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基于生態(tài)重要性和MSPA核心區(qū)連通性的生態(tài)安全格局構(gòu)建
——以桂江流域為例

2022-05-24 08:38楊建新
中國土地科學 2022年4期
關鍵詞:源地連通性核心區(qū)

潘 越,龔 健,2,楊建新,楊 婷,王 玉

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)公共管理學院,湖北 武漢 430074;2.自然資源部法治研究重點實驗室,湖北 武漢 430074)

1 引言

優(yōu)化國土空間開發(fā)保護格局和提升區(qū)域生態(tài)安全是生態(tài)文明建設的重要任務之一[1]。粗放模式下的經(jīng)濟增長和城鎮(zhèn)發(fā)展,常以犧牲生態(tài)安全和生態(tài)環(huán)境為代價,導致生物多樣性減少、土地退化等問題日益突出,生態(tài)安全水平提升和生態(tài)保護修復迫在眉睫[2-4]。新時代生態(tài)文明建設背景下,社會經(jīng)濟發(fā)展正在處于關鍵轉(zhuǎn)型期,國內(nèi)很多區(qū)域都面臨生態(tài)保護和城鄉(xiāng)建設雙重壓力。構(gòu)建生態(tài)安全格局(Ecological Security Pattern, ESP)對于提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的完整性具有重大意義[5-6],是控制生態(tài)空間萎縮、維護生態(tài)功能、保障生態(tài)底線、實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全的重要途徑,也是優(yōu)化區(qū)域國土空間結(jié)構(gòu)的有效方法[7]。

目前關于生態(tài)安全格局的研究內(nèi)容多圍繞景觀格局優(yōu)化[8]、生態(tài)紅線[9]、生態(tài)敏感性[10]、生態(tài)系統(tǒng)服務價值[11]等,研究區(qū)尺度涵蓋了全國[12]、省域[9]、城市群[13]、市域[14]和縣域[11]多個等級。由俞孔堅提出、后來研究者逐步完善和發(fā)展的“生態(tài)源地—生態(tài)阻力面—生態(tài)廊道”方法已經(jīng)成為生態(tài)安全格局構(gòu)建的基本模式[14-17]。生態(tài)源地識別即提取對維護區(qū)域生態(tài)安全具有關鍵意義的生態(tài)用地,識別方法主要從生態(tài)功能重要性評價、生態(tài)適宜性評價等方面展開[18];傳統(tǒng)方法從生態(tài)功能重要性或生態(tài)脆弱性等單一方面考慮,或借助已有的自然保護地等,而綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務、生態(tài)脆弱性及景觀斑塊結(jié)構(gòu)[14]可以更全面有效地識別生態(tài)源地。生態(tài)網(wǎng)絡以連通生態(tài)源地為目標、由節(jié)點(Node)和廊道(Linkage)相互交叉連接形成,景觀要素之間借助網(wǎng)絡進行能量流、物質(zhì)流和信息流的交換[19]。20世紀90年代以來,國內(nèi)外學者提出了包括最小阻力模型[14-17]、圖論法[20]、電流理論[21]等眾多模型與方法用于構(gòu)建潛在的生態(tài)網(wǎng)絡,但在提取潛在生態(tài)廊道后如何選擇重要廊道構(gòu)建最合理的生態(tài)網(wǎng)絡是構(gòu)建生態(tài)安全格局的難點[22];同時,多數(shù)構(gòu)建生態(tài)安全格局的研究以行政單元為范圍[9,14],難以在研究中保持完整的自然地理格局,造成生態(tài)安全格局的不完整和片面性。

桂江流域涵蓋桂林漓江流域到梧州的廣闊區(qū)域,是桂、粵、湘三省交界處極其重要的生態(tài)功能區(qū),目前關于該區(qū)域生態(tài)安全研究的文獻較少。在新時代生態(tài)文明建設背景下,桂江流域肩負生態(tài)保護和建設發(fā)展的雙重壓力,進行這一區(qū)域的生態(tài)安全格局研究具有重要意義。此外,以桂江流域為研究區(qū),更符合生態(tài)自然地理格局的分布特點,避免了以行政單元為研究單位造成的自然地理格局不完整性。本文綜合生態(tài)系統(tǒng)服務重要性、生態(tài)敏感性、景觀連通性三個方面進行生態(tài)重要性分析,以生態(tài)極重要區(qū)為生態(tài)源地;以生態(tài)重要性反向值柵格作為基礎阻力面,從生態(tài)系統(tǒng)服務重要性、生態(tài)敏感性、景觀連通性方面考慮生態(tài)阻力;利用最小累積阻力(Minimum Cumulative Resistance, MCR)模型提取潛在廊道,通過重力模型量化潛在廊道重要程度; 提出核心區(qū)連通性分析并結(jié)合網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析評選最優(yōu)生態(tài)網(wǎng)絡方案,綜合構(gòu)建生態(tài)安全格局。研究結(jié)果可以為桂江流域生態(tài)保護及相關規(guī)劃提供科學依據(jù);研究方法也可以為區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建研究提供參考。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

桂江流域位于廣西東北部,范圍地跨兩省四市,主體部分在廣西省桂林市、賀州市、梧州市,少部分在湖南及廣西來賓市。主流河道長426 km,流域總面積約19 288 km2。范圍覆蓋東經(jīng)110°05′~110°29′、北緯23°28′~25°55′。桂江是珠江流域干流西江的一級大支流,自北向南貫穿、連接流域全域,形成中北部群山環(huán)繞平原、南部丘陵密布的地理特征。桂江流域降雨充沛,年平均降雨量在1 900~2 700 mm;自然植被以亞熱帶常綠闊葉林和亞熱帶石灰?guī)r落葉闊葉、常綠闊葉混交林為主,森林覆蓋率達到70%以上;主要由紅壤、黃壤、紫色土、水稻土和少量裸巖構(gòu)成。中部漓江段地勢平緩區(qū)域,大部分是石灰碳酸鹽巖區(qū)、溶洞眾多,構(gòu)成“桂林山水甲天下”的自然景觀,也是主要的石漠化敏感區(qū)之一[23]。流域境內(nèi)設有貓兒山、海洋山、銀殿山、西嶺山、架橋嶺、大瑤山、古修、七沖等多處自然保護區(qū),及昭平南部桂江段的桂江濕地公園。

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究所需要的數(shù)據(jù)主要包括:地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30 2020(http://www.globallandcover.com/);空間分辨率為30 m的ASTERGDEM 數(shù)字高程數(shù)據(jù),來自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://wwwgscloud.cn/);空間分辨率為10 m的Sentinel-2多光譜遙感影像(https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home);氣象數(shù)據(jù):2011—2015年均降水量數(shù)據(jù)(中國1980年以來逐年年降水量空間插值數(shù)據(jù)集https://www.resdc.cn),2015年逐日降水量數(shù)據(jù)(國家氣象科學數(shù)據(jù)中心http://data.cma.cn/),蒸散量數(shù)據(jù)[24-26];土壤和地質(zhì)數(shù)據(jù):基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)的中國土壤數(shù)據(jù)集(v1.1)(2009年),全國1∶200 000數(shù)字地質(zhì)圖(公開版)空間數(shù)據(jù)庫。

3 研究方法

3.1 基于生態(tài)重要性的生態(tài)源地識別

選取水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護3類生態(tài)系統(tǒng)服務和水土流失、石漠化2類生態(tài)敏感性進行評價,并計算研究區(qū)景觀連通性;采用層次分析法(AHP)確定指標權重[27],疊加水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護、水土流失、石漠化和景觀連通性獲得生態(tài)重要性圖層。

通過水量平衡法模擬水源涵養(yǎng)的空間格局[14];土壤保持指潛在侵蝕量減去實際侵蝕量,采用修正土壤流失方程模型(The Revised Universal SoilLoss Equation, RUSLE)進行評價[28-29];利用InVEST模型開展生物多樣性保護評價[14]。水土流失評估通過修正土壤流失方程(RUSLE)完成[28];參考相關研究[30-31],選取植被覆蓋度、坡度、降水量3個指標進行石漠化綜合評估,采用層次分析法(AHP)確定指標權重[27],并通過碳酸鹽巖區(qū)(地質(zhì)巖性)范圍修正石漠化敏感性范圍。將林地、草地、濕地、水體等土地利用類型作為形態(tài)學空間格局分析(Morphological spatial pattern analysis, MSPA)前景,其余地類作為背景;根據(jù)MSPA將前景分為7種景觀類型,基于核心區(qū)進行景觀連通性評價,可有效判別各個景觀斑塊之間的連通性強弱[32]。可能連通性連接指數(shù)(PC)被廣泛應用于景觀連通性評價,公式如下[33]:

式(1)中:n為斑塊數(shù);ai、aj分別為斑塊i、j的面積;AL為景觀總面積;pij是物種在斑塊i、j中分散的最大概率。PC值在[0,1],值越大,區(qū)域景觀的連通性越高。

式(2)中:dPC表示去除要素的重要程度(景觀連通重要性);PC為連通性計算結(jié)果;PC′表示去除某要素之后的連通性計算結(jié)果。dPC值越大,則要素間的重要性越大。

3.2 基于最小累積阻力模型的潛在生態(tài)廊道提取

最小累積阻力(Minimum Cumulative Resistance,MCR)模型于1992年由KNAAPEN提出[34],后經(jīng)過俞孔堅等學者擴展深化應用到生態(tài)安全格局研究領域[35-36]。該模型公式如下:

式(3)中:MCR為最小累積阻力值;fmin表示最小累積阻力與生態(tài)過程之間是正相關的函數(shù)關系;∑表示單元i與源j之間的阻力累積;Hij為從源j到單元i的距離;Ri為單元i的阻力系數(shù)。

以生態(tài)重要性反向值柵格作為基礎阻力面,生態(tài)重要性高則生態(tài)阻力低,生態(tài)重要性低則生態(tài)阻力高?;谧枇γ婧蜕鷳B(tài)源地,通過MCR模型提取潛在生態(tài)廊道,利用ArcGIS中的cost-distance實現(xiàn)。

3.3 基于重力模型的生態(tài)廊道重要性分析

重力模型可用于計算生態(tài)源地之間的相互作用強度[37],量化評價源地間潛在生態(tài)廊道的重要程度。公式如下:

式(4)中:Gab為生態(tài)源地a和b之間的相互作用強度(生態(tài)廊道重要程度);Na和Nb分別為生態(tài)源地a和b的權重;Dab為生態(tài)源地之間廊道阻力的標準值;Pa和Pb分別為生態(tài)源地a和b的平均阻力值;Sa和Sb為生態(tài)源地a、b的面積;Lab是生態(tài)源地a、b之間的廊道阻力值;Lmax為區(qū)域內(nèi)最大的廊道阻力值;以生態(tài)重要性反向值柵格作為基礎阻力面,則Gab大小與生態(tài)重要性柵格值成正比。

3.4 基于核心區(qū)連通性和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析的生態(tài)網(wǎng)絡方案選取

3.4.1 核心區(qū)連通性分析

基于MSPA結(jié)果的核心區(qū),去除與生態(tài)源地重疊部分,得到非源地(研究區(qū)生態(tài)源地之外的區(qū)域)核心區(qū)。非源地核心區(qū)可以有效代表生態(tài)源地之外的主要生態(tài)功能區(qū)域,而生態(tài)網(wǎng)絡對于非源地核心區(qū)的連通程度一定意義上可以作為評判生態(tài)網(wǎng)絡優(yōu)劣的標準。因此,提出非源地核心區(qū)面積生態(tài)網(wǎng)絡連接率(C)和非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率(E)兩個指數(shù),來表示生態(tài)網(wǎng)絡對非源地核心區(qū)的連通性。公式如下:

式(5)—式(6)中:C表示非源地核心區(qū)面積生態(tài)網(wǎng)絡連接率,即生態(tài)網(wǎng)絡連接的非源地核心區(qū)斑塊面積與非源地核心區(qū)斑塊總面積之比,C值越高表明生態(tài)網(wǎng)絡對于研究區(qū)內(nèi)主要生態(tài)空間斑塊(核心區(qū))的連通性越好;Si表示生態(tài)網(wǎng)絡連接的非源地核心區(qū)斑塊面積,S0表示非源地核心區(qū)斑塊總面積。E表示非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率,即非源地核心區(qū)斑塊內(nèi)的生態(tài)廊道總長度與非源地生態(tài)廊道總長度之比,E值越高表明在主要生態(tài)空間內(nèi)的生態(tài)網(wǎng)絡廊道長度比例越高、網(wǎng)絡生態(tài)質(zhì)量越好、維護和建設生態(tài)網(wǎng)絡的成本越低;li表示非源地核心區(qū)斑塊內(nèi)的生態(tài)廊道總長度,l0表示非源地生態(tài)廊道總長度。

3.4.2 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析

整體生態(tài)廊道與所有生態(tài)節(jié)點之間的連接程度稱為網(wǎng)絡連通性,而網(wǎng)絡連通性評價指數(shù)是評價景觀生態(tài)過程與生態(tài)功能聯(lián)系程度的指標[38]。選取α指數(shù)、β指數(shù)和γ指數(shù)來測度不同生態(tài)廊道重要程度閾值下所獲取的生態(tài)網(wǎng)絡系統(tǒng)的連接度和有效性[39-40]。網(wǎng)絡閉合度(network circuitry)表示網(wǎng)絡中存在回路數(shù)的情況,即網(wǎng)絡中實際回路數(shù)與最大可能回路數(shù)之比,用α指數(shù)表示:

式(7)中:L為生態(tài)網(wǎng)絡中的生態(tài)廊道數(shù);V為生態(tài)節(jié)點(生態(tài)源地)數(shù);2V-5表示生態(tài)網(wǎng)絡中存在的最大可能回路數(shù)。α指數(shù)的范圍在[0,1],α=0表示網(wǎng)絡中不存在回路,α=1表示網(wǎng)絡已達到最大限度的回路數(shù)[39]。

線點率指網(wǎng)絡中每一個生態(tài)節(jié)點的平均連接廊道數(shù)量,用β指數(shù)表示:

式(8)中:β指數(shù)表示網(wǎng)路的復雜性程度,范圍在[0,3]。β=0,表示不存在網(wǎng)絡;β值越大,網(wǎng)絡的復雜程度越高。當β<1時,表示網(wǎng)絡呈現(xiàn)樹狀格局;β=1時,表示網(wǎng)絡形成單一回路;當β>1時,表示網(wǎng)絡有更復雜的連接度水平[41]。L和V含義同式(7)。

網(wǎng)絡連接度(network connectivity),指網(wǎng)絡中所有生態(tài)節(jié)點被生態(tài)廊道連接的程度,即生態(tài)網(wǎng)絡中的廊道數(shù)與最大可能廊道數(shù)之比,用γ指數(shù)表示:

式(9)中:(3V-2)表示生態(tài)網(wǎng)絡中存在的最大可能廊道數(shù)。γ指數(shù)的范圍在[0,1],γ=0時,表示沒有生態(tài)節(jié)點相連;γ=l時,表示所有生態(tài)節(jié)點都彼此相連[39];L和V含義同式(7)。

4 結(jié)果與分析

4.1 生態(tài)重要性分析及生態(tài)源地識別

水源涵養(yǎng)量流域北部明顯高于南部,受降雨量空間差異影響較大,此外重要自然保護地和林區(qū)的水源涵養(yǎng)量明顯高于周邊;土壤保持量、生境質(zhì)量的空間分布特征與植被覆被情況相符,中部主要城鎮(zhèn)與農(nóng)業(yè)區(qū)域的水土保持量明顯低于周邊重要生態(tài)功能區(qū)域;總體來看地勢高、生態(tài)空間林地較好的區(qū)域生態(tài)功能性較好、生態(tài)系統(tǒng)服務重要性高(圖1)。水土流失主要分布在河流兩岸和人類居住、耕作區(qū);石漠化發(fā)生在碳酸鹽巖區(qū)(地質(zhì)巖性),其主要區(qū)域為流域中部偏北的城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)區(qū);生態(tài)敏感性的空間分布特征與人類活動、生產(chǎn)生活活動相關性比較大,總體來看城鎮(zhèn)密集或耕地集中等生產(chǎn)生活區(qū)生態(tài)敏感性高,重要生態(tài)功能區(qū)、主要林區(qū)等受生產(chǎn)生活影響小的地方生態(tài)敏感性比較低。進行MSPA景觀空間格局分析,對核心區(qū)斑塊計算連通重要性(dPC),流域南部區(qū)域桂江兩岸連通性最高,重要生態(tài)區(qū)和林地分布區(qū)域連通性明顯高于中部生產(chǎn)生活空間區(qū)域。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務、生態(tài)敏感性及景觀連通性Fig.1 Ecosystem service, ecological sensitivity and landscape connectivity

通過AHP方法獲得水源涵養(yǎng)(0.178 7)、土壤保持(0.213 2)、生境質(zhì)量(0.177 5)、水土流失(-0.125 3)、石漠化(-0.160 8)和景觀連通性(0.144 6)的權重,疊加得到生態(tài)重要性并通過ArcGIS自然斷點法將結(jié)果分為極重要區(qū)、重要區(qū)、一般重要區(qū)和不重要區(qū)4個部分(圖2),極重要區(qū)生態(tài)重要性最高、不重要區(qū)生態(tài)重要性最低。生態(tài)極重要區(qū)和重要區(qū)主要分布在北部貓兒山及周邊越城嶺山區(qū),東北部海洋山及都龐嶺區(qū)域、銀殿山和西嶺山區(qū)域,南部桂江兩岸古修—七沖—大桂山廣大區(qū)域,西部的大瑤山和架橋山區(qū)域;中部桂林市區(qū)、各縣城周邊、梧州附近等平緩地形、適合居住耕種的區(qū)域為不重要或一般重要區(qū)。以生態(tài)極重要區(qū)的連續(xù)大面積斑塊作為生態(tài)源地(圖3),包括貓兒山、摩天嶺、海洋山、都龐嶺、銀殿山—西嶺山、古修、七沖、大腦山、大桂山、大瑤山、架橋山11塊生態(tài)源地,總計7 948.50 km2,占桂江流域總面積的41.20 %。

圖2 生態(tài)重要性Fig.2 Ecological importance

4.2 潛在生態(tài)廊道提取與廊道重要性分析

基于構(gòu)建的生態(tài)阻力面和11個生態(tài)源地,通過MCR模型運算并整合篩選,獲取潛在生態(tài)廊道38條,總長度約為1 839.95 km。由圖3可看出,生態(tài)廊道在研究區(qū)域存在顯著的空間分布差異。在東部海洋山—銀殿山區(qū)域以及南部古修—七沖—大桂山區(qū)域,生態(tài)源地組團式分布且廊道分布密度較高;中部主要生產(chǎn)生活區(qū)及西部、北部生態(tài)源地獨立分布區(qū),廊道分布密度較低。其中,桂林—臨桂—靈川區(qū)域缺少廊道分布,南端梧州周邊沒有廊道連接;架橋山和海洋山之間、銀殿山和七沖之間、架橋山—大瑤山—古修之間,廊道分布相對較少,聯(lián)系程度相對較低。

圖3 生態(tài)源地與潛在生態(tài)廊道Fig.3 Ecological sources and potential ecological corridors

通過重力模型計算生態(tài)源地之間的相互作用強度(表1),以此量化評價源地間廊道的重要程度。重力模型計算所用的阻力值,來源于生態(tài)重要性負向值所表示的基本阻力面,所以生態(tài)源地之間的相互作用強度即廊道重要程度也表示了廊道的生態(tài)重要性。從表1可以看出,源地斑塊10(古修)和11(七沖)、4(摩天嶺)和5(貓兒山)之間的相互作用強度最高,大于5萬;其他生態(tài)源地之間的相互作用較強較高的在1萬~5萬之間,較低的在1萬以下。相互作用強度較高的生態(tài)源地均是距離鄰近、生境質(zhì)量好且位于生態(tài)網(wǎng)絡的關鍵位置,其之間的生態(tài)廊道重要性比較高。此外,生態(tài)源地組團及獨立生態(tài)源地之間的生態(tài)廊道重要性相對偏低。生態(tài)源地間的相互作用強度差異情況,與生態(tài)重要性空間分布情況相符(圖2)。

表1 生態(tài)源地間相互作用強度(生態(tài)廊道重要程度)Tab.1 Interaction intensity between ecological sources (Importance of ecological corridor)

4.3 生態(tài)網(wǎng)絡構(gòu)建方案分析

通過非源地核心區(qū)面積生態(tài)網(wǎng)絡連接率C、非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率E和α指數(shù)、β指數(shù)、γ指數(shù)綜合評判(圖4),優(yōu)先選擇生態(tài)廊道重要程度(表1)高的廊道構(gòu)建最優(yōu)生態(tài)網(wǎng)絡。保證11處生態(tài)源地均能被連通,即生態(tài)網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)V=11的前提下,生態(tài)廊道數(shù)量≥12。因此,在生態(tài)廊道數(shù)量12~38條范圍內(nèi)評判最優(yōu)生態(tài)網(wǎng)絡(圖4)。生態(tài)網(wǎng)絡的C、α、β、γ值隨著廊道數(shù)量L增加而上升,E值變化曲線有2個峰值。當L=18和26時,E處于峰值,非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率最高;L=18時,C=0.568,α=0.471,β=1.636,γ=0.667;L=26時,C=0.606,α=0.941,β=2.364,γ=0.936。綜合分析,相比于L=18,當L=26時:E同樣處于峰值,非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率較高;C值更高,生態(tài)網(wǎng)絡對于研究區(qū)內(nèi)主要生態(tài)空間斑塊的連通性更好;α指數(shù)和γ指數(shù)接近等于1,即網(wǎng)絡基本達到最大限度回路數(shù)且每個節(jié)點都彼此相連;β指數(shù)更高、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)比較復雜且結(jié)構(gòu)完善。因此,基于生態(tài)廊道重要程度,選擇26條廊道作為重要生態(tài)廊道,構(gòu)建最優(yōu)生態(tài)網(wǎng)絡。得到重要廊道26條,廊道總長度1 278.29 km(圖5);其中,以保證11處生態(tài)源地均能被連通為標準,選擇12條生態(tài)廊道為一級生態(tài)廊道(515.47 km),剩下14條為二級生態(tài)廊道(762.82 km)。

圖4 核心區(qū)連通性和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析Fig.4 Analysis of core area connectivity and network structure

圖5 生態(tài)安全格局Fig.5 Ecological security pattern

由11個生態(tài)源地和26條重要生態(tài)廊道構(gòu)成桂江流域完整的生態(tài)網(wǎng)絡(圖5)。形成了以水為脈,桂江水系自北向南聯(lián)通全域;以山為屏,中北部主要生產(chǎn)生活區(qū)被群山環(huán)繞;南部丘陵地帶森林密布的生態(tài)安全格局。一級生態(tài)廊道重要程度高,多貫穿于生態(tài)源地內(nèi)部,起到源地之間的關鍵連接作用;相比于一級生態(tài)廊道,二級生態(tài)廊道重要程度偏低(表1),對生態(tài)源地之外的其他生態(tài)用地起到連接作用,在一級廊道的基礎上完善和強化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及其功能。此外,北部貓兒山—摩天嶺到海洋山,銀殿山到七沖,古修到大瑤山,大瑤山到架橋山之間的生態(tài)廊道相對薄弱,需要進一步加強建設和維護,以保障桂江流域北部東部—南部—西部生態(tài)源地及重要生態(tài)屏障和生態(tài)功能區(qū)之間的連通,提升桂江流域的生態(tài)安全格局的整體性與生態(tài)質(zhì)量。

5 結(jié)論與討論

本文以桂江流域為例,通過“生態(tài)系統(tǒng)服務—生態(tài)敏感性—景觀連通性”方式進行生態(tài)重要性分析并以“生態(tài)極重要區(qū)”為生態(tài)源地;以生態(tài)重要性反向值柵格為基礎阻力面,利用最小累積阻力模型提取潛在生態(tài)廊道,以重力模型評價潛在生態(tài)廊道重要程度即廊道生態(tài)重要性大?。惶岢龌贛SPA核心區(qū)的“非源地核心區(qū)面積生態(tài)網(wǎng)絡連接率(C)”和“非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率(E)”指數(shù),并結(jié)合α指數(shù)、β指數(shù)、γ指數(shù)綜合評判不同生態(tài)廊道重要程度閾值下的生態(tài)網(wǎng)絡,選擇最優(yōu)生態(tài)網(wǎng)絡方案。通過以上研究得出結(jié)論:

(1)桂江流域包含11處生態(tài)源地,總計7 948.50 km2,全域面積占比41.20%;生態(tài)源地空間分布呈現(xiàn)南部組團古修、七沖、大腦山、大桂山等,東部組團海洋山、都龐嶺、銀殿、西嶺山,以及北部貓兒山和西部架橋山、大瑤山獨立的情況。北部桂林周邊及中部陽朔—平樂—恭城—荔浦區(qū)域作為主要的生產(chǎn)生活區(qū),被以生態(tài)源地為主的生態(tài)重要區(qū)和極重要區(qū)包圍,生態(tài)源地總體呈現(xiàn)較好的空間布局。

(2)研究區(qū)提取潛在廊道總計38條,總長度約為1 839.95 km;其中,重要生態(tài)廊道26條,總長度1 278.29 km;重要生態(tài)廊道含一級廊道12條(515.47 km)和二級廊道14條(762.82 km)。生態(tài)廊道空間分布呈現(xiàn)中部主要生產(chǎn)生活區(qū)和北部、西部生態(tài)源地獨立分布區(qū)域密度低,東部和南部生態(tài)源地組團區(qū)域密度高的情況。桂林—臨桂—靈川區(qū)域缺少廊道分布,南端梧州周邊沒有廊道連接;架橋山和海洋山之間,銀殿山和七沖之間,廊道分布相對較少,聯(lián)系程度相對較低;架橋山—大瑤山—古修之間的生態(tài)廊道也相對較少。

(3)以26條重要生態(tài)廊道構(gòu)成的生態(tài)網(wǎng)絡,E處于峰值,非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率較高;C值更高,生態(tài)網(wǎng)絡對于研究區(qū)內(nèi)主要生態(tài)空間斑塊的連通性更好;α指數(shù)和γ指數(shù)接近等于1,即網(wǎng)絡基本達到最大限度回路數(shù)且每個節(jié)點都彼此相連;β指數(shù)更高,網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)比較復雜且結(jié)構(gòu)完善。在保證11處生態(tài)源地都被連接的情況下,26條重要生態(tài)廊道構(gòu)成最優(yōu)的生態(tài)網(wǎng)絡,可以作為桂江流域生態(tài)網(wǎng)絡保護和完善的指導。

(4)本文以生態(tài)源地、生態(tài)廊道為基礎構(gòu)成的生態(tài)安全格局,可以為國土空間規(guī)劃的生態(tài)保護格局以及生態(tài)修復規(guī)劃提供重要依據(jù)和支撐。針對生態(tài)源地破碎區(qū)域、生態(tài)廊道薄弱或不連貫區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)修復,達到區(qū)域生態(tài)質(zhì)量提升和結(jié)構(gòu)完整的目標。在以后的生態(tài)格局維護和優(yōu)化中,加強生態(tài)源地的保護力度,維護其完整性,提升其生境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務功能。針對貓兒山、海洋山、銀殿山、西嶺山、七沖、古修、大瑤山、架橋嶺等設有自然保護區(qū)的生態(tài)源地斑塊,參考本文生態(tài)源地識別結(jié)果的斑塊范圍,在實施自然保護區(qū)范圍內(nèi)保護的同時,加強非自然保護區(qū)范圍生態(tài)源地的保護;針對摩天嶺、都龐嶺、大腦山、大桂山等不設有自然保護區(qū)的生態(tài)源地斑塊,加強生態(tài)治理和環(huán)境保護力度,穩(wěn)固這些生態(tài)源地的生態(tài)功能及在生態(tài)網(wǎng)絡中的節(jié)點連接作用。加強南部、東部組團以及北部、西部單獨生態(tài)源地之間廊道的建設,尤其是摩天嶺—海洋山、銀殿山—七沖、古修—大瑤山、古修—架橋山、大瑤山—架橋山、架橋山—海洋山生態(tài)廊道的優(yōu)化建設,以整體提升桂江流域生態(tài)安全格局的連通性與生態(tài)功能和質(zhì)量,穩(wěn)定整個區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

本文以生態(tài)系統(tǒng)服務、生態(tài)敏感性、景觀連通性綜合識別生態(tài)源地,但如何精準的識別和定義生態(tài)源地的邊界,有待進一步研究。研究區(qū)內(nèi)內(nèi)貓兒山、海洋山、銀殿山、西嶺山、七沖、古修、大瑤山、架橋嶺等自然保護地以及桂江流域中下游丘陵地帶等重要生態(tài)功能區(qū)都包含在生態(tài)源地范圍之內(nèi),由此可見生態(tài)源地識別結(jié)果較為可靠?;贛CR模型識別生態(tài)廊道的方法,引入了生態(tài)重要性反向柵格值為基礎阻力面,使?jié)撛诶鹊赖奶崛【C合考慮了生態(tài)系統(tǒng)服務、生態(tài)敏感性、景觀連通性;重力模型評判的生態(tài)廊道重要性(源地間相互作用程度)也表示了廊道的生態(tài)重要性,即廊道的生態(tài)系統(tǒng)服務、生態(tài)敏感性、景觀連通性情況。此外,本文基于MSPA核心區(qū)提出的“非源地核心區(qū)面積生態(tài)網(wǎng)絡連接率C”和“非源地核心區(qū)生態(tài)廊道長度比率E”,考慮了生態(tài)網(wǎng)絡對非源地核心區(qū)(生態(tài)源地外的重要生態(tài)用地)的連通性以及網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)性,可以在一定程度上判別生態(tài)網(wǎng)絡的優(yōu)劣。此外,引入時空變化分析可以更好地展現(xiàn)生態(tài)安全格局、生態(tài)空間的時間序列變化情況,并對未來變化趨勢做出預判,這也是未來研究的一個方向。

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