Ecological Land Suitability for Arid Region at River Basin Scale:Framework and Application Based on Minmum Cumulative Resistance(MCR) Model

As an important and typical arid inland region in China,Shiyang River Basin plays an important role in maintaining the sustainable development of eco-environment,whose ecological land suitability restricts the development of the local human activities.Therefore,Shiyang River Basin was selected as the case study,the minimum cumulative resistance(MCR)model and GIS technique were integrated to create land suitability evaluation map.We calculated the MCR value of ecological source and living source,and divided the whole basin into five partitions according to the difference between ecological source and living source,and analyzed the patterns and characteristics of the ecological land suitability evaluation(ELSE)regions,respectively.The results showed that:1)The suitable ecological land includes prohibited development region and restricted development region,which accounts for 15.45%and 23.35%of the total land area of the Shiyang River Basin,respectively.These two regions mainly distributed high altitude region in the southern Qilian Mountain and low altitude region where had high density of rivers.2)The protection of ecological land requires not only conserving existing ecological land but also focusing on ecological buffer belts around ecological sources and improving ecological land service ability.3)Ecological networks should be constructed through artificial planting trees around the boundary of oasis and ecological restoration region.Buffer greenbelts should also be established between optimized development region and ecological restoration region.

基于MCR模型的村域土地整治分区研究--以左云县南辛窑村为例

为因地制宜进行土地整治,实现土地空间布局优化,本研究以山西省左云县南辛窑村为例,从全域土地整治视角,运用MCR模型和GIS软件结合的方法分析村域土地资源利用功能适宜性,依此划定土地整治分区,结合村庄规划定位提出相应的土地整治发展策略。结果表明:MCR差值≤0表示生态适宜性较强,差值>0表示建设适宜性强,按照MCR差值由高到低的顺序依次确定土地利用适宜性方向;在国土空间规划“三线”约束下,将研究区划分为小杂粮生产示范区、林草生态保护区、工业生产开发区、宜居核心整治区4类整治区,面积分别为232.02、529.14、5.85、5.88 hm2。整治分区后的土地资源分布格局呈现圈层夹散点的布局结构,具有明显的空间差异性,生态适宜性由中心向四周逐渐增强,与当地生态环境本底相吻合。研究表明,应用MCR模型实施土地整治分区,符合集聚提升型村庄发展要求,实现了耕地集中连片、居住用地集约高效、生态环境充分保护、产业发展有保障的目标,为村庄规划的科学编制和分区土地整治策略提供理论参考。

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MCR和HY模型的莆田市生态廊道构建与优化

以莆田市主城区为例,采用形态学空间格局方法(MSPA)结合景观连通性分析筛选重要生态源地,运用最小累积阻力模型(MCR)与重力模型方法,提取研究区潜在生态廊道;同时结合水文分析模型(HY)识别研究区辐射廊道和生态节点,最终构建并优化莆田市生态廊道。结果表明:基于MSPA与景观连通性指数,共识别出14个核心源地;采用MCR与重力模型,共识别出29条廊道,一级廊道7条,二级廊道10条,三级廊道12条;结合水文分析法共识别出205条辐射廊道和53个生态功能节点,包括一级节点5个,二级节点17个,三级节点31个,确定各类型生态修复的关键区域,提取生态节点建设策略。本研究可为莆田市生态廊道构建及生态节点保护时序性研究提供科学依据。

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MCR模型的山地县域生态安全格局构建与优化——以湖南省茶陵县为例

构建科学合理的区域生态安全格局是保障区域生态用地安全稳定的基础。以湖南省株洲市山地县域茶陵县为研究区域,构建生态安全格局,并提出相应的生态保护修复方法和空间优化方案。结果显示:研究区共识别出生态源地9块,生态源地在空间分布中呈现“四散分布,相对独立”的特点;提取出潜在生态廊道共36条及生态节点20个,生态廊道环绕在整个县域边界且连接度较高,闭合性好;从整体上看,茶陵县综合生态敏感性呈现“东北到西南贯穿低敏感,西北及东南丘陵山地高敏感”的特点,生态安全格局总体较好。通过对茶陵县生态安全格局分析,明确区域内生态空间类型,围绕“源地-廊道-节点”分区推动区域生态保护修复工程落实。科学合理地构建茶陵县生态安全格局与优化方案,对缓解茶陵县经济发展与生态保护之间的矛盾至关重要。

基于MCR模型的漓江流域生态安全格局构建

以典型喀斯特地貌的漓江流域为研究单元,基于景观生态风险度和景观连通性指数提取生态源地,在最小累计阻力模型和重力模型的帮助下识别潜在生态廊道和潜在生态节点并进行赋级,最终结合流域山水林田湖草沙一体化治理工程构建区域生态安全格局.结果表明:①流域景观生态风险呈“中部南部高、东部北部低”的空间特征,较高、高风险区占流域面积43.34%.②流域内存在5个生态源地,主要为林地和自然保护区,总面积达1689.05km^(2),占流域总面积28.99%.③识别潜在生态廊道6条和潜在生态节点38个,集中分布在灵田镇附近.④参考生态阻力面和未来规划,构建漓江流域为“生态保育、修复、管控一体,廊道带建设并行”的生态网络格局;此外为保证廊道带的顺利建设,在区县尺度上对灵川、兴安两地给予更多的生态补偿资金及技术支持.研究可为漓江流域生态系统功能提升及国土空间保护修复提供科学指导.

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。

耦合SOM-MCR模型的多特征生态安全格局构建——以武汉城市圈为例

面向“绿色城市圈”发展理念,构建武汉城市圈生态安全格局是实现区域经济、社会和生态协同发展的重要途径。传统研究采用的多指标叠加分析丢失了各因子蕴含的原始信息,仅可以识别同质化生态源地。将自组织映射神经网络模型(SOM)融入“重要性-敏感性-连通性”框架,依据生态系统服务组合划分生态功能区→识别多类型生态源地;综合自然因素与人类影响修正生态阻力面,并应用最小累积阻力模型(MCR)构建多特征生态安全格局。主要结论如下:武汉城市圈存在两类典型“高重要-低敏感—高连通”的生态源地,包括9756km^(2)的粮食供给区(孝感市、天门市、潜江市和仙桃市)和6791km^(2)的固碳释氧区(黄冈市东北和咸宁市东南),应作为生态安全核心区;低连通粮产源地分布于武汉市近郊与鄂州市,低连通碳汇源地分布在黄石市东南,宜作为生态保护功能区;共识别39条生态廊道,按照两端源地属性可划分为粮产连通轴、碳汇连通轴和跨类连通轴;综合构建了“一环、三翼、多联通”的武汉城市圈多特征生态安全格局。该格局有机融入了生态功能区划理念,有助于城市圈“因地制宜”采取相应的保护与修复策略。

内蒙古土默特左旗生态网络构建与优化——基于MSPA与MCR模型分析

针对内蒙古自治区呼和浩特市土默特左旗所面临的生态挑战,文章通过形态学空间格局分析(MSPA)和最小累积阻力(MCR)模型,识别生态源地、构建阻力面、提取潜在生态廊道,并借此构建生态网络,提出相关的优化策略以加强该区域生态系统的稳定性。结果表明:1)核心区面积为1 109.92 km^(2),主要集中于北部山区,表现出明显的破碎化和分布不均;2)识别研究区内生态源地11个,潜在生态廊道65条,总体连通性较低;3)通过补充7个生态源地,新增55条生态廊道,生态网络结构和连通性得到了显著改善;4)识别出的118个生态断裂点,为生态网络进一步优化提供了重要参考。研究结果对指导土默特左旗及更广泛区域的生态保护和规划具有重要意义,有助于促进可持续生态发展。

基于遥感生态指数和MCR模型的沙漠丘陵区生态网络构建

人类不合理的土地利用模式使沙漠丘陵区生态环境愈加恶化,构建生态网络对改善生态环境质量,维持生态系统稳定具有重要意义。本文以陕西省神木市为研究单元,引入耦合绿度、湿度、干度和热度四个指标的遥感生态指数(RSEI)进行生态环境质量评价,并以评价结果为依据识别生态源地;综合从地形因素、植被因素、人为因素和水资源因素四个方面选取出8个阻力因子,通过空间主成分分析法(SPCA)构建研究区的综合生态阻力面;运用最小累积阻力模型(MCR)和重力模型提取研究区潜在生态廊道与节点,构建起“点线面”相互交融的生态网络框架。结果显示:①2015、2018年神木市生态遥感指数均值分别为0.4733、0.5075,整体生态环境质量处于中等水平,具有略微好转趋势,呈现出“西北差东南优”的空间分布特征。②以研究期间生态环境质量稳定且优良的区域为依据,确定了31个生态源地,面积共316.59 km^(2),占神木市总面积的4.15%,大部分集聚在研究区东南部,中部和西北部的生态源地破碎分散;源地的主要土地类型为草地、耕地及河流。③提取出神木市潜在生态廊道34条,生态节点22个,廊道总长度634.12 km,其中重要廊道20条,占总长度的57.58%,主要分布在研究区东南部,结合区域特征及研究结果提出了“一环四区”的生态网络框架布局。研究结果可为神木市区域生态安全规划与沙漠丘陵区生态网络构建提供科学参考。

基于ArcGIS和MCR模型的略阳县生态廊道分析

建立生态廊道可改善生物生境破碎、动物迁徙困难的现状。实现生态廊道规划的常见算法有最小累计阻力(Minimum Cumulative Resistance,MCR)模型、形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)和电路理论等。本文基于ArcGIS软件的空间分析方法,利用MCR模型进行略阳县生态廊道分析。结果表明,该方法在实用性和准确性方面都能取得满意的效果。

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.

基于景观生态风险评价的景观格局优化研究——以嘉陵江流域为例

为了促进嘉陵江流域生态系统的健康发展,采用空间主成分分析法、加权叠加分析法和最小累积阻力模型对流域景观生态风险进行了研究.结果表明:嘉陵江流域高与较高生态风险区主要位于嘉陵江流域上游局部地区,中、下游的西南部地区.遴选出22个生态源地、构建出15条生态廊道、辨识出17个生态节点,形成点—线—面多层次生态网络优化格局;对比嘉陵江流域景观格局优化前后的连通性指数发现,优化后的整体景观连通性提高了87.35%.建议该区域在今后的建设中,应加强生态源地的保护、生态廊道及生态节点的建设以形成稳定的、物种丰富的生态系统.

环武夷山国家公园保护发展带生态安全格局构建研究

生态安全格局构建是我国生态文明建设作出的重大战略部署,是维持生态系统健康稳定的重要基础.构建以国家公园为主体的保护发展带生态安全格局,是统筹保护与发展、探索人与自然和谐共生路径的先决条件.本文以我国国家公园建设示范探索地−环武夷山国家公园保护发展带为研究对象,基于生态保护重要性评价识别生态源地,依托最小累积阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道,进而构建生态安全格局.结果表明:①环武夷山国家公园保护发展带以及光泽县、邵武市、建阳区、武夷山市四个地区生态系统服务功能极重要区面积为5262.27 km2,占研究区总面积的46.87%;生态系统敏感性较弱,极敏感区面积占研究区总面积的1.67%,主要分布于武夷山国家公园.②将评价结果与自然保护地空间分布相结合,综合确定生态源地面积为4867.76 km2,占研究区总面积的42.35%,主要包括武夷山国家公园、乌君山国家森林自然公园等自然保护地.生态安全区按照高、中、低水平分别占研究区总面积的77.92%、20.96%和1.12%.③通过最小阻力模型识别生态节点13个,生态廊道18条,总长度781.86 km,以武夷山国家公园为核心,呈网状空间分布.④以研究区现有生态安全格局为基础,提出“两核、三屏、多点、多廊”生态安全格局.研究显示,环带及周边四地区的现有生态安全格局仅依靠水系廊道,因此需结合生态系统服务功能和敏感性进行分级再划分生态安全格局.该研究结果可为以国家公园为主体的自然保护地的生态安全格局构建与优化提供重要参考.

基于生态系统服务的川南经济区生态网络构建

为有利于提高区域生态系统服务功能,为形成高质量发展的国土空间格,本研究以川南经济区为研究范围,采用生态系统服务评估结果提取生态源地,采用可能连接度指数评价源地重要性程度,再采用MCR模型识别潜在廊道和生态节点,得到川南经济区生态网络总体格局.结果显示:(1)区域生态系统服务功能具有明显的空间异质性,识别出生态极重要区6133.50 km^(2);(2)结合生态功能重要性和景观结构重要性,共选取27块生态源地,占研究区面积的12.97%;(3)识别潜在生态廊道57条,生态节点21个,生态断裂点24个.针对网络重点要素提出了优化建议,构建了“一核五心,一带多廊”网络格局.

基于“服务重要性-生态敏感性-生物多样性”的内蒙古生态网络识别及优化

识别生态空间质量,构建区域保护网络对于优化生境布局、提高生态环境承载力以及维持生态系统稳定性具有重要意义。以内蒙古为例,研究构建“服务重要性-生态敏感性-生物多样性”的保护网络识别框架,基于生态系统服务重要性与生态敏感性评价识别生态源地。在此基础上,耦合现有自然保护地体系,利用最小累积阻力模型识别重要生态廊道,构建内蒙古保护网络。通过分析生态廊道与基础设施的空间叠置关系,提取待优化的生态踏脚石与生态障碍点。结果表明:(1)内蒙古Ⅰ级生态源地面积3.80×10^(4) km^(2),占研究区总面积的3.21%,与生态保护红线重合度较高。(2)在自然保护地和Ⅰ级生态源地的基础上,识别潜在生态廊道共84条,总长度约为15910 km,结合生态源地、潜在廊道和鸟类迁徙廊道构建内蒙古保护网络。(3)识别5条鸟类迁徙廊道、10处踏脚石优质生境建设点和81处生态障碍修复点。研究结果为内蒙古生态保护修复工程中物种迁移和能量流动网络的管理建设提供数据支持和位置参考。

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。

基于最小累计阻力模型的卢氏县土地生态适宜性评价

按用途可将城市土地景观划分为生态用地和建设用地两部分,这两部分用地扩张可以看作是此消彼长的动态过程。采用ArcGIS软件模拟土地扩张运动,构建以两个过程最小累计阻力差值模型为基础的城市土地适宜性评价机制。以河南省三门峡市卢氏县为例,选取建设用地和生态用地作为土地扩张源,分别从土地固有生态属性因子、外延生态属性因子两个因子,8个方面建立阻力评价体系。评价结果表明,适宜生态保护用地扩张面积为932.14 km^(2),占县域面积的23.28%;适宜建设用地扩张面积为3 071.87 km^(2),占县域面积的76.72%。运用最小累计阻力差值模型将卢氏县划分为生态开发不困难、一般困难、较困难、困难4个区域,各区域面积分别为176.18、755.96、811.61、2 260.26 km^(2),分别占县域面积的4.40%、18.88%、20.27%、56.45%。适于建设用地开发的难易程度分区与适宜生态保护用地相反。