基于边介数的省域生态廊道构建方法优化

我国城市建设和生态保护工作均对土地资源有大量需求,二者之间的矛盾在经济优先发展区表现尤为明显.为了有效地改善生态环境,管控土地利用并引导其变化发展,需要建设具备不可替代特征的省域生态廊道.最小累积阻力模型（minimum cumulative resistance,MCR）是识别生态廊道最常用、有效的模型,但在应用于省域尺度时,MCR模型识别的潜在廊道路由存在冗余的问题.因此,通过引入网络科学中的边介数指数（edge-betweenness）对MCR模型进行优化,计算潜在廊道路由的边介数指数值,选取出其中最为重要和简明的结构来连通生态源地,即提取潜在路由中的骨干路由（backbone route）和关键战略点（key strategic point）作为不可替代的结构来指导省域生态廊道建设.将优化后的MCR模型应用于广东省,构建了全长5 493 km的省域生态廊道,其中包含生态源地20处,关键战略点11个,骨干生态廊道29条.骨干路由与关键战略点构成的不可替代省域生态廊道（irreplaceable provincial corridor）能够实现"廊道数量和占地面积最少、连通性基本不变"的目标.研究显示,边介数能够对潜在路由进行优化筛选,识别出维护省域生态安全的关键结构;不可替代生态廊道能够指导省域生态规划和土地空间的发展利用,并为更高水平的生态安全环境提供了演进的基础;同时也为土地资源紧张的地区提供了建设生态廊道的参考与依据.      

典型高原湖泊流域生态安全格局构建——以杞麓湖流域为例

以“源”和生态环境保护为目标，引用最小累积阻力模型（MCR）对杞麓湖流域生态安全格局进行定量研究.结果表明：杞麓湖流域平均生态安全指数为2.59，生态安全以较低安全为主，占流域总面积的36.33%，中度安全和不安全次之，分别占流域总面积的23.36%和22.53%，高度安全面积最少，仅占17.77%.较低安全区主要分布在西北部、东南部和西南部，应加强对这些地区的生态环境保护建设.此外，以天然林地、重要水库和湖泊缓冲区100m以内区域作为生态源，选取坡度、海拔、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离、距道路距离等8个阻力因子，结合MCR模型与GIS的cost-distance分析模块，生成最小累积耗费距离表面，划分5个阻力等级；依据累积阻力值频率变化特点及生态服务功能，确定了生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区和人类活动区共5个生态功能区.杞麓湖流域生态源总面积为126.87km²，占流域总面积的35.74%，生态源在面积、数量和空间分布上都存在较大的差异，呈四周连片集中，中部分散破碎的分布格局，生态廊道呈四周连续紧凑，中部分散破碎的空间格局.生态节点的空间阻力值存在较大差异，部分生态节点累积阻力比较大，位于流域景观累计阻力值最大区，对生态流的流通安全性具有较大影响.基于最小累积阻力面，结合GIS的Hydrology模块，构建了由生态源与19个生态节点、23条生态廊道共同组成的具有结构性的流域景观生态安全格局，并提出了相应的建议，对高原湖泊流域研究及生态环境保护具有一定的参考价值.     

成渝地区双城经济圈生态安全格局构建

以成渝双城经济圈为研究对象,基于土地利用数据及生态重要性评价,综合选取生态源地;利用GIS空间分析、最小累积阻力以及夜间灯光优化等方法,构建区域生态综合阻力面;再利用重力模型识别重要生态廊道及生态夹点,最终构建成渝双城经济圈生态安全空间格局.结果表明：成渝双城经济圈生态源地面积占比24.8%,呈半包围圈分布于研究区西南东三面;识别生态廊道193条,总长6441.81km,呈现东密西疏的状态,其中重要廊道占比46.56%,集中在研究区东北方位的达州及巫山巫溪等地;“点-线-面”生态网格构建成渝双城经济区“双核-两轴-半包围”结构的生态安全格局.     

基于MSPA和MCR模型的图木舒克市生态安全格局构建

文章以新疆图木舒克市为研究区,对1998-2018年土地利用结构进行分析,通过形态学空间分析(MSPA)和景观指数法,识别生态源地,结合土地利用类型、海拔、坡度、增强型植被指数构建综合阻力面,采用最小累积阻力模型(MCR)识别生态廊道构建生态网络,进而构建其生态安全格局。结果表明:在1998-2018年这时间段中,图木舒克市土地利用类型变化特点表现为"两增两减两稳定"。MSPA景观类型在西南部最为集中,核心区面积有减少趋势,从景观连通性计算结果得出,研究区内14块核心区可以作为生态源点,同时在各个源点之间存在16条重要廊道以及64条一般廊道;廊道分布多且景观结构较好,区内廊道少、重要性低且景观结构有待改善;由生态源地、生态阻力面、生态廊道和生态源点共同组成研究区生态安全格局。研究结果将为图木舒克市环境保护与建设工作提供科学依据。     

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1689.05km²,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.     

粤港澳大湾区生态网络构建及廊道优化

以粤港澳大湾区为研究对象,利用MSPA-InVEST模型和连通性评价识别生态源地,进而在构建生态阻力面基础上,运用MCR和重力模型提取潜在生态廊道,并利用产业集聚特征构建规划廊道,提出兼具生态保护和经济发展的生态网络构建方案.结果表明:生态源地共35处,总面积约17165.85km²;基础生态廊道42条,长度2085.34km;源地及廊道存在明显空间分布差异,呈现出"中心空洞型"分布特征;通过增加12个生态-产业战略节点和28条规划廊道,生态网络闭合度、连接度和连通率可提升150%、26.83%和28.57%,生态网络结构向"蜂巢状"转变;结合河流及海岸等天然廊道构建的综合生态网络连接了大湾区288个生态保护区,构成了山体、水体、湿地综合生态保护格局.总体来看,兼顾生态保护和经济发展视角构建的生态网络体系具有一定的适应性,可为粤港澳大湾区生态格局的建设和优化提供参考.     

基于源-汇理论和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建——以安徽省宁国市为例

根据景观生态学相关理论,选取高程、坡度、土地利用类型、植被覆盖度、土壤侵蚀、距风景名胜区距离、距水体距离、距道路距离、距居民点距离、距工业用地距离、距矿点距离等11个生态安全评价因子,应用GIS空间分析技术对安徽省宁国市生态安全等级进行划分,并采用基于源汇理论的最小累积阻力(MCR)模型构建宁国市生态廊道和生态节点,优化生态网络布局.模拟结果表明,宁国市总体生态安全水平较高,高度安全的区域面积为1174.38 km2,占区域总面积的48.41%;低度安全的区域面积为232.07 km2,占区域总面积的9.57%;在生态安全评价的基础上,提取了宁国市88条潜在生态廊道,总长度约1426.99 km,生态节点57个.与现有生态廊道相比较,宁国市需进一步补充11条主要生态廊道,总长度约241.37 km,这对城市生态安全保护具有重要的意义.     

基于源地综合识别与多尺度嵌套的徐州生态网络构建

传统生态网络构建时,生态源地的辨识多考虑生境斑块的质量和面积,较少考虑斑块生态系统服务功能与空间结构的影响;且多从一个尺度在相对封闭的系统单元内进行网络构建,缺乏尺度间的嵌套协调,易导致其结构性错位。通过构建“属性—功能—结构”三位一体的源地综合识别指标体系,基于最小费用路径、电路理论、移动窗口搜索法等方法,构建并叠置分析徐州都市区和主城区两个尺度的生态网络,并提出优化策略。结果表明：（1）两尺度生态源地重合面积79.85 km²,廊道重合长度158.42 km,重合面积45.68 km²,重叠区域对多尺度生态网络衔接稳定至关重要,需重点保护;对都市区至关重要却缺乏主城区下垫面支撑的8条廊道要优先修复。（2）识别都市区与主城区夹点分别为17处与18处,重合10处;障碍点8处与10处,重合5处。生物迁移关键区域高迁移阻力与大优化潜力并存,亟需优先修复。生物过程跨尺度的连续性要求采用多尺度级联框架协同应对生态问题。（3）基于“斑块—廊道—基质”理论从“点—线—面”三个角度提出徐州多尺度嵌套生态网络的优化策略。研究结果可为区域生态安全格局构建、国土综合整治与生态系统修复提供决策参考。     

榆中县生态安全格局识别与优化

生态安全格局识别和构建对于保障区域生态过程和生态可持续发展具有重要意义。文章基于榆中县生态本底特征结合生境质量识别生态源地,利用生态风险系数修正不同地类赋值得到的生态阻力面,采用最小阻力模型识别并提取生态廊道和生态缓冲区,叠加整合各组分要素,识别榆中县生态安全格局现状,最后基于生态安全格局现状提出榆中县生态安全格局优化方案。结果表明:(1)榆中县生态源地总面积为492 km2,占全域总面积的14.93%,主要包括林地、草地、耕地和水域4种地类;(2)榆中县总共有18个生态节点,连接着185条生态廊道,总长度为683.01 km,其中包括关键廊道和潜在廊道;(3)依托县域本底生态特征,构建"一廊一带三区"的生态安全空间结构,为榆中县生态保护和修复、空间结构优化提供依据。     

基于生态安全格局的山地丘陵区自然资源空间精准识别与管制方法

自然资源空间管制是平衡生态保护和经济发展关系的基本工具,严守生态安全格局的底线思维对于重建系统完备、生态盈余的自然资源空间管制新格局具有重要指导意义。以胶东半岛典型山地丘陵区——栖霞市为例,应用数据密集型知识挖掘,集成地理信息方法与模型,基于栅格从生态服务功能重要性和生态环境敏感性两方面精准识别生态源地,利用地形位指数修正基本阻力面,并运用最小累积阻力模型提取生态廊道,从而构建生态安全格局,实现自然资源分区管制。结果表明：栖霞市生态源地面积为627.80 km²,占全市总面积的31.14%,集中分布在中东、中南和西北部,且超过一半源地为林地;关键、优化生态廊道各237.19 km、83.90 km,大多由林地组成,主要分布在中东、西北和西南部,形成完整的生态网络;划定禁止建设区、限制建设区、条件建设区和优先建设区,为自然资源空间精准管制提供方法保障。     

基于生态系统服务多情景权衡的生态安全格局构建——以大连市瓦房店为例

以辽宁省瓦房店市为研究单元,在评估2000年与2014年的食物供给、NPP、产水量及土壤保持四种典型生态系统服务基础上,引入OWA模型,模拟出研究区2014年生态系统服务优先保护区作为生态源地;利用最小累积阻力模型识别生态廊道与缓冲区,构建研究区生态安全格局。研究表明:（1）2000-2014年,瓦房店市生态系统服务时空变化显著,除产水量外,其他生态系统服务均有所增强。（2）综合考虑生态系统服务保护效率（E_i>1）与权衡度（0.68）,选取情景5下的优先保护区作为瓦房店的生态源地。（3）瓦房店生态源地面积为564.92 km²;生态廊道总长度为642.62 km,一级廊道（220.76 km）纵贯南北,次级廊道（421.86 km）呈网状连通分布离散的生态源地。研究结果可为瓦房店市生态系统可持续管理和土地利用优化提供决策支持。     

基于生态系统服务的汾河源头区域生态安全格局优化

生态安全格局的优化是保障区域生态安全,维护生态系统稳定和提升生态系统服务的重要空间途径。以汾河源头区域为例,定量评估产水量、生境质量、土壤保持量三种生态系统服务,利用热点分析法识别重要的生态源地,考虑到河流在生态系统中复杂的作用机制,构建了两种模式的生态安全格局,并在此基础上提出了综合生态安全格局。研究结果表明：汾河源头区域共19个生态源地,占研究区面积的16.59%,三种模式分别构建了33条、42条、43条潜在生态廊道。网络结构评估结果表明：三种模式均可生成闭合的生态网络,优化后的生态廊道总长度为565.957 km,网络闭合度、节点连接率及网络连接度较高,成本比较小。此外,共识别了35个生态断裂点,明确了生态保护与修复建设的重点区域,以期为区域生态保护与修复规划提供空间指引。     

基于InVEST和MCR模型的南方山地丘陵区生态保护红线优化

优化生态保护红线,是顺应新时代多规融合趋势、推进国土空间高效管理与生态文明建设的重要举措。以南方山地丘陵区典型县奉新县为例,基于InVEST模型进行生境质量评价以识别生态源地及其缓冲区,采用水土流失敏感性修正基本阻力面,运用MCR模型构建奉新县生态安全格局,定量衡量与定性分析相结合对生态安全格局进行有效性评价,继而提出奉新县生态保护红线优化方案。结果表明：（1）生态源地及生态源地缓冲区面积分别为144.42 km²、354.01 km²,分别占研究区总面积的8.76%与21.47%,并识别出19个生态节点;（2）识别出关键生态廊道76 km,一般生态廊道315 km,与生态节点、生态源地、生态源地缓冲区共同构成研究区生态安全格局,面积共498.43 km²,占奉新县总面积的30.23%,集中分布于研究区西部山地丘陵区;（3）经有效性评价证实生态安全格局较生态保护红线更具生态优化意义;（4）划定生态保护红线补划区与生态保护红线储备区,共为生态保护红线调整优化预留了199.34 km²的高质量后备资源,形成研究区生态保护红线优化方案。研究成果可为南方山地丘陵区生态保护红线的评估优化提供科学参考。     

资源型城市工矿用地系统修复的生态安全格局构建

资源型城市可持续发展的关键是对其工矿用地进行系统修复,在空间上统筹工矿用地的生态修复,使其从整体上参与区域生态安全格局构建十分必要。基于生态安全格局与电路理论,以典型资源型城市内蒙古自治区乌海市为例,分别识别2000年、2005年、2011年、2017年生态廊道和关键点,根据优先修复程度设置修复分级方案。研究结果表明：（1）2000-2017年,廊道路径上工矿用地面积增加和城市扩张导致生态廊道质量下降、位置发生变化。7条最小耗费路径总长度从120.74 km增加到125.71 km;加权耗费总距离从692.58 km增加到1162.28 km。（2）识别出2017年障碍点14处,总面积为16.06 km²。其中关键点12处,总面积14.09 km²。 （3）修复区域为识别出的2000-2017年四期生态廊道和2017年关键点,共划分三个修复等级,总面积为475.86 km²。研究通过区域生态安全格局理念统筹工矿用地生态修复,使之成为国土空间系统修复的有机整体,为资源型城市可持续发展提供决策参考。     

西北干旱区生态承载力监测及安全格局构建

以西北干旱区为研究区,通过引入生态环境弹性力、资源环境供容力、社会经济压力三个准则层,建立了生态承载力综合评价体系。在此基础上运用空间主成分分析法（SPCA）对西北干旱区2000年、2007年、2012年、2016年四期生态承载力时空变化进行监测评估,进而构建生态安全格局。研究结果表明：西北干旱区生态承载力以弱承载为主,且在研究时段弱承载区面积不断下降,而强承载区面积有上升趋势;从空间分布看,河西地区、北疆地区、内蒙古西部地区生态承载力呈上升趋势,而南疆地区则有所下降;利用MCR模型提取道路型廊道、河流型廊道、绿色廊道共51条,总长度7285.43 km;提取重要斑块区节点、河流湿地区节点、生态脆弱区节点等共71个。根据计算结果将西北干旱区划分为16个生态安全格局,并结合生态承载力变化情况,对现有的安全格局进行布局优化,以期为西北干旱区生态环境的保护和恢复治理提供科学参考。     

基于生态网络—人类干扰的国土空间生态修复优先区诊断——以长株潭城市群为例

基于整体保护与系统治理思维诊断生态修复优先区,是科学有序推进国土空间生态修复的重要抓手。以长株潭城市群为例,利用人类足迹定量评估人类活动对生态系统的干扰强度,在此基础上通过最小累积阻力模型、电路理论、移动窗口搜索法等,识别生态网络并诊断人类干扰致其结构与功能受损的关键区域为生态修复优先区。研究表明：（1）城市群人类干扰整体呈核心—边缘递减的圈层式分布,且西高东低,北高南低;（2）识别区域生态网络,其中包含140个生态源地斑块以及307条源间潜在生态廊道;（3）诊断得到生态源地修复优先区共计867.17 km²,生态廊道修复优先区共计97.83 km,生态夹点修复优先区共计40处,从面线点相结合角度提出消除或弱化人类干扰的修复策略。研究能为新时代区域国土空间生态修复的规划编制与实施工作提供空间指引。