基于生态网络构建与优化的太仓国土空间生态保护修复关键区域诊断与识别.pdf
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1、第47 卷第2 期2023年6 月doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2023.02.011地质学刊Journal of Geology基于生态网络构建与优化的太仓国土空间生态保护修复关键区域诊断与识别Vol.47 No.2Jun.2023赵志俊,谈珣珣(太仓市自然资源和规划局,江苏太仓2 1540 0)摘要:以江苏太仓作为研究区域,基于生态系统服务评估确定生态源地,采用最小累积阻力模型(MCR)和重力模型构建生态廊道,提出生态网络优化模式和对应管控策略。经计算和分析,提取面积30 36 5.46 hm的重要生态功能区作为生态源地;识别生态源地16 1.46 km,其中水
2、域生态源50 个、陆域生态源地47 个;提取水域生态廊道53条、陆域生态廊道56 条,且水域生态廊道相较于陆域生态廊道更为完善,连通性和稳定性更高;识别需优先保护的生态夹点2 5个,优先修复的生态障碍点18 个。研究成果可为系统性开展国土空间生态保护修复提供借鉴和指导。关键词:生态网络;生态源地;生态廊道;国土空间生态保护修复;江苏太仓中图分类号:P951;X8260引言生态网络研究的基本范式是生态源地识别-阻力面构建-生态廊道提取(曲艺等,2 0 16;刘晓阳等,2021),涉及生物保护、城市绿地规划、国土空间生态保护修复区域识别等多个领域,关键在于生态源地的识别和生态廊道的提取。对于生态源
3、地的识别,目前主要有2 种方法:通过分析研究区土地利用和生态保护措施,直接选取区内重要的自然保护区(史芳宁等,2 0 19)、生态绿地(贾振毅等,2 0 17)等作为生态源地;通过综合分析法确定生态源地,如景观连通性分析(吴茂全等,2 0 19)、粒度反推法、主成分分析法(李延顺等,2 0 2 0)或MSPA空间形态学(陈竹安等,2 0 17)。目前对于生态网络的研究较少考虑区域景观的生态系统功能,而关注生态格局和过程、识别与保护区域生态系统服务是实现可持续发展的前提和基础。江苏太仓位于长江下游经济发达地区,城市化进程迅速,建设用地挤占了大量生态绿地和农业空间,给区域生态系统健康造成了巨大影响
4、。识别国土空间生态保护修复的关键区域,并提出有针对性收稿日期:2 0 2 2-0 6-0 2;修回日期:2 0 2 2-0 8-0 2;编辑:蒋艳,朱明君基金项目:江苏省自然资源科技计划项目“面向国土空间生态保护修复的生态网络构建与优化研究”(2 0 2 0 0 30)作者简介:赵志俊(19 8 2 一),男,工程师,硕士,岩土工程专业,主要从事资源环境调查评价工作,E-mail:8 0 53347 53 q q.c o m文献标识码:A文章编号:16 7 4-36 36(2 0 2 3)0 2-0 18 8-0 8的管控要求,有利于更好地开展国土空间生态保护修复工作(陈扬等,2 0 2 1;
5、傅伯杰,2 0 2 1)。基于生态网络构建与优化理论,通过生态系统重要性评价,将区域生态系统结构和功能的影响融入生态源地的识别过程,借助最小累积阻力模型(MCR)和重力模型搭建生态廊道,构建太仓国土空间生态保护修复关键区域的研究架构,从而明确国土空间生态保护修复的关键区域类型、功能及管控要求,为东部平原经济发达地区开展国土空间生态保护与修复工作提供理论参考和方法借鉴1研究区概况太仓位于长江人海口冲积平原,太湖流域东部。其东部与长江相接,南、西和北部分别与上海、昆山、常熟相邻,是苏锡常都市圈和上海都市圈的重要组成部分,也是长江经济带和海上丝绸之路的重要交会点,地理位置优越。研究区地势平坦,东北部
6、略高而西北部略低,属北亚热带南部湿润气候区,夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥,日照和降水充足,无霜期长。区内河网纵横交错,属典型的江南水乡,水域面积2 56 km。湿地面第47 卷第2 期赵志俊等:基于生态网络构建与优化的太仓国土空间生态保护修复关键区域诊断与识别积2 53km,自然湿地、人工湿地面积分别占研究区总面积的2 5.9 7%和5.2 4%。2数据来源和研究方法2.1楼数据来源利用多源数据评估研究区生态系统服务,构建区域生态网络。数据分为空间数据和基础资料数据。空间数据包括:土地利用数据:源于江苏省自然资源厅提供的第二次、第三次全国土地调查数据,根据研究需求对土地利用类型重新分类,空间分辨
7、率为30 m;数字高程模型(DEM):源于中国科学院资源环境科学与数据中心,分辨率为30 m;降水、蒸散发数据:源于中国气象科学数据共享服务网,分辨率为1km;土壤数据:源于1:10 0 万Table 1 Calculation method of ecosystem service significance assessment评价因素权重Exp,=ALV,I(1-R,)=x+ALV,=HSS,pol.水质净化0.2HSS,=,=log ZuY.入(P-ASm.)2Q.=P+(1-)Smx,雨洪调节0.2水源涵养0.2usle;=R,K,LS,C,P;SDRmaxSDR;=土壤保持0.2生境
8、质量0.2189世界土壤数据库,分辨率为1km。基础资料数据来源于全国及江苏省和各地市的统计年鉴等。2.2研究方法2.2.1生态源地识别生态源地是区域生态系统功能较强、生态保护重要性等级较高的斑块,是生态系统服务由供给区向需求区传递的源头(张豆等,2019)。科学准确地识别高质量的生态源地是有效构建生态安全格局、保障生态功能充分发挥及高效保护自然资源的基础。依据研究区的地理特征和社会经济状况,采用InVEST模型分别评估水质净化、水源涵养、雨洪调节和生境质量4项生态系统服务(表1)。基于模型结果,按一定比例提取生态系统服务功能高供给区进行空间叠加分析,识别主要生态功能区及生态源地。2.2.2生
9、态廊道构建表1生态系统服务重要性评价计算方法计算公式Exp,为栅格最终输入到水体的N含量,ALV,为校正后的氮污染负荷值,R,为栅格下游栅格y的氮截留效率,X为栅格x下游的栅格总数,HSS,为水文敏感性系数;pol,为栅格x的初始氮污染负荷值,入,为栅格的径流系数,入。为流域平均径流系数,Z,Y,为栅格上游所有栅格的总产水量P入S,max,i(0其他254 000S.max,i主要水源涵养保护区E,=usle;SDR,(ICo-IC,)1+expl12i=12,=H,(1-Dg)D=ZRF=1dxyirrx=1d2.99xy=构建关键生态廊道,能够有参数意义Qp,为雨洪调节能力,mm;P为设计
10、的风暴深度,mm;Smax,为潜在截留量,mm;入Smx,为实际径流所需的降雨深度,mm;入=0.2;Smax是CN,值的函数,mm;CN,是依赖于土地利用和土壤254特性的经验参数CN;研究区金仓湖省级湿地自然公园(2 0 1.0 3hm),长江太仓浏河饮用水水源保护区(10 14.8 7 hm)E,为栅格i最终输人到水体的土壤流失量,usle,为栅格i的初始土壤流失量,SDR,为栅格i的泥沙输移效率。R,为多年平均降雨侵蚀力因子,K,为土壤可蚀性因子,LS,为坡长坡度因子,C,为植被覆盖与管理因子,P,为水土保持措施因子。SDRmx为最大泥沙输移效率,IC,为水文连通性指数,h为定义PSD
11、R与IC响应关系的参数。P,为月降水量,mm;P为年降水量,mmQ,为土地利用类型j中栅格x的生境质量得分,H,为土地利用类型j的生境适宜性得分,D,为栅格x的受威胁水平;R为威胁源,Y,为栅格数量;,为威胁源r的相对权重,r,为栅格y的威胁强度,i为威胁源r中的栅格对生境栅格的影响水线性距离衰减平,为栅格的受保护等级,S,为土地利用类型j对威胁源r的敏感程度;d为栅格与栅格y的欧式距离,d,mx为威胁源非线性距离衰减成的最大影响距离190效保障生态系统要素间物种和能量流动畅通,提升区域生态系统功能的完整性,保障区域生态安全(彭建等,2 0 17;李航鹤等,2 0 2 0)。采用Knaapen
12、等(19 9 2)提出的最小累积阻力模型(MCR)计算物种在源地间流动的成本(表2);通过重力模型构建生态源地间的相互作用矩阵,从而定量评估各源地间的相互作用强度(尹海伟等,2 0 11),据此进行生态廊道相对重要性的分级(周媛,2 0 19)。阻力面参数设置和模型计算公式(黄木易等,2019;倪庆琳等,2 0 2 0)如下:i=mMCR=f minZD,R;j=n式(1)中,MCR为最小累积阻力值,D,为物种从源j到景观单元i的空间距离,R,为景观单元i对某物种运动的阻力系数,f表示最小累积阻力与生态过程的正相关关系。N.N,LP.GdDaab式(2)中:Ga为生境斑块与b之间的相互作用力;
13、N.和N,分别为两斑块的权重值;Da为a与b两斑块间潜在的廊道阻力标准化值;P。为斑块的阻力值;P,为斑块b 的阻力值;S.为斑块的面积,hm;Lab为斑块到b的廊道阻力值;Lmax为研究区中所有廊道的累计阻力最大值。土地利用类型水体湿地农田草地园地林地交通用地未利用地村庄用地城镇建设用地地质学刊3结果与分析通过模型计算得到太仓主要生态系统服务功能和高供给区,在空间上叠加分析得到主要生态功能区(图 1)。3.1生态系统服务功能区识别及分级3.1.1水质净化区研究区氮截留效率为0 0.8,水质净化重要功能区主要分布在水系河网周围,总面积为4155.48 hm,占全区总面积的5.13%,水质净化功
14、能高值区分布少量植被和滩涂,可吸附、降解(1)城乡居民的生活生产污染物。湿地植被能够在一定程度上减缓水流速度,工农业生产污染物和生活污水等流经湿地斑块流速减慢,有利于污染物的沉淀和排除,起到水质净化的效果。3.1.2水源涵养区为研究区主要水源涵养保护区,总面积为 1 2 15.9 0 hm。Lmaxln S.ln S,3.1.3雨洪调节区研究区单位面积雨水截留量LaP.P,2LmaxTable 2 Landscape resistance values of different land use types水域生态亚类面积 10 0 hm面积 50 hm面积 10 0 hm湿地、林地面积 50
15、 hm面积 50 hm草地园地农田交通用地水体未利用地村庄用地城镇建设用地景观阻力值3593030505006007008001 000第47 卷第2 期赵志俊等:基于生态网络构建与优化的太仓国土空间生态保护修复关键区域诊断与识别N191NN水质净化功能(氮截留效率)高:0.8低:0010kmN雨洪调节功能(m/hm)高:110 4.440低:12 4.7 9 7010kmN生境质量(归一化值)高:0.9 9 9 347低:010kmN水质净化重要功能区10 km雨洪调节高供给区010kmN生境维持功能高供给区10 kmNIV级重要生态功能区级重要生态功能区级重要生态功能区水源涵养功能区10k
16、m图1太仓生态系统服务重要性评价及重要功能区识别Fig.1 Significance assessment of ecosystem services and identification of important functional areas in Taicang陆水体两侧的林地集中区,该区植被覆盖度较高,生物多样性相较其他区域更丰富,生境质量较高。提取生境质量前2 0%的区域,得到4543.38 hm的生境维持功能高供给区。统计得到总面积30 36 5.46 hm的重要生态功I级重要生态功能区10km能区,占全区总面积的37.49%。其中,IV级重要生态功能区的面积为2 47 2 5.
17、9 7 hm,占总面积的30.52%,主要分布在长江水体与内陆主要河流和清水通道区两侧;级重要生态功能区的面积为443.34hm,占总面积的0.55%,位于沿江重要湿192地;级重要生态功能区和I级重要生态功能区的面积分别为50 7 6.7 2、119.43hm,分别占总面积的6.27%、0.15%,主要分布于金仓湖湿地公园和浏河饮用水水源保护区以及周边地区。这些区域是研究区的主要生态空间,生物多样性丰富,水源涵养、水质净化、雨洪调节功能突出,具有更高的生境质量,作为生态系统服务流动和传递的源头,是太仓城市生态系统中的重要生态功能区,为生态安全的重要屏障。3.2生态源地识别基于生态系统服务重要
18、性评价结果以及岛屿生物地理学理论,确定生态系统功能最佳的区域作为生态源地,选取水域生态源地50 个,总面积149.6 2km;陆域生态源地47 个,总面积11.8 4km。从空间上看,太仓的水域生态源地主要分布在西南部、中部和东北部,均沿西北一东南走向呈长条状分布。其中,西南部的生态源地多为小斑块,呈集中分布;中部的生态源地均为小斑块,呈零散分布;东北部的生态源地为大斑块,呈连片集中分布。这些斑块聚集了丰富的水生生物物种,对区域生物多样性保护和生境维持起到重要作用,具有极为重要的生态意义(蒋思敏等,2 0 16;费凡等,2 0 2 1)。陆域生态源地总面积虽较水域生态源地面积小,却是研究区陆生
19、生物物种的主要繁衍栖息地,对于物种多样性的保护与提升具有重要的生态意义。3.3生态廊道识别基于最小累积阻力模型和重力模型计算结果,得到水域生态廊道53条,总长度2 31.56 km;陆域生态廊道56 条,总长度2 0 7.34km。研究区水域和陆域生态廊道覆盖全域,连通区内所有的生态源地,是各源地斑块之间生态服务流动的媒介。3.3.1空间分布水域生态廊道主要分布在研究区西南部、中部和东北部,连接3个部分的生态廊道相对较少,整体呈“五纵三横”式分布,在西南部与中部之间少见面积较大的水域斑块,缺乏生境斑块;陆域生态廊道分布在各个区域,整体上由中心向外辐射分布,其中,位于西南一东北走向的中部的廊道分
20、布较为密集,呈多环状分布。3.3.2重要性分级(1)水域生态廊道:极重要廊道11条,长度累计142.7 8 km;重要廊道2 0 条,长度累计37.46 km,主要分布在研究区东北部和西南部;一般重要廊道2 2 条,长度累计51.32 km,主要分布地质学刊在东北部和西南部。(2)陆域生态廊道:极重要廊道14条,长度累计45.8 3km,主要分布在研究区西北部、中部和西南部;重要廊道17 条,长度累计6 9.49 km,主要分布在西北部、中部和东南部;一般重要廊道2 5条,长度累计 9 2.0 2 km。3.4生态安全格局优化模式基于最小费用路径法与重力模型提取重要生态廊道,结合重要生态源地的
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