基于MSPA和MCR模型的城市生态空间优化——以四川江油市为例.pdf

第 卷 第 期 年 月绵阳师范学院学报(自然科学版)().收稿日期:基金项目:四川省科技厅项目()第一作者简介:杨厚天()女四川资阳人硕士研究生研究方向:城乡景观生态格局 通信作者简介:何云晓()男四川遂宁人教授硕士研究方向:环境规划设计与治理 基于 和 模型的城市生态空间优化 以四川江油市为例杨厚天陈娟朱兵江潮何云晓(.绵阳师范学院城乡建设与规划学院四川绵阳.川西北乡村人居环境建设工程研究中心四川绵阳)摘 要:为了构建四川省江油市生态空间网络以期缓解城市发展过程中的景观破碎化和生态安全问题基于形态生态学空间格局分析()与景观连通度指数识别生态源地采取最小累积阻力值模型()和重力模型构建生态网络 结果表明 个核心生态源地主要分布在北部龙门山大巴山台缘褶皱带县域生态极敏感和高敏感区分布在北部高海拔地区以及涪江流域县域整体阻力面呈中部高、四周低的特征 条重要廊道主要分布在东部雁门镇、北部丰顺乡而西部和南部缺少核心生态源地 结论:江油市域内生态源地和生态廊道分布极不均衡通过生态网络优化补充了 个核心生态源地和 条规划生态廊道优化后的闭合度指数、连接度指数、连通率指数 分别提升为.、.、.改善了生境连通性和生态服务功能 关键词:生态网络 生态源地 生态廊道 景观格局 连通性中图分类号:文献标志码:文章编号:():././.:(.):.().().:()()().:引言生态安全格局的构建和优化是实现区域生态安全和社会经济可持续发展的关键环节在各个尺度上建立国土生态安全格局是应对快速城市化的核心解决途径之一 城乡生态安全格局的构建着力于解决城乡空间发展过程中的生态平衡问题 王雪然等采用形态生态学空间格局分析()和最小累积阻力值模型()法建立“生态源地活动廊道保护网络阻力特征分区调控”的生态安全模式构建太湖流域生态安全格局 陈群等选取土地利用因子、水土保持功能重要性评价以及生态敏感性评价等多因子构建 模型构建了抚州市生态安全格局 陈德超等研究了苏州环太湖地区生态网络构建与空间冲突识别 冉藜将 与 层次分析法结合分析南昌市蒋巷镇生态敏感性并提出规划方案 但目前许多的研究集中于流域、省域和大中型城市缺少对于县域和城镇等小尺度的生态网络和生态安全格局的研究制约了县域生态空间的科学规划 江油市临近川滇森林和生物多样性保护区是长江上游重要屏障区 近年来江油市城镇化进程加快县域内生态用地破碎化严重生态风险日益凸显 本研究以江油市为研究区域利用 年 卫星遥感影像进行江油市景观格局和生态敏感性分析并基于 和 模型构建生态网络和生态安全格局以期缓解江油市景观破碎化和生态安全问题 研究方法.研究区概况江油市位于四川盆地北部、成渝经济区北端地处北纬 东经 市境轮廓呈东北西南走向的条形状东西宽约 南北长约.地处涪江上游龙门山脉东南部地势西北高、东南低西北部系山地大地构造西北部属东北西南走向的龙门山大巴山台缘褶皱带东南部属四川台坳地貌表现为低矮的丘陵和大小不等的平坝.数据来源研究数据包括:)年土地利用数据分辨率为 来源于中国科学院计算机绵阳师范学院学报(自然科学版)网络信息中心 卫星数据产品遥感影像空间位置以行政区划分 )数字高程模型()分辨率为 来自中国科学院计算机网络信息中心 数据集主要用于坡度、坡向、植被覆盖及高程获取)四川省江油市行政区划矢量图来源于全国地理信息资源目录服务系统中国家 万基础地理信息数据.研究方法.景观格局分析()基于 的景观格局分析 根据江油市土地利用分类图使用 软件将土地类型中的草地、林地两类土地作为 模型的前景数据采用 的栅格大小作为研究尺度参照文献得到江油市核心区()、孤岛()、孔隙()、边缘()、环道()、桥接区()、支线()七种景观类型()景观格局相关指数 基于 识别出的生态源地再利用 软件分别计算斑块类型和景观层次的相关指数 参考文献分别选取斑块密度()、斑块类型数()、斑块类型所占景观面积比例()、内凝聚力斑块结合度指数()、最大斑块指数()、蔓延度指数()、香浓均匀度指数()、香浓多样性指数()等.生态敏感性评价生态敏感性反映生态系统对自然和人为干扰的敏感程度以及发生生态环境问题可能性的大小 基于江油市的空间格局特征结合研究区实际情况与数据的可获取性参考相关研究确定生态因子等级赋值划分标准使用 层次分析法确定评价因子权重建立生态敏感性评价指标体系生态因子赋值及权重见表 表 生态因子赋值及权重.项目二级因子(赋值)生态敏感性分级非敏感低敏感中敏感高敏感极高敏感权重地形因子坡度/.高程/.坡向平地、正南东南、西南正东、正西东北、西北正北.用地类型植被.的 个生态源地作为核心生态源地()生态网络构建 以筛选出的核心生态源地作为出发点通过 模型构建阻力面计算生态源地之间的最小累积阻力距离、所有斑块之间的最小路径构成研究区的潜在生态廊道 结合研究区实际情况与数据的可获取性参考相关文献确定阻力因子等级赋值划分标准使用 层次分析法确定评价因子权重对各类景观的阻力因子赋值见表 杨厚天等 基于 和 模型的城市生态空间优化表 阻力因子赋值表.阻力因素分级指标/阻力值权重坡度/.高程/.土地利用林地/水域/草地/耕地/未利用地/建设用地/.景观核心区/桥接区/环岛区/支线/孤岛/边缘区/孔隙/背景/.()基于重力模型的重要生态廊道识别 重力模型可计算斑块之间的相互作用强度定量评价生态廊道的重要性 公式如下:式中表示斑块 和斑块 的相互作用力和 表示斑块 和 的权重值和 表示斑块 和 的面积和 表示斑块 和 的阻力值表示研究区内最大阻力值表示斑块 和 之间的廊道阻力值()生态安全格局优化 网络连接度可评价研究区内生态廊道的连接性和复杂程度 一般由 指数(闭合度)指数(连接度)指数(连通率)进行网络分析公式如下:()式中 为实际廊道数量 为生态源点数量 图 江油市区位和江油市土地利用现状图.结果与分析.江油市景观格局分析.江油市土地利用数据 江油市总面积为 .其中林地面积最大为 .占研究区总面积.生态用地占比较大是优势景观类型江油市区位、土地利用现状见图.景观格局指数如表 所示江油市斑块面积百分比()显示林地约占生态用地的.耕地约占.这与研究区丘陵交错、平坝集中地形有关耕地密度斑块()最大破碎化最为严重未形成集中连片从而降低了农业生产的集约化程度 林地和耕地的内凝聚力()指数最大说明两者间的连通性较好利于生物迁移和物质能量的流通最大斑块指数绵阳师范学院学报(自然科学版)()显示为林地耕地水域草地这说明林地和耕地是优势景观发挥重要的生态和生产功能是江油市国土空间规划中的关键要素 景观指数分析显示研究区蔓延度指数()为.表明景观中存在连通度较高的优势景观要素香浓多样性指数()为.香浓均匀度指数()为.斑块丰富度指数()为 反映了研究区生物多样性高表明了江油市生态功能保护的重要性 图 江油市生态敏感性评价图.生态环境敏感性评价生态环境敏感性是在同样干扰强度或外力作用下各类生态系统出现区域生态环境问题可能性的大小 研究区生态非敏感性、低敏感性和中敏感性区域分别占总面积的.、.和.主要分布在西南部地区集中于太平镇、彰明镇、西屏镇与青莲镇等主城区环境易遭到破坏对于此类地区需要强化生态环境保护控制建设用地扩张 生态极高敏感和高敏感度地区面积为.、.主要分布在东北和西北部高海拔地区以及涪江流域这些地区生态环境良好植被茂盛是长江屏障重要地区如观雾山自然保护区、藏王寨自然保护区但这些区域一旦遭到干扰会给生态环境造成明显压力需要着力保护 图 基于 的江油市生态源地识别图.生态安全网络构建.江油市 景观分类结果从图 可以看出江油市生态源地面积 .约占总面积的.其中核心区面积为.占比.核心区主要分布在西北部山系呈聚集状态生境斑块面积大稳定性较强 南部核心区极为稀少且破碎化严重南北地区核心斑块连通性较差 研究区连接廊道呈东北西南走向分布与龙门山大巴山台缘褶皱带相吻合研究区斑块边缘较复杂、廊道断裂多边缘效应明显容易受外界干扰影响.江油市连通度分析本研究基于 识别出的核心生态源地进行连通性评价通过.软件分析按照斑块重要性()值选取了大于 的 个核心生态源地总面积为.占核心区总面积的.(表)从林地生态源地的面积和重要指数()来看 号源地观雾山自然保护区养马峡是最重要的生态源地 号、号源地主要为高海拔林地与涪江流域有大面积森林覆盖 号、号和 号源地地区生态环境良好但紧邻城乡建设用地和主要交通干线 核心生态源地分布见图 主要集中在北部中部生态源地 杨厚天等 基于 和 模型的城市生态空间优化面积小且分散生态源地间 指数相差较大南部几乎无重要生态源地南北斑块连通性较差生物能量流动与物质循环较弱因此需要增加中部、南部核心生态源地加强南北部生态廊道构建南北生态网络提升生态网络完整性 图 单因子阻力面与综合阻力面.生态网络构建()生态阻力面构建 以坡度、高程、土地利用类型、景观类型为基础建立的江油市综合阻力面(图)阻力值最大的区域位于西南部县城区域和双河镇、二郎庙镇等人类建设活动密集区域 值得注意的是观雾山周边生态阻力值较高紧邻武都镇、永胜镇等人类建设活动密集区域但观雾山又是自然保护区内较重要的生态源地因此应重点关注观雾山周边地区避免由于经济快速发展引发对生境质量的影响 阻力值最小的区域集中分布于县域北部用地类型主要为林地与草地该区分布有保护区最重要的生态源地养马峡生态阻力值低生境质量高存在国家一、二级保护珍稀动植物因此该区域应严禁对自然生态的人为干扰避免对生物生存环境造成影响()生态网络构建 基于 模型生成 条潜在廊道去除距离较远和重复的路径最终生成 条一般廊道采用重力模型构建生态源地之间的相互作用矩阵(表)相互作用值越高表明源地之间的联系越紧密选取相互作用值前 位的生态廊道作为重要生态廊道进而构建出江油市的生态网络(图)源地 和 之间的相互作用强度最高说明两地之间的空间连通性最强物种在两个源地间的迁移和扩散阻力最小 源图 生态格局优化图(潜在生态廊道 生态廊道优化).(.)地 和源地 之间的相互作用强度最小两地景观阻力值较大在规划时应增加生态源地来提高生境质量 重要廊道集中分布于北部连通西北部与东北部将研究区北部核心生态源地紧密联系.生态安全格局优化基于 分析结果根据面积和 值选取了 个斑块作为补充生态源地对规划后新形成的 个生态源地进行网络构建(图)生成 条潜在生态廊道筛选出 条一般廊道对补充后的生态廊道进行量化评价 观雾山是自然保护区较重要的生态源地但观雾山周边地区生态阻力也绵阳师范学院学报(自然科学版)较高补充后的生态廊道以观雾山为被恢复的核心生态源地建设生态防护带促进南北连通性 分析结果显示研究区优化前的、指数、指数分别为.、.、.优化后的网络指数为.、.、.优化后的生态网络相较之前复杂度更高连通度显著提升表明补充后的生态源地可提升研究区的生境质量维持生态系统的稳定性 讨论与结论本研究在提取生态源地时结合 与景观指数的方法既考虑了斑块面积又兼顾斑块间的景观连通度综合考虑自然、人为因素设置阻力值结合坡度、高程等地形因子与土地利用类型、景观类型因素采取 模型和重力模型进行生态廊道生态网络构建得到江油市县域尺度的生态网络优化方案可缓解江油城市化过程中景观破碎化和生态环境问题 江油市生态源地和生态廊道分布极不均衡生态源地主要集中于生态环境良好的自然保护区这些地区具有较好的水土涵养功能是维持生态系统稳定的核心基础各生态源地间斑块重要性指数()相差较大 本研究根据源地面积及 值在江油市中部选取规划 个生态源地以提高生境斑块的连通性促进南北连通性与现有观雾山自然保护区、养马峡等核心生态源地形成更完整的生态网络从而提升了景观连通性和生态服务功能 参考文献:郑新奇付梅臣.景观格局空间分析技术及其应用.北京:科学出版社.:.王雪然万荣荣潘佩佩.基于 模型的太湖流域生态安全格局构建与调控.生态学报():.陈群刘平辉朱传民.基于 模型的江西省抚州市生态安全格局构建.水土保持通报():.陈德超施祝凯王祖静等.苏州环太湖地区生态网络构建与空间冲突识别.生态与农村环境学报():.冉藜.基于生态敏感性与 的南昌蒋巷镇规划研究/面向高质量发展的空间治理:中国城市规划年会论文集(城市规划新技术应用):.祝玲林爱文陈飞燕.基于生态敏感性和生态系统服务价值的生态安全格局构建与优化.国土与自然资源研究():.陈瑶瑶.基于生态敏感性与生态网络的南昌市生态安全格局构建.水土保持研究():.王鹏宇蒲希希罗充.基于 和 的贵阳市花溪区生态敏感性分析.园林():.马才学.基于生态压力视角的长三角地区生态安全格局构建与优化.长江流域资源与环境():.刘乙斐.基于 和 模型生态网络构建优化研究.北京:北京林业大学.李恒凯刘玉婷李芹等.基于 模型的南方稀土矿区生态安全格局分析.地理科学():.(责任编辑:陈桂芳)杨厚天等 基于 和 模型的城市生态空间优化