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基于MSPA和MCR模型的株洲市生态网络构建与优化.pdf
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1、西北林学院学报2 0 2 4,3 9(2):2 1 7-2 2 7J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-7 4 6 1.2 0 2 4.0 2.2 8基于MS P A和MC R模型的株洲市生态网络构建与优化 收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 8 修回日期:2 0 2 3-0 2-2 1 基金项目:国家林业和草原局重点学科(林人发2 0 1 62 1号);湖南省“双一流”培育学科(湘教通2 0 1 84 6 9号);
2、湖南省研究生科研创新项目(C X 2 0 2 2 0 7 3 9);中南林业科技大学研究生科技创新基金(C X 2 0 2 1 0 1 0 2 3)。第一作者:邵润钰。研究方向:大地景观规划与生态修复。E-m a i l:1 5 1 9 9 8 1 5 9 1q q.c o m*通信作者:胡希军,博士,教授,博士生导师。研究方向:景观生态规划与生态修复。E-m a i l:1 2 0 7 9 5 0 4 3q q.c o m邵润钰1,2,3,罗紫薇1,2,3,胡希军1,2,3*,王烨梓1,2,3,张九月4(1.中南林业科技大学 风景园林学院,湖南 长沙 4 1 0 0 0 4;2.中南林业科技
3、大学 城乡景观生态研究所,湖南 长沙 4 1 0 0 0 4;3.湖南省自然保护地风景资源大数据工程技术研究中心,湖南 长沙 4 1 0 0 0 4;4.湖南城市学院 设计研究院有限公司,湖南 长沙 4 1 0 0 0 0)摘 要:为解决快速城镇化导致的生态空间布局破碎等问题,构建起湖南省东部重要生态屏障,以湖南省株洲市为对象,通过形态学空间格局分析和景观连接度水平评价,筛选出景观连通性较高的生态源地斑块,基于最小累积阻力模型和重力模型,提取生态廊道并对生态廊道重要性进行评价构建株洲市生态网络,根据株洲市历史文化景观资源对生态网络进行优化。结果表明,1)初步构建的生态网络包括2 5个生态源地和
4、3 0 0条生态廊道,共判别9 7个生态节点和9 2个生态障碍点,其中,市辖区及醴陵市西部、攸县北部的生态源地破碎化程度较高,生态廊道在东北部市辖区、西北部和攸县东部分布较少,重要生态节点主要分布在株洲北部,生态障碍点总体上呈现北多南少。2)增加了1 2个踏脚石斑块,其中4个作为补充生态源地,同时也新增1 0 6条生态廊道,以实现生态网络的优化。3)优化后的生态网络连通性增强,网络闭合指数、网络连接度指数和网络连通率指数分别增加了0.9 6、2、0.6 6。研究结果可为市域生态网络体系构建和国土空间规划与生态修复等研究提供参考和理论依据。关键词:形态学空间格局分析(M S P A);最小累积阻
5、力模型(MC R);景观格局;生态网络;株洲市中图分类号:TU 9 8 2.2 9 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 6 1(2 0 2 4)0 2-0 2 1 7-1 1C o n s t r u c t i o n o f Z h u z h o u E c o l o g i c a l N e t w o r k B a s e d o n M S P A a n d MC R M o d e l sS H A O R u n-y u1,2,3,L U O Z i-w e i1,2,3,H U X i-j u n1,2,3*,WA N G Y e-z i1,2,3,Z
6、H A N G J i u-y u e4(1.C o l l e g e o f L a n d s c a p e A r c h i t e c t u r e,C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y o f F o r e s t r y&T e c h n o l o g y,C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4,H u n a n,C h i n a;2.I n s t i t u t e o f U r b a n a n d R u r a l L a n d s c a p e E c o l o g y,C e
7、 n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y o f F o r e s t r y&T e c h n o l o g y,C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4,H u n a n,C h i n a;3.H u n a n B i g D a t a E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r o f N a t u r a l P r o t e c t e d A r e a s L a n d s c a p e R e s o u r
8、 c e s,C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4,H u n a n,C h i n a;4.H u n a n C i t y U n i v e r s i t y D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e C o m p a n y,C h a n g s h a 4 1 0 0 0 0,H u n a n,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n g Z h u z h o u C i t y i n H u n a n P r o v i n c e a s t h e r
9、 e s e a r c h o b j e c t,m o r p h o l o g i c a l s p a t i a l p a t t e r n a-n a l y s i s a n d l a n d s c a p e c o n n e c t i v i t y i n d e x w e r e u s e d t o e x t r a c t e c o l o g i c a l s o u r c e p a t c h e s w i t h h i g h l a n d s c a p e c o n n e c t i v i t y.B a s e
10、 d o n m i n i m u m c u m u l a t i v e r e s i s t a n c e m o d e l a n d t h e g r a v i t y m o d e l,t h e e c o l o g i c a l c o r r i-d o r s w e r e e x t r a c t e d a n d t h e i m p o r t a n c e o f t h e e c o l o g i c a l c o r r i d o r s w a s e v a l u a t e d t o c o n s t r u c
11、 t t h e e c o l o g i c a l n e t w o r k o f Z h u z h o u C i t y.T h e h i s t o r i c a l a n d c u l t u r a l l a n d s c a p e r e s o u r c e s o f Z h u z h o u C i t y w e r e u s e d t o o p-t i m i z e t h e e c o l o g i c a l n e t w o r k.T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w e
12、 d t h a t 1)t h e p r e l i m i n a r i l y c o n s t r u c t e d e c o l o g i c a l n e t w o r k i n c l u d e d 2 5 e c o l o g i c a l s o u r c e s a n d 3 0 0 e c o l o g i c a l c o r r i d o r s,a n d a t o t a l o f 9 7 e c o l o g i c a l n o d e s a n d 9 2 e c o l o g i c a l o b s t a
13、 c l e p o i n t s w e r e i d e n t i f i e d.T h e d e g r e e o f f r a g m e n t a t i o n w a s r e l a t i v e l y h i g h.E c o l o g i c a l c o r r i d o r s w e r e l e s s d i s t r i b u t e d i n t h e n o r t h e a s t e r n m u n i c i p a l a r e a,n o r t h w e s t a n d e a s t e r
14、 n Y o u D i s t r i c t.I m-p o r t a n t e c o l o g i c a l n o d e s w e r e m a i n l y d i s t r i b u t e d i n t h e n o r t h e r n p a r t o f Z h u z h o u.E c o l o g i c a l o b s t a c l e p o i n t s w e r e g e n e r a l l y m o r e i n t h e n o r t h t h a n i n t h e s o u t h.2)T
15、 h e r e f o r e,1 2 s t e p p i n g s t o n e p a t c h e s w e r e a d d e d,4 o f w h i c h w e r e u s e d a s s u p p l e m e n t a r y e c o l o g i c a l s o u r c e s,a n d 1 0 6 n e w e c o l o g i c a l c o r r i d o r s w e r e a l s o a d d e d t o o p t i m i z e t h e e c o l o g i c a
16、 l n e t w o r k.3)A f t e r o p t i m i z a t i o n,t h e c o n n e c t i v i t y o f t h e o p t i m i z e d e c o l o g i c a l n e t-w o r k w a s e n h a n c e d,a n d t h e n e t w o r k c l o s u r e i n d e x,n e t w o r k c o n n e c t i v i t y i n d e x a n d n e t w o r k c o n n e c t i
17、 v i t y r a t e i n d e x i n c r e a s e d b y 0.9 6,2 a n d 0.6 6,r e s p e c t i v e l y.T h e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v i d e r e f e r e n c e a n d t h e o-r e t i c a l f o r t h e u r b a n e c o l o g i c a l n e t w o r k c o n s t r u c t i o n o f e c o l o g i c a l s
18、 e c u r i t y p a t t e r n a n d a l s o c a n p r o v i d e s c i-e n t i f i c b a s i s f o r t h e r e s e a r c h o n l a n d s p a c e p l a n n i n g a n d e c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n.K e y w o r d s:m o r p h o l o g i c a l s p a t i a l p a t t e r n a n a l y s i s(M S P A
19、);m i n i m u m c u m u l a t i v e r e s i s t a n c e(MC R);l a n d-s c a p e p a t t e r n;e c o l o g i c a l n e t w o r k;Z h u z h o u C i t y 城市的扩张、快速化的城市化发展,为广大人民提供了更好的生活条件和美好生活,但同时导致大规模的生态斑块被侵蚀,景观破碎性程度加剧,生态斑块之间的联系逐渐减弱1,给人类和动植物带来了极大的威胁,在一定程度上造成了生物多样性的降低和物种的灭绝2-3。在此背景下,诸多学者提出了生态网络的概念,作为恢复和维持
20、生态连通性的保护工具4。生态网络通过生态廊道连接破碎的生境斑块,促进斑块间物质能量交流和物种迁移5。尤其是在森林公园和自然保护区等物种丰富度较高的区域,生态网络的构建可以促进区域物种的迁徙和交流,确保栖息地的连续性和完整性6,同时也对控制城市扩张,保护动植物多样性,节约化利用城市土地具有重要意义7。从2 0世纪9 0年代起,国内外学者在宏观上围绕生态网络做出许多方法与模型构建上的尝试8-9,大量研究为构建生态网络提供了较为成熟的研究范式1 0。目前构建生态廊道大多采用最小累积阻力模型与电路理论模型,电路理论模型借助电流在阻力面内随机游走模拟物种交流与迁徙代替成本距离,衡量异质性景观中的功能连通
21、性1 1,该方法减少了繁杂的廊道冗杂,但其对于研究地的土地覆被类型精度要求较高,大量的精确数据不易获取,所以在数据不详的地方实现困难。最小累积阻力模型(m i n i m u m c u m u l a t i v e r e s i s t a n c e,MC R)是基于生态阻力面在A r c G I S中计算源与目标之间的最小阻力值来判断物种迁徙和扩散的最小迁移路径,从而构建生态网络1 2。MC R模型通常与形态学安全格局、景观连接度指数法与重力模型相结合,依据其简单的数据结构、快速的运算方法达到直观的结果表达,可全面考虑研究各个阻力因子的影响。如今,最小累积阻力模型作为一种高效的方式被
22、众多学者广泛应用1 3,对青岛市1 4、哈尔滨市1 5等区域开展了一系列生态网络构建研究并得到了一定成果,但这些学者尝试以研究区生境特点或基于生态系统服务重要性作为对生境斑块识别,缺乏一定的客观性。形态学空间格局分析法(m o r p h o l o g i c a l s p a t i a l p a t-t e r n a n a l y s i s,M S P A)是基于图形学原理,以栅格方式运算对土地覆被类型进行分类,识别研究区域内对景观连通性起重要作用的关键生态栖息地1 6,提高了最小累积阻力模型在构建生态网络方面的合理性。在构建阻力面划分阻力因子时,我国的大部分学者大多采用层次分
23、析法(AH P)1 7-1 8,层次分析法是常见的阻力赋值法,采用AH P法得到的指标权重结果更多地取决于研究者的主观判断,具有一定的臆断和随机性1 9。本研究引入熵权法,它是一种常用的客观赋值法,其权重结果取决于评价方案数据之间的相互关系,熵权法会对AH P法的赋权结果进行修正,得到最终的综合权重,从而提高综合阻力面的客观性与准确性。湖南省株洲市森林资源丰富,作为我国曾经的八大工业基地之一,历史积累形成的生态环境问题目前仍在治理。本研究以湖南省株洲市为例,运用形态学空间格局分析法(M S P A)和最小累积阻力模型(MC R),识别连通性较好的生境斑块,提取潜在生态廊道并借助重力模型构建各生
24、态源地之间的相互作用矩阵,结合研究区实际情况和生态源地之间的相互作用强度划分重要生态廊道和一般生态廊道,最后通过构建踏脚石完善并优化生态网络,为株洲市的生态修复规划和生态文旅体系发展提供理论依据,同时也可为市域生态安全格局、国土空间规划和生态修复等提供研究方法和思路。1 研究区概况1.1 研究区概况株洲市位于湖南省东部,湘江下游(1 1 2.6-1 1 4.7 E,2 6.3 -2 8.1 N)(图1),总面积1 1 2 7 2 k m2。境内东南高、西北低,位于罗霄山脉西麓,南岭山脉至江汉平原的倾斜地段上,西北侧主城区内湘江两岸较为平坦,境内水系密布。株洲属亚热带季风气候,光热充足,雨量充沛
25、,植物资源丰富,植被类型为亚热带常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林,森林覆盖率6 1.9 5%,活立木蓄积量为2 5 3 4.5 31 04 m3。1.2 数据来源及预处理株洲市土地覆被数据通过国家基础地理信息中812西北林学院学报3 9卷 心发布的2 0 2 0年3 0 m空间分辨率全球地表覆盖数据(h t t p:/www.g l o b a l l a n d c o v e r.c o m)矢量裁剪得到(图2);A S T E R G D EM分辨率为3 0 m的高程数据(条带号1 1 2、1 1 3、1 1 4,行编号2 6、2 7、2 8)、道路以及水系分布数据均来自地理空间数据云(h
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- 基于 MSPA MCR 模型 株洲市 生态 网络 构建 优化
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