A township-level assessment of forest fragmentation using morphological spatial pattern analysis in Qujing,Yunnan Province,China

Forest fragmentation is an integral part of global change.Understanding forest fragmentation patterns and dynamics are of great significance for maintaining ecosystem stability.There are great differences in the interference of natural and human factors on forests in different towns of mountainous cities,and the characteristics of forest fragmentation are also obviously different.Forest fragmentation has been broadly studied,yet,it remains poorly understood at the township-scale within mountainous cities.In this study,the spatial form of forest landscape and forest fragmentation modes of towns were examined in Qujing City,Yunnan Province,China for the years of 2006 and 2016,relying heavily on the morphological spatial pattern analysis(MSPA)and K-means clustering algorithm.Results in 2016 showed that the forest landscape morphology of Qujing could be divided into seven classes:core,perforation,islet,bridge,edge,branch and ring;with landscape areas of 41.94%,1.22%,7.04%,11.12%,23.26%,11.74%and 3.68%respectively.Compared with 2006,the changes of landscape area were 1.71%,0.02%,0.30%,1.65%,0.20%,0.19%and 0.05%respectively.The townships in Qujing varied significantly in their landscape fragmentation patterns,and these patterns were spatially dependent.Different forest landscape forms have positive spatial correlations and differences.The forest fragmentation modes of towns can be divided into four types:Low anthropogenic towns,high anthropogenic towns,complex terrain towns and gentle terrain towns.Different ways of human activities play a decisive role in forest landscape fragmentation.The expansion of construction land and agricultural land intensifies forest fragmentation;however,man-made orderly and planned ecological restoration will greatly improve the forest coverage and improve the spatial form of urban forest landscape.

基于MSPA-生境质量评估和电路理论的城市绿色基础设施网络优化研究——以深圳市为例

城市绿色基础设施对缓解生态环境问题、确保人居环境安全和促进城市可持续发展有重要作用。以深圳市域为研究区域,采用形态学空间格局分析法(MSPA)和InVEST生境质量评估模型来识别生态源地,利用电路理论提取生态廊道并识别生态夹点和障碍点,构建城市绿色基础设施网络并提出优化策略。深圳城市绿色基础设施网络由56个生态源地、79条生态廊道、面积约71.69 km^(2)的生态夹点和180.12 km^(2)的生态障碍点构成。生态源地主要分布在东南部和中西部的山体、林地等生态质量较高的区域;生态廊道主要分布在中西部和东北部等地区;生态源地间普遍存在生态夹点,主要分布在中西部、西南部及东北部;生态障碍点多位于生态源地的边缘或生态廊道内部,主要分布在西南部、中部及东北部。从生态源地、廊道和夹点的保护与质量提升,生态障碍点的修复,生态修复优先区的界定与分级三方面,提出城市绿色基础设施网络优化策略,为深圳城市绿色基础设施网络的构建与优化提供方法支撑和实践指导。

基于MSPA和MCR模型的株洲市生态网络构建与优化

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25个生态源地和300条生态廊道,共判别97个生态节点和92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12个踏脚石斑块,其中4个作为补充生态源地,同时也新增106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0.96、2、0.66。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。

基于MSPA-MCR模型与ROS理论的首都森林生态旅游区规划

【目的】本研究旨在通过耦合分析提出科学的规划策略,以促进北京森林生态旅游区的生态保护和可持续发展。【方法】本研究以北京市延庆区张山营镇为例,采用形态学空间格局分析法识别生态源地,运用最小积累阻力模型识别生态廊道,并使用重力模型对廊道进行分级。同时,通过文献阅读和问卷调查确定研究区内影响游憩活动的自然、社会和现象因子,构建游憩机会谱并划分游憩分区。最后,耦合生态廊道与游憩分区的结果,提出针对不同游憩分区的具体规划策略。【结果】(1)研究区内生态源地面积147.19 km^(2),占比56%,识别出潜在生态廊道15条,总长度63.88 km。(2)生态源地主要分布在研究区北部林地,生态廊道联通西部与东部生态源地,对维护研究区生态环境发挥关键作用。(3)基于游憩机会谱划分出原生区、半原生区、介入区、自由区4类游憩分区,分别占比19.7%、40.9%、31.2%、8.2%。(4)根据上述结果,提出了针对不同游憩分区的具体森林生态旅游规划策略,包括群落植物配置、群落结构、生态廊道宽度、交通布局4方面。【结论】研究从生态保护和游客需求两个角度出发,强调应围绕重点区域进行多角度生态型保护开发。研究不仅丰富了生态旅游理论研究内容,还为森林生态旅游的可持续发展提供了实质性的理论指导和实践建议,有助于加快北京建设“生物多样性之都”的进程。

基于MSPA_(P)-MCR_(F)的干旱区层级生态网络构建与优化——以宁夏中卫市为例

基于Landsat8 OLI_TIRS遥感影像、数字高程模型(digital elevation model,DEM)、路网、水系等多源数据,修正能量因子模型和重力模型,改进了形态学空间格局分析(morphological spatial pattern analysis,MSPA)和最小累积阻力模型(minimum cumulative resistance,MCR)生态网络构建方法,以宁夏中卫市为例,探讨了层级生态网络的构建及其优化。结果表明:①干旱区生态源地识别中,需要将林地、草地和水体作为前景数据,并结合生态红线选择生态源地;②中卫市生态网络呈现出“四核三廊多点”的空间结构模式。识别出生态源地17个,占研究区面积的22.33%,其中1级和2级共计4个源地的能量因子显著高于其他源地,形成“四核”,其他源地形成“多点”,生成潜在生态廊道33条,其中一级生态廊道3条,形成“三廊”;③从生态源地质量提升、廊道加固、断裂点修复等方面提出了生态网络优化策略,除1号、7号、9号源地之间的廊道较为稳定外,其他源地间连通性较低,生态网络稳定性较差,需要建立24个生态踏脚石,并发现38个亟待开展修复的生态断裂点;④优化后生态网络的稳定性有所提升,α指数、β指数和γ指数分别提升9.5%,3.8%和4.2%,有利于促进生态物质及信息流动和生物多样性保护。

基于GF-2和MSPA的绿地空间格局分析

绿地形态特征对其生态和文化功能发挥有一定影响。本文基于高分二号(GF-2)高分辨率遥感数据,在ArcGIS 10.7和ENVI 5.1软件支持下,构建了TY市绿地信息数据库,采用形态学空间格局分析方法(MSPA)分析了研究区绿地格局特征,探讨绿地核心区、孤岛区、环岛区、孔隙区、边缘区、桥接区和支线区分布特点。结果表明,研究区绿地空间布局有待优化,特大型绿地斑块和大型绿地斑块数量相对较少,中小型斑块数量多,破碎化现象严重。核心区多以公园为主,孤岛区以居住区绿地和附属绿地为主,受人类活动影响较大,连通性有待进一步提升。针对该市绿地结构现状和空间布局实际情况,本研究提出以下建议:进一步优化绿地空间布局和结构,充分利用城市水系,发展带状绿地,充分利用口袋公园建设契机,以丰富居民的休闲空间。

基于MSPA的黄石市森林景观破碎化研究

揭示森林景观破碎化特征是制定森林景观恢复决策的前提。当前的分析方法多侧重于整体描述,难以在空间可视化层面准确反映局部森林景观破碎化特征。特别是在城市地区,森林恢复与退化矛盾突出,破碎化特征更加复杂,亟需开展城市地区森林景观破碎化特征研究。针对这一问题,基于两期森林资源管理“一张图”数据,运用形态学空间格局分析(MSPA)方法,构建森林景观破碎化指数,从空间可视化角度分析并揭示了黄石市森林景观破碎化特征。在此基础上,本研究进一步提出了针对黄石市森林景观破碎化问题的技术措施。研究结果有助于弥补目前森林景观格局分析在空间信息方面的不足,可为黄石及类似地区森林景观恢复提供参考。

西安都市圈生态空间结构特征与生态网络构建研究

面对西安都市圈发展过程中出现的生态空间碎片化问题,生态功能完善的需求及区域高质量一体化的发展目标,通过分析西安都市圈生态空间景观格局,提取其结构特征进而构建区域生态网络。利用形态学空间格局等方法提取西安都市圈生态空间结构特征,通过植被覆盖演变分析并识别潜在的具有生态功能的用地,通过设计转化阻力指标体系获得区域生态网络的构建基础。提出网络整合、廊道桥接、网络织补、生态修复4种生态网络整合策略。通过分析生态空间结构发现都市圈的生态斑块、廊道等不同类型生态功能区的分布特点,针对都市圈尺度提出多中心生态网络的规划模式,针对重要生态单元提出“核心—廊道—缓冲区”的规划模式,基于不同的整合策略调整生态用地布局及空间结构,以提高生态网络的连通性与稳定性,构建都市圈生态网络。聚焦生态空间结构演变机制分析、生态网络构建技术路径及模式探索,提出西安都市圈的生态空间结构,为生态空间规划提供新思路和新方法,这对于推动中国都市圈发展迈向更高水平具有积极意义。

基于MSPA与最小路径方法的巴中西部新城生态网络构建

目前快速城市化导致了生境斑块的日益破碎化,景观之间的连通性不断降低。构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,增加绿地景观的连通性,对生物多样性保护具有重要意义。以高度景观破碎化的四川省巴中西部新城为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,提取出对研究区生态网络构建具有重要生态意义的核心区和桥接区两类景观要素,并选用整体连通性(IIC)、可能连通性(PC)和斑块重要性(d I)等景观指数,分别对核心区和桥接区进行景观连接度评价,遴选出对维持景观连通性贡献最大的10个核心区生境斑块作为生态网络的源地,并根据斑块对维持景观连通的重要性程度将其他核心区和桥接区进行类型划分,以此作为景观阻力的赋值依据,融入消费面模型中,最后采用最小路径方法构建了研究区潜在的生态网络,并基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。研究结果表明,MSPA方法能够科学的辨识出研究区内对生态保护具有重要意义的结构性要素,例如作为物种栖息地的核心区和物种迁移通道的桥接区,这些要素是生态网络的重要组成部分;景观连通性的计算,明确了研究区景观要素的保护重点,为最小路径方法中的景观阻力赋值提供了重要的参考信息;基于MSPA与最小路径方法的生态网络分析框架综合了现有景观结构性要素识别、连通性分析以及物种潜在迁移路径分析等方法,将景观中潜在的生态源地和结构性廊道的连通性作为构建生态网络的重要基础和主要依据,从而使得生态网络的构建更科学。研究结果可为高度破碎化地区生态网络的构建提供重要的参考与依据,对其他地区生态网络的构建也具有一定的借鉴意义。

基于MSPA的城市绿地生态网络规划思路的转变与规划方法探究

从绿地生态网络的研究现状入手,梳理近年来生态源地识别,生态网络构建、评价及优化的常用方法,发现现状生态网络规划方法存在源地提取主观性较强、忽略结构性景观要素、连通性的分析方法存在局限性、阻力面构建依据不够科学等问题。而基于形态空间格局分析(MSPA)和最小路径法的生态网络构建框架综合了现有结构性景观要素识别、连通性分析以及潜在廊道网络构建等方法,以连通性水平作为网络构建的主要依据,为景观格局分析、生态源地的识别与结构性廊道的提取、斑块廊道重要性的定量分析及阻力面构建等方面存在的问题提供了科学的解决方法。在此基础上提出基于MSPA的生态规划的研究方向,包括MSPA对于尺度敏感性问题的研究、边缘宽度值的设定对于不同物种生态规划的意义、基于MSPA和连通性分析的景观格局时空变化特征评估及基于MSPA的生态网络规划对于不同绿地类型生态建设的差异性指导及可操作性探讨,为基于MSPA的生态网络规划的完善和发展提供新思路。

基于MSPA的区域绿色基础设施构建——以苏锡常地区为例

区域绿色基础设施普遍被视为维护区域生态安全的有效途径,其构建方法对于其功能实现具有重要作用。形态学空间格局分析(MSPA)方法,具有需求数据量小、分析与规划匹配度高等优势,成为近年研究与应用的热点。在分析MSPA应用原理的基础上,整合遥感、GIS技术,通过绿色基础设施要素提取、景观连接度评价、最小路径分析对生态廊道进行分级,并以长三角苏锡常地区为例,验证技术框架的可行性,得到苏锡常区域绿色基础设施规划空间结构,并对网络结构提出优化策略。

基于MSPA普者黑生态旅游区的森林景观破碎化梯度研究

基于2006、2016年30 m空间分辨率的Landsat遥感影像制作森林分布图,采用MSPA方法,将森林景观分为7种破碎化类型(核心、穿孔、岛屿、连接桥、边缘、分枝和环);采用核密度法将旅游区划分4个经济梯度,以探索普者黑生态旅游区不同梯度区的森林景观破碎化特征及变化情况。结果表明:2016年旅游区森林覆盖率达到42.70%,比2006年提升5.24%,在梯度经济区呈“U”型分布,优等区植被增长最快;森林景观构成发生较大变化,核心斑块占比最大但明显降低,其余6类斑块均有所增加;尽管各经济区森林面积增加,但各梯度经济区斑块趋于复杂,核心面积占比减少,边缘效应扩大,景观破碎化更为明显。因此,在开展生态旅游区森林生态建设的同时,还应注意对森林的质量提升和景观的改造。

基于MSPA和MCR模型的湖南省生态网络构建

构建区域生态网络对提升区域生态安全、促进区域能量流通具有十分重要的意义。生态廊道作为生态网络的主体,对生态风景道的构建、选线具有指导作用。以湖南省作为主要研究区域,采用MSPA方法识别生态源地,并采用可能连通性指数、斑块重要性指数等景观指标区分生态源地的重要程度,之后采用MCR模型生成潜在生态廊道,构建生态网络,以重力模型为基础筛选重要生态廊道,并提出生态网络优化的相关策略。结果表明:(1)由MSPA识别的核心区面积为47976 km^(2),较为分散,破碎化程度高。主要分布在湖南省中西部、湘南地区以及湖南省东部,而北部地区、中部地区的斑块数量较为稀少。(2)基于MCR模型形成的潜在生态廊道呈网状分布,重要生态廊道多呈线状、环状相连,构成湖南省东部和西部的生态屏障。(3)生态网络由50个生态源地、53条重要生态廊道、1172条潜在生态廊道及293个脚踏石构成。部分生态源地之间距离过远,连通性较差,因此建议优先考虑对踏脚石及重要生态廊道的建设。研究结果可为湖南省的生态安全格局及生态风景道的构建提供科学参考。

基于MSPA和MCR模型的大通县生态网络构建

本文基于生态学理论,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法识别大通县生态源地,并基于MCR模型构建生态廊道,通过图论指数(IIC、PC)对整体及局部连通性进行评价,运用重力模型对生态廊道分级,最后采用生态网络结构指数对生态网络连通性进行评价。结果表明:第一,生态源地规模较大,占研究区面积的51.89%,主要集中分布在大通县的北部和中部两侧。第二,网络闭合度(0.59)、线点率(1.82)、网络连接度(0.74)表明,大通县生态源地连接度较差,生态廊道和生态节点连通性较好,应优先保护重要的生态廊道和节点。

基于MSPA的城市绿色基础设施景观格局时空变化分析

绿色基础设施(GI)是城市的重要组成部分,健全的绿色基础设施网络有助于城市的可持续发展.以郑州市沿黄河南岸六区县为研究区,基于形态学空间格局分析(MSPA)法和景观生态学理论,运用Fragstats、ArcGIS、Guidos Toolbox等软件,对研究区1997—2019年的绿色基础设施景观格局时空变化进行分析.研究结果表明,研究区GI总面积先增加后减少,且总体呈减少趋势;研究区东西部GI斑块间的连通性较弱,两极分化明显;GI核心区面积总体上呈减少趋势,意味着GI斑块趋于破碎化;研究区GI斑块的景观破碎化程度加深,景观聚集度变差,景观趋于丰富和复杂化,景观异质性增加.本研究可为研究区未来GI网络规划与建设提供参考.

基于LSMM与MSPA的深圳市绿色景观连通性研究

基于线性光谱混合模型(LSMM,Linear Spectral Mixture Model),引入形态学空间格局分析(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)进行城市地域绿色景观连通性评价。根据城市绿色景观特点和MSPA方法中的7种连通性类型的涵义,定义了城市绿色景观连通性功能类型。以深圳市1986年、1995年、2000年、2005年及2010年五期Landsat TM影像为数据源,应用线性光谱混合模型提取植被覆盖率,得到深圳市植被覆盖图。在此基础上,提取出高、全植被覆盖作为目标像元进行MSPA处理,分析植被覆盖状况与绿色景观功能类型的时序总体特征及空间梯度动态。结果表明:深圳市绿色景观破碎程度较高,表现为对结构连通性贡献最小的斑块类型总数最大。城市内部东西部连通性呈现出不同变化的趋势;右侧外圈层的大鹏半岛结构连通性最佳;在同一城市化发展梯度上,东部的样带连通性水平比西部要好。在城市化过程中,深圳市高、全覆被植被像元连通性大小受以下因素的影响:城市化程度,地形因素及区域定位。在同一城市化程度上,地形因素对景观连通性的影响较大。从整体的时间变化和空间梯度动态分析可知,在快速城市化过程中植被覆盖率和连通性功能均下降,而到稳定城市化阶段植被覆盖率和连通性均得到改善。研究表明线性光谱混合模型与形态学空间格局分析相结合可以较好的表征城市绿色景观连通性类型时空分布特征,进而明晰城市化过程与区域内绿色景观数量及连通性动态变化关系。

基于MSPA与景观连通性分析的城市生态网络构建——以保山市隆阳区为例

建立生态廊道是生态网络规划的重要方法,是解决当前城市化进程造成的景观破碎化以及随之而来的众多环境问题的重要措施。本文采用形态学空间格局分析(MSPA)与景观连通性指数分析方法,遴选出10块核心区域作为生态源地,并基于最小累计阻力模型构建生态网络,通过中介中心性分析进一步得出生态廊道重要性,采用添加踏脚石和生态廊道,对构建的城市生态网络进行优化。结果表明:优化前研究区西北部的网络密度和生态源地数量明显高于其他区域;优化后的生态网络在网络连接度和闭合度方面有较大改善。本文研究结果综合多种方法,为城市生态网络的规划提供参考。

基于MSPA模型的新型城市热景观连通性分析

基于土地利用景观格局对城市热岛效应的影响研究较多,但准确识别对城市热岛效应具有重要影响的关键斑块和节点方面的研究亟待开展。以新型中小城市株洲云龙示范区为例,以城市热岛网络构建为切入点,应用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)与景观连通性模型识别城市发展进程中核心热景观斑块和关键节点,并分析其时空演变特征。研究结果表明:(1)2007—2018年云龙示范区热岛斑块趋于集中,热岛面积较研究初期有明显增加,从地表温度空间分布上体现为城区与周边农村的温度对比更加鲜明,表明城市化进程中建设用地呈聚集扩散趋势。(2)研究期间热岛核心区占热景观面积比最大,且比例有明显上升趋势。而边缘、支线、孤岛、桥接、环线以及孔隙形态类型面积占比均呈现出不同程度的下降趋势,表明热岛斑块之间聚集程度不断提高。(3)识别出景观连通度重要性值较高的前20热景观斑块,其中前3斑块的重要性值和面积占比较大,属于极重要与重要两个热岛核心斑块重要性等级,值得重点关注与优化。(4)对重要性值高的热岛核心区域可优先采取降温措施,可以打断节点之间连接减缓整个区域的热岛效应。本研究结果对我国中小城市规划和可持续发展具有重要的实践指导意义。

基于MSPA-Linkage Mapper的福州滨海长乐区生态网络构建与优化

构建生态网络是改善城市生态环境和维持生态服务功能的重要举措。以福州市长乐区为例,基于形态空间格局(MSPA)、Linkage Mapper和重力模型提取各级潜在生态廊道及生态节点,构建并优化长乐区生态网络。结果表明:1)基于MSPA识别出所有景观类型,核心区面积最大(245.36 km^(2)),占所有景观类型的73.61%,结合核心源地连通性评价,筛选出11个核心生态源地;2)通过Linkage Mapper、重力模型提取研究区潜在生态廊道共32条,1级廊道11条,2级廊道10条,3级廊道11条,主要分布在研究区南北部纵向连接,尚未形成整体的网络连接;3)采用Barrier Mapper、Pinch point综合识别生态节点,1级生态节点17个,2级生态节点12个、3级生态节点8个,确定各类型生态修复关键区域,提出生态暂歇点建设策略。研究结果为长乐区域生态可持续发展及建设生态保护重点区时序性研究提供参考意义。

基于MSPA和MCR模型的海岛型城市生态网络构建——以福建省平潭岛为例

为解决快速发展导致的生态环境问题,探究平衡海岛型城市发展与生态保护的有效途径,以福建省平潭岛为研究区,采用形态学空间格局分析模型(MSPA)、最小累积阻力模型(MCR)和重力模型构建平潭岛生态网络,通过构建踏脚石斑块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20个重要生态源地和190条生态廊道,重要生态源地主要分布在西部和东北部,生态廊道在中部和南部地区分布较少。(2)阻力较大的地区主要分布在平潭县城及研究区南部和中部。这些地区几乎都是建成区,很大程度上阻碍了生态系统的流动,导致研究区生态网络体系不完整。(3)增加了8个踏脚石斑块作为补充重要生态源地,同时也新增加188条生态廊道,以实现生态网络的优化。(4)优化后的生态网络连通性提高,网络闭合指数(α指数)、网络连接度指数(β指数)和网络连通率指数(γ指数)分别增加了1.99,4,1.33。研究能够阐明构建踏脚石在海岛型城市生态网络完善中的实践路径,并为平潭岛未来生态规划及城市健康发展提供有效的理论支撑,同时也为其他海岛型城市的生态保护和优化提供参考。