基于形态学空间格局分析与景观连通性的易门县生态网络构建与优化

【目的】构建与优化玉溪市易门县的生态网络,为当地的生物多样性保护提供参考。【方法】利用形态学空间格局分析(morphological spatial pattern analysis,MSPA)方法识别生态源地,并综合考虑人为与自然因素构建综合生态耗费面;采用最小累计阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型及重力模型提取并筛选生态廊道,构建易门县生态网络。【结果】(1)生态源地主要分布在易门县东北部及中部的优良生境区域,而在中东部和南部的分布则因人类活动较少;(2)综合生态耗费面显示:中东部与西部阻力较高,而中南部及北部则较低。通过最小成本路径分析识别出45条潜在廊道,通过重力模型提取出15条重要廊道,且生态廊道的空间分布不均、长度较短。网格分析验证表明:易门县生态网络的α、β和γ值分别为0.40、1.50和0.63,网络连通度低、南北部连接缺失,可能影响物种的扩散。【结论】为优化易门县生态网络,建议新增8个生态源地及16条规划廊道;对10个重要生态节点和23个一般生态节点实行分级保护,并识别修复24个生态断裂点。研究结果为城市生态网络的优化提供了科学依据。

基于格局动态与空间形态协同分析的长江中游景观演变特征研究

【目的】长江中游地区水网密布,林田湖草等用地广泛交错分布,自然资源丰富。长期以来,也是人口、城镇与乡村聚落密集分布的区域。近年来,这一区域在经历快速城镇化建设扩张的同时,生态用地的保护和修复也逐步加强,景观格局呈现更为剧烈和复杂的全局性变化。因而,从区域视角开展对这一快速变化期的景观演变过程与机制探讨,将为区域生态系统优化、生态经济协调发展提供有价值的指导。【方法】研究创建了一个全新的格局动态与空间形态协同的分析框架,在景观动态模型、景观指数等分析基础上引入形态学空间格局分析(MSPA)方法,从格局变化与景观形态两方面,全面揭示了2000—2020年长江中游地区景观格局时空演变特征和趋势。【结果】2000—2020年,耕地、林地、草地、水域面积均显著减少、建设用地持续增加。同时,耕地、林地、草地之间动态转化速度也急剧增加。长江中游地区城市扩张模式由边缘式转为飞地式,耕地、草地的破碎化水平持续上升,平均斑块面积不断减小,林地、水域和建设用地的破碎化水平显著下降。规划引领的城乡建设和生态工程对景观格局的影响日趋显著。区域生态核心斑块规模呈现下降趋势,原生生态斑块日趋破碎,各类小尺度生态斑块显著增加,斑块之间的景观连通性保持良好。【结论】长江中游地区全域的景观格局演变存在整体一致性,景观类型比例差异不断缩小,景观破碎化程度增加,生态景观格局的网络化特征进一步显著。然而,在跨省边缘地带廊道稳定性较差。今后应强化跨省域的一体化用地协调、保护和监测机制,以促进长江中游城市群生态与经济协同的可持续发展。

基于形态空间格局分析与最小累积阻力模型的城市热环境生态网络优化研究

【目的】建立合理的城市热环境生态网络,以缓解城市热岛效应。【方法】以成都市中心城区为研究对象,基于“源-汇”理论,利用形态学空间格局分析方法(MSPA)与景观连通性指数,分别筛选研究区内景观稳定性好、连通性高的“源”“汇”景观作为生态源地;运用最小累积阻力模型、重力模型以及水文分析模块构建和筛选研究区内的重要生态廊道,从而建立缓解城市热环境问题的多层级“源-汇”景观网络。【结果】分别筛选出24个具有重要连通性的“源”“汇”核心斑块作为重要生态源地。构建“源-源”廊道102条,“汇-汇”廊道141条,“源-汇”廊道325条,生态节点103个,障碍点148个。通过综合相交分析,一级补偿廊道主要由岷江、毗河和其他河道构成,二级输送廊道主要分布在“汇”景观较为密集的区域,三级作用廊道主要分布在高强度建设区域。【结论】基于“源-汇”理论构建的多层级生态网络优化格局是有效缓解城市热岛效应的重要举措。图4表3参25.

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。

独流减河流域绿色基础设施空间格局与景观连通性分析的尺度效应

尺度效应是景观生态学研究的核心问题之一,是正确理解和感知景观格局与生态过程相互作用及其动态变化特征的基础.针对GI(绿色基础设施)进行空间格局与景观连通性分析具有强烈的尺度依赖性的问题,以天津市独流减河流域为例,利用ArcGIS10.1、ENVI5.3和eCognition8.9软件进行面向对象土地利用分类,基于MSPA(形态学空间格局分析)方法和景观连通性分析方法,借助GuidosToolbox2.6和Conefor2.6软件,通过设置不同的粒度、边缘宽度和扩散距离,对2016年研究区GI的粒度效应、边缘效应和距离效应进行定量分析和评价.结果表明:①MSP(形态学空间格局)类型具有明显的粒度效应和边缘效应,较小的粒度和边缘宽度会得到更为详细的空间格局信息.②粒度效应改变GI像元的空间分布,会导致GI空间信息的丢失或增加,直接影响MSP类型的空间配置和量化关系;而边缘效应不会改变GI像元的空间分布,使得GI空间信息不发生改变,但对MSP类型的影响更为显著.③景观连通性与扩散距离具有直接关系,扩散距离越大,GI核心区景观连通性越高,当扩散距离增至一定程度时,所有核心区会连接成一个网络整体,景观连通性达到最大,研究区GI核心区的扩散距离关键值在2.5~4.5km之间.研究显示,独流减河流域GI要素尺度效应明显但机理不同,基于MSPA和景观连通性分析方法能够更加直观地反映各景观类型和网络组分的空间变化特征和数值变化规律.

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。

生态网络视角下武汉市湿地生态格局分析

城市湿地是城市发展的重要生态保障。快速城市化进程导致湿地景观破碎化,威胁湿地生态系统安全。生态网络通过廊道连接重要生境斑块,基于生态网络分析城市湿地生态格局,不仅可了解湿地的空间分布情况,还可反映湿地系统的结构与连通性特征。以武汉市为研究区,利用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)方法识别湿地源地,结合地表景观类型、地形坡度及人类活动强度因素构建综合阻力面,采用最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance, MCR)提取生态廊道构建湿地生态网络,最后对网络进行重要性分级。分析网络的结构及区域特征,结果表明:武汉市湿地规模较大,但破碎化严重且空间分布不均;网络空间结构不完备但景观结构良好,重要廊道多位于城市边缘斑块间且集中分布在南部地区;各区域湿地格局特征不同,江夏区及汉南区湿地资源丰富且斑块质量高,廊道分布多且景观结构较好但重要性不高,黄陂区及东西湖区湿地总量少且形态破碎,区内廊道少、重要性低且景观结构有待改善,新洲区湿地规模小,廊道分布较少且景观结构不完善,但湿地及廊道重要性均较高。研究结果将为武汉市湿地保护与建设工作提供科学依据。

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。

基于生态网络的黄河上游(四川段)水源涵养生态安全格局构建

在对黄河上游四川段水源涵养功能及修复潜力评估的基础上,利用形态学空间格局分析法(MSPA)识别黄河上游四川段生态源地,运用最小累积阻力模型识别生态廊道.结果表明:整个研究区水源涵养能力由南至北逐渐降低,水源涵养修复潜力等级高的区域主要分布在研究区域北部;MSPA识别的核心区主要位于若尔盖县和石渠县,占总面积的44.04%,形成由3个等级的生态源地和3个等级的生态廊道组成的黄河上游四川段生态安全格局;整个生态网络均集中于研究区中北部,东西部和南部生态网络分布较少.基于生态网络进行生态安全格局的构建,可为黄河上游四川段水源涵养生态修复布局提供重要依据.

近20年白洋淀湿地水文连通性及空间形态演变

水文连通性是表征湿地格局和功能稳定性的重要指标,连通性的降低通常意味着湿地生态功能的退化,内部能量流动和养分循环的扰乱。选取京津冀最具典型性的白洋淀湿地为案例,将形态学空间格局分析模型(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)与连通性指数(IIC,Integral Index of Connectivity;PC,Probability of Connectivity)相结合,从时空两方面分析了白洋淀湿地水文连通性的变化,总结出水文连通性变化的空间形态演变规律。结果表明,1990—2015年间,白洋淀湿地整体连通性较差,以2005年为节点呈现先降低后逐步恢复的趋势;根据MSPA功能类型的变化,将白洋淀湿地空间形态演变分为消退期与恢复期两个阶段。消退期主要表现为核心斑块逐步分裂为分支、环岛、桥接、孤岛等细碎斑块,然后逐渐消退的过程;恢复期各类型主要表现为核心湿地面积逐渐增加,分支向桥接转变的过程。其中核心湿地的面积由1990年的8974.90 hm2,最低下降到2005年2092.97 hm2,到2015年又恢复到4122.14 hm2。整体而言,核心湿地的变化对白洋淀湿地水文连通性变化起主导作用。白洋淀湿地水文连通性降低的影响因素主要有上游补给水量的多少,土地利用变化以及气候变化等因素。研究将MSPA模型与连通性指数相结合的方法,能较好揭示湿地水文连通性变化过程中水文形态组织和运行变化的规律,可为其他地区湿地相关研究提供方法上的借鉴。

基于MSPA分析的福建省生态网络构建

快速城镇化进程导致森林景观破碎化、连通性下降,严重威胁区域可持续发展、生物多样性保护和生态服务能力的维持。生态网络构建是提高景观连接度,维持物种扩散过程,保护生物多样性的有效手段。以福建省为例,借助形态学空间格局分析(MSPA)探讨2000、2010和2020年的森林景观结构动态变化,并在利用组分数(NC)与整体连通性指数(IIC)确定适宜距离阈值的基础上,根据可能连通性指数(PC)筛选生态源地;从人-地关系角度选择路网分布、建设用地分布、土地覆盖类型、坡度四种评价因子构建阻力面,采用最小阻力模型(MCR)提取生态廊道形成初步生态网络,进一步计算PC指数对生态廊道进行重要性分级;最后基于图论法,利用闭合度α、线点率β、网络连接度γ对所构建的生态网络进行定量评价。结果表明:(1)近20年来福建省森林景观结构较为稳定,其中核心区占比高达76.27%,但仍存在一定程度的破碎化趋势;(2)根据NC与IIC的计算结果,以500m为合适的距离阈值计算了PC,据此识别出15处生态源地,多位于闽西及闽北地区;(3)采用MCR模型提取了105条生态廊道,其中重要生态廊道27条,分布均匀且连通四方;(4)生态廊道穿过的土地利用类型中受人类干扰小的林草地占比超过85%,耕地占比12.33%,受人类干扰强烈的建设用地及未利用土地占比不足1%;(5)识别出生态节点62个,生态网络结构指数α=0.37,β=1.69,γ=0.58,表明网络结构较为合理,连通性较好。研究结果可从整体角度出发指导福建省生态安全格局构建,以期为土地资源有限背景下,省域尺度复合种群保护工作提供科学依据。

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的全国主要城市绿地形态时空变化

以形态学空间格局分析法为基础,运用了ArcGIS、Guidos等相关软件,对1995—2015年全国38个主要城市绿地形态的时空变化进行研究。研究发现:(1)选取了38个城市中3个典型城市(东部北京市、中部成都市、西部乌鲁木齐市)的绿地形态空间格局,发现核心区的主要面积是绿地形态,而其他6个结构类别(孔隙、边缘区、连接桥、支线、环道、孤岛)的面积相对较小且分散。38个主要城市的MSPA结构要素存在较大的地域差异。MSPA的7个结构类别中面积最大的是核心区,其他类别面积较小。(2)38个主要城市MSPA的结构要素有明显变化。1995—2005年,有2个城市核心区的面积在增加,而其他城市则下降。总体而言,在其他6个结构类别中,更少城市的面积在减少而更多城市的面积在增加。2005—2015年,核心区域的面积变化都减少了,不同城市之间的结构要素变化明显不同。(3)38个主要城市MSPA 7个结构类别的平均值和变异系数中,核心区的变化最为明显。连接桥和环道的结构变化与其他结构类别有所不同,1995—2005年出现了明显下降,而2005—2015年则有所增加。1995—2005年,核心区、孔隙、环道、边缘区的变异系数变化比2005—2015年更为明显,而孤岛、连接桥、支线的变化系数则相反。

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。

基于生态安全格局的国土空间生态修复关键区域识别--以沈阳市为例

国土空间生态修复是落实落细生态文明建设布局的关键措施。科学合理探测国土空间生态修复关键核心场所,合理布局全域生态修复环境是当前国土整体规划要面对的核心问题之一。本文以沈阳市为例,综合运用形态学空间格局分析(MSPA),从生态保护重要性、景观连通性、生态功能重要区域和自然保护区四个方面识别生态源地,运用电路理论提取生态廊道,构建生态安全格局。以此识别沈阳市国土空间生态修复关键区域。通过电流密度判断生态廊道中的生态“夹点”和生态障碍点,最后判断出生态廊道宽度,识别生态修复重要区域,最后在制定生态修复计划。

景观格局视角下城市生态网络构建方法探究--以深圳市坪山区为例

随着城市化快速发展,建设用地扩张导致城市生境破碎化。科学合理地构建城市生态网络可以有效连接破碎生境斑块,保障城市生态安全。以深圳坪山区为研究对象,利用景观指数法分析景观格局演变特征,基于形态学空间格局分析(MSPA)和最小积累阻力模型(MCR)构建生态网络,并结合实地调研和上位规划进行优化。研究成果可为坪山区城镇开发边界的划定提供参考,为区域生态网络的构建提供科学依据。

不同等级道路对福州市生态空间景观连接度的影响研究

道路空间的扩张导致城市生态空间的破碎化及其景观连接受阻.科学分析不同等级道路对生态空间景观连接度的影响对指导生态修复工程选址和未来道路网络布设具有重要意义.研究采用形态学空间格局分析(MSPA)和基于图论的景观连接度模型,提取福州市主要生态空间,并通过有无道路的情景定量分析了不同距离阈值下各等级道路对生态空间景观连接度的影响.结果表明:(1)在各等级道路干扰中,高速公路对景观连接度的影响最为显著,导致景观连接度指数LCP、IIC和PC值分别降低了7.74%、6.53%和8.96%;(2)道路的存在干扰了生态空间中各斑块的连接度重要性,导致高景观连接度的斑块组合数量骤减,低景观连接度的斑块组合数量剧增;(3)各级道路的影响程度由大到小依次为高速公路、县道、省道和国道,其中县道和高速公路分别在距离阈值极低和极高时成为主要影响因素;(4)生态空间占比越大且越靠近城市核心区的区县,其生态空间景观连接度越易受到道路的影响.研究结果可为福州市生态空间格局的构建和优化提供科学依据.

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。

苏州环太湖地区生态网络构建与空间冲突识别

快速城市化导致的生境破碎化问题日益严重,构建生态网络对维护区域生态安全具有重要意义。以苏州环太湖地区为例,基于2017年的土地利用数据和数字高程模型(DEM)数据,采用形态学空间格局分析(MSPA)和最小累积阻力模型(MCR)生成生态源地、潜在生态廊道、缓冲区,将该生态网络与城镇建设用地空间叠加,研判用地冲突情况。结果表明,苏州环太湖生态网络面积为100965.79 hm^2,其中生态源地占35.72%,生态廊道占5.82%,生态缓冲区占58.46%;16块生态源地均为大型林地、水域或湿地,总体呈现“西山东水”的格局,源地间连通性差,东南部破碎化明显;潜在生态廊道有105条,其中极重要廊道12条,东南部廊道密度高于西北部,西北部廊道宽度大于东南部;东部生态缓冲区普遍大于西部;城镇空间与生态网络的冲突呈现从主建成区向外围逐步减弱的特点,古城与生态廊道的冲突更为激烈,建成区边缘对缓冲区侵占更多,故古城应结合城市更新,修复骨干水系和绿化,疏通重要生态廊道,协同治理城南街道等,打通城区东西极重要廊道的最后1 km,复壮“四角山水”的西南绿楔。该研究可为环太湖生态安全和空间规划提供技术依据。