基于生态安全格局视角下的南昌市国土空间生态修复关键区域识别.pdf
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1、105基于生态安全格局视角下的南昌市国土空间生态修复关键区域识别|张鑫任云英文章编号:10 0 9-6 0 0 0(2 0 2 3)0 8-0 10 5-0 8中图分类号:TU984;X 3 2文献标识码:Bdoi:10.3969/j.issn.1009-6000.2023.08.015基金项目:国家自然科学基金面上项目“丝绸之路城镇历史地段文化生态内生机制及其适宜性更新规划模式”(52 0 7 8 40 4);“十三五”国家重点研发计划课题“城市新区规划设计优化技术”的子课题“城市新区低碳模式与规划设计优化技术”(2 0 18 Y FC0 7 0 46 0 4)。作者简介:张鑫,西安建筑科技
2、大学建筑学院2 0 19级硕士研究生,研究方向为城市规划理论与方法、城市规划历史理论与方法;任云英,通信作者,博士,西安建筑科技大学建筑学院教授,博士生导师,国家注册规划师,研究方向为城乡规划学、城市规划理论与方法、城市规划与设计、历史城市地理学。基于生态安全格局视角下的南昌市国土空间生态修复关键区域识别Identification of Key Regions for Ecological Restorationof Territorial Space in Nanchang from the Perspective ofEcological SecurityPatterns张鑫任云英ZHA
3、NGXin RENYunying摘要:为了对国土空间生态修复关键区域进行识别,对山水林田湖草生态系统进行保护修复,文章以南昌市为研究对象,基于生态敏感性分析,采用InVEST模型、ArcMap中的Linkage Mapper模块构建了南昌市基础生态安全格局,并通过电流理论对南昌市国土空间的生态修复关键区域生态“夹点”及生态障碍点进行识别。结果表明:(1)南昌市共有生态源地42 块,共计16 97 km,主要由河流水系和森林公园组成,生态廊道98 条,共计56 8 km,呈现“建成区少而长,周边区域生态廊道多而短”的分布特征;(2)南昌市共有生态夹点”14处,共计2 4.3 6 km,生态障碍点
4、12 处,共计3 2.7 7 km;(3)综合生态“夹点”、生态障碍点分布及其用地类型,针对性地提出了各类型生态修复及保护策略。关键词:国土空间;生态修复;生态安全格局;生态障碍点;生态“夹点”Abstract:In order to identify key regions for ecological restoration of territorial space,and to protect andrestore the ecosystem encompassing mountains,rivers,forests,fields,lakes,and grasslands,this st
5、udy takesNanchang city as the subject of research.Through the use of ecological sensitivity analysis,the InvVESTmodel,and the Linkage Mapper module of ArcMap,a basic ecological security pattern for Nanchang cityis constructed.Moreover,electrical circuit theory is used to identify key regions for eco
6、logical restorationin the citys territorial space,specifically ecological“pinch pointsand ecological barriers.The resultsshow that:(l)Nanchang city has a total of 42 ecological source areas,accounting for a total of 1697 km,primarily comprised of river systems and forest parks.There are 98 ecologica
7、l corridors,totaling 568 km,displaying a distribution characteristic of having fewer,yet longer,built-up areas,while having more,butshorter,ecological corridors in the surrounding regions;(2)Nanchang city has a total of 14 ecological“pinchpointsspanning 24.36 km,and 12 ecological obstacle points cov
8、ering 32.77km;(3)Taking into accountthe distribution of ecological pinch pointsand ecological obstacle points,as well as their land use types,targeted ecological restoration and protection strategies for each type are proposed.Key words:territorial space;ecological restoration;ecological security pa
9、ttern;ecological obstacle points;ecologicalpinch points106生态与环境ECOLOGYANDENVIRONMENT现代城市研究2023.080引言改革开放后,我国城市建设进入快速发展时期,城市化水平不断提升但在建设的过程中,由于理论及技术的不足,对国土空间生态系统的重视不够,导致生态破坏、生态品质下降等问题,对我国国土空间可持续发展构成了巨大威胁。在此背景下,十三届全国人大一次会议第三次全体会议通过了中华人民共和国宪法修正案,将“生态文明”写人宪法,生态文明思想在我国被提升到了前所未有的高度。如何对国土空间生态修复关键区域进行识别,统筹推进
10、山水林田湖草生态系统治理,提升和改善国土空间生态系统功能,保障国土空间生态系统正常运转,成为当今国土空间生态系统保护和修复面临的主要任务。目前,学者生态修复研究集中在河流水系、湿地及矿区等较小尺度的研究。在河流水域方面,学者专家研究多集中在通过化工技术及生物技术来进行生态修复,如通过超磁分离水体技术、磁化诱导技术对城市河流黑臭水体生态进行修复-2 1,通过特定水生植物的净化属性对水体生态进行修复 3-4。湿地生态系统修复主要集中在生物群落的重建和关键物种保护方面,如刘红磊等 5、黄越等(6 探讨了通过引人适宜物种来对湿地生态进行修复;李相逸等7、车铭哲等8 以鸟类为湿地关键物种,通过营建鸟类生
11、境来对湿地进行生态修复。矿区生态修复主要集中在通过GIS手段对生态修复进行前期评估19-10 I以及通过矿区复垦的方式对生态进行修复II-2。由此可见,传统生态修复研究偏向于技术层面,且研究尺度较小,多是对于单一类型的生态问题进行研究。这种点对点的方式很容易忽略生态系统的整体性,造成生态系统局部效果良好而整体收益偏低甚至生态系统服务功能下降的现象3 随着国土空间概念的推出,大尺度的生态修复研究也逐渐提上日程在大尺度研究中,研究主要集中在生态修复分区与生态修复等级划分方面。研究通过生态敏感性14-1、生态保护重要性16-7 1、生态系统退化程度18-1生态脆弱性 2 0-2 1等理论方法,对国土
12、空间进行评估,以此来确定生态修复的优先级,其本质是通过将生态受损的区域进行修复,提升整体的生态质量。这些方法充分考虑到了生态系统修复的整体性,但对生态实现过程考虑较少。对于大尺度生态修复的研究应从整体的角度出发,充分考虑生物流的连通性,对制约生态过程实现的关键区域进行修复,既要考虑生态系统的格局,也要考虑生态的过程222-23因此,生态安全格局作为格局和过程耦合的景观生态学核心理论,为新时期国土空间一体化生态修复提供了实现途径和理论依据 2 4。生态安全格局中“源地一阻力面一生态廊道”的研究范式已经成熟,同时随着电流理论的引入,可以科学地识别生态廊道中的生态“夹点”及生态障碍点,相较于大范围的
13、生态廊道保护,有针对性地修复影响生物流的障碍区可以以最小的成本实现最大的生态修复效果,使得宏观层面的国土空间生态系统更加容易调控 2 5。目前学者已经应用该方法对山东省烟台市 2 6、江苏省徐州市贾汪区 2 7、广西壮族自治区贺州市 2 8、河北省阜平县 2 9等地进行了研究,并提出了宝贵的生态修复建议及可借鉴的研究经验南昌市在城市建设发展过程中也面临复杂的生态问题,其中在2 0 19年江西省第一环境保护督察组的反馈意见中,要求南昌市以“统筹协调,标本兼治”的方式,对生态问题对症施策、科学施策、系统施策,做到点面结合、标本兼治。在此背景下,本文将借鉴前人相关理论研究及技术方法,结合南昌实际情况
14、,对南昌市国土空间生态修复关键区域进行识别研究,为今后南昌市统筹发展山水林田湖草生态系统提供理论依据1研究范围及研究数据来源1.1研究范围南昌市是江西省省会,地处江西省中北部,面积为7 195km,位于东经1152 7 116 11、北纬28092 911,是江西省的政治经济、文化中心。南昌市由六区(东湖区、西湖区、青山湖区、青云谱区、新建区、湾里区)、三县(南昌县、进贤县、安义县)组成。同时南昌市也是中国唯一一个毗邻长江三角洲、珠江三角洲和海峡西岸经济区的省会中心城市,是中国华东地区重要的中心城市之一、长江中游城市群中心城市之一。改革开放后南昌城市建设快速发展,2 0 19年城镇化率已达到7
15、5.16%30,但在快速发展过程中也产生了许多生态问题,急需进行生态修复及保护。1.2研究数据来源本研究中土地利用数据来源于国家基础地理信息中心全球地表覆盖数据产品服务网站(DOI:10.117 6 9),空间分辨率为3 0 m30m,年份为2 0 2 0年;高程(DEM)及遥感影像来源于地理空间数据云(http:/),空间分辨率为3 0 m30m;南昌市公路、铁路分布数据来源于OpenStreetMap数据平台;本文空间分析底图为江西省自然资源厅发布的标准地图,审图单位为江西省自然资源厅,审图编号为赣S(2 0 2 3)2 4号。2研究方法2.1生态源地识别生态源地对于区域生态安全格局有着重
16、要影响,在生态源地的识别研究中,经常考虑到生态敏感性26.31生态风险 3 2 1、生态环境质量3 3-3 1及景观连通性 3 3.3 6 等方面内容,本文综合南昌市现状及专家建议,通过生态敏感性及生态环境质量来确定南昌市生态源地。2.1.1生态敏感性生态敏感性是区域生态系统受到外界干扰时被影响的难易程度,是评价生态系统稳定性的重要标准13 7-3 9。结合南昌市实际情况、可操作性及科学性,参考前人研究,最终确定了南昌市生态敏感性的指标因子,为了方便统一,将数据进行了归一化处理,并通过AHP法确定了权重(表1)。107基于生态安全格局视角下的南昌市国土空间生态修复关键区域识别|张鑫任云英2.1
17、.2生态环境质量InVEST模型(integratedvaluationof ecosystem services and tradeoffs)作为生态系统服务评估工具能较好地进行生态系统评价与生境质量分析(40 其通过不同要素对生态环境的胁迫作用来计算和评估生态环境质量,生态环境质量越好物种越丰富,其发挥的生态作用越大。本文在生态环境质量的研究中参考前人研究141-43,确定了南昌市生态的威胁源及其影响形式(表2),同时确定了生境类型对不同威胁源的适宜程度(表3),在此基础之上通过InVEST模型确定了南昌市主城区的生态环境质量。2.2生态廊道模拟传统的阻力面构建主要根据斑块土地利用特征模拟
18、生态阻力,为了更加准确地确定生态阻力,本文借鉴相关研究13.15,加入了隐性生态阻力值、植被覆盖度、坡度等因子,并通过AHP法得到权重(表4)。2.3生态修复关键区域识别2.3.1生态“夹点”生态“夹点”是由麦克雷(McRae)等人基于电路理论提出的概念14-4。生态“夹点”是生态廊道中电流高度密集区域,生态“夹点”对于生态系统稳定有着重要作用,一般而言生态“夹点”电流越高,表明其替代路径越少,其栖息地的退化或损失极大可能切断生境的连通性 12.3 2.6 1,故生态“夹点”可表示为防止栖息地退化或改变的关键位置,需要优先考虑对其进行保护。本文通过ArcMap软件中的LinkageMapper
19、模块对其进行识别。2.3.2生态障碍点生态障碍点是指生物在生境斑块间运动受到阻碍的区域,移除这些区域可以增加生态重要区间连通的可能性14-45。本文通过ArcMap软件中的LinkageMapper模块对其进行识别,并结合其区位及土地利用类型来针对性进行修复。3研究结果3.1生态源地识别根据评价模型对南昌市生态环境质量和生态敏感性进行计算,并通过自然断点法对其进行分级。如图1所示,南昌市生态环境质量呈现“中间低,四周高”的格局,其中在建成区零星穿插着生态环境质量较高的河流和森林公园,在建成区外生态环境质量较高的部分由水系和森林组成。如图2 所示,对南昌市生态敏感性进行评价,生态敏感性由建成区向
20、外逐渐增加,相较于生态环境质量,其具有一定的过渡性,但生态敏感性较高的区域与生态环境质量较高的区域重叠较为明显,这些重叠的区域主要由水系和山林构成,是生物栖息、繁衍的重要区域,这些区域一旦被破坏,就很难恢复,因此须加以重表1生态敏感性因子及权重中间层指标层权重赋分地形起伏度0.13归一化高程0.08归一化自然因子坡度0.11归一化距离水系距离0.12归一化植被覆盖度0.13归一化土地利用类型0.19归一化社会因子距离居民点距离0.09归一化距离道路距离0.15归一化注:土地利用类型中水体、湿地为1,林地为0.8,草地为0.6,耕地为0.4,其他用地为0.2。表2威胁源及其影响形式威胁源最大距离
21、/km权重影响形式建设用地60.8指数型铁路61.0线型公路61.0线型耕地40.6指数型表3生境类型对不同威胁源的敏感度威胁源土地利用类型适宜程度建设用地铁路公路耕地耕地0.40.9110森林1.00.9110.5草地0.80.8110.6灌木0.950.4110.3湿地0.90.71一0.2水体1.00.7110.2建设用地0.10000裸地0.30.1110.2表4生态阻力因子权重及赋分阻力因子权重等级划分赋分林地1草地3土地利用类型0.40水体5耕地7其他用地9隐性阻力面0.15Kriging插值(0.8,1)1(0.6,0.8)3植被覆盖度0.13(0.4,0.6)5(0.2,0.4
22、)7综合阻力0,0.29(25,+80)9(15,25)7坡度0.17(10,15)5(5,10)30,51(100,+0)9(75,100)7起伏度0.15(50,75)5(25,50)30,251108生态与环境ECOLOGYANDENVIRONMENT现代城市研究2023.08点保护,避免过度开发以及高强度的人为干预。生态源地的选择要充分考虑其自身斑块的价值 3 4,故本文将南昌市生态敏感性和生态环境质量的高属性区域进行提取叠加作为生态源地。同时为便于下一步廊道模拟,需要对较为零散的小斑块进行处理,参考吴茂全等的研究 46,根据斑块面积阈值与其累计面积占比及斑块数量关系,南昌市大于3 k
23、m以上的斑块累计面积占比在8 0%以上,故选取该部分作为南昌市的生态源地。如图3 所示,南昌市共有生态源地42 块,共计16 97 km,主要以赣江、赣江南支、赣江中支、北河等条带状生态源地,以及梅岭国家森林公园、瑶湖森林公园、鄱阳N圆例生态环境质量低较低中较高0510203040高0km图1生态环境质量底图来源:空间分析底图为江西省自然资源厅发布的标准地图,审图单位为江西省自然资源厅,审图编号为赣S(2 0 2 3)2 4号。除必须信息的叠加,未对底图进行修改。后同。N宣区安义婴东湖区青山湖区第西湖区青云谱区教例生态源地051020 3040km图3生态源地湖南部及金溪湖、陈家湖等块状生态源
24、地组成,总体呈现“四周多而连片,中间少而破碎”的格局,这种分布格局在一定程度上反映了城市建成区开发强度较大,人为干扰强,造成建成区内部生态源地较少且破碎化严重需要对其生态廊道进行识别,并进行针对性的保护修复,才能保证南昌市整个生态格局中生物的正常迁徒。3.2基础生态安全格局构建根据建立的模型,构建综合阻力面。如图4所示,南昌市综合阻力较高的区域主要在南山湖区、青云谱区、西湖区,并以该部分为核心向南贯穿新建区及南昌县,同时在新建区北侧、安义县西侧及进贤县南侧均有较高阻力区域分布。利用ArcMap软件中的LinkageMapper模块模拟生态廊道,进而构建出由生态源地、生态廊道组成的南昌市生态安全
25、格局。如图5所示,研究最终确定了连接各个生态源地的生态廊道98 条,共计56 8km,其中在生态廊道的分布中呈现“建成区少而长,周边区域生态廊道多而短”的特征。建成区的廊道相较于周边区域可替代生态廊道较少,且由于建成区人为干扰较强、开发强度大的特点,极容易将生态廊道切断,造成生物流的阻碍,需要对其进行重点评估和保护。3.3国土空间生态保护修复关键区域识别3.3.1生态“夹点”区域识别通过ArcMap软件中的LinkageN圆例生态敏感性低较低中较高0510203040高km图2生态敏感性N图例综合阻力面Low:O051020 30 40km图4综合阻力面109基于生态安全格局视角下的南昌市国土
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