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.pdf
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1、第4 3卷第4期2 0 2 3年8月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 9-0 5 修回日期:2 0 2 2-1 2-0 8 资助项目:黑龙江省自然科学基金项目“基于G I S的石墨矿山生态恢复与矿区空间景观优化研究”(L H 2 0 2 3 C 0 1 2)第一作者:王崑(1 9 6 9),女(汉族),黑龙江省哈尔滨市,博士,教授,主要从事风景园林规划与设计、旅游规划等研究。E m a i l:w k
2、w l r w b1 2 6.c o m。通讯作者:刘丹(1 9 7 7)女(汉族),黑龙江省哈尔滨市,博士研究生,教授,主要从事生态景观等方向的研究。E m a i l:1 4 4 2 4 6 0 7 9 5q q.c o m。基于M S P A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王 崑1,马春旭1,郑伊含3,田 鑫3,洪 丽1,刘 丹2(1.东北农业大学 园艺园林学院,黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 0 0;2.东北农业大学 艺术学院,黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 0 0;3.哈尔滨工业大学 城市规划设计研究院有限公司,黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 0 0)摘 要:目的探索基
3、于形态学空间格局分析(M S P A)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M S P A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。结果根据M S P A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8 7.4 1%,其中林地为主要景观类型。牡丹江市域内有主要生态源地1 0处,次要生态源地6处。牡丹江市域内潜在重要生态廊道1 6条,一般生态廊道1 0 4条。优化前生态
4、网络闭合度(指数)为0.5 3,优化后为0.6 6;网络连接数(指数)优化前为0.6 9,优化后为0.7 7,线点率(指数)优化前为2.0,优化后为2.2 6。结论综合M S P A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。关键词:生态网络;生态保护重要性评价;形态学格局分析(M S P A);最小累积阻力模型(M C R);牡丹江市文献标识码:B 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 4-0 2 2 0-0 9 中图分类号:X 1 1 7.4文献参数:王崑,马春旭,郑伊含,等.基于M S P A模型和生态保护重要性评价的市
5、域生态空间网络构建及优化J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(4):2 2 0-2 2 8,3 2 6.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 4.0 2 7;W a n gK u n,M aC h u n x u,Z h e n gY i h a n,e t a l.C o n s t u r c t i o na n do p t i m i n a t i o no fu r b a ne c o l o g i c a l s p a c en e t w o r kb a s e do nM S P A m o d
6、e l a n de c o l o g i c a l p r o t e c t i o n i m p o r t a n c ee v a l u a t i o nJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(4):2 2 0-2 2 8,3 2 6.C o n s t u r c t i o na n dO p t i m i n a t i o no fU r b a nE c o l o g i c a l S p a c eN e t w o r kB a s e d
7、o nM S P A M o d e l a n dE c o l o g i c a lP r o t e c t i o nI m p o r t a n c eE v a l u a t i o nW a n gK u n1,M aC h u n x u1,Z h e n gY i h a n3,T i a nX i n3,H o n gL i1,L i uD a n2(1.C o l l e g eo fH o r t i c u l t u r ea n dL a n d s c a p eA r c h i t e c t u r e,N o r t h e a s tA g r
8、i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,H a r b i n,H e i l o n g j i a n g1 5 0 0 0 0,C h i n a;2.C o l l e g eo fA r t,N o r t h e a s tA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,H a r b i n,H e i l o n g j i a n g1 5 0 0 0 0,C h i n a;3.H a r b i nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g yU r b a nP l
9、a n n i n ga n dD e s i g nC o.,L t d.,H a r b i n,H e i l o n g j i a n g1 5 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ec o n s t r u c t i o n m e t h o df o ra nu r b a ne c o l o g i c a ln e t w o r kb a s e do n m o r p h o l o g i c a ls p a t i a l p a t t e r na n a l y s i s(M
10、 S P A)a n de c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni m p o r t a n c ee v a l u a t i o nw e r es t u d i e di no r d e rt op r o v i d eas c i e n t i f i c r e f e r e n c e f o r t h ep l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o no fu r b a ne c o l o g i c a ln e t w o r k.M e t h o d sT h ei m p o
11、r t a n c eo fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o na t M u d a n j i a n g C i t y,H e i l o n g j i a n gP r o v i n c e w a se v a l u a t e du s i n gt h et o p o l o g i c a l s u p e r p o s i t i o no fM S P Aa n a l y s i s r e s u l t s,a n d t h eb i r t hs o u r c ea r e aw a s c o m p r
12、e h e n s i v e l yo b t a i n e d.W eu s e dt h e m i n i m u m r e s i s t a n c e m o d e lt oe x t r a c tp o t e n t i a le c o l o g i c a lc o r r i d o r si nt h es t u d ya r e a,a n dc o m b i n e dt h e mw i t hg r a v i t ym o d e l s f o r i m p o r t a n c e c l a s s i f i c a t i o n
13、.W eo p t i m i z e dt h ee c o l o g i c a ln e t w o r ks t r u c t u r ef r o mt h r e ea s p e c t s:s o u r c es u p p l e m e n t,c o r r i d o rs u p p l e m e n t,a n ds t e p p i n gs t o n es u p p l e m e n t.R e s u l t s T h eM S P Aa n a l y s i sr e s u l t ss h o w e dt h a t t h ec
14、o r ea r e ao fM u d a n j i a n gC i t yh a dt h eh i g h e s tp r o p o r t i o no fl a n d s c a p e t y p e s(a c c o u n t i n gf o r8 7.4 1%)a n dt h a t f o r e s t l a n dw a st h em a i nl a n d s c a p et y p e.T h e r ew e r e1 0m a i ne c o l o g i c a l s o u r c e sa n ds i xs e c o n
15、d a r ye c o l o g i c a l s o u r c e sa tM u d a n j i a n gC i t y.T h e r ew e r e1 6p o t e n t i a li m p o r t a n t e c o l o g i c a l c o r r i d o r s a n d1 0 4g e n e r a l e c o l o g i c a l c o r r i d o r s a tM u d a n j i a n gC i t y.E c o l o g i c a l n e t w o r kc l o s u r e
16、(i n d e x)b e f o r eo p t i m i z a t i o nw a s0.5 3,a n d0.6 6a f t e ro p t i m i z a t i o n.N u m b e ro fn e t w o r kc o n n e c t i o n s(i n d e x)w a s 0.6 9b e f o r eo p t i m i z a t i o n,a n d0.7 7a f t e ro p t i m i z a t i o n.L i n ep o i n t r a t e(i n d e x)w a s 2.0b e f o r
17、 eo p t i m i z a t i o n,a n d2.2 6a f t e ro p t i m i z a t i o n.C o n c l u s i o nT h e a p p l i c a t i o no f t h e c o m p r e h e n s i v eM S P Aa n a l y s i sm e t h o da n dt h ee c o l o g i c a lp r o t e c t i o ni m p o r t a n c ee v a l u a t i o nm e t h o di ne c o l o g i c a
18、 ln e t w o r kc o n s t r u c t i o nc a nh e l p i m p r o v e t h es t r u c t u r ea n df u n c t i o n a l i t yo f t h ee c o l o g i c a ln e t w o r k.K e y w o r d s:e c o l o g i c a ln e t w o r k;i m p o r t a n c ee v a l u a t i o no ne c o l o g i c a lp r o t e c t i o n;m o r p h o
19、l o g i c a l s p a t i a lp a t t e r na n a l y s i s(M S P A);m i n i m u mc u m u l a t i v e r e s i s t a n c em o d e l(MC R);M u d a n j i a n gC i t y,H e i l o n g j i a n gP r o v i n c e 城市高速化发展导致城市生态系统服务功能逐渐减弱,引发了景观破碎化严重、生物多样性降低等系列生态问题。生态网络作为生态系统物质能量循环的媒介,是城市生态安全的重要保障1-3。科学合理地构建生态网络有利于提
20、升城市生态系统的服务能力,修复城市生态脆弱区,对划定城市空间格局,实现城市生态可持续性发展具有正向推动作用。生态网络起源于欧洲,最早用于生物保护,以景观生态学的“源汇”理论为基本模式,衍生“生态源地生态廊道生态节点”的网络结构体系4。生态网络由分散的栖息地斑块连接而成,栖息地斑块通常作为生态源地以及生态踏脚石出现。生态源地指生态空间中对生态流起关键作用的景观组分;生态踏脚石指大型生态斑块之间,由小型斑块所组成的生态迁移通道。构建生态网络目的是维持人类活动影响下的生态过程完整性,解决生物多样性保护问题5。通过识别生态源地,构建生态廊道可以有效提升城市中生态斑块的连通性,加强城市物种的物质、能量交
21、换能力,增补生态踏脚石可以提高斑块聚集度和稳定性,显著提升生态网络质量。国外学者提出了包括最小 阻 力 模 型(m i n i m u m c u m u l a t i v e r e s i s t a n c e,MC R)6-7、电流理论8、图论法等9众多生态网络构建模型。MC R模型综合考虑区域内的地形、地貌、环境、人为干扰等因素,通过对阻力面进行权重判别,提取生态网络中潜在的生态廊道1 0。形态学格局分析(m o r p h o l o g i c a l s p a t i a lp a t t e r na n a l y s i s,M S P A)是在像元级尺度,结合图形学
22、原理进行生态源地识别的一种研究方法1 1,M S P A分析法与MC R模型常进行耦合运用,已成为构建生态网络的范式,但该方法无法反映生态源地内部的生态状况。随着相关研究的深入,生态网络的构建涵盖了省域、市域等不同尺度。孔繁花等人1 2运用遥感技术和地理信息系统,采用最小费用路径和情景分析方法,结合重力模型构建了 省 域 城 市 群 生 态 网 络。王 添 翼 等 人1 3借 助MC R模型进行了生态廊道构建及生态战略点识别,通过强化廊道、优化生态踏脚石,提升了苏南水网乡村生 态 安 全 格 局 的 稳 定 性。郭 家 新 等 人1 4基 于M S P A法和MC R模型,对唐山市进行生态源地
23、识别,提取潜在生态廊道,结合重力模型定量分析廊道重要性,构建市域生态空间网络。在国土空间规划的背景下,如何科学构建生态网络,筑全生态保护格局,优化城市空间环境,是城市发展面临的重要挑战。因此,本研究基于M S P A和生态保护重要性评价,考虑空间格局和生态格局,进行综合性生态源地识别;运用MC R模型和重力模型识别黑龙江省牡丹江市域潜在生态廊道并分级,形成牡丹江市域生态网络;综合分析牡丹江市域生态网络现状特点,提出优化策略,为牡丹江市生态网络规划与建设提供一定参考作用,充实市域生态网络的相关研究。1 研究区概况与数据来源1.1 研究区概况牡 丹 江 市 位 于 黑 龙 江 省 东 南 部,地
24、理 坐 标(1 2 8 0 2 1 3 1 1 8 E,4 3 2 4 4 5 5 9 N),是东北亚陆海联运大通道和欧亚大陆桥重要节点,市域内有牡丹江、海林两个国家级经济开发区以及4个国家一类口岸。牡丹江市地形以山地、丘陵为主,内部纵横牡丹江、穆棱河和绥芬河。牡丹江市域总面积为3 88 3 4.7 7k m2。1.2 数据来源与预处理本研究数据来源包括:2 0 2 0年牡丹江市土地利用数据源自(第三次全国土地调查数据与2 0 2 0年土地变更调查数据);全域范围正射影像图下载于谷歌地图(h t t p:www.g d i t u.n e t);研究区高程数据下载于地理空间数据云(h t t
25、p:www.g s c l o u d.c o m),数据分辨率为3 0m3 0m;累计降雨量数据源自中国气象科学数据共享服务网(h t t p:d a t a.c m a.c n);生态系统类型及分布数据源自中国生态系统评估与生态安全数据库(h t t p s:www.e c o s y s t e m.c s d b.c n);自然保护区数据以及当地野生动植物种群名录源自牡丹江市林草局;植被覆盖度数据源自“数据禾”网站(h t t p s:www.d a t a b o x.s t o r e);多年平均降水量数据源自牡丹江气象局;土壤类型分布矢量数据源自世界土壤数据库(h t t p:w
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- 关 键 词:
- 基于 MSPA 模型 生态 保护 重要性 评价 空间 网络 构建 优化
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