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MCR与FLUS的新安江流域城市开发边界划定研究

为了控制城市无序蔓延并引导城市合理的扩张,从空间规划的角度来制定合理的城市开发边界(Urban development boundary,UDB)显得非常必要.本文以新安江流域为研究区,从城市扩张以及城市空间演变规律两个角度出发,耦合最小累积阻力(Minimum cumulative resistance,MCR)模型与未来土地利用变化情景模拟(Future land use simulation,FLUS)模型,以阻力与动力相结合的思路为导向,提出了一种新的UDB划定方法,在划分城市扩张适宜性等级基础上,预测2030年、2040年城市扩张,从而综合划定UDB.结果表明:1)城市扩展模拟的Kappa系数为0.81,总体精度为89.55%,能较好反映未来土地变化情况;2)不同城市扩张幅度不同,扩张明显的为杭州市、衢州市以及金华市;3)融合阻力和动力两种模型划定的UDB,更加符合研究区的空间扩张演变规律,能够真实地展示研究区UDB的发展状态.

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。

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MCR模型和Kriging的海口市景观格局优化分析

以海口市为研究对象,采用最小耗费距离模型和克里格差值法,对海口市景观格局进行了优化研究,以为海口市生态环境建设提供参考。结果表明:1)海口市有生态源地46块,北部数量少而规模大、南部数量多而规模小,主要受社会经济活动和地形地貌的影响。2)隐性生态阻力面与显性生态阻力面构建了综合生态阻力面,相比传统方法构建的阻力面,理论上更接近实际状态。隐性生态阻力面与显性生态阻力面的差异能反映生态脆弱局部,这些局部是容易被忽视而又需要重点建设的区域。3)海口市有生态廊道92条,其中建设用地生态廊道21条,耕地生态廊道13条,林地生态廊道58条;有生态节点64个,其中建设用地生态节点1个,耕地生态节点11个,林地生态节点52个。生态廊道和生态节点的功能因类型差异而不同,在生态建设中需采取科学合理的建设措施。

基于MCR模型的卡拉麦里地区生态安全格局变化研究

随着生产力的发展,人类在开发活动中导致的植被破坏、水源污染、土壤污染等生态环境问题日益突出,人类活动与自然环境之间的矛盾和保障人类社会的可持续发展已经成为急需解决的问题。利用最小累积阻力模型(MCR)对1990—2019年卡拉麦里地区的生态安全格局变化规律进行分析,并结合元胞自动机-马尔可夫模型(CA-Markov)对2025年本地区的生态安全格局进行预测。结果表明:(1)将卡拉麦里地区的生态安全格局分为安全区、低安全区及不安全区,安全区的面积在2010—2015年萎缩至3237.31 km^(2),主要转化为低安全区及不安全区,这一时期的人类活动严重影响到了本区的生态环境。(2)2019年,安全区面积为6265.91 km^(2),低安全区及不安全区基本恢复为自然状态,生态治理工作取得良好效果。(3)预测可知,2025年卡拉麦里地区景观格局变化不大,仍以草地、未利用地为主。生态安全区面积6421.88 km^(2),低安全区及不安全区面积有继续下降趋势。(4)在卡山保护区中部的交通路线附近形成了一条带状低安全区,将成为今后保护区生态监测与保护的重点区域。

基于MCR模型的城市生态安全格局构建——以甘肃省平凉市为例

城市生态安全格局的建立对于引导城市空间扩展及维护区域生态过程的健康和稳定意义重大.以西部城市平凉为例,基于最小累计阻力(minimal cumulative resistance,MCR)模型及地理信息空间分析方法,结合土地利用数据,通过水土流失敏感性、生物多样性维护功能、水源涵养功能及水土保持功能4个综合指标划分生态源地,并从自然因素、经济因素和社会因素3个方面筛选了海拔、坡度、土地利用等8个约束条件构建阻力面,运用MCR模型提取生态廊道及生态节点,构建生态安全格局并提出优化保护建议.结果表明:平凉市生态源地面积为1049.38 km^(2),占总面积的9.44%,空间上呈现出一定的集聚分布状态;MCR模型共识别出16条主要生态廊道、25条次要生态廊道及34个生态节点,构成了平凉市的生态安全格局基本框架;构建了研究区"两屏、五廊、三区、多点"的生态安全格局.研究成果期望能为西部地区市域的国土空间整治及生态安全优化提供参考案例.

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MCR-ANN-CA模型的包头市生态用地演变模拟

以内蒙古自治区包头市为研究区,耦合最小累积阻力(MCR)模型、人工神经网络(ANN)和元胞自动机(CA)构建MCR-ANN-CA模型。利用MCR模型量化包头市各用地类型演变为生态用地时的阻力,构建CA适宜性规则;利用ANN模型提取CA邻域转换规则,基于包头市2006、2011年土地利用数据及归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、水体距离、人口密度多项数据,对2016年生态用地演变情景进行模拟,以2016年实际生态用地分布为参照,将该模型模拟结果与CA-Markov模型的模拟结果进行对比(以2016年实际景观分布为参照),结果显示,两种模型模拟结果的卡帕一致性指数(Kappa index of agreement,KIA)分别为0. 89和0. 87,相对误差分别为3. 10%和5. 31%,MCR-ANN-CA模型显示了较高的模拟精度。

基于MCR模型的水网平原区乡村景观生态廊道构建

基于乡村文化复兴和生态保护的双重目标,将湿地、湖泊、河流等生态属性的景观成分与乡村文化资源,利用生态廊道与生态踏脚石进行连接,将生态景观与人文景观连接形成景观集合,具有生态保护和人文保护双重意义。该研究以长三角地区的浙江省嘉善县为研究区,以水域作为生态源,考虑生态廊道与文化景观的连接,采用形态学空间分析方法(morphological spatial pattern analysis,MSPA),考虑景观类型和人类建设干扰的影响,利用最小累积阻力模型(minimal cumulative resistance,MCR)构建生态廊道,加入文化遗迹等景观的连接点进行优化,进而构建综合考虑生态景观与文化景观的生态网络。结果表明:研究区12块核心区作为生态源地,重要廊道有20条,一般廊道有46条,主要分布在研究区西北部及东北部;优化后的生态网络增加了11条规划廊道,连接30个文化遗迹点与生态斑块,形成3个区域文化与生态景观小网络,规划后网络连接度有了明显改善。生态廊道构建与乡村人文景观的连接,为水网平原地区乡村生态景观建设与历史文化保护提供了新的思路。

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。

基于MCR模型和DO指数的宁夏沿黄生态经济带生态安全格局构建

采用最小累计阻力模型(minimum cumulative resistance,MCR)和连续空间集聚测度指数(dranton and overman,DO)的综合评价方法,从景观和城市两个尺度构建宁夏沿黄生态经济带生态安全格局,研究结果兼顾生态保护和居民生产、生活活动的需要。研究表明:①研究区现有重要生态源地28个,面积884.62km^(2),形成以黄河为主体,囊括了贺兰山、白芨滩和沙坡头等自然保护区以及毛乌素沙地边缘地带的重要生态源地格局。生态阻力值等级为高值和较高值区域面积占比15.09%,集中在城市、交通用地为主的地区及高海拔地区;生态阻力值等级为低值和较低值区域面积占比58.72%,集中分布在耕地、草地等用地类型覆盖地区及山地的低海拔地区。②识别出景观尺度重点生态廊道6条,一般生态廊道11条;以连通各个自然保护区为目的,未来还需提升和规划15条景观生态廊道;利用城市中已有的重要水体和绿地,在生态-生产、生活战略节点间,提升和规划城市绿带27条。该文从实现不同尺度数据融合、生态保护和人类福祉相互协调的视角,为生态安全格局构建提供更加多样化的路径。