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...     

基于最小累积阻力模型的内蒙古胜利煤田景观生态安全格局构建

胜利煤田是我国重要煤炭基地,大规模的煤炭资源开发,导致当地生态环境严重退化。对2016年胜利煤田高分一号影像进行解译判读并划分景观类型的基础上,采用最小累积阻力模型对胜利煤田进行景观生态安全格局构建,包括生态源地、生态廊道和生态节点的识别。通过景观斑块质量评价进行源地识别,选取质量最高的斑块作为生态源地;基于景观自身因子和邻近景观干扰因子,构建了阻力面,利用最小累积阻力模型提取生态廊道;根据水文分析模型在最小累积耗费距离表面上提取最大累积阻力"山脊线",与生态廊道结合,得到生态节点。构建的胜利煤田景观生态安全格局包括10片生态源地、24条生态廊道和29个生态节点。建议对生态源地、生态廊道和生态节点加强生态保护和恢复,提高区域生态稳定性。     

基于最小累积阻力模型的山地石漠化地区生态安全格局构建:以重庆市南川区为例

基于源地-廊道模式构建生态安全格局,对提升区域生态安全水平意义重大。从生态本底与人类需求的视角出发,以典型山地石漠化地区重庆市南川区为例,基于生态系统服务功能重要性、生态环境敏感性以及居民生态需求程度进行核心型生态源地识别;采用多因素综合决策法,从自然环境因素、人为干扰因素以及生物因素方面构建生态源地扩张综合阻力评价指标体系;将最小累积阻力模型和水文分析相结合识别生态廊道,进而构建全区生态安全格局。结果表明:(1)核心型生态源地以林地景观为主,面积达389.25 km~2,总体呈现出由中部向南北方向递减的趋势;(2)生态廊道表现为以关键生态廊道为主,潜在生态廊道为辅的特征,并呈"渔网状"分布,中部密集,两极稀疏,关键生态廊道呈"三横三纵"格局,"三横"贯穿东西,"三纵"连接南北,潜在生态廊道沿生态环境较好的山地丘陵地区分布,与关键生态廊道共同构成了区域物种迁移和能量流通的网络;(3)建议搭建"一轴连两翼"的生态网络框架,加强区域生态安全格局的构建。     

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模型与蚁群算法的洮河流域生态安全格局构建

生态安全格局的构建是保障地区生态安全的根本措施,是促进地区经济可持续发展的关键。洮河流域作为黄河上游重要的生态功能区,具有涵养水源、保持水土和生态安全屏障等重要生态功能,对黄河流域生态保护和高质量发展意义重大。受自然和人为因素双重影响,其生态环境脆弱敏感。关于该区域生态环境保护与修复的研究还不够全面,故选择洮河流域为研究区。基于洮河流域的生态特征,将生态系统服务重要性、生态敏感性和景观连通性的评价结果叠加分析,进行生态源地识别;采用最小累积阻力模型与蚁群算法并结合核密度分析方法,识别生态廊道空间范围;采用水文分析法识别生态节点,构建洮河流域生态安全格局。结果表明,(1)洮河流域的生态系统服务重要与极重要区域面积之和约为3.124×10⁴km²,约占研究区面积的69.02%,说明洮河流域生态系统服务价值较高;洮河流域生态敏感性主要以一般敏感和中等敏感为主,总面积约为2.753×10⁴ km²,约占研究区总面积的60.81%。(2)景观连通性极重要与重要区域面积为2.022×10⁴...     

江苏省陆域生态红线区域生态安全评价

2013年江苏省率先在全国划定生态红线,明确了最为关键的生态保护区域,确保了生态安全的底线。文章以江苏省划定的陆域生态红线区域为研究对象,基于PSR模型从压力、状态、响应三个方面构建了生态安全评价指标体系,利用组合赋权确定指标权重,结合GIS和遥感空间分析方法,对18个指标进行加权叠加分析,再利用综合指数法对生态红线区域的生态安全进行定量评价。结果显示:全省生态红线区域的生态安全综合指数为51.41分,其中状态层得分明显高于压力层和响应层,说明江苏省生态红线区域的自然环境状态保存较好;13个省辖市生态红线区域的生态安全综合指数整体上处于较高等级,76.88%的生态红线区域达到安全和较安全状态,反映出全省生态红线区域的生态安全水平较高,但其中处于安全状态的比例较低,仅5.81%;苏南地区和苏北地区由于经济发展水平差异,压力、状态和响应指数均有一定差别,苏南地区虽然经济发展水平高、区域开发指数大,但在响应层面做得更好,其生态红线区域的生态安全水平整体上高于苏北地区。     

黔中城市群景观生态安全格局构建

城市群景观生态安全格局是城市群健康可持续发展的安全保障。为识别黔中城市群景观生态安全格局,采用ENVI 5. 3和Arc GIS 10. 2软件解译黔中城市群2017年土地利用类型,以生态系统服务重要性与生态环境敏感性为依据识别黔中城市群生态源地,基于石漠化程度与土地利用类型构建黔中城市群阻力面,确定缓冲区,通过成本距离分析和路径分析生成廊道,识别生态节点,最终构建黔中城市群景观生态安全格局。结果表明,黔中城市群低水平安全格局面积为30 354. 95 km2,占黔中城市群总面积的56. 42%;中水平安全格局面积为35 132. 14km2,占黔中城市群总面积的65. 30%;高水平安全格局面积为39 780. 76 km2,占黔中城市群总面积的73. 94%。景观生态安全格局区域主要分布在黔中城市群西部及南部地区。黔中城市群需要加强保护的区域面积占比很大,在城市建设规划中应加以重视,以免破坏黔中城市群生态环境。     

基于CiteSpace的生态安全格局研究进展

生态安全格局自上世纪九十年代中期以来成为区域景观设计和国土规划等领域生态建设和环境保护研究的热点,众多著名科技期刊和学者开始关注这个领域,取得了大量研究成果,但在理论、方法创新和应用方向等方面的系统总结还较为缺乏。基于CiteSpace软件,以CNKI与WOS数据库中最新的378篇生态安全格局相关文献为研究对象,对国内外生态安全格局研究现状及发展态势进行总结和讨论,旨在为生态安全格局构建理论研究与工程实践提供借鉴。研究发现,2014年以后为国内外研究的蓬勃发展期,此阶段发表的文献成果呈指数增长,占到截至2021年8月10日全部检索文献的77.8%。生态安全格局研究的学科主要为资源环境领域的环境科学和生态学,占比达到44.37%。国际期刊Landscape Urban Plan为被引频次最高期刊,国内期刊《生态学报》具有较高的影响力,共引频次分别达到57和45。国内外高被引文献作者大多为中国学者,中国学者在此领域作出了较大的贡献。生态廊道和生态网络始终是区域生态安全格局构建研究中的热点。未来,丰富生态安全格局识别的方法、生态安全格局的尺度效应、具有生态韧性的弹性网络构建是有待深入探讨的主...     

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In VEST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1.08×10⁴ km²,其中核心生态源地2.45×10³ km²;识别生态廊道257条,总长度6.06×10³ 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494 km;识别生态夹点109处,面积206 km²,识别一级生态障碍点37处,面积1.59×10³ km²     

生态安全格局构建：概念、框架与展望

生态安全格局是保障区域生态安全的基础,是人类维护绿色、健康与可持续发展的重要手段。在全球生态问题日益凸显的背景下,生态安全格局业已成为生态系统研究的热点领域。加强生态安全格局研究对维护生态系统结构与功能完整、保护生物多样性、保障区域生态安全和提升人类福祉具有重要意义。该文从“概念辨析、基础框架、研究进展与展望”等方面入手,全面系统梳理了国内外生态安全格局的相关研究成果,并从“研究方法、研究尺度、研究内容”等方面进行归纳总结,得出以下结论：（1）“源地识别—阻力面构建—廊道提取”的基本研究框架有待发展;（2）生态源地识别缺乏统一的科学标准,对生态系统服务供需关系的考虑未能兼顾;（3）生态廊道提取方法有待进一步优化;（4）地理空间联动性和生态系统功能的相互性考虑欠缺;（5）自然生态系统与社会经济系统间耦合关系研究较为薄弱。未来研究趋势可关注以下方面：（1）多模型、多方法、多技术的集成研究;（2）动态考量生态安全标准的量化研究;（3）各方利益博弈的现实执行研究;（4）生态安全预测、预警与调控管理的强化研究;（5）服务国家战略的生态安全格局构建研究。     

基于景观格局的辽河三角洲湿地生态安全分析

以1990年和2005年遥感影像为基本信息源,在GIS技术支持下,在对辽河三角洲湿地景观格局分析的基础上,采用破碎度、分离度、优势度等景观格局指数和景观类型脆弱度为评价指标研究辽河三角洲湿地景观生态安全。20世纪90年代以来大规模的资源开发,加剧了辽河三角洲湿地景观的破碎化程度,使景观优势度增高,多样性下降。从1990-2005年,研究区主要湿地景观类型水稻田、苇田、滩涂的干扰程度有所增加,生态安全度均有所下降,表明人类对自然湿地生态系统的干扰越来越明显。总体来说,15年来研究区整体景观生态安全度呈现下降趋势。以往湿地生态安全的研究主要集中在环境脆弱性和保护策略方面,研究层次着重在生态系统层面,而从景观格局角度对湿地景观生态安全的研究涉及较少,文章涉及的是景观生态学可持续发展研究的一个新领域,所提出的内容实质上是景观生态安全定量表征的方法探讨。应用景观生态学方法研究生态安全,揭示景观结构与功能关系并进一步分析区域生态环境的变化趋势及其内在因素,不但为辽河三角洲湿地及其生物多样性的保护和资源开发提供了科学依据,而且丰富和发展了我国生态安全研究的理论与方法。     

基于生态足迹改进模型的叶尔羌河平原绿洲生态安全评价

基于生态系统服务理论改进生态足迹模型核算新疆叶尔羌河平原绿洲区域生态足迹(EF)和生态承载力(EC),通过生态赤字/盈余判断区域生产消费模式,并借助万元GDP生态足迹反映区域资源利用效率;利用生态压力指数(ETI)定量评价区域生态安全状态,并采用GM(1,1)模型预测其变化趋势。结果表明,近25 a叶尔羌河平原绿洲EF不断增大,年均增长率为15. 45%,EC总体呈减小趋势,区域生产消费仍处于可持续发展模式,但生态盈余不断减少,由18 969. 45×103hm2减少到5 636. 25×103hm2,减少70. 29%。区域资源利用效率不断提高,万元GDP生态足迹由17. 59 hm2·万元-1减至4. 61 hm2·万元-1; ETI不断增大,生态安全等级已由1级演变为2级,但目前研究区生态环境仍处于安全状态。各县域生态安全差别较大,以2016年为例,泽普和叶城县处于极不安全状态,巴楚县则处于很安全状态。GM(1,1)模型预测结果表明,未来30 a,区域EF将不断增大,EC不断减小,生态盈余也转为生态赤字,至2048年区域生态安全将恶化为极不安全。建议叶尔羌河平原绿洲的生产活动应着重保护水域生态系统,遏制草地、耕地的过度消费,以保证区域生产消费的可持续发展。     

胶东半岛生态安全格局识别与优化布局

识别与优化生态安全格局对保障区域生态安全、促进区域可持续发展意义重大。以胶东半岛为研究区,通过生态重要性评价确定初步生态源地区域,与自然保护区数据进行匹配度验证后进一步整合至生态源地,利用夜光数据模拟人类活动强度,校正基于不同地类赋值得到的生态阻力面,应用最小累积阻力模型识别生态廊道和生态缓冲区。研究结果表明,胶东半岛陆域生态源地面积为3 296.85 km~2,占研究区总面积的10.78%;除生态源地外,生态缓冲区、生态过渡区和开发建设区占比分别为32.21%、30.22%和26.86%;识别生态廊道13条,总长度为624.5 km;根据研究区的自然地理特征与土地利用现状,对区域内生态安全格局各组分要素进行优化重组,依托自然水系、丘陵、山地,提出构建以"一廊、一带、四区、四组团"为核心的生态廊道组团网络化的布局体系,实现胶东半岛区域全方位、复合型、网络化的生态空间结构。研究可为推进胶东半岛区域一体化发展和生态空间保护规划提供重要的参考与借鉴。     

基于机器学习的武汉城市圈土地生态安全格局识别与优化策略

为明晰武汉城市圈土地生态安全格局,从经济、社会和自然3个维度构建土地生态安全评价体系,在机器学习框架Keras中利用BP神经网络对2010—2017年武汉城市圈土地生态安全水平进行评价,在此基础上,利用ArcGIS软件对评价结果进行空间识别,并提出相应土地生态安全优化策略。结果表明:(1)2010—2017年武汉城市圈土地生态安全水平小幅下降,长期处于临界安全状态,其中土地自然生态安全状况不断恶化,土地经济生态安全状况持续改善,土地社会生态安全水平增减变化差异较大。(2)武汉城市圈土地生态安全变化存在明显空间差异,土地自然生态安全水平下降较大区域主要集中在西部和南部;黄冈和黄石土地经济生态安全水平小幅下降,其他城市安全水平均有不同程度上升;土地社会生态安全水平变化较大,武汉和潜江上升1个安全等级,仙桃和孝感下降1个安全等级,咸宁下降2个安全等级。(3)研究区土地自然生态安全状况恶化的主要原因为人均耕地、耕地面积比例、森林覆盖率持续下降以及工农业废水和废弃物排放总量持续上升;土地经济生态安全状况持续改善的主要原因为工农业生产效率、居民收入和第三产业占比持续上升;土地社会生态安全系统的影响因素较多。     

粤港澳大湾区生态安全格局及重要生态廊道识别

城市化引发诸多环境问题,如何协调城市建设空间与生态空间的矛盾,已成为中国国土空间规划领域的重大课题之一。确定区域生态安全格局,优化生态廊道是国土空间规划的重要步骤,也是后续开展生态保护和恢复的关键,如何科学识别显得尤为重要。该文以粤港澳大湾区为例,综合考虑自然资源本底条件和关键生态环境问题,基于生态系统功能重要性和生态系统敏感性评价识别生态源地,利用最小累积阻力模型识别生态廊道,构建区域生态安全格局。基于生态系统重要性和生态敏感性评价结果修正重力模型,并结合廊道连通性指数,进一步识别重要生态廊道。结果显示,生态源地面积为20 371km²,占区域总面积的36.7%,主要位于北部林地广布的山地丘陵区、自然保护区和港澳郊野公园。由于城市化快速发展,污染水平高,生态服务供给低,研究区中部不存在或仅存在较少生态源地。区域内共有潜在生态廊道36条,总长2 300 km,呈东西两侧环绕式分布。廊道分级结果显示,高重要-低连通廊道最多(22条),其次是低重要-低连通(6条)和低重要-高连通廊道(5条),高重要-高连通廊道最少(3条)。针对不同类别的廊道,建议因地制宜地采取措施进...     

基于遥感和GIS的青藏铁路生态累积效应研究

采用遥感和GIS技术,通过生态系统功能偏离累积指数、景观格局干扰累积指数、植被退化指数、生态阻隔累积指数和区域生态累积效应指数研究青藏铁路建设和运营对沿线生态系统的累积影响.结果表明,铁路建设和运营对沿线0～1 km直接影响区的生态服务功能、景观格局、植被覆盖和生态流均造成一定的累积影响,但以景观格局和生态流受到的影响最大,且对拉萨至唐古拉段的影响大于唐古拉至格尔木段,主要表现为对农田、草地、河流湿地和荒漠生态系统的影响.从铁路沿线＞1～5和＞5～10 km范围的间接或协同累积影响来看,拉萨至唐古拉段明显高于唐古拉至格尔木段.铁路建设运营对＞1～5 km范围的农田、荒漠和河流湿地生态系统仍存在一定负面影响,且以农田生态系统受到的负面累积影响最大,主要表现为拉萨和格尔木城市扩张对农田生态系统的干扰和占用.     

基于景观格局的草海流域生态风险评价

喀斯特高原景观生态风险变化研究,对建立生态风险预警机制、降低生态风险概率和促进喀斯特高原地区景观格局优化具有重要意义.以2009、2014和2017年的3个时期高分辨率遥感影像为景观格局分析主要数据源,构建景观生态风险评价模型,研究了草海流域景观生态风险时空变化及其空间模式.结果表明,2009—2017年间,研究区景观结构变化较大,耕地和灌草地景观类型面积均呈减少趋势,林地、沼泽地、建设用地和水域景观类型面积呈增加趋势.2009—2017年间,高和较高生态风险主要分布在流域北部、东北部,中生态风险主要分布在流域东部、西南部,较低生态风险主要分布在流域南部-西部-西北部段,低生态风险主要集中在湖泊及其周围.2009—2017年间,研究区生态风险以低和较低生态风险为主,占流域面积的72.38%以上;2009—2014年间,高生态风险、较高生态风险和中生态风险的面积呈不同程度增加;2014—2017年间,高生态风险、较高生态风险和中生态风险的面积明显减少.2009—2017年期间,研究区景观生态风险存在显著空间正相关,"高-高"和"低-低"聚集是主要的生态风险集聚模式,"低-高"或"高-低"零散分布.     

基于生态功能定位的太湖流域水生态安全评估

太湖流域水生态安全在维持长江流域生态安全格局中发挥重要作用。为阐明不同生态功能影响下太湖流域分区水生态安全状况,将太湖流域水生态功能分区与不同区域主导生态功能定位结合,构建基于主导生态功能定位的“压力-状态-服务”（PSS）模型并开展分区评估。结果表明,太湖流域整体生态安全形势为“较安全”和“基本安全”。太湖湖体生境状态因素最差,水质净化区、水源涵养区、水环境维持区和重要生境维持区的生境压力及生境状态为主要制约因素。太湖湖体Ⅱ-08、Ⅱ-10和Ⅲ-20水生态功能分区处于“不安全”水平,入湖河流污染负荷汇入影响突出。水环境维持区和重要生境维持区均受人类活动扰动影响较大。根据湖体与入湖河道水体、底泥氮磷浓度相关性研究结果,Ⅱ-03、Ⅲ-11、Ⅲ-12水生态功能分区水质与Ⅲ-20区域氮磷浓度关系密切,与总氮、总磷相关性显著（P>0.05）的入湖河道占比分别为50%、66.7%,应兼顾氮磷输入影响。Ⅲ-13和浙江省分别有100%、71.4%的入湖河道的TP浓度与湖体TP浓度相关性显著（P>0.05）,应重点把控总磷输入风险,湖体总磷外源污染输入风险更大。入湖河道底泥中氮磷浓度较高,...     

基于生态足迹模型的贵州省生态可持续性动态分析

生态足迹是定量研究区域可持续发展的一种重要方法。运用生态足迹方法分析了贵州省1999—2008年生态足迹的动态变化,并利用生态足迹指数和生态足迹强度等指标对贵州省1999—2008年的生态可持续性进行了评估。结果表明：10年来,贵州省人均生态足迹由1999年的2.094 28 hm^2上升到2008年的3.613 48 hm^2;人均生物承载力由1999年的0.785 42 hm^2下降到2008年的0.734 81 hm^2;人均生态赤字由1999年的1.308 87 hm^2上升到2008年的2.878 68 hm^2;万元GDP生态足迹由1999年的8.287 91 hm^2下降到2008年的4.111 70 hm^2;生态足迹强度指数由1999年的2.666 46上升到2008年的4.917 61;生态足迹多样性呈现缓慢上升的趋势,社会发展指数总体呈逐年上升趋势;说明发展能力逐年提高,但这是以生态足迹增加为代价的。据此,提出减少了生态足迹和缓解生态环境压力的对策和建议。