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_(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。

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。

风电项目对潜在生态廊道的影响——基于MSPA-MCR模型

风电作为构建新型电力系统的主体,能够有效助力电力系统脱碳,是实现“双碳”目标的主力军。但风电规模化建设与生态环境保护之间的矛盾日益突出,风电项目对生态环境,尤其是对区域生态廊道及生态安全格局的影响急需厘清。以福建平潭陆上风电项目所在区域为研究单元,运用形态学空间格局分析法和最小累积阻力模型、重力模型等判别重要生态源地及潜在生态廊道,评估风电项目对潜在生态廊道连通性、重要性和结构性等影响。研究表明:(1)研究区生态源地主要位于生态价值高的森林公园及风景名胜区内。受风电项目影响,源地呈现破碎化趋势,核心区占景观要素百分比由79.53%下降至76.64%。(2)风电项目导致生态廊道畅通性降低,生态廊道的走向及长度发生显著变化,大大增加了生物迁徙的空间阻力。(3)风电项目弱化了生态源地之间关联性。核心廊道和次级廊道均减少了6条,且重要性强的生态廊道完全避开风电项目所在位置。风电项目建设之后生态网络流通性变差,网络更为单一、整体生态效能降低。本研究不仅从生态环境敏感脆弱区域的生态安全角度给风电项目建成区周边生态修复提供科学参考,也为未来风电项目选址及环境质量评估提供了重要的方法支撑。

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MSPA的城市绿色基础设施与热环境关系研究--以福州市中心城区为例

绿色基础设施(GI)是缓解城市热环境的主要载体。以福州市为研究对象,从城市尺度出发,立足城市地理空间特征,应用形态学空间格局分析(MSPA)法与网格法,研究春、秋两季GI格局与地表温度(T)的相关性。提取显著性MSPA要素,与T展开地理加权回归(GWR)实验,分析热缓解作用强的要素及其空间异质性特征。结果表明:福州市中心城区“中部温度高四周温度低”的热环境空间特征与绿色基础设施的“中部分散四周集中”存在耦合关系;从整体的GI格局上看,在春、秋两季均表现出GI越复杂,热缓解能力越强。根据核心区占比将绿地进行分类研究发现:类型Ⅰ(核心区占比≥70%),在西南侧增加核心区规模热缓解效果最优;类型Ⅱ(30%≤核心区占比<70%),内部复杂的土地类型抑制了MSPA要素的降温能力;类型Ⅲ(核心区占比<30%),秋季MSPA要素的降温能力强于春季。从城市空间形态异质性角度讨论MSPA要素与热环境关系,将结果落位在地理空间上,为完善城市韧性设施规划提供一定参考。

基于MSPA模型和生态保护重要性评价的市域生态空间网络构建及优化

[目的]探索基于形态学空间格局分析(MSPA)和生态保护重要性评价的市域生态网络构建方法,为市域生态网络规划与建设提供科学参考。[方法]以黑龙江省牡丹江市为例,采用MSPA分析结果拓扑叠加研究区生态保护重要性评价,综合得出生态源地;利用最小阻力模型提取研究区潜在生态廊道并结合重力模型进行重要度划分;从源地补充、廊道补充、增补踏脚石三方面进行生态网络结构优化。[结果]①根据MSPA分析结果,牡丹江市核心区域面积在景观类型中比例最高,为87.41%,其中林地为主要景观类型。②牡丹江市域内有主要生态源地10处,次要生态源地6处。③牡丹江市域内潜在重要生态廊道16条,一般生态廊道104条。④优化前生态网络闭合度(α指数)为0.53,优化后为0.66;网络连接数(γ指数)优化前为0.69,优化后为0.77,线点率(β指数)优化前为2.0,优化后为2.26。[结论]综合MSPA分析法和生态保护重要性评价法的生态网络构建方法运用,有助于生态网络的结构性和功能性提升。

四川眉山市彭山区生态空间格局构建——基于MSPA与生态扩张适宜性分析

生态文明建设背景下,合理的生态空间格局构建是保障城市生态安全和可持续发展的重要途径。文章以四川省眉山市市域内生态保护与城镇发展矛盾最突出的彭山区为研究对象,运用形态学空间格局分析法(MSPA)分析2005—2020年生态空间形态演变,构建指标体系分析生态扩张适宜性;从生态空间形态演变直观分析与生态扩张适宜性客观评价两个维度构建彭山区生态空间格局。结果表明:2005—2020年彭山区生态空间呈现内部完整性下降、外延性降低的势态,整合形成14处关键节点、46条关键廊道;依据生态扩张适宜性分析结果,将彭山区生态空间格局划分为生态保育区、生态提升区、生态后备区、生态修复区、生态控制区5大生态类型区,并分别提出针对性保护与修复策略,以期为县域尺度生态保护与修复以及生态空间格局优化提供新的思路。

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与电路理论的黄河流域甘肃段生态安全格局构建

作为高质量发展的前提和基础,生态安全格局构建不仅能够警示潜在重大生态环境问题,而且有利于维护生态系统的健康稳定。以黄河流域甘肃段为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,融合基于InVEST模型的生境质量评估及生态服务功能空间分布,识别生态源地并进行分级。综合自然地理与社会经济因素构建阻力面,依据随机游走理论提取生态廊道,基于电路模型辨识生态夹点、障碍点等关键生态节点,并在此基础上结合甘肃省国土空间规划,构建研究区生态安全格局。结果表明:生态源地主要分布于研究区南部和东部边缘,空间分布不均且破碎化,总面积1.08×10^(4)km^(2),其中核心生态源地2.45×10^(3) km^(2);识别生态廊道257条,总长度6.06×10^(3) km,其中关键陆地生态廊道22条,长度50.7 km,关键河流生态廊道40条,长度494km;识别生态夹点109处,面积206km^(2),识别一级生态障碍点37处,面积1.59×10^(3)km^(2)。综合构建了“一轴、两核、多区”的生态安全格局,“一轴”为生态保护、修复与生态建设轴,该轴以南、以北分别承担重要的生态安全维护任务、生态保护与修复前提下的生态建设任务。“两核”分别为渭河与洮河流域的两个生态保护核心区,需要优先进行生态保护。“多区”分别为甘南水源涵养区,大通河、庄浪河生态修复区,陇东生态修复区,陇西生态建设区。本研究将MSPA与InVEST模型相结合进行源地识别,在分析机制与识别过程上互为补充,并基于电路理论模拟种群迁徙与扩散,显著提高了源地与廊道识别的准确性,可以为黄河流域甘肃段国土空间开发、生态保护及生态安全维护提供参考。

基于MSPA与电路理论的赣州市绿色基础设施网络构建

以基于形态学空间格局分析法(MSPA)和景观连通性指数识别确定生态核心区斑块,通过最小累积阻力模型(MCR)创建生态源地间的连接廊道,并且根据电路理论识别连接廊道中的生态夹点,由生态源地、生态廊道和生态夹点共同构建赣州市绿色基础设施网络。结果表明,MSPA能够依靠土地利用数据将研究区分成不同景观功能的景观要素类型,基于Conefor软件计算的各斑块的斑块重要性指数可以有效地筛选出重要的核心斑块作为生态源地,使生态源地的识别更符合景观生态学意义。最终筛选出共12个生态源地,总面积1421307.54 hm^(2),生成生态廊道25条。结合景观学和电路理论,以GIS平台为基础构建的绿色基础设施网络能够为赣州市绿色基础设施完善、物种多样性保护与生态空间合理规划提供科学依据。

基于MSPA和InVEST模型的淮河源生态网络构建

生境斑块破碎及孤岛化威胁着区域生态安全与可持续发展,构建生态网络,提高生态斑块间景观连通性对生物多样性保护及生态服务功能维系具有重要意义。以淮河源为研究区,结合形态学空间格局分析(MSPA)和生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型筛选生态源地,基于最小累积阻力模型(MCR)构建阻力面,识别区域生态廊道,叠加现有结构性廊道后形成生态网络。最后通过景观连接性指数、重力模型分别对源地和廊道分级并提出规划建议。结果表明:(1)淮河源地区总体生态状况较好,但生境质量空间分布不均。生境质量高值区集中在西、南部山区丘陵地带,而东、北部平原地区的生境质量较差。(2)淮河源生态源地共68处,生态廊道191条,其中重要生态源地3处,重要廊道97条。源地呈现西、南部大而密,东、北部少而稀的格局,生态廊道则是东、北部地区相对较长。(3)未来还需增设23处踏脚石、修复155处生态断裂点以优化淮河源生态网络。研究结果可为区域生态建设及国土空间生态修复提供决策参考。

基于MSPA模型的丘陵乡村绿色基础设施构建

基于形态学空间格局分析方法(MSPA),结合南京市山景社区的建设实践,按照“关键生境保护—土地资源整治—廊道布局优化”的总体思路,从空间聚集形态的层面探讨丘陵乡村绿色基础设施网络构建的路径,为乡村地区生态空间格局的规划布局与产业提升的协同发展提供较新的思路,同时也为国内其他区域绿色基础设施网络构建优化提供理论和实证参考。

基于MSPA与电路理论的淮南市生态网络构建与空间优化研究

快速城镇化导致自然生态空间锐减,景观破碎化严重,尽管城市绿化工作日益受到重视,对自然生态系统的整体保护仍需从区域层面进行架构.以淮南市为例,基于形态学格局分析与连通性评价确定生态源地,运用最小阻力模型和电路理论连接度模型识别最优生态廊道、潜在廊道和廊道范围,构建生态网络,提出城市生态空间优化策略.结果表明:核心区面积为40409.82 hm2,占景观总面积的62.19%;对生态斑块进行连通性评价后确定5个一级生态源地,10个二级源地;提取出23条最优廊道,4条潜在廊道,筛选出6个“夹点”;架构“沿淮-临山-面水”的生态空间格局,形成环绕城市四周的山、河、湖生态链.结果有助于保护区域生态系统完整性,为淮南市生态网络建设、生态空间优化提供一定的依据.

基于功能连接度的城市生态廊道空间范围划定研究

如何科学确定城市生态廊道空间范围是城乡规划和风景园林领域最为关心的问题之一。基于电路理论模型量化源地间物种转移廊道的功能连接度,引入经济学“效益成本比”思想构建城市生态廊道空间范围划定模型,提取生态廊道功能连接度效益成本比的拐点作为该条廊道规划建设的参照宽度。结果显示:(1)研究区共识别59个30hm^(2)以上的生态源地,其中大型生态源地多处在研究区外围,景观阻力面空间分布特征具有明显地“核心-边缘”特征;(2)基于最小成本路径模型与电路理论提取出126条生态廊道,并识别了重要生态源地、夹点及障碍点,发现障碍点与夹点空间存在明显拮抗关系;(3)整合电路理论(Circuitscape平台Pairwise模式)与分段线性回归模型划定研究区城市生态廊道的参考宽度范围处于60.27~371.83m,并对比了现有功能连接度量化方法对廊道参照宽度有潜在影响。以上研究结论可为今后城市乃至区域生态网络构建提供科学借鉴。

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。