基于InVEST和MCR模型的神木市生态网络问题识别_赵月帅.pdf

文章编号：1003-7853（2023）03-0055-06基于 InVEST 和 MCR 模型的神木市生态网络问题识别赵月帅，宁 博，王 锐（陕西华地勘察设计咨询有限公司，陕西 西安 710018）摘要：我国城镇化进程不断加快，生境斑块破碎化程度日益加剧，生态要素连通性受阻严重，生态网络安全稳定受到威胁。准确识别生态网络问题，可为生态保护及修复提供科学依据，对区域生态安全保护具有重要意义。本文深入贯彻党中央生态文明思想，以神木市为研究区，利用生态系统服务和权衡的综合评估模型（InVEST）结合地表覆被 NDVI 值，识别出对景观连通贡献最大的生境斑块作为生态源地，选取 8 项阻力因子构建综合阻力面，基于最小累积阻力模型（MCR），采用最小成本路径生成潜在廊道，利用重力模型对关键性生态廊道进行提取，并诊断出对景观生态连接起到关键性作用的生态节点。经研究，神木市现状生态网络存在景观破碎化程度相对较高，生态斑块缺失严重，生态廊道连通性受阻，生物迁徙流通存在障碍。通过定量数据分析的研究方法识别出生态源地、廊道、节点，能够较为准确地诊断出现状生态网络问题，研究结果可为高破碎化地区生态网络问题识别及生态安全格局构建提供参考和依据，对生态修复工程的实施也具有一定的指导意义。关键词：生态网络；生态源地；生态廊道；生态节点；InVEST；MCR中图分类号：X826文献标识码：Adoi:10.16202/ki.tnrs.2023.03.012Research on Ecological Network ProblemIdentification of Shenmu Based onInVEST and MCR modelZhao Yueshuai,Ning Bo,Wang Rui(Shaanxi Huadi Survey and Design Consulting Co.,LTD.，Xi an Shaanxi 710018,China)Abstract:China surbanizationprocessisaccelerating,thefragmentation degree of habitat patches is increasingly aggravated,the connectivity of ecological elements is severely blocked,and thesecurity and stability of ecological network is threatened.Accurateidentification of ecological network problems can provide scientificbasis for ecological protection and restoration,and is of greatsignificance to regional ecological security protection.In this paper,further implement the ecological civilization theory,the Shenmu Cityas research area,using the comprehensive evaluation model of theecosystem services and the balance(InVEST)combined with surfacecover NDVI value,the largest contribution to the identify oflandscape connectivity of habitat patches as ecological source,select eight resistance factor to build a comprehensive resistancesurface,based on the minimum cumulative resistance(MCR)model.The potential corridors were generated by the minimum cost path,and the key ecological corridors were extracted by gravity model,and the ecological nodes that played a key role in landscapeecological connection were diagnosed.According to the research,国土与自然资源研究2023No.3TERRITORY&NATURAL RESOURCES STUDY55the current ecological network in Shenmu City has a relatively highdegreeoflandscapefragmentation,seriouslossofecologicalpatches,blocked connectivity of ecological corridors,and obstaclesinbiologicalmigrationandcirculation.Throughquantitativeresearch methods of data analysis identified ecological source,corridor,node,ecological network in the diagnosis of problems tobe able to accurately,the research results can provide highfragmentation region ecological network problem identification andecological security pattern to provide reference and basis,for theimplementation of ecological restoration engineering also has acertain reference significance.Key words:ecological network;ecological source area;ecological corridor;ecological node;InVEST;MCR0引言生态网络主要以景观生态学理论为支撑，在景观空间中利用线性的生态廊道将生态服务功能较高的景观斑块有机连接起来，生态网络体系的构建有利于维护研究区生物迁徙的畅通性、生物物种多样性及景观完整性1-3，对区域生态安全具有重要意义。生态网络由斑块和廊道相互连接形成，景观要素在网络中间进行能量流、物质流和信息流的交换4，也有学者将生态节点纳入此领域研究中。如何科学识别源地、廊道、节点是近年来生态保护领域研究的重点，其研究成果主要应用于国土空间生态修复规划、生态保护红线划定等。神木市地处毛乌素沙地和黄土高原交界处，是农牧交错区，受气候条件影响，地貌特征由风沙草滩向黄土沟壑过渡，地表植被由干草原向森林草原过渡，区域干旱、荒漠化、水土流失等生态问题突出。同时神木是国家重要的能源矿产基地，国土开发强度不断加大，进一步加剧了生态环境冲突。近年来各级政府通过风沙治理、退耕还林、还草等多种措施治理生态环境，生态环境质量取得了较大提升，但生态自我修复能力仍处于较低水平，国土空间生态保护修复工作依旧严峻，如何从景观生态系统性出发，准确识别整个生态网络存在的问题更是生态保护与修复工作的重点。故本文基于景观生态学理念，选择神木市为典型区域，利用 InVEST 和 MCR 模型，识别生态源地、廊道和节点，进一步诊断神木市现状生态网络存在的问题，以期为生态网络安全格局构建、生态系统整体修复提供科学指导。1研究区概况及数据获取1.1研究区概况神木市位于黄河中游，长城沿线，陕西省北端，榆林市东北部，全市土地总面积 7 474.64 平方千米，北靠内蒙古自治区伊金霍洛旗，南邻榆林市榆阳区和佳县，东北接榆林市府谷县，东隔黄河与山西省兴县相望，雄踞秦晋蒙三角地带中心，素为塞上重地。1.2数据来源及处理本文涉及到的数据包括神木 2020 年土地利用调查变更库数据、自然保护地数据、DEM（数字高程模型）数据、NDVI（归一化植被指数）数据等。其中，2020年土地利用调查变更库数据、自然保护地数据由神木市自然资源和规划局提供，DEM 数据和 NDVI 数据来自地理空间数据云网站（分辨率为 30 m30 m）。2方法与过程2.1生态源地识别源地是生态网络构成的基础，其生境质量应处于较高等级，受周边人为活动及土地利用强度影响较低，能为物种提供适宜的生存环境。鉴于此，本研究从生境质量和生物多样性服务功能两方面综合识别现状生态源地。2.1.1基于 InVEST 模型分析生境质量。InVEST 模型分析生境质量的原理是基于人类活动对生态环境的影响来评价的，模型认为，受人类活动影响越大的区域，生境质量越差，受人类活动影响越小的区域，生境质量越高5。通过将生境斑块与威胁源建立联系，根据生境对威胁源的敏感程度来评价生境分布情况及退化程度，从而反映生境质量的高低。首先，明确生境与威胁源的类型。根据景观学和生态学原理，越接近自然生态系统的用地类型，为个体和种群提供生存繁衍条件的能力就越强。纯人工的用地类型无法为物种和种群提供生存条件，生境适宜性相对较低，进而演化成生态威胁源。参考相关研究成果6，将湿地、水域、耕地、园地、林地、草地定义为生境，将城镇建设用地、农村居民点用地、工矿用地、区域基础设施用地、设施农用地、其他建设用地作为威胁源，并对生境斑块和威胁源斑块赋予不同的生境适宜度和敏感度（表 1）。56赵月帅等 基于 InVEST 和 MCR 模型的神木市生态网络问题识别表 1生境类型对威胁源的相对敏感程度生境类型生境适宜程度设施农用地城镇建设用地农村居民点用地工矿用地其他建设用地铁路主要道路次要道路耕地园地乔木林地灌木林地其他林地天然牧草地人工牧草地其他草地水域及湿地未利用地0.30.310.90.810.80.7510.20.40.40.60.40.60.50.50.60.60.30.60.60.80.70.90.70.70.60.80.60.40.40.60.40.60.50.50.50.60.511111111110.40.40.60.40.60.50.50.60.60.50.60.60.70.50.60.70.70.60.50.60.50.50.70.60.70.60.40.40.40.50.40.40.40.40.50.40.30.30.30.4其次，建立生态威胁源量表。在本研究区尺度下，参考其他地区研究成果，考虑神木生态环境、经济发展等情况，对威胁源最大影响距离、权重及衰退相关性系数进行设置（表 2）。最后，模型运算及结果输出。InVEST 模型认为生境的退化程度是威胁源的相对权重、威胁源对生境的表 2生态威胁源属性威胁因子最大影响距离权重衰减线性相关性设施农用地城镇建设用地农村居民点用地工矿用地其他建设用地铁路主要道路次要道路5105867610.610.611110.7500000111影响强度（最大影响距离）、生境的抗干扰能力（生境适宜程度）、生境对威胁源的敏感程度 4 个影响因素的函数，不同影响因素取值均介于 01 之间，计算公式如下：Dxj=Rr=1Yry=1WrRr=1WrryirxyxSjr（1）式中，Dxj为 j 类型生态系统中栅格单元 x 的生境退化程度；r 为威胁因子；R 为威胁因子总量；y 为威胁源中 r 栅格图层中的栅格单元；Yr为威胁因子 r 栅格图层中栅格单元的总数；Wr为 r 类型威