基于生態(tài)阻力面綜合構(gòu)建法的三亞市景觀格局分析

賀 丹，陳彩虹，佘濟(jì)云，陸 禹，董雅雯

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

基于生態(tài)阻力面綜合構(gòu)建法的三亞市景觀格局分析

賀 丹，陳彩虹，佘濟(jì)云，陸 禹，董雅雯

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

為提高景觀格局穩(wěn)定性，增強(qiáng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的空間連通性，以MCR模型為基礎(chǔ)，采用生態(tài)阻力面綜合構(gòu)建法、熱點(diǎn)分析法、核密度分析法等方法，分析構(gòu)建了海南省三亞市景觀的生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)等組分，在此基礎(chǔ)上對三亞市的景觀格局進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明：三亞市生態(tài)節(jié)點(diǎn)密度分布并沒有出現(xiàn)特別松散或者特別集中的區(qū)域，其中密度較大的區(qū)域主要分布在吉陽區(qū)東北部和天涯區(qū)西南部，與熱點(diǎn)分析的高值聚類區(qū)域和低值聚類區(qū)域基本相符。其中，三亞市一級生態(tài)節(jié)點(diǎn)共10個(gè)，全部分布在吉陽區(qū)，屬非常重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先建設(shè)；二級生態(tài)節(jié)點(diǎn)共14個(gè)，絕大部分分布在天涯區(qū)，屬重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)建設(shè)；三級生態(tài)節(jié)點(diǎn)共33個(gè)，隨機(jī)分布在三亞市的四個(gè)區(qū)，屬一般生態(tài)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)建設(shè)。研究成果可為三亞市生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

MCR模型；生態(tài)阻力面；熱點(diǎn)分析；核密度分析；景觀格局；三亞市

三亞市地處海南島南端，是中國最南部的熱帶濱海旅游城市，居中國四大一線旅游城市之首。旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展為當(dāng)?shù)貛砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也給三亞市的生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的威脅[1]。因此，改善三亞市生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)過程的平衡發(fā)展，提出景觀格局優(yōu)化措施，將為三亞市生態(tài)環(huán)境改善、旅游業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)，對三亞市生態(tài)文明建設(shè)意義重大。目前，國內(nèi)外對于景觀格局的研究主要是以Fomran[2]提出的景觀格局優(yōu)化理論和俞孔堅(jiān)[3]提出的景觀生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以Knaapen[4]提出的最小耗費(fèi)距離模型為方法，對不同區(qū)域進(jìn)行了景觀格局優(yōu)化的研究，如張海鷗[5]以成都市為研究對象，采用最小耗費(fèi)距離模型建立阻力面，對成都市不同時(shí)期景觀生態(tài)安全格局動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了初步研究；劉杰等[6]以滇池流域?yàn)檠芯繉ο螅訥IS空間技術(shù)為基礎(chǔ)，采用最小耗費(fèi)距離模型構(gòu)建了生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)等景觀組分，對區(qū)域景觀格局進(jìn)行了優(yōu)化。雖然景觀格局研究目前取得了較多的成就，但仍有很多問題值得探討，如事物在空間上的相互影響對生態(tài)阻力面的影響[7]，所選取的生態(tài)節(jié)點(diǎn)相互之間的影響及建設(shè)順序等。本文以三亞市為研究對象，采用綜合阻力面構(gòu)建法構(gòu)建生態(tài)阻力面、采用核密度分析和熱點(diǎn)分析對生態(tài)節(jié)點(diǎn)相互之間的影響及建設(shè)順序進(jìn)行研究，探討三亞市景觀格局優(yōu)化措施，為三亞市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

海南省三亞市位于海南島最南端，地處北緯 18°09′34″～ 18°37′27″、 東 經(jīng) 108°56′30″～109°48′28″，東西長約 91.6 km，南北寬約 51 km，總面積1 919.58 hm2。三亞市東鄰陵水縣，西毗樂東縣，南臨南海，北依保亭縣，地勢北高南低，北部為山地和丘陵，南部為平原和臺地，自北向南逐漸傾斜。三亞屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，受南海海洋氣候影響較大，長夏無冬，全年高溫多雨，氣溫年較差小，有“天然溫室”之稱。三亞市范圍內(nèi)流域面積大于100 hm2的河流有4條，南部水庫眾多，水資源豐富。三亞市林地面積14.43萬hm2[8-10]，占全市土地面積的75.5%。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

以三亞市1∶10 000地形圖和2010年二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合2015年遙感影像進(jìn)行解譯，合并地類，得到三亞市土地利用類型分布圖。通過給不同地類賦阻力值和克里金插值法分別得到顯性與隱性阻力面，運(yùn)用空間主成分分析得到綜合阻力面，再通過計(jì)算距離成本得到累計(jì)耗費(fèi)表面。結(jié)合三亞市生態(tài)源地和累計(jì)耗費(fèi)距離表面進(jìn)行空間分析和水文分析，構(gòu)建三亞市生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)，并對生態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行熱點(diǎn)分析和核密度分析，得出三亞市景觀格局現(xiàn)狀。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)源地選取

篩選生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值高的景觀類型定義為生態(tài)斑塊，從中挑選規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)較優(yōu)、對生態(tài)過程影響有決定性作用的生態(tài)斑塊集合體作為生態(tài)源地[7]。

2.2.2 阻力面構(gòu)建

(1)顯性阻力面構(gòu)建

顯性生態(tài)阻力面是從土地利用類型考慮，對不同的景觀類型賦上相應(yīng)的阻力值[11-12]（表1）。

表1 各景觀類型對應(yīng)阻力值Table 1 The resistance value of different landscape patterns

(2)隱性阻力面構(gòu)建

隱性生態(tài)阻力值是考慮事物在空間上的相互影響，采用克里金插值法構(gòu)建，公式為：

式中：Z(x0)為未知樣點(diǎn)值；Z(xi)為未知樣點(diǎn)周圍的已知樣點(diǎn)值，λi為第i個(gè)已知樣本點(diǎn)的權(quán)重，n為已知樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)[13]。

(3)綜合阻力面構(gòu)建

綜合阻力面同時(shí)考慮前面兩者，采用生態(tài)阻力面綜合構(gòu)建法，對顯性生態(tài)阻力面和隱性生態(tài)阻力面進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，公式為：

式中，Cr為綜合阻力面，Dr為顯性阻力面，Rr為隱性阻力面，a、b分別為顯性阻力面和隱性阻力面所占權(quán)重（a+b=1），顯性阻力面權(quán)值為0.7，隱性阻力面的權(quán)值為0.3[7,12]。

2.2.3 生態(tài)廊道構(gòu)建

生態(tài)廊道是運(yùn)用Arcgis中空間分析的最短路徑分析得出，公式如下：

式中：MCR為最小累積阻力值，Dij為任意景觀單元i與生態(tài)源地j在空間上的距離，Ri是指在這一運(yùn)動(dòng)中景觀單元i的生態(tài)阻力值阻力值，m是指景觀類型數(shù)量，n是指基本的單元總數(shù)[14-15]。

2.2.4 生態(tài)節(jié)點(diǎn)分析

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是運(yùn)用Arcgis中空間分析的山體陰影工具得到[16-17]。

(1)熱點(diǎn)分析

其中xj是要素j的屬性值，wi,j是要素i和j之間的空間權(quán)重，n為要素總數(shù)，且：

(2)核密度分析

核密度分析是通過離散點(diǎn)數(shù)據(jù)或者線數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插的方法，對落入搜索區(qū)的點(diǎn)賦予不同的權(quán)重，離中心越近的點(diǎn)權(quán)重越大，越遠(yuǎn)則越小。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)源地和生態(tài)阻力面分析

3.1.1 生態(tài)源地分析

選取寧遠(yuǎn)河、三亞河、藤橋河等67個(gè)面積大于10公頃的連續(xù)水域[18]作為“生態(tài)源地”（圖1），總體分布特征是南部數(shù)量少規(guī)模大，北部數(shù)量多規(guī)模小。分析原因?yàn)槿齺喪心喜垦睾５貐^(qū)為三亞市城區(qū)，景觀布局經(jīng)過人為設(shè)計(jì)與重點(diǎn)建設(shè)，景觀破碎度低，生態(tài)源地規(guī)模大；北部耕地和森林廣泛，很大程度上保持了原生態(tài)景觀類型，因而景觀破碎度高，生態(tài)源地規(guī)模小。

圖1 三亞市景觀格局分布Fig.1 The landscape pattern distribution of Sanya

3.1.2 生態(tài)阻力面分析

顯性生態(tài)阻力面僅從景觀類型阻力值考慮，景觀類型分布復(fù)雜，所以顯性阻力面的阻力值相互之間差異大；隱性生態(tài)阻力面考慮了不同景觀類型之間的相互影響，所以阻力值差異小。綜合生態(tài)阻力面（圖2）是顯性生態(tài)阻力面和隱性生態(tài)阻力面的疊加，綜合考慮了不同景觀類型阻力值的差異及其相互之間的影響，比前面兩者更真實(shí)、全面地反映現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)的情況。三亞市西南部沿海區(qū)域的生態(tài)阻力值最大，因該區(qū)域是三亞市的城市中心地區(qū)，建設(shè)用地較多，不利于生態(tài)流通過；而東南部和中部區(qū)域森林、水域分布眾多，建設(shè)用地稀少，生態(tài)阻力值較小，生態(tài)流運(yùn)行暢通。

3.2 生態(tài)廊道分析

根據(jù)生態(tài)廊道穿過的景觀類型以及自身的功能特征可以分為建設(shè)用地生態(tài)廊道、耕地生態(tài)廊道和森林生態(tài)廊道三種類型，三亞市生態(tài)廊道主要為森林生態(tài)廊道（表2）。

圖2 三亞市綜合阻力面Fig.2 Comprehensive resistance surface of Sanya

表2 三亞市各類型生態(tài)廊道Table 2 The types of ecological corridor in Sanya

三亞市建設(shè)用地生態(tài)廊道是連通人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境與自然生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的重要渠道，主要分布地是三亞市城區(qū)，主要土地利用類型為建設(shè)用地，生態(tài)流易受到干擾與阻礙，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)并維持建設(shè)用地生態(tài)廊道的現(xiàn)有規(guī)模，維護(hù)三亞市建設(shè)用地生態(tài)廊道的穩(wěn)定性；耕地生態(tài)廊道是阻隔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的有毒有害物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)源地的天然屏障，分布地主要土地利用類型為耕地，生態(tài)流的流通性較低，應(yīng)保持耕地生態(tài)廊道的現(xiàn)有寬度，設(shè)置農(nóng)業(yè)生產(chǎn)隔離區(qū)域，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展；森林生態(tài)廊道是連接生態(tài)源地和森林景觀的橋梁，主要分布地是三亞市森林覆蓋較高的丘陵地帶，主要土地利用類型為林地，生態(tài)功能與生態(tài)源地相似，是三種生態(tài)廊道中要優(yōu)先重點(diǎn)建設(shè)的一類生態(tài)廊道。

3.3 生態(tài)節(jié)點(diǎn)分析

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是生態(tài)廊道與生態(tài)阻力面最大阻力值的交匯處，也是生態(tài)廊道的最薄弱處，應(yīng)加強(qiáng)建設(shè)。由熱點(diǎn)分析可知（圖3），三亞市中部偏東地區(qū)的紅色區(qū)域?yàn)樽枇χ档臒狳c(diǎn)區(qū)域，Z＞1.65（P＜0.10），表示這個(gè)區(qū)域生態(tài)節(jié)點(diǎn)阻力值高且被高值包圍，空間自相關(guān)性強(qiáng)且為正相關(guān)；中部偏西地區(qū)的藍(lán)色區(qū)域?yàn)樽枇χ档睦潼c(diǎn)區(qū)域，Z＜-1.65（P＜0.10），表示這個(gè)區(qū)域的生態(tài)節(jié)點(diǎn)阻力值低，且其周邊的生態(tài)節(jié)點(diǎn)阻力值也低，空間自相關(guān)性強(qiáng)且為正相關(guān)；其余節(jié)點(diǎn)Z得分在-1.65到1.65之間，表示這些生態(tài)節(jié)點(diǎn)空間自相關(guān)性弱，為隨機(jī)分布。從核密度角度分析，三亞市生態(tài)節(jié)點(diǎn)密度分布并沒有出現(xiàn)特別松散或者特別集中的區(qū)域，其中密度較大的區(qū)域主要分布在吉陽區(qū)東北部和天涯區(qū)西南部，與熱點(diǎn)分析的高值聚類區(qū)域和低值聚類區(qū)域基本相符。

生態(tài)節(jié)點(diǎn)分為森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)、耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)和建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)三種類型。為了對生態(tài)節(jié)點(diǎn)的建設(shè)順序進(jìn)行綜合評價(jià)，根據(jù)熱點(diǎn)分析的Z得分和P值，進(jìn)一步將各類型生態(tài)節(jié)點(diǎn)劃分為一級生態(tài)節(jié)點(diǎn)（Z＞1.65，P＜0.10）、二級生態(tài)節(jié)點(diǎn)（Z＜-1.65，P＜0.10）和三級生態(tài)節(jié)點(diǎn)（-1.65≤Z≤1.65，P≥0.10）。

三亞市共57個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)，森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)46個(gè)、耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)8個(gè)、建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)3個(gè)。森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)量最多，主要是由于三亞市森林資源豐富，林地面積大，森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中處于戰(zhàn)略地位，對于生態(tài)流在生態(tài)源地和森林之間的暢行有重大作用；耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)與建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)分別分布在三亞市東部農(nóng)田區(qū)域與東南沿海城區(qū)，二者皆受人為干擾的影響，耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)的作用是保護(hù)耕地生態(tài)廊道，以防農(nóng)業(yè)活動(dòng)破壞生態(tài)廊道；而建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)對提高城區(qū)人民生活質(zhì)量和優(yōu)化城區(qū)生態(tài)安全有直接作用，是城區(qū)生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)。三亞市一級生態(tài)節(jié)點(diǎn)共10個(gè)，全部分布在吉陽區(qū)，屬非常重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)，包括5個(gè)一級森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)、4個(gè)一級耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)一級建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先重點(diǎn)建設(shè)；二級生態(tài)節(jié)點(diǎn)共14個(gè)，絕大部分分布在天涯區(qū)，屬重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)，包括12個(gè)二級森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)、1個(gè)三級耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)、1個(gè)二級建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)建設(shè)；三級生態(tài)節(jié)點(diǎn)共33個(gè)，隨機(jī)分布在三亞市的四個(gè)區(qū)，屬一般生態(tài)節(jié)點(diǎn)，包括29個(gè)三級森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)、3個(gè)三級耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)三級建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)建設(shè)。

圖3 三亞市生態(tài)節(jié)點(diǎn)核密度分布圖Fig.3 Kernel density of ecological nodes in Sanya

圖4 三亞市生態(tài)節(jié)點(diǎn)等級分布圖Fig.4 Grade distribution of ecological nodes in Sanya

4 結(jié)論與討論

（1）生態(tài)源地南部數(shù)量少規(guī)模大，北部數(shù)量多規(guī)模小，應(yīng)當(dāng)增加南部生態(tài)源地?cái)?shù)量，擴(kuò)大北部生態(tài)源地規(guī)模，提高其生態(tài)服務(wù)價(jià)值；中部地區(qū)的生態(tài)廊道較多，呈環(huán)狀分布，是生態(tài)流高速運(yùn)行的絕佳通道，南部沿海城區(qū)和北部地區(qū)生態(tài)廊道較少，生態(tài)流流通阻力大，應(yīng)增加該區(qū)域生態(tài)廊道寬度和長度。

表3 三亞市生態(tài)節(jié)點(diǎn)重要性等級劃分Table 3 The classification of ecological nodes’ importance in Sanya

（2）三亞市生態(tài)節(jié)點(diǎn)總體分布比較均勻，局部出現(xiàn)較為集中，呈現(xiàn)“大分散小集中”的格局。生態(tài)節(jié)點(diǎn)按類型、等級進(jìn)行保護(hù)，對于一級森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)考慮建設(shè)森林公園，并因地制宜加強(qiáng)對二級、三級森林生態(tài)節(jié)點(diǎn)的保護(hù)力度；對于各級耕地生態(tài)節(jié)點(diǎn)可采用退耕還林的方式進(jìn)行生態(tài)文明建設(shè)；對于各級建設(shè)用地生態(tài)節(jié)點(diǎn)，可考慮增加綠化面積或建設(shè)成小型公園。

本研究將熱點(diǎn)分析和核密度分析等方法引入景觀格局的研究，為三亞市生態(tài)文明建設(shè)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。然而，本次研究僅對生態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行等級劃分，未考慮其形狀特征。因此，如何確定生態(tài)節(jié)點(diǎn)的具體形狀及面積等問題還有待進(jìn)一步探究。

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Landscape pattern analysis based on comprehensive construction method of ecological resistance surface in Sanya

HE Dan, CHEN Caihong, SHE Jiyun, LU Yu, DONG Yawen
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In this paper, landscape pattern optimization of Sanya was studied. It utilizes comprehensive construction method of ecological resistance surface, hot spot analysis and kernel density constructed the ecological source, ecological corridors, ecological nodes,explored the way of optimization of landscape ecological pattern in Sanya, Hainan province.The results showed that: density distribution of ecological nodes in Sanya substantially matches the hot spot analysis.It is not particularly loose or concentrated, and density regions mainly in the northeastern of Jiyang district and southwestern of Tianya district. There are 10 level 1 ecological nodes distributing in Jiyang district,and they are so important that should be given priority to the construction.There are 14 level 2 ecological nodes distributing in Tianya district,and they are so important that should be given more attention to the construction.There are 33 level 3 ecological nodes distributing in Sanya, and they are common ecological nodes with strengthening construction.The study of landscape pattern optimization will provide scienti fi c theoretical references perfect for ecological environment construction and ecosystems in Sanya.

MCR model; ecological resistance surface; hot spot analysis; kernel density; landscape pattern; Sanya

S727.5

A

1673-923X(2017)06-0083-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.06.014

2016-04-20

國家林業(yè)公益性行業(yè)項(xiàng)目（201004032）；海南省林業(yè)廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目（201108478）

賀 丹，碩士研究生

陳彩虹，博士，教授；E-mail：shejiyun@126.com

賀 丹，陳彩虹，佘濟(jì)云，等. 基于生態(tài)阻力面綜合構(gòu)建法的三亞市景觀格局分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,37(6): 83-88.

[本文編校：吳 彬]