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.

基于最小累积阻力模型的土地利用功能分区研究——以广西贺州市为例

土地利用功能分区是国土空间开发保护与利用的重要前提。将最小累积阻力模型引入广西贺州市土地利用功能分区研究中,基于阻力约束视角开展建设用地、生态用地、农业用地扩张阻力评价,通过分析不同用地扩张的适宜性划分土地利用功能区。结果表明:(1)生态用地扩张阻力以各生态保护源为中心向四周扩张,农业用地扩张阻力由贺州市中部向四周递增,建设用地扩张阻力呈中部低、四周高的特点;(2)依据各类用地扩张的适宜性将贺州市划分为生态保护核心区、农业生产核心区、建设开发核心区、生态保护涵养区和生产生态拓展区,其空间分布与贺州市现状用地布局相符且契合相关规划的用途分区及管控要求。与传统适宜性评价相比,基于扩张阻力评价的适宜性分析综合考虑了各用地类型的垂直自然要素和水平扩张作用,为具体的土地利用功能分区提供了更为科学的依据;研究明确了各功能区的分布并提出对应的发展建议,能够为贺州市土地利用结构优化提供依据与指导。

基于最小累积阻力模型与水文分析的综合生态安全格局构建——以泰安市为例

泰安市是黄河流域下游重要节点城市,地貌类型多样,生物多样性丰富,其生态安全格局的构建对国土空间生态保护工作开展和生态系统整体提升具有重要作用。本文以泰安市为研究区,基于生态重要性与生态脆弱性评价体系,综合确定生态源地;采用最小累积阻力模型与水文分析,构建主要生态廊道和河流廊道两套生态廊道体系,最终形成泰安市综合生态安全格局。研究结果表明:泰安市生态源地面积994.66km^(2),占全域面积的12.81%,主要分布于泰山山脉、徂徕山、大横山群、莲花山等生态质量较好的地区;生态廊道连接生态源地,共23条,总长度353.71km,相互交错,呈现东部较密集、西部较稀疏的空间分布;生态源地和生态廊道共同组成泰安市“一带一屏多廊”的生态安全格局。研究结果对保障泰安市生态安全具有重要意义,可为泰安市生态管控提供指导。

基于最小阻力模型的西双版纳州生态安全格局构建与优化

以西双版纳州为研究区,基于生态敏感性和热点来分析识别生态源地,通过MCR最小累积阻力模型提取生态廊道,在此基础上识别生态节点,构建起西双版纳州生态安全网络格局。研究结果表明:①西双版纳州重要生态源地共21个。②生态廊道有59条,生态廊道格局呈现西南密、东北疏的分布特征,构成了“四纵四横”的西双版纳生态廊道网络。③在生态廊道的基础上生成11个生态节点,生态源地、生态缓冲区及生态廊道共同构成了西双版纳州区域景观生态安全格局。④在当前构建的生态网络的基础上,进一步优化生态空间结构,提出“一环廊带四组团,五纵四横多节点”空间布局,提高网络的连接度。

岷江流域生态安全格局评价与优化——基于最小累积阻力模型和重力模型

生态安全格局评价是维护生物多样性、改善环境质量的重要途径,对维持区域持续发展具有重要意义。以岷江流域为研究区,综合运用土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,基于生态系统服务对岷江流域进行生态重要性分析,将生态极重要区识别为生态源地,采用最小累积阻力(MCR)模型中成本路径法提取潜在廊道,结合重力模型提取重要廊道和重要节点,从而实现对研究区生态安全格局的刻画,进而对岷江流域生态安全格局评价并提出优化建议。研究结果表明:(1)岷江流域安全等级总体较好,较高生态安全和高生态安全的面积占研究区面积的55.02%。(2)从空间上看,研究区内重要生态源地面积为818.32km2,破碎化严重,集中分布在岷江流域上游林地区;廊道共190条,总长度为19633.96km,其中重要廊道41条,呈半环状分布于上游和下游段;生态节点共117个,集中分布在上游段南部-西南部。(3)参考生态阻力和廊道节点空间分布特征,划分岷江流域"四区两带"生态安全格局并提出分区管控措施和相关建议。以期研究结果和调控路径可对完善岷江流域生态安全格局、保护生物多样性和增强水土保持有一定的借鉴意义。

北京市张山营镇生态网络规划——基于形态空间格局和最小累积阻力模型分析

针对城镇生态环境破碎化的问题,通过整合区域自然资源、构建城镇生态网络,可增加生态斑块连通性,促进区域生态可持续发展。文章选取北京市张山营镇作为研究对象,运用形态学空间格局和最小累积阻力分析,结合生态敏感性分析评估,构建“点-线-面”结构的生态网络。结果表明:(1)张山营镇南部生态斑块数目较少,与北部山区的生态连通性较为割裂,呈断层情况。(2)张山营镇北部山区生态敏感性极高,分布松山国家级自然保护区、海坨山等重要生态保护节点,应遵守相关保护规定,进行保护保育,开展适当游憩;南部沿妫水河一带生态敏感度较高,但生态斑块破碎,应注重生态连通性的构建。(3)张山营镇生态网络景观连接度的最优绩效距离为20000 m。在此基础上提出优化提升方向:提出生态修复落实性点位,分区匹配不同程度的生态修复手段;构建的生态网络体系应运用于后续的镇域生态发展规划中。研究结果对张山营镇生态规划设计具有指导作用和实践价值,同时也对其他城镇的生态空间规划提供参考与借鉴。

基于形态学空间格局分析与最小累积阻力模型的昆明市生态安全格局构建研究

昆明市快速城市化对高原山地脆弱生态系统产生不利影响,因此以景观生态安全评价为基础,综合考虑生态保护和建设扩张构建昆明市生态安全格局。首先,从“干扰-效应”角度构建景观生态安全评价指标体系,分析1990—2018年昆明市景观生态安全时空分布特征;其次,基于评价结果采用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连接度评价方法识别生态保护源地,选取大面积建设用地斑块作为建设扩张源地;最后,基于阻力因子评价指标体系,采用最小累积阻力模型(MCR)构建综合阻力面,进而提取生态廊道和生态节点,构建昆明市生态安全格局。结果表明,(1)1990—2018年昆明市景观生态安全评价值由1749.37下降至1727.98,呈北部高山河谷区整体较高、东南岩溶丘陵区和中部高原湖盆区边缘高中心低,景观生态安全值以各区(县、市)为中心向外升高的“中心-外围”结构。滇池流域变化最剧烈,低值区呈环绕滇池由东向西的环抱之势,扩展路径与城市扩张基本一致。(2)识别的生态保护源地和建设扩张源地面积分别占市域面积的30.11%和4.06%;构建了18条重要生态廊道和37条一般生态廊道,得到97个生态节点;建立了生态保育区、生态扩张区、优化缓冲区和生态防护区。研究针对各生态安全分区提出生态管控建议,以期维护昆明市区域生态安全,推动区域可持续发展。

基于形态空间格局分析方法和最小累积阻力模型的北京市平原区造林工程生态格局分析

为了科学评估北京市平原区造林工程的生态影响,利用高分卫星数据获取2018—2020年北京市平原区造林面积、分布及变化信息,分析了造林工程的空间格局特征,并采用形态空间格局分析(MSPA)方法及最小累积阻力(MCR)模型,构建了北京市平原区生态网络,通过情景模拟分析造林工程对生态源地、生态廊道产生的影响。结果显示,2018—2020年北京市平原区造林工程主要沿西北东南方向实施,实现了对原有林地资源分布不均衡问题的解决。热点建设区域为北部的延庆及东南部的通州、大兴,呈现由城市边界逐步向市中心蔓延的发展趋势。在不考虑其他因素对土地利用的影响的前提下,造林工程的实施使平原区林地面积增长了9.8%。通过情景模拟发现,造林工程的实施使生态网络向连通、完整、均衡方向发展。其中,生态源地面积增长了131.0 km^(2),主要生态源地连通性提升了41.1%,生态廊道的分布由主要分布在西北部山区向西北、东南两个方向均有密集分布转变。综上,造林工程的生态环境效应显著,造林工程的实施对生态环境质量改善具有重要意义。

宝鸡市秦岭生物多样性保护的生态安全格局构建——基于生态源地识别与最小累积阻力模型

在厘清生物多样性功能数量关系的基础上,科学构建生态安全格局,能为生物多样性保护提供更有效的空间参考.以宝鸡市秦岭范围为研究区域,生物多样性保护为目标,运用直接与间接结合的方法识别生态源地,以目标物种分布验证源地的目标符合性;利用最小累积阻力(MCR)模型构建阻力面,并提取生态廊道和生态节点,进而构建研究区生物多样性保护的生态安全格局.结果表明,细化识别的生态源地3065.43 km^(2),占研究区面积的41%,空间上与物种分布有较好契合性,地类景观以林地和湿地为主.物种运动的低、中、高阻力区分别占25.62%、31.44%、42.94%.识别出50条生态廊道,11个生态节点,空间分布呈现中西部密集、东部稀疏的特征.基于源、廊、节点与研究区自然本底构建出“一核两带三区多廊道多节点”的生物多样性保护格局,对研究区生物多样性保护具有参考价值.研究为宝鸡市秦岭生物多样性保护的精准落实提供了科学依据.

基于最小累积阻力模型的北京市生态用地规划研究

生态用地规划强调对区域生态系统结构与功能的保护,增强社会经济发展的生态环境支撑能力。从保障首都基本生态安全、改善大气环境质量、建设宜居城市的角度出发,通过对北京市生态重要性进行综合评价,明确北京市重要生态用地空间分布特征。在此基础上,采用最小累积阻力模型(MCR),以重要生态用地为"源",以土地覆被类型、距道路距离和距居民点距离作为阻力因子生成阻力面,模拟重要生态用地空间扩张过程,进而设置生态用地规划情景,并从景观连通性、生态功能保障度及与现状建设用地冲突情况等3个方面对不同情景下的生态用地规划方案进行保护效能评价,最终提出北京市生态用地的适宜规模和优化布局方案。研究结果表明:北京市重要生态用地总面积为9879 km^2,占市域总面积的60.20%;生态用地的适宜规模为12417 km^2,占市域总面积的75.67%,其中,平原区生态用地的适宜规模为2944 km^2,占平原区总面积的46.45%,主要分布于建成区的外围过渡地带;山区生态用地的适宜规模为9473 km^2,占山区总面积的94.05%。

最小累积阻力模型在城市土地生态适宜性评价中的应用——以厦门为例

将城市土地景观动态模拟为生态保护用地和城镇用地扩张两个过程,建立了以两个过程最小累积阻力差值为基础的城市土地生态适宜性评价方法,可用公式MCR差值=MCR生态保护用地扩张-MCR城市用地扩张表示。当被评价单元的MCR差值<0时,应被划分为适宜生态的用地;当MCR差值>0,应被划分为适宜建设的用地;而当MCR差值=0时,为适宜建设用地和适宜生态用地之间的分界线。以厦门为例,选取已有的城镇用地和生态保护用地作为扩张源,分别从地形、景观类型、水文地质、生态价值、生态敏感性、生态功能6个方面建立了阻力因子评价体系,并运用最小累积阻力差值法将厦门市划分为禁止开发、限制开发、重点开发、优化开发4个适宜性分区,各区的面积分别为525.3、455.0、340.8、243.9km2,生态适宜用地面积总和为980.3km2,建设适宜用地面积总和为584.7km2。

基于最小累积阻力模型的农牧交错带土地利用生态安全格局构建——以鄂尔多斯市准格尔旗为例

选择位于农牧交错带的鄂尔多斯市准格尔旗,基于自然地理情况、社会经济统计及多年土地覆被数据,在对研究区近30年来土地利用时空动态变化进行分析的基础上,运用GIS空间分析技术,借用最小累积阻力模型,对区域内关键土地利用类型进行分析与模拟,判断各土地单元针对关键土地利用类型的适宜度,据此构建区域土地利用生态安全格局,进而提出土地利用安全格局实施和管理的建议。研究结果对区域土地资源的持续利用具有重要的指导意义,并对最小累积阻力模型的应用进行了扩展。

基于最小累积阻力模型的东北地区生态安全格局构建

生态安全格局对于缓解生态保护与经济发展之间的矛盾具有积极意义。以东北地区为研究对象,综合参考《生态保护红线划定技术指南》、《全国生态功能区划》以及东北地区自然资源禀赋和社会经济发展水平,基于水源涵养、防风固沙、生物多样性维持与保护等功能指标和敏感性指标划分生态源地;利用夜间灯光数据修正基本生态阻力面,并运用最小累积阻力模型划分缓冲区、识别生态廊道和生态战略节点,从而构建东北地区生态安全格局。结果表明:东北地区生态源地总面积为6.50×10^(5)km^(2),占全区土地总面积的45.02%,包括18个生态源地,主要分布在大兴安岭、小兴安岭、长白山脉和西部草原的部分区域;划分了高、中、低3个水平缓冲区,关键生态廊道中心线总长11073.52km,生态战略节点29个,在东北地区形成以生态源地为中心的网状空间布局。结果可为保障区域生态系统服务功能和可持续发展政策的制定提供科学参考。

基于最小累积阻力模型(MCR)和空间主成分分析法(SPCA)的沛县北部生态安全格局构建研究

沛县北部因采煤导致地形、地貌和地类变化,直接影响了整个区域的生态安全,因此需要在区域生态安全状况评价的基础上构建生态安全格局。该研究以沛县北部地区为研究对象,选取高程、坡度、土地覆盖类型、植被覆盖、距水体的距离、距道路的距离、距矿点的距离、距居民点的距离8个指标,采用空间主成分分析法(SPCA)评价研究区生态安全状况,并利用最小累积阻力模型(MCR)建立生态阻力面,借助GIS空间分析技术提取生态廊道和生态节点,从而构建研究区的生态安全格局。结果表明研究区生态安全水平不高,中度安全水平的面积为447.53 km 2,占研究区总面积的44.53%;较低安全水平的面积为344.58 km 2,占研究区总面积的34.28%;识别的31条潜在生态廊道、31个一类生态节点和20个二类生态节点与生态源地一起构成了研究区的生态安全格局,为沛县北部的生态规划和生态可持续发展提供了有效参考。

基于最小累积阻力差值模型的北京市生态安全格局构建

[目的]构建适合北京市区域环境特点和社会发展水平相对完整的城市生态安全体系,为有效控制城市扩张发展生态安全底线和城市生物多样性保护提供科学参考。[方法]基于北京市生态系统水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维持服务功能及各类自然保护地提取生态源地;综合考虑全域多要素指标,运用生态源地扩张阻力面和城镇用地扩张阻力面差值划分生态安全格局(即高水平生态区、中水平生态区、低水平生态区、生态城镇临界区、低水平城建区、中水平城建区和高水平城建区)。同时识别生态廊道和生态节点区域,从而构建北京市生态安全格局。[结果]北京市生态源地总面积为3 568.95 km^(2),占全区土地总面积的21.7%,集中分布在北京市西北区域,呈包围中心城区态势;北京市重要生态廊道11条,生态节点153个,其中石景山区生态网络密度最大,东城区生态网络密度最小,北京市中心建城区呈“摊大饼”式蔓延,城区的生态廊道断裂程度较高。[结论]北京市生态格局破碎化明显,未来应优化生态节点空间布局,以保护生态源地,规划生态廊道,控制生态城镇临界区建设等方式获得生态效益。

基于最小累积阻力模型的生态安全格局构建研究进展

“山水林田湖草是生命共同体”理念强调生态系统修复的整体性。构建生态安全格局可以连接破碎生境,提高景观连通性,优化生态网络,进而维护区域生态安全。采用文献分析法,以“格局要素规划与设计-源地识别-阻力面设置与修正-廊道提取-格局优化与有效性评价-研究成果应用”为逻辑线,系统梳理基于最小累积阻力模型构建生态安全格局的各重要环节,整理和分析当前各环节研究要点和存在问题,提出未来研究方向的建议。结果表明:(1)生态源地识别应采取直接识别与间接识别相结合的方式,满足实践中管理监督的需求;(2)目前阻力面构建方式主要有基于土地覆被/土地类型打分赋值和基于生态系统服务赋值2种,分别存在主观性较强和适用性较差的缺陷,应完善相关指标体系,提高生态阻力面赋值科学性;(3)生态网络相较于生态保护红线更加强调景观连通性,可以通过生态廊道和生态节点优化生态保护红线布局;(4)最小累积阻力模型相较于其他方法具有适用性较强和兼容性较好的优势,但未来仍需加强多路径分析和生态节点的研究,更加注重研究对象空间尺度的差异性,提高模型的客观性和适用性。

太湖流域生态安全格局构建与调控——基于空间形态学-最小累积阻力模型

构建生态安全网络是在快速城镇化和生态环境恶化的背景下保护生物多样性的重要举措。以典型跨界的太湖流域为地理研究单元,使用多源空间数据,采用空间形态学方法(Morphological spatial pattern analysis,MSPA)和最小累积阻力模型(Minimal cumulative resistance,MCR)以及地理学统计方法建立“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。研究结果显示:(1)太湖流域20个具有保护生物多样性功能的生态源地主要分布在浙西区和湖西区,包括大型湖体和丘陵森林等;(2)流域内重要性廊道贯穿太湖连接大型湖体和森林,一般性廊道集中分布在浙西-湖西区,将生态源地两两相连;(3)根据节点-廊道-源地网络分布,参考生态阻力和生境质量的空间性特征,构建流域“四区一带”生态安全格局并提出分区管控措施,为经济发展快速但生境脆弱的太湖流域生态体系建设与生物多样性保护提供参考。

基于最小累积阻力模型的广东省陆域生态安全格局构建

在城市化进程加快推进的背后各式生态问题日益凸显,生态安全与生态文明建设成为当前社会发展的一个重要方向。构建区域生态安全格局对地区生态安全保障与规划意义明显。基于生态文明建设“以人为本”的思想,从生态需求角度构建耦合居民生态需求的源地评价体系,尝试利用夜间灯光指数和不透水表面指数共同校正阻力面,利用最小累积阻力模型识别生态廊道网络,最后结合各生态组分构建广东省陆域生态安全格局。结果显示广东省重要性程度高的生态用地斑块面积占全省土地总面积的61.17%,其中,生态源地面积占全省土地总面积的29.59%。各类生态廊道共同构建了“一带多廊两防护”的蛛网式辐射分布网络。利用自然保护区数据从侧面验证了生态安全格局构建的有效性,同时也发现结合多元数据共同校正的阻力面更为合理。广东省生态安全保障的现实路径可以从污染治理、生态修复和源地保持等方面入手。生态源地和生态廊道应成为优先重点生态保护区,建成区周围的次重要生态用地可以优先建设公共生态服务设施,减轻来自中心城区的高强度生态需求。

基于最小累积阻力模型的土地生态适宜性评价——以鄱阳县为例

在假设土地扩张运动是在水平方向,运用最小累积阻力模型(MCR)评价整个县域的土地生态适宜性。选取城乡建设用地和生态保护用地作为源,选取自然因素、社会经济因素、政策因素3个因素8个因子为阻力评价因子,求取土地分别用于生态保护用地扩张和建设用地扩张的阻力,来判断土地适合生态保护用地扩张还是建设用地扩张。当MCR生态保护>MCR建设用地时,适宜建设用地扩张;当MCR生态保护<MCR建设用地时,适宜生态保护用地扩张;当二者相等时,为生态保护用地扩张和建设用地扩张的分界线。运用此模型评价鄱阳县土地生态适宜性并得出以下结论:(1)适宜生态保护用地扩张的土地占县域面积的74.69%,适宜建设用地扩张的土地占县域面积的25.31%;(2)根据最小累积阻力差值划分生态用地(建设用地)开发不困难、一般困难、较困难、困难4个区,划分结果可为鄱阳县土地生态用地或建设用地开发难易程度提供参考依据。

基于最小累积阻力模型的福建省南平市延平区生态安全格局构建

[目的]对城市综合生态安全格局进行构建,为城市总体规划和城市生态规划等专题研究提供科学参考。[方法]以福建省南平市延平区为研究对象,在划定生态保护红线的基础上选择生态源地,以地形坡度、土地覆盖和植被覆盖为阻力因子,应用最小累积阻力模型,以生态阻力面直方图分布的突变点2 983和9 268为界,分别构筑延平区底线型、缓冲型和理想型生态安全格局。[结果]延平区生态源地,即底线型生态格局用地面积为534.51 km^2,占延平区面积的20.10%;缓冲型和理想型生态安全格局用地面积分别为771.17和1 592.79 km^2,占到延平区的29.00%和59.89%。结合这3种不同安全水平的生态安全格局,进一步明确了生态源地间的13条生态廊道和5个关键生态节点,共同组合形成了延平区综合生态安全格局。[结论]在生态保护红线的基础上,结合延平区山水型城市的特点,确定了不同安全水平的生态用地分布格局、生态廊道和关键生态节点,形成了延平区综合生态安全格局。