基于MSPA模型的登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化

姚新治， 楊 航， 王立濤， 許 磊， 何鵬飛， 田國行

（1.中國建筑第七工程局有限公司，鄭州 450000； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院，鄭州 450000；3.洛陽市綠化管理中心，河南洛陽 471000）

近年來，城市化進(jìn)程不斷加快，人口與產(chǎn)業(yè)迅速向城鎮(zhèn)區(qū)域轉(zhuǎn)移，龐大的規(guī)模和驚人的速度成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的推動(dòng)力，導(dǎo)致中小型城市區(qū)域性生境遭到破壞. 伴隨著各類生境的破碎化以及生態(tài)斑塊的分割、穿孔的過程［1］，會對物質(zhì)、能量流動(dòng)造成影響，極大程度上阻礙了生態(tài)流的自由擴(kuò)散，最終致使區(qū)域性生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低以及生物多樣性功能喪失，嚴(yán)重威脅著區(qū)域景觀生態(tài)安全［2-3］. 目前，世界普遍采取生態(tài)學(xué)原理對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析與優(yōu)化［4-5］. 構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、加強(qiáng)生態(tài)斑塊間的連通性和穩(wěn)定性是應(yīng)對城市化進(jìn)程中生境斑塊孤島化的有效手段［6］，通過生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建不僅能實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，還能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)，對城市發(fā)展有積極意義［7-8］.

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是基于地理分析理論的探索生態(tài)空間結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的方法［9-10］，是由態(tài)源斑塊出發(fā)，穿越破碎化的生態(tài)系統(tǒng)的路線所形成的保護(hù)系統(tǒng). 近年來，基于生態(tài)安全格局構(gòu)建的生態(tài)學(xué)規(guī)劃方式已得到學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可和關(guān)注. 歐洲學(xué)者對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究主要集中在土地高度集約化利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的影響［11］；美洲學(xué)者則更大程度關(guān)注國家公園和自然保護(hù)地等區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建［12］；而國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)得研究集中在區(qū)域空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生態(tài)廊道建設(shè)以及城市生態(tài)保護(hù)策略的研究［13］.

登封市作為省會鄭州國家中心城市重要的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、鄭州西南山林生態(tài)區(qū)、鄭州國家中心城市后花園，如何把保護(hù)與經(jīng)營從對立轉(zhuǎn)為互利是當(dāng)前面臨的重要問題. 按照《鄭州市森林生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃（2018—2025）》的建設(shè)目標(biāo)，登封市將建成具有生態(tài)景觀林帶、生態(tài)廊道等生態(tài)空間連接的衛(wèi)星森林城市.因此，本文以登封市全域?yàn)檠芯繉ο?，從景觀連通性角度入手，采用MSPA法和最小耗費(fèi)路徑法提取登封市生態(tài)要素的空間分布，以此提出生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，為登封市生態(tài)建設(shè)提供參考.

1 研究區(qū)概況

登封市位于河南省中部，處于34°15′～34°35′N，112°49′～113°19′E之間，與新密、伊川、汝州、鞏義等地毗鄰相接，距離省會鄭州76 km. 登封市總面積1219 km2，地形復(fù)雜，海拔在160～1459 m 之間，呈現(xiàn)出北高南低、西高東低的總體趨勢，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫14.2 ℃，多旱少雨，水資源短缺. 登封市正處于對外大開放、大發(fā)展的重要時(shí)期，隨著城市化發(fā)展和礦產(chǎn)資源的無序開采，導(dǎo)致登封市林地、濕地景觀遭到破壞，景觀連通性、完整性受到極大影響，如何維持景觀生態(tài)安全穩(wěn)定是當(dāng)前亟須解決的關(guān)鍵問題.

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于清華大學(xué)全球10 m 土地利用數(shù)據(jù)（2017）結(jié)合2020 年谷歌影像進(jìn)行土地利用人工修正，最終得到登封市耕地、林地、草地、灌木、水體、建設(shè)用地、未利用地7 類生態(tài)景觀類型，并對主要數(shù)據(jù)（表1）進(jìn)行處理.

表1 主要數(shù)據(jù)來源Tab.1 Main date sources

2.2 基于MSPA法的空間形態(tài)格局分析

MSPA分析法可以通過土地類型特征之間的關(guān)系創(chuàng)造結(jié)構(gòu)，運(yùn)用形態(tài)學(xué)的序列運(yùn)算的方法將圖像分成互斥的類別［14］. 對研究區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，提取林地景觀斑塊為前景數(shù)據(jù)并賦值為2，其他地類設(shè)為背景數(shù)據(jù)并賦值為1，Nodata缺失數(shù)據(jù)賦值為0. 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入GuidosToolbox 軟件轉(zhuǎn)換為二值柵格數(shù)據(jù)，通過八鄰域法進(jìn)行分析，得到具有核心區(qū)、橋接區(qū)、孔隙、邊緣區(qū)、孤島斑塊、支線、環(huán)道區(qū)7大類景觀類別的柵格數(shù)據(jù)，通過ArcGIS10.2對生成的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理.

2.3 景觀連通性分析

景觀連通性是測定生態(tài)運(yùn)動(dòng)過程并反應(yīng)景觀功能的定量指標(biāo)［15］. 本文將斑塊面積大于20 000 m2定義為景觀性較好的生態(tài)斑塊，選取整體連通性指數(shù)IIC、可能連通性指數(shù)PC和斑塊維持連通性重要值dX（X代表PC或IIC）3 個(gè)指標(biāo)基于圖論對景觀連通性進(jìn)行分析評價(jià). 利用軟件Conefor2.6，設(shè)定800、1000、1500、3000、5000、8000 m六個(gè)不同的距離閾值，同時(shí)將連通概率設(shè)置為0.5. 根據(jù)2018年《鄭州市野生動(dòng)物調(diào)查報(bào)告》顯示登封市多分布為小型哺乳動(dòng)物和小型鳥類，以動(dòng)物分布種類的活動(dòng)范圍和不同距離閾值下的計(jì)算結(jié)果比較，最終選取5000 m為連通距離閾值. 其公式如下：

其中：i、j為兩個(gè)不同的斑塊；n為景觀中斑塊的總數(shù)；ai、aj分別表示兩個(gè)斑塊的面積；nlij表示斑塊i與斑塊j之間的連通數(shù)，即斑塊內(nèi)部和斑塊間的連通數(shù)總和；AL表示林地景觀柵格的總面積；IIC表示整體連通性指數(shù)的值，介于0和1之間，當(dāng)數(shù)值為1時(shí)表示整個(gè)范圍內(nèi)為整體生境斑塊，當(dāng)數(shù)值為0時(shí)則表示研究區(qū)內(nèi)生境斑塊互相不連通.

其中：Xinitial表示初始景觀連通性；Xremove表示去除特定斑塊后剩余斑塊的景觀連通性.

為了減小對斑塊重要性評價(jià)的誤差，本文將計(jì)算得到的斑塊dIIC和dPC指標(biāo)指數(shù)進(jìn)行平均綜合評價(jià)得到各個(gè)斑塊重要值dI，將dI指數(shù)分為極重要、非常重要、重要、一般重要和不重要五個(gè)等級對斑塊進(jìn)行連通性評價(jià).

2.4 基于最小耗費(fèi)路徑的生態(tài)安全格局構(gòu)建

2.4.1 生態(tài)源地的識別

生態(tài)源地是保證生態(tài)安全的重要組成部分，是生態(tài)流向外擴(kuò)散和維持的源區(qū)［17］. 為保證生態(tài)源地的選取具有生態(tài)服務(wù)的可持續(xù)性［18-19］、維護(hù)景觀連續(xù)性和完整性的功能［20］，本文選取由面積因子提取的林地斑塊重要性dPC值大于0.1 的斑塊，即面積大于20 000 m2且連接度大于0.1 的核心區(qū)斑塊，最終識別出138塊核心斑塊作為生態(tài)源地（圖1）.

圖1 生態(tài)源地分布Fig.1 Distribution of ecological source areas

2.4.2 阻力面構(gòu)建

生態(tài)流在遷移的過程中會受到不同大小阻力的影響，阻礙了能量的自由流動(dòng)與擴(kuò)散，阻力的大小不僅與自然生態(tài)類型有關(guān)，還受人類活動(dòng)和地形要素的影響［21］. 本文根據(jù)潘競虎［22］等的研究以及研究區(qū)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的可獲得程度，從地形、生態(tài)和干擾三個(gè)方面選取了高程、坡度、起伏度、土地類型、NVDI、距離道路距離、距離鐵路距離、距離水體距離共計(jì)8 項(xiàng)阻力影響因子，并參考《生態(tài)紅線劃定指南》根據(jù)不同層級標(biāo)準(zhǔn)對各項(xiàng)因子進(jìn)行阻力等級分類（表2）. 通過咨詢專家和相關(guān)研究［23-24］對各影響因子采取層次分析法（AHP）確定各個(gè)因子權(quán)重，通過ArcGIS10.2對各個(gè)權(quán)重因子進(jìn)行疊加計(jì)算，從而構(gòu)建阻力體系獲得研究區(qū)綜合阻力面，采用Cost Distance工具生成累積耗費(fèi)距離表面，即最小阻力累計(jì)耗費(fèi)面.

表2 阻力因子與等級劃分Tab.2 Resistance factors and their classifications

2.4.3 潛在廊道模擬

生態(tài)廊道是生態(tài)流向外擴(kuò)散的重要通道，在生態(tài)源地之間起到紐帶連接的作用. 生態(tài)廊道是維持生態(tài)安全格局穩(wěn)定性的重要組成部分，同時(shí)對水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維持等生態(tài)服務(wù)功能具有促進(jìn)作用［25］. 識別并提取生態(tài)廊道是加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要手段，對增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)完整性具有重要意義［26］. 結(jié)合ArcGIS10.2水文分析，對累積耗費(fèi)距離表面進(jìn)行填洼、流向分析、累計(jì)匯流量計(jì)算，并以2000為閾值，通過柵格計(jì)算器提取大于2000匯流量的值且賦值為1，采用柵格河網(wǎng)矢量化工具對其進(jìn)行矢量化，并對矢量化后的河網(wǎng)進(jìn)行平滑河網(wǎng)處理，從而獲得登封市潛在生態(tài)廊道的空間分布位置.

2.4.4 生態(tài)節(jié)點(diǎn)識別

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接的關(guān)鍵區(qū)域，同時(shí)也是生態(tài)相對脆弱的薄弱點(diǎn)，在生態(tài)遷徙的過程中充當(dāng)生物流動(dòng)的棲息場所，因此應(yīng)多加保護(hù)生態(tài)節(jié)點(diǎn). 生態(tài)節(jié)點(diǎn)位于生態(tài)廊道的匯集處，本文采用相交工具提取最小耗費(fèi)路徑的交點(diǎn)為生態(tài)節(jié)點(diǎn).

2.5 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)

采用網(wǎng)絡(luò)分析法對提取的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度進(jìn)行評價(jià)，可以定量分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及有效性. 其過程是將生態(tài)源地斑塊抽象為連接點(diǎn)，將生態(tài)廊道抽象視為連接線，以圖論的方法系統(tǒng)分析點(diǎn)與線的拓?fù)潢P(guān)系，并探究生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)［27］. 本文選取閉合度指數(shù)（α）、點(diǎn)線率指數(shù)（β）、連接度指數(shù)（γ）和成本比指數(shù)（Cr）為網(wǎng)絡(luò)評價(jià)指標(biāo)，以此選區(qū)最佳廊道長度閾值.

閉合度指數(shù)（α）表示網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的回路程度，其表達(dá)式為：

其中：L為生態(tài)廊道，即抽象連接線的數(shù)目；V為抽象連接點(diǎn)的數(shù)目.α的取值為0～1，當(dāng)α=0時(shí)，不存在回路程度；當(dāng)α=1時(shí)，回路程度達(dá)到最大.

網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)線率指數(shù)（β）表示生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中連接點(diǎn)平均連接線的數(shù)目，反映了其復(fù)雜程度，其表達(dá)式：

其中：β的取值為0～3，當(dāng)β=0時(shí)，不存在網(wǎng)絡(luò)，連接復(fù)雜度隨著β值的變大而增加.

連接度指數(shù)（γ）表示連接點(diǎn)被連接的程度，反映了所有連接點(diǎn)實(shí)際的連接線數(shù)目與最大可能連接線的數(shù)目比，其表達(dá)式為：其中：γ的取值為0～1，取值越大，表示生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連接程度越高.

α、β、γ共同反映了網(wǎng)絡(luò)中抽象點(diǎn)與線的結(jié)構(gòu)關(guān)系，而成本比（Cr）能反映出不同廊道建設(shè)的花費(fèi)情況，其表達(dá)式為：

Cr=1-(廊道長度/廊道數(shù)量).

基于α、β、γ三個(gè)指數(shù)和成本比對網(wǎng)絡(luò)連接度進(jìn)行詳細(xì)評價(jià)，并能探索出連接度和成本花費(fèi)最優(yōu)的廊道長度閾值，為廊道建設(shè)提供最佳方案.

3 結(jié)果與分析

3.1 基于MSPA景觀格局分析

根據(jù)MSPA 分析法的登封市前景景觀類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知（圖2、表3），核心區(qū)面積18 294.77 hm2，占林地總面積的68.33%，是所有景觀類型中占比最大的景觀類型，占土地總面積的15.03%，表明登封市生態(tài)環(huán)境良好. 但從分布來看，核心區(qū)分布不均勻，多集中分布在南部具茨山和北部嵩山，中部多為建成區(qū)和農(nóng)田，核心區(qū)占比極少，且不成規(guī)模，斑塊分離度大，不利于南北核心景觀空間的連通. 邊緣區(qū)是分布在核心區(qū)外圍邊緣具有緩沖功能的過渡空間，同時(shí)具有連接核心區(qū)與背景區(qū)并保護(hù)核心區(qū)不受外界干擾的作用，邊緣區(qū)面積4 521.43 hm2，占林地總面積的16.89%，占比較大，表明核心區(qū)具有一定的抗干擾能力. 橋接區(qū)是連接不同核心區(qū)的狹長斑塊［21］，在運(yùn)輸能量流的同時(shí)維持核心區(qū)斑塊的穩(wěn)定性. 橋接區(qū)面積713.97 hm2，占林地總面積的2.67%. 環(huán)道區(qū)、孔隙區(qū)同樣具有連通性和邊緣效應(yīng)，與橋接區(qū)共同維護(hù)景觀穩(wěn)定性，兩者面積分別為481.29 hm2、678.96 hm2，分別占林地總面積的1.80%、2.54%，其中環(huán)道區(qū)是面積最小的景觀類型. 支線區(qū)是與其他區(qū)域只有一端相接的線型斑塊，面積為1 175.6 hm2，占林地總面積的4.39%. 孤島斑塊面積907.12 hm2，占林地面積的3.39%，占土地總面積的0.75%，在景觀中表現(xiàn)為互相孤立、破碎程度較高的林地斑塊，連通性較低，主要分布在登封市建成區(qū)，呈分散狀態(tài)且單個(gè)面積較小，可作為生態(tài)流動(dòng)的跳板區(qū).

圖2 MSPA景觀格局分布Fig.2 Distribution of MSPA landscape pattern

表3 景觀類型統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of landscape types

3.2 連通性分析

結(jié)合圖表可知（圖3、表4），登封市景觀斑塊連通性較高區(qū)域主要集中在北部嵩山和南部具茨山地區(qū)，表明南北生境質(zhì)量高；北部嵩山景觀斑塊的完整性高于南部具茨山，表明南部景觀斑塊連通性低于北部地區(qū).從斑塊重要值（dI）前十位斑塊的分布情況來看，北部極重要斑塊占比（60%）大于南部地區(qū)，且重要值前三的斑塊均為北部地區(qū)，其dI值分別為49.81、49.61、15.25；而南部斑塊重要值最大的僅為6.69，表明北部核心區(qū)重要性遠(yuǎn)高于南部地區(qū). 研究區(qū)中部和東部地區(qū)連通性較低，是物種遷移和能量流動(dòng)的高阻區(qū)，不利于物質(zhì)循環(huán). 因此，需要提高中部和東部地區(qū)生態(tài)建設(shè).

圖3 景觀連通重要性分布Fig.3 Distribution of importance of landscape connectivity

表4 前十位景觀連通重要斑塊統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistical table of the top ten important patches of landscape connectivity

3.3 生態(tài)安全格局的識別分析

在各阻力因子（圖4）權(quán)重疊加的基礎(chǔ)上獲得綜合阻力面，結(jié)合成本距離分析、水文分析提取潛在生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)，并對各要素進(jìn)行疊置組合，構(gòu)建了登封市生態(tài)安全格局（圖5）. 基于最小耗費(fèi)距離模型共得到347條可能連接的路徑，可作為生態(tài)廊道建設(shè)的重點(diǎn)空間，共提取到生態(tài)節(jié)點(diǎn)149個(gè).

圖4 阻力因子等級分布Fig.4 Distribution of resistance factor grade

圖5 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)布局Fig.5 Layout of ecological network

整體來看，登封市潛在生態(tài)廊道數(shù)量較多，但不連貫.主要集中在君召鄉(xiāng)北部、三黃寨景區(qū)、嵩北森林公園、石道鄉(xiāng)龍?zhí)稖?、東華鎮(zhèn)土門口村、大冶鎮(zhèn)申家溝以及石道鄉(xiāng)部分農(nóng)田區(qū)域. 中部多為建設(shè)用地，林地資源較少且受人為干擾程度高，因此成為自然生態(tài)廊道的阻斷區(qū). 從潛在生態(tài)廊道的分布來看，既有與現(xiàn)狀廊道重疊的部分，也有現(xiàn)實(shí)中不存在但適宜生態(tài)廊道建設(shè)的路徑. 因此，可以根據(jù)潛在廊道的布局修正現(xiàn)狀生態(tài)廊道的建設(shè). 生態(tài)節(jié)點(diǎn)多分布在生態(tài)源地與其他景觀介質(zhì)的交接處，部分農(nóng)田也有分布，屬于生態(tài)薄弱的區(qū)，易受外界干擾的影響.

3.4 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析

本文根據(jù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法對不同長度區(qū)間生態(tài)廊道的連接度和花費(fèi)成本比進(jìn)行評價(jià). 登封市潛在生態(tài)廊道的長度為0～7691 m，研究設(shè)定0～8000為長度區(qū)間，選取14個(gè)長度閾值為研究對象，通過α（閉合度指數(shù)）、β（點(diǎn)線率指數(shù)）、γ（連接度指數(shù)）變化，結(jié)合花費(fèi)成本比指數(shù)Cr，確定登封市潛在生態(tài)廊道最佳閾值. 基于不同閾值的分析（圖6）可以看出，隨著廊道長度的增加，4個(gè)指數(shù)呈現(xiàn)遞增的趨勢，長度閾值在4500 m時(shí)α、β、γ指數(shù)出現(xiàn)增長率拐點(diǎn)，長度在4500～8000 m范圍內(nèi)，增長速率明顯下降. 根據(jù)閉合度指數(shù)、點(diǎn)線率指數(shù)、連接度指數(shù)的變化速率結(jié)合成本比指數(shù)可知，在5000 m長度閾值時(shí)是登封市潛在生態(tài)廊道生態(tài)連接度最優(yōu)長度，此時(shí)生態(tài)廊道為340條，α指數(shù)為0.663，β指數(shù)值為2.297，γ指數(shù)值為0.776，成本比指數(shù)Cr為0.999.

圖6 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度指標(biāo)Fig.6 Indexes of ecological network connectivity

4 登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議

4.1 保護(hù)生態(tài)源斑塊和生態(tài)節(jié)點(diǎn)

核心生態(tài)斑塊具有較高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，通常作為生態(tài)源地和重要的生物棲息地，對能量流、信息流的擴(kuò)散和傳遞具有重要作用，同時(shí)也是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的核心部分. 登封市南部具茨山和北部嵩山地區(qū)擁有大量的大面積林地斑塊，是生態(tài)系統(tǒng)良好的本底區(qū)域，對維持區(qū)域生境質(zhì)量具有重要作用，應(yīng)加強(qiáng)對核心林地斑塊的保護(hù)，盡量避免高強(qiáng)度人為干擾，優(yōu)化其他林地斑塊，保持其他斑塊與核心斑塊的連通. 同時(shí)，生態(tài)節(jié)點(diǎn)處于生態(tài)廊道的高級別匯集處，屬于生態(tài)薄弱區(qū)，往往不具備穩(wěn)定性，易受外界干擾的影響，因此也要加強(qiáng)對生態(tài)節(jié)點(diǎn)的保護(hù)，以此增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)景觀的完整性.

4.2 修復(fù)生態(tài)斷裂點(diǎn)

交通路網(wǎng)與生態(tài)廊道的交叉點(diǎn)是生態(tài)流動(dòng)容易斷裂的脆弱點(diǎn)，在此區(qū)域交通路網(wǎng)會阻礙生態(tài)流，造成生態(tài)功能受損，使景觀斷裂，因此被認(rèn)作生態(tài)斷裂點(diǎn)［28］. 通過對研究區(qū)交通路網(wǎng)和生態(tài)廊道的空間疊加，共識別73 個(gè)生態(tài)斷裂點(diǎn)（圖7），主要分布在省道S85、潁河路、省道S323等與生態(tài)廊道的相交區(qū)域. 建議對改造成本較低的斷裂點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)改建工程，營造“踏腳石”斑塊，形成生態(tài)預(yù)留空間；對鐵路、國道等高強(qiáng)度基礎(chǔ)設(shè)施建議通過生態(tài)工程措施進(jìn)行修復(fù)，可增加生態(tài)棧道、涵洞等多層次通道為物種遷移提供便利，同時(shí)減少人為活動(dòng)，保證生態(tài)過程正常運(yùn)行.

圖7 生態(tài)斷裂點(diǎn)分布Fig.7 Distribution of ecological fracture sites

4.3 增加生態(tài)源地，完善生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)

研究區(qū)生態(tài)源地分布主要集中在南北部，中部地區(qū)多為建設(shè)用地和農(nóng)田，缺乏大型綠色斑塊作為生態(tài)源地，導(dǎo)致景觀連通性較差. 為增強(qiáng)區(qū)域間物種信息交流，需要在中部地區(qū)增加新的生態(tài)源地斑塊，實(shí)施水土保持、生態(tài)治理恢復(fù)等工程，以增建綠色基礎(chǔ)設(shè)施、植樹造林等手段擴(kuò)大生態(tài)斑塊面積. 通過補(bǔ)充新的生態(tài)源斑塊，連接中斷廊道，實(shí)現(xiàn)南北廊道的貫通，有助于登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

經(jīng)營與保護(hù)并不是對立的，如何協(xié)調(diào)城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)是當(dāng)今社會面臨的重大問題［29］. 基于MSPA和最小路徑法構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，但也僅停留在理論發(fā)展階段［30］. 在本文的分析中對部分研究過程進(jìn)行了優(yōu)化，但并未得到規(guī)劃實(shí)踐的反饋和驗(yàn)證，仍有諸多因素值得探討.

1）生態(tài)源地的選擇是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的重要部分，研究者通常直接選取面積較大的林地斑塊作為生態(tài)源地. 一方面，在不同研究過程中選取的林地斑塊大小也各不相同，孔陽和王思元［4］選取面積大于2 hm2的林地斑塊作為生態(tài)源地，而祁巍鋒和董劍利［31］選取了面積大于6 hm2的林地斑塊作為生態(tài)源地. 另一方面，將大面積選定為生態(tài)源地斑塊僅考慮到斑塊內(nèi)部的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，并未對斑塊向外部擴(kuò)散的區(qū)域條件做出評價(jià).本文根據(jù)研究區(qū)林地斑塊大小及分布提取了面積大于2 hm2的林地斑塊，結(jié)合斑塊間的連通性，選取斑塊重要性dPC值大于0.1的斑塊作為生態(tài)源地. 在今后的研究中還要對生態(tài)源地斑塊尺度大小進(jìn)一步探討.

2）在景觀連接度的評價(jià)中，連通距離閾值對連通性的結(jié)果存在影響. 本文以小型哺乳動(dòng)物和鳥類的活動(dòng)范圍為參照指標(biāo)，選取5000 m為連通距離，側(cè)重于生物多樣性保護(hù). 在以后的研究中還需根據(jù)研究區(qū)及服務(wù)對象的不同，進(jìn)一步定論.

3）本研究中生態(tài)廊道的最佳閾值長度為5000 m，是由于研究區(qū)內(nèi)林地分布不均以及中部生態(tài)阻力過高，生態(tài)流動(dòng)受阻導(dǎo)致生態(tài)廊道容易中斷. 因此，在規(guī)劃過程中應(yīng)通過踏腳石斑塊連通中斷廊道，以優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò). 此外，在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過程中只針對研究區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，缺乏對未來用地規(guī)劃的考慮，可能會與城市建設(shè)以及基本農(nóng)田發(fā)生沖突，因此在生態(tài)廊道的規(guī)劃建設(shè)過程中可結(jié)合城市用地?cái)U(kuò)張等因素進(jìn)一步做出調(diào)整，使生態(tài)廊道建設(shè)更具有實(shí)際意義.

5.2 結(jié)論

本文借助MSPA和最小阻力模型的空間分析方法，結(jié)合水文分析識別生態(tài)空間并為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供措施，對構(gòu)建登封市生態(tài)安全格局具有指導(dǎo)意義，其主要結(jié)論包括：

1）登封市景觀核心區(qū)面積18 294.77 hm2，占林地總面積68.33%，重要值前十位斑塊均分布在南北地區(qū)，表明登封市生態(tài)質(zhì)量總體良好，但分布不均，南北連通性較高，中部地區(qū)阻力大，不利于生態(tài)流動(dòng)，連通性較低.

2）通過對登封市生態(tài)現(xiàn)狀分析，建立生態(tài)阻力體系提取生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)等要素，構(gòu)建登封市生態(tài)網(wǎng)絡(luò). 共識別生態(tài)源地138個(gè)，生態(tài)廊道347條，生態(tài)節(jié)點(diǎn)149個(gè)，生態(tài)斷裂點(diǎn)73個(gè). 生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)、生態(tài)斷裂點(diǎn)數(shù)量較多，表明登封市生態(tài)廊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，生態(tài)斷裂點(diǎn)較多是生態(tài)廊道數(shù)量多但單體長度較小的主要原因. 同時(shí)生態(tài)廊道分布主要受景觀類型和人類干擾的影響.

3）因受阻力因素和其他干擾因子的不同程度影響，登封市潛在生態(tài)廊道的長度在0～7691 m 的不等范圍，長度跨度較小，建設(shè)花費(fèi)成本較高. 通過α、β、γ三個(gè)指數(shù)的計(jì)算可知，隨著廊道條數(shù)的增加，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)可供流動(dòng)的回路也越多，越利于物質(zhì)、能量、信息的交換.