu)越,對(duì)維護(hù)昆明市自然生態(tài)基底以及筑牢長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游地區(qū)生態(tài)保護(hù)屏障具有重要作用.“六軸”指金沙江、普渡河-螳螂川、盤龍江-牛欄江、南盤江-巴江、小江、掌鳩河生態(tài)保育和水源涵養(yǎng)軸,利于保護(hù)生物多樣性和提高水源涵養(yǎng)功能.“多點(diǎn)”指由生態(tài)源地內(nèi)轎子山、滇池等重要生態(tài)保護(hù)區(qū)組成的生態(tài)核心點(diǎn),此類區(qū)域?yàn)槲锓N提供優(yōu)越的棲息條件.本研究結(jié)果與2020年發(fā)布的《昆明市城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則(試行)》基本一致.

圖4 昆明市生態(tài)廊道及區(qū)域分布特征

圖5 昆明市生態(tài)安全格局

2.5 生態(tài)夾點(diǎn)識(shí)別

基于電路理論識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn),廊道最高電流密度為20.79,提取高電流密度區(qū)域作為生態(tài)夾點(diǎn)(圖6).昆明市共識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)27處,面積共計(jì)197.68km2,其中最大的夾點(diǎn)面積為47.62km2,最小的面積為1.07km2.空間分布上看,夾點(diǎn)主要位于南部地區(qū),且大多分布于關(guān)鍵生態(tài)廊道和重要生態(tài)廊道上,其中宜良縣的夾點(diǎn)面積共計(jì)102.78km2,占比最大,而尋甸縣的夾點(diǎn)數(shù)量最多,共計(jì)6處(表2).疊合綜合阻力面顯示,生態(tài)夾點(diǎn)所處位置阻力較小,表明物種遷徙途中易于通過低阻力區(qū)域,其承擔(dān)的生態(tài)連通功能突出,是維持生態(tài)穩(wěn)定的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域;疊合土地利用數(shù)據(jù)分析可知,夾點(diǎn)地類現(xiàn)狀以林地、草地和耕地為主,面積分別占比57.41%、25.42%和16.46%;疊合遙感影像顯示,部分夾點(diǎn)區(qū)域景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)面臨著石漠化、水土流失等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),需強(qiáng)調(diào)此類區(qū)域的生態(tài)維護(hù)與管理,增強(qiáng)物種遷徙功能.

圖6 昆明市生態(tài)夾點(diǎn)

表2 昆明市生態(tài)夾點(diǎn)分布狀況

2.6 生態(tài)障礙點(diǎn)識(shí)別

累積電流恢復(fù)高值區(qū)域即為生態(tài)障礙點(diǎn)(圖7).昆明市共識(shí)別33處生態(tài)障礙點(diǎn),面積共計(jì)155.84km2,其中最大一處障礙點(diǎn)面積為18.88km2,最小一處面積為0.86km2.空間分布上看,障礙點(diǎn)主要處于鐵路、高速公路等交通要道周圍區(qū)域,且環(huán)滇池生態(tài)保護(hù)區(qū)的障礙點(diǎn)數(shù)量多、面積廣,需強(qiáng)調(diào)滇池周圍區(qū)域的生態(tài)修復(fù);障礙點(diǎn)主要位于南部地區(qū),其中呈貢區(qū)的障礙點(diǎn)面積共計(jì)33.39km2,占比最大,石林縣次之,為24.24km2,在障礙點(diǎn)數(shù)量上呈貢區(qū)與西山區(qū)并列最多,共計(jì)5處(表3).與土地利用數(shù)據(jù)疊合分析可知,生態(tài)障礙點(diǎn)地類現(xiàn)狀以草地、耕地、林地、建設(shè)用地和水域?yàn)橹?面積分別占比36.06%、24.71%、20.74%、14.35%和3.86%;與綜合阻力面和遙感影像疊合顯示,面積較大的障礙點(diǎn)處于建設(shè)用地或建設(shè)用地周圍輻射區(qū)域,其特點(diǎn)是人類活動(dòng)干擾嚴(yán)重,生態(tài)阻力大,對(duì)景觀連通性存在割裂行為.

圖7 昆明市生態(tài)障礙點(diǎn)

表3 昆明市生態(tài)障礙點(diǎn)分布狀況

2.7 關(guān)鍵區(qū)域生態(tài)修復(fù)策略

基于電路理論識(shí)別的生態(tài)節(jié)點(diǎn)連通性強(qiáng)但生態(tài)脆弱,需開展系統(tǒng)性生態(tài)修復(fù)工程以保障源地間的物質(zhì)能量流動(dòng),提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力.識(shí)別的夾點(diǎn)與障礙點(diǎn)存在區(qū)域重疊現(xiàn)象,重疊面積共計(jì)25.95km2,說明此處物種遷徙頻率高但運(yùn)動(dòng)受阻,為保障達(dá)到修復(fù)效果,建議重疊區(qū)域統(tǒng)一修復(fù).綜合分析昆明市關(guān)鍵區(qū)域地類現(xiàn)狀及“三區(qū)”特征,提出切實(shí)有效的保護(hù)和修復(fù)措施.

2.7.1 生態(tài)夾點(diǎn)區(qū)域 由于其生態(tài)本底特征較好,建議以自然保護(hù)為主、人為修復(fù)為輔,提出如下保護(hù)措施:

針對(duì)中部高原湖盆生態(tài)區(qū)的夾點(diǎn):以水源涵養(yǎng)林建設(shè)為主,加強(qiáng)城市植被培護(hù),提高城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值.加強(qiáng)林草資源監(jiān)管,控制生態(tài)景區(qū)游客量,降低人為活動(dòng)干擾,促進(jìn)群落自身演替,為物種遷徙、棲息提供良好的生態(tài)空間.推行生態(tài)農(nóng)業(yè)并構(gòu)建耕地林帶,提高耕地生境.

針對(duì)東南部巖溶山原生態(tài)區(qū)的夾點(diǎn):對(duì)大型自然森林實(shí)施封山育林,降低林地景觀破碎度.引入小型生態(tài)斑塊,打造異質(zhì)化生態(tài)空間,防止石漠化.調(diào)整和改善耕地土地利用,發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè),保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境.加強(qiáng)河流、水庫植被廊道帶建設(shè),建立河流保護(hù)區(qū).

針對(duì)北部中高山河谷生態(tài)區(qū)的夾點(diǎn):強(qiáng)調(diào)林種搭配,優(yōu)化低效林樹種結(jié)構(gòu),發(fā)展生態(tài)公益林,改善森林的數(shù)量和質(zhì)量,提升植被豐度和水土保持能力.實(shí)施草地植被保育,促進(jìn)林草生態(tài)鏈發(fā)展.實(shí)行綠色農(nóng)業(yè)、林農(nóng)混作,保護(hù)土壤環(huán)境.

2.7.2 生態(tài)障礙點(diǎn)區(qū)域 該區(qū)域人類活動(dòng)頻繁,為降低生態(tài)流動(dòng)阻力,有效改善景觀連通性,建議采取人為修復(fù)與自然保護(hù)并重的方式,提出如下修復(fù)措施:

針對(duì)中部高原湖盆生態(tài)區(qū)的障礙點(diǎn):對(duì)重要水源涵養(yǎng)區(qū)實(shí)施封山育林,擴(kuò)大林草面積,提升城市碳匯能力.推動(dòng)農(nóng)用地整治工程,改善耕地環(huán)境.優(yōu)化建設(shè)用地結(jié)構(gòu),移除低效建設(shè)用地;推進(jìn)城市內(nèi)部綠廊、綠楔、綠心建設(shè),營(yíng)造城市綠色空間,緩解熱島效應(yīng),為動(dòng)物遷徙提供短途棲息地.優(yōu)化道路布局,避讓周圍生態(tài)用地,設(shè)施“涵洞”“綠橋”等野生動(dòng)物遷徙通道并設(shè)置警示牌.加強(qiáng)河流湖泊污染治理、清淤,強(qiáng)化湖濱植被緩沖帶建設(shè),控制污水排放,提高水生態(tài)系統(tǒng)活力.

針對(duì)東南部巖溶山原生態(tài)區(qū)的障礙點(diǎn):發(fā)展亞熱帶生態(tài)經(jīng)濟(jì)林,加大植樹、植草力度,修復(fù)植被退化區(qū),保護(hù)土層地表結(jié)構(gòu),防治石漠化.實(shí)施低效耕地退耕還林、還草,降低耕地利用強(qiáng)度,增加耕地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性.修整鄉(xiāng)村道路,提升道旁植被豐度,減少物種遷徙的影響.

針對(duì)北部中高山河谷生態(tài)區(qū)的障礙點(diǎn):對(duì)高山河谷生態(tài)區(qū)實(shí)施封山育林、育草,降低滑坡、泥石流等風(fēng)險(xiǎn).修復(fù)退化耕地,整治農(nóng)用地.提升農(nóng)村居民點(diǎn)植被覆蓋度,零星居民點(diǎn)可根據(jù)居民意愿實(shí)行合村并居,優(yōu)化居民點(diǎn)結(jié)構(gòu).修復(fù)峽谷河流、水庫坑塘,及時(shí)清淤,保護(hù)水源.

3 討論

昆明是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游地區(qū)重要的生態(tài)保護(hù)屏障,開展國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)和統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理,具有保護(hù)生物多樣性、提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的實(shí)際意義.本文融合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估、景觀連通性評(píng)價(jià)和生態(tài)保護(hù)紅線識(shí)別生態(tài)源地,彌補(bǔ)以往研究識(shí)別方法單一且缺乏理論支撐的不足,識(shí)別結(jié)果更能體現(xiàn)源地的生態(tài)核心作用.基于地表覆蓋、地形條件和生態(tài)脅迫的多要素構(gòu)建綜合阻力面,可以揭示不同地類內(nèi)部的微觀生態(tài)阻力起伏狀態(tài)和體現(xiàn)空間異質(zhì)性,保障生態(tài)廊道提取的有效性.利用電路理論的模擬物種隨機(jī)游走和識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì),有效識(shí)別生態(tài)廊道寬度和表達(dá)區(qū)域景觀連通性,直觀反饋物種棲息和覓食范圍;針對(duì)識(shí)別的生態(tài)保護(hù)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域開展國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)工程更具全域性和系統(tǒng)性.

本文基于InVEST模型和電路理論構(gòu)建了昆明市生態(tài)安全格局并識(shí)別國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域.但生態(tài)夾點(diǎn)成本加權(quán)距離、生態(tài)障礙點(diǎn)搜索迭代半徑的閾值設(shè)定需要在實(shí)踐中結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整;關(guān)鍵區(qū)域修復(fù)后景觀連通性的提升程度仍需進(jìn)一步研究與分析.未來研究應(yīng)綜合考慮城鎮(zhèn)化進(jìn)程中建設(shè)用地需求,結(jié)合行政區(qū)與外圍地區(qū)生態(tài)狀況,避免生態(tài)源地存在割裂行為,探索更具體的昆明市生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域范圍.為準(zhǔn)確了解生態(tài)系統(tǒng)演化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,確定生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的參照系,今后診斷和識(shí)別國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)問題需開展長(zhǎng)時(shí)間序列的生態(tài)系統(tǒng)演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析研究.此外,將基于自然的解決方案(NBS)的生態(tài)修復(fù)理念融入國(guó)土空間生態(tài)修復(fù),以及不同情景下的生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)和順序是未來研究的重點(diǎn).

4 結(jié)論

4.1 昆明市生態(tài)源地?cái)?shù)量為34個(gè),面積共計(jì)6421.95km2,地類現(xiàn)狀以生境較高的林地為主.生態(tài)廊道數(shù)量為67條,長(zhǎng)度共計(jì)859.72km,其中關(guān)鍵生態(tài)廊道15條,重要生態(tài)廊道24條,一般生態(tài)廊道28條,長(zhǎng)度分別為51.11,170.17,638.44km.空間分布上,源地和廊道分別呈西多東少和東長(zhǎng)西短的狀態(tài).結(jié)合昆明市山水特征,構(gòu)建“一環(huán)、三區(qū)、三屏、六軸、多點(diǎn)”的生態(tài)安全格局.

4.2 昆明市識(shí)別待修復(fù)的生態(tài)夾點(diǎn)27處,面積共計(jì)197.68km2,地類現(xiàn)狀以林地、草地和耕地為主,主要分布南部地區(qū);生態(tài)障礙點(diǎn)33處,面積共計(jì)155.84km2,地類現(xiàn)狀以草地、耕地、林地、建設(shè)用地和水域?yàn)橹?主要分布于南部地區(qū)的鐵路、高速公路等交通要道周圍,且環(huán)滇池生態(tài)區(qū)分布較多.夾點(diǎn)和障礙點(diǎn)重疊面積為25.95km2.

4.3 綜合昆明市兩類待修復(fù)區(qū)域的空間分布特征、地類現(xiàn)狀,立足于生態(tài)安全格局的“三區(qū)”生態(tài)特征,分別提出生態(tài)保護(hù)修復(fù)策略:生態(tài)夾點(diǎn)以自然保護(hù)為主、人為修復(fù)為輔,生態(tài)障礙點(diǎn)則人為修復(fù)與自然保護(hù)并重.

[1] 付 剛,肖能文,喬夢(mèng)萍,等.北京市近二十年景觀破碎化格局的時(shí)空變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017,37(8):2551-2562.

Fu G, Xiao N W, Qiao M P, et al. Spatial-temporal changes of landscape fragmentation patterns in Beijing in the last two decades [J]. Acta Ecologica Sinica, 2017,37(8):2551-2562.

[2] Simmonds J S, Sonter L J, Watson J E M, et al. Moving from biodiversity offsets to a target‐based approach for ecological compensation [J]. Conservation Letters, 2020,13(2):e12695.

[3] De León L F, Sharpe D M T, Gotanda K M, et al. Urbanization erodes niche segregation in Darwin's finches [J]. Evolutionary applications, 2019,12(7):1329-1343.

[4] 易 行,白彩全,梁龍武,等.國(guó)土生態(tài)修復(fù)研究的演進(jìn)脈絡(luò)與前沿進(jìn)展[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2020,35(1):37-52.

Yi X, Bai C Q, Liang L W, et al. The evolution and frontier development of ecological restoration research [J]. Journal of Natural Resources, 2020,35(1):37-52.

[5] 韓 博,金曉斌,項(xiàng)曉敏,等.基于“要素—景觀—系統(tǒng)”框架的江蘇省長(zhǎng)江沿線生態(tài)修復(fù)格局分析與對(duì)策[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2020,35(1): 141-161.

Han B, Jin X B, Xiang X M, et al. Exploration of ecological restoration pattern and countermeasure along the Yangtze River in Jiangsu province based on the "element-landscape-system" framework [J]. Journal of Natural Resources, 2020,35(1):141-161.

[6] 楊艷平,羅福周,王博俊.基于樸門設(shè)計(jì)的煤礦廢棄地生態(tài)修復(fù)規(guī)劃研究[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2018,33(6):1080-1091.

Yang Y P, Luo F Z, Wang B J. Research on ecological restoration planning of coal mine wasteland based on permaculture design [J]. Journal of Natural Resources, 2018,33(6):1080-1091.

[7] 王子建,胡 婧,張 晨,等.景觀湖泊黑臭水體生態(tài)修復(fù)措施和效果——以武漢市金湖生態(tài)修復(fù)工程為例[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2022, 16(5):1702-1712.

Wang Z J, Hu J, Zhang C, et al. Ecological restoration measures and effects of black and odorous water bodies in landscape lakes—Taking Jinhu ecological restoration project in Wuhan city as an example [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2022,16(5):1702- 1712.

[8] 孫乾照,林海英,張美琦,等.濱海鹽沼濕地生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2021,57(1):151-158.

Sun Q Z, Lin H Y, Zhang M Q, et al. Ecological restoration of coastal salt marsh [J]. Journal of Beijing Normal University (Natural Science), 2021,57(1):151-158.

[9] 王晨旭,劉焱序,于超月,等.國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)布局研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2021,40(11):1925-1941.

Wang C X, Liu Y X, Yu C Y, et al. Research progress on the arrangement of territorial ecological restoration [J]. Progress in Geography, 2021,40(11):1925-1941.

[10] 方 瑩,王 靜,黃隆楊,等.基于生態(tài)安全格局的國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域診斷與識(shí)別——以煙臺(tái)市為例[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2020,35(1):190-203.

Fang Y, Wang J, Huang L Y, et al. Determining and identifying key areas of ecosystem preservation and restoration for territorial spatial planning based on ecological security patterns: A case study of Yantai city [J]. Journal of Natural Resources, 2020,35(1):190-203.

[11] 劉金花,楊 朔,呂永強(qiáng).基于生態(tài)安全格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別與診斷——以汶上縣為例[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2022,42(7):3343-3352.

Liu J H, Yang S, Lv Y Q. Identification and diagnosis of critical areas for ecological rehabilitation based on eco-security patterns and ecological vulnerability assessment - a case study over Wenshang County [J]. China Environmental Science, 2022,42(7):3343-3352.

[12] Zhang H, Li J, Tian P, et al. Construction of ecological security patterns and ecological restoration zones in the city of Ningbo, China [J]. Journal of Geographical Sciences, 2022,32(4):663-681.

[13] 彭 建,李慧蕾,劉焱序,等.雄安新區(qū)生態(tài)安全格局識(shí)別與優(yōu)化策略[J]. 地理學(xué)報(bào), 2018,73(4):701-710.

Peng J, Li H L, Liu Y X, et al. Identification and optimization of ecological security pattern in Xiong'an New Area [J]. Acta Geographica Sinica, 2018,73(4):701-710.

[14] 韓宗偉,焦 勝,胡 亮,等.廊道與源地協(xié)調(diào)的國(guó)土空間生態(tài)安全格局構(gòu)建[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2019,34(10):2244-2256.

Han Z W, Jiao S, Hu L, et al. Construction of ecological security pattern based on coordination between corridors and sources in national territorial space [J]. Journal of Natural Resources, 2019, 34(10):2244-2256.

[15] 潘竟虎,李 磊.利用OWA和電路模型優(yōu)化黃河流域甘肅段生態(tài)安全格局[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2021,37(3):259-268.

Pan J H, Li L. Optimization of ecological security pattern in Gansu section of the Yellow River Basin using OWA and circuit Model [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021,37(3):259-268.

[16] Wei Q, Halike A, Yao K, et al. Construction and optimization of ecological security pattern in Ebinur Lake Basin based on MSPA- MCR models [J]. Ecological Indicators, 2022,138:108857.

[17] 杜雨陽,王征強(qiáng),于慶和,等.基于生境質(zhì)量模型和電路理論的區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建——以秦嶺(陜西段)為例[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2022,39(5):1069-1078.

Du Y Y, Wang Z Q, Yu Q H, et al. Construction of a regional ecological security pattern based on a habitat quality model and circuit theory:A case study of the Qinling Mountains(Shaanxi section) [J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2022,39(5):1069-1078.

[18] 劉 林,雷冬梅,冉玉菊,等.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的滇池流域關(guān)鍵性生態(tài)用地識(shí)別[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2021,37(11):277-284.

Liu L, Lei D M, Ran Y J, et al. Identification of critical ecological land in Dianchi Watershed based on the perspective of ecosystem service function [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021,37(11):277-284.

[19] 王秀明,趙 鵬,龍穎賢,等.基于生態(tài)安全格局的粵港澳地區(qū)陸域空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)重點(diǎn)區(qū)域識(shí)別[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2022,42(2):450-461.

Wang X M, Zhao P, Long Y X, et al. Identification of key areas of land space ecological protection and restoration based on the pattern of ecological security in Guangdong, Hong Kong and Macau [J]. Acta Ecologica Sinica, 2022,42(2):450-461.

[20] Wang Z Y, Luo K Y, Zhao Y H, et al. Modelling regional ecological security pattern and restoration priorities after long-term intensive open-pit coal mining [J]. Science of the Total Environment, 2022, 835:155491.

[21] 黃木易,岳文澤,馮少茹,等.基于MCR模型的大別山核心區(qū)生態(tài)安全格局異質(zhì)性及優(yōu)化[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2019,34(4):771-784.

Huang M Y, Yue W Z, Feng S R, et al. Analysis of spatial heterogeneity of ecological security based on MCR model and ecological pattern optimization in the Yuexi county of the Dabie Mountain Area [J]. Journal of Natural Resources, 2019,34(4):771-784.

[22] 趙 偉,鄒欣怡,蒲海霞.成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈生態(tài)安全格局構(gòu)建[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(5):2423-2433.

Zhao W, Zou X Y, Pu H X. Construction of ecological security pattern in Chengdu-Chongqing twin-city economic circle [J]. China Environmental Science, 2021,41(5):2423-2433.

[23] Peng J, Zhao S, Dong J, et al. Applying ant colony algorithm to identify ecological security patterns in megacities [J]. Environmental modelling & software: with environment data news, 2019,117:214-222.

[24] Huang K, Peng L, Wang X, et al. Integrating circuit theory and landscape pattern index to identify and optimize ecological networks: a case study of the Sichuan Basin, China [J]. Environmental science and pollution research international, 2022,29(44):66874-66887.

[25] Dickson B G, Albano C M, Anantharaman R, et al. Circuit-theory applications to connectivity science and conservation [J]. Conservation Biology, 2019,33(2):239-249.

[26] 趙曉冏,王 建,蘇軍德,等.基于InVEST模型和莫蘭指數(shù)的甘肅省生境質(zhì)量與退化度評(píng)估[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2020,36(18):301-308.

Zhao X J, Wang J, Su J D, et al. Assessment of habitat quality and degradation degree based on InVEST model and Moran index in Gansu Province, China [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2020,36(18):301-308.

[27] 陳田田,彭 立,王 強(qiáng).基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡的生態(tài)安全多情景決策[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(8):3956-3968.

Chen T T, Peng L, Wang Q. Scenario decision of ecological security based on the trade-off among ecosystem services [J]. China Environmental Science, 2021,41(8):3956-3968.

[28] 劉 嬌,郎學(xué)東,蘇建榮,等.基于InVEST模型的金沙江流域干熱河谷區(qū)水源涵養(yǎng)功能評(píng)估[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2021,41(20):8099-8111.

Liu J, Lang X D, Su J R, et al. Evaluation of water conservation function in the dry-hot valley area of Jinsha River Basin based on InVEST model. [J]. Acta Ecologica Sinica, 2021,41(20):8099-8111.

[29] 陳 昕,彭 建,劉焱序,等.基于“重要性—敏感性—連通性”框架的云浮市生態(tài)安全格局構(gòu)建[J]. 地理研究, 2017,36(3):471-484.

Chen X, Peng J, Liu Y X, et al. Constructing ecological security patterns in Yunfu city based on the framework of importance- sensitivity- connectivity [J]. Geographical Research, 2017,36(3):471-484.

[30] 劉世梁,侯笑云,尹藝潔,等.景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017,37(12):3947-3956.

Liu S L, Hou X Y, Yin Y J, et al. Research progress on landscape ecological networks [J]. Acta Ecologica Sinica, 2017,37(12):3947-3956.

[31] 曹秀鳳,劉兆順,李淑杰,等.基于生態(tài)安全格局的國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵區(qū)域識(shí)別——以吉林省松原市為例[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2022, 42(6):2779-2787.

Cao X F, Liu Z S, Li S J, et al. Identification of key areas of ecological protection and restoration based on the pattern of ecological security: A case of Songyuan City, Jilin province [J]. China Environmental Science, 2022,42(6):2779-2787.

[32] 趙筱青,譚 琨,易 琦,等.典型高原湖泊流域生態(tài)安全格局構(gòu)建——以杞麓湖流域?yàn)槔齕J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2019,39(2):768-777.

Zhao X Q, Tan K, Yi Q, et al. Construction of ecological security pattern in typical plateau lake basin——A case of the Qilu lake basin [J]. China Environmental Science, 2019,39(2):768-777.

[33] 王海云,匡耀求,文薪薦,等.粵港澳大灣區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及廊道優(yōu)化[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2022,42(5):2289-2298.

Wang H Y, Kuang Y Q, Wen X J, et al. Ecological network construction and corridor optimization in Guangdong-Hong Kong- Macao Greater Bay Area [J]. China Environmental Science, 2022, 42(5):2289-2298.

[34] 林伊琳,趙俊三,陳國(guó)平,等.基于MCR-FLUS-Markov模型的區(qū)域國(guó)土空間格局優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2021,52(4):159-170,207.

Lin Y L, Zhao J S, Chen G P, et al. Optimization of regional territory space pattern based on MCR-FLUS-Markov Model [J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021,52(4):159- 170,207.

[35] 馬才學(xué),楊蓉萱,柯新利,等.基于生態(tài)壓力視角的長(zhǎng)三角地區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建與優(yōu)化[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2022,31(1):135-147.

Ma C X, Yang R X, Ke X L, et al. Construction and optimization of ecological security pattern in Yangtze River Delta based on the perspective of ecological pressure [J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2022,31(1):135-147.

[36] 陶培峰,李 萍,丁 憶,等.基于生態(tài)重要性評(píng)價(jià)與最小累積阻力模型的重慶市生態(tài)安全格局構(gòu)建[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2022,(1):15-20,38.

Tao P F, Li P, Ding Y, et al. Construction of ecological security pattern based on ecological importance assessment and minimum cumulative resistance model in Chongqing city [J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2022,(1):15-20,38.

[37] McRae B H, Dickson B G, Keitt T H, et al. Using circuit theory to model connectivity in ecology, evolution, and conservation [J]. Ecology, 2008,89(10):2712-2724.

[38] Brad H M, Sonia A H, Paul B, et al. Where to restore ecological connectivity? Detecting barriers and quantifying restoration benefits [J]. PLoS ONE, 2012,7(12):e52604.

Identification of key areas for the ecological restoration of territorial space in Kunming based on the InVEST model and circuit theory.

QIN Bin-gui1,2,3, LIN Yi-lin1,2,3*, ZHAO Jun-san1,2,3, CHEN Guo-ping1,2,3, HE Wan-cai1,2,3, Lü Qing-zhou1,2,3

(1.Faculty of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China；2.Key Laboratory of Geospatial Information Integration Innovation for Smart Mines, Kunming 650093, China；3.Science and Technology Innovation Team of Natural Resources Spatial Information Integration and Application in Yunnan Universities, Kunming, 650211, China)., 2023,43(2)：809～820

Taking Kunming as a case study area, an ecological security pattern was built based on the InVEST model, landscape connectivity evaluation and circuit theory to identify the key areas for the ecological restoration of territorial space. According to the research, there were 34 ecological source areas in Kunming with an area of 6421.95km2, exhibiting a distribution pattern of being “denser in the west and sparser in the east” and “concentrated in the north and scattered in the south”. 67 ecological corridors were extracted with a total length of 859.72km; the corridors show a spatially variable distribution, forming the ecological security pattern of “one ring, three districts, three screens, six axes and multiple points”; 27 ecological pinches and 33 ecological barriers were identified, forming the key areas for ecological restoration, respectively covering 197.68 and 155.84km2, mostly in southern Kunming. Considering the geographical features and current land types of the key areas, two restoration strategies were proposed, namely, the strategy with natural conservation as the main body and human restoration as the supplement and exerting equal stress on human restoration and natural conservation. The research provided a reference for the ecological restoration of municipal territorial space.

InVEST model；circuit theory；ecological security pattern；ecological restoration of territorial space；identification of key area

X171.4

A

1000-6923(2023)02-0809-12

覃彬桂(1997-),男,廣西貴港人,昆明理工大學(xué)碩士研究生,主要從事景觀生態(tài)與土地利用、國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)方向研究.

2022-06-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資資助項(xiàng)目(41761081);云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(202201AU070112);昆明理工大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(KKZ3202021055);云南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目(PY202129)

* 責(zé)任作者, 講師, 601960754@qq.com