縣域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化研究
——以河北省曲周縣為例

武子豪 張金懿 帕茹克·吾斯曼江 郝晉珉*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2. 自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

在我國城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中，土地利用類型不斷分化和產(chǎn)生，土地利用方式人工性逐漸增強(qiáng)，人地矛盾頻生。在黨的十九大報(bào)告中提出“構(gòu)建生態(tài)廊道和生物多樣性保護(hù)網(wǎng)絡(luò)”；十九屆五中全會進(jìn)一步提出“實(shí)施生物多樣性保護(hù)重大工程”。保護(hù)生物多樣性、實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措之一就是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是區(qū)域中生態(tài)系統(tǒng)相互聯(lián)系的一類客觀存在的生態(tài)空間實(shí)體，其通過建立離散、孤立的區(qū)域在結(jié)構(gòu)功能上的相互聯(lián)系，維持生物多樣性和景觀完整性，使生態(tài)系統(tǒng)要素更加協(xié)調(diào)與穩(wěn)定。景觀生態(tài)學(xué)家俞孔堅(jiān)將Knaapen等提出的最小成本距離模型進(jìn)行改良引進(jìn)國內(nèi)，開發(fā)成為十分普遍的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)提取方法，提取過程由源地尋找、阻力面構(gòu)建、廊道提取三大部分組成。生態(tài)源地或直接選取大型濕地、林地與河流、科研保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等自然條件較好、生態(tài)重要性較高的區(qū)域，或通過形態(tài)學(xué)空間格局分析、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力測算等量化分析選取。阻力面差異在于阻力因素的不同，構(gòu)建因素大致可以分為三類：第一類是自然因素，主要包括高程、坡度等；第二類為社會經(jīng)濟(jì)因素，表現(xiàn)為區(qū)域與鐵路距離、與其他道路距離、與煤礦區(qū)距離等；第三類為綜合因素，即經(jīng)過自然與社會經(jīng)濟(jì)過程形成的土地利用/覆蓋類型、景觀類型，目前阻力面構(gòu)建還可通過夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，或采用多種阻力賦值方案進(jìn)行對比研究，使阻力面更加綜合客觀。自1995年Forman等將斑塊-廊道-基質(zhì)理論引入空間格局與生態(tài)系統(tǒng)分析，生態(tài)廊道概念由此被拓展應(yīng)用至生態(tài)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。該理論一般通過最小累計(jì)阻力模型提取潛在生態(tài)廊道，利用重力模型、連通性重要指數(shù)等確定重要生態(tài)廊道，也有研究根據(jù)廊道所占生態(tài)紅線區(qū)域面積的比重來確定重要生態(tài)廊道。目前，基于電路理論的生態(tài)廊道分析也較為熱門，這類方法與最小累計(jì)阻力模型的區(qū)別在于將阻力成本轉(zhuǎn)換為電阻來進(jìn)行分析，低電阻通道就是生態(tài)廊道。在網(wǎng)絡(luò)評價(jià)方面更多地開始進(jìn)行量化分析，如景觀指數(shù)、關(guān)聯(lián)長度指數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)等。已有生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究較多關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給，而公眾對于服務(wù)的需求缺乏有效測算，同時(shí)生態(tài)格局的效費(fèi)成本較高導(dǎo)致生態(tài)格局構(gòu)建可行性差。

有關(guān)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究中縣域網(wǎng)絡(luò)研究較少，在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中，大范圍研究區(qū)域的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)廊道跨度極大，更多地起上級管控作用，但越來越多的生態(tài)保護(hù)工程涉及生態(tài)廊道建設(shè)等生態(tài)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)內(nèi)容，比如構(gòu)建河流廊道等，在縣域識別生態(tài)網(wǎng)絡(luò)能夠更好地指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。因此，本研究擬基于土地利用數(shù)據(jù)分析構(gòu)建曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以較小范圍的縣域?yàn)檠芯繉ο?，探索增加生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建現(xiàn)實(shí)可行性的措施，并結(jié)合曲周縣土地利用總體規(guī)劃等提出生態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局，以期為華北平原生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與優(yōu)化提供依據(jù)。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 研究區(qū)概況

曲周縣位于河北省南部(圖1)，隸屬于邯鄲市，行政區(qū)劃包括6鎮(zhèn)4鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)系為114°50′22.3″E～115°13′27.4″E，36°35′43″N～36°57′N。全縣總面積667.0 km，屬華北暖溫帶，年平均氣溫13.0 ℃，年均降雨量 534.9 mm，地勢南高北低，屬于華北平原，境內(nèi)的河流有支漳河、滏陽河、老沙河三條河流。曲周縣歷史上是旱澇鹽堿多重危害區(qū)域，嚴(yán)重的土壤鹽堿化導(dǎo)致土地?zé)o法進(jìn)行耕種，農(nóng)民生活苦不堪言。該縣1973年后采取中國農(nóng)業(yè)大學(xué)師生開創(chuàng)和研發(fā)的一系列鹽堿地治理措施，土地鹽堿化問題得到根本改善。然而，作為生態(tài)較為脆弱的區(qū)域，曲周縣更需要注重區(qū)域之間的連通性來維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖1 2020年曲周縣土地利用圖Fig.1 Land use map of Quzhou County in 2020

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括曲周縣2020年土地利用數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、曲周縣城鄉(xiāng)總體規(guī)劃文本數(shù)據(jù)。

曲周縣2020年土地利用數(shù)據(jù)來源于第三次全國國土調(diào)查；DEM數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)中獲取，數(shù)據(jù)分辨率為30 m×30 m，從ASTER GDEM數(shù)據(jù)庫中下載。曲周縣城鄉(xiāng)總體規(guī)劃文本數(shù)據(jù)來自于曲周縣人民政府，獲取到的主要規(guī)劃文本為《曲周縣城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2013—2030)》、《曲周縣城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2013—2030)說明書》、《曲周縣土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)修改方案》。

1.3 研究方法

1

.

3

.

1

基于MSPA確定核心區(qū)斑塊

形態(tài)學(xué)空間格局分析方法是由Vogt等和Soille等以膨脹、腐蝕、開閉運(yùn)算等原理為基礎(chǔ)提出的一種柵格圖像處理分類方法，簡稱為MSPA。在MSPA方法中，前景要素是對景觀連通性具有較大貢獻(xiàn)的自然要素，背景要素為前景要素以外的其他要素，經(jīng)過圖像處理可將區(qū)域分為七類景觀(表1)。MSPA方法區(qū)別于僅從斑塊面積來選取生態(tài)源地或是提取單個(gè)斑塊和廊道來進(jìn)行連接性分析的傳統(tǒng)識別方法，其將各個(gè)斑塊看作整體來評定景觀連通性，有效解決了傳統(tǒng)方法主觀性干擾較大問題。本研究選擇園地、林地、草地、水域?yàn)榍熬?，選擇耕地、建設(shè)用地和未利用地為背景，基于Guidos軟件執(zhí)行MSPA。

表1 基于MSPA的景觀類型及生態(tài)學(xué)含義
Table 1 Landscape type and ecological implication based on MSPA

景觀類型Landscape type生態(tài)學(xué)含義Ecological implication核心區(qū) Core通常為前景像元中較大的生境斑塊,可為物種提供棲息地,對生物多樣性的保護(hù)具有重要意義孤島 Islet不包含任何核心區(qū)的小面積區(qū)域,通常為彼此不相連的孤立、破碎的小斑塊,連接度較低環(huán)道 Loop同一核心區(qū)內(nèi)部連通的廊道,用于核心區(qū)內(nèi)部物種遷移橋接 Bridge不同核心區(qū)連通的廊道,對于物種在生境斑塊間的遷移具有重要意義孔隙 Perforation核心區(qū)的內(nèi)部邊緣,核心區(qū)和內(nèi)部非生境景觀之間的過渡區(qū)域邊緣區(qū) Edge核心區(qū)的外部邊緣,核心區(qū)和外部斑塊的過渡區(qū)域,具有邊緣效應(yīng)支線 Branch從邊界(邊緣區(qū)或孔隙)或連接部分(橋接或環(huán)道)發(fā)出,且只有一端與邊界或連接部分相連

1

.

3

.

2

基于景觀連通性提取生態(tài)源地

選擇可能連通性指數(shù)(PC)評定景觀連通性，同時(shí)由此計(jì)算出去除某塊斑塊前后景觀連通性的變化量即可能連通性指數(shù)變化量(dPC)，衡量該斑塊對景觀連通性的貢獻(xiàn)，用于提取生態(tài)源地，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中:

n

為斑塊總數(shù)，塊；

a

和

a

分別為斑塊

i

、

j

的面積，m；

A

為總面積，為物種在斑塊

i

、

j

之間移動的最大概率；PC′為去除該斑塊后的可能連通性指數(shù)值。

設(shè)置合適的距離閾值對于連通性評價(jià)至關(guān)重要，通常參考相關(guān)研究背景以及結(jié)合生態(tài)過程來確定。參考熊春妮等有關(guān)景觀連通性評價(jià)的分析，結(jié)合本研究區(qū)狀況，使用Conefor2.6軟件時(shí)，斑塊連通距離定為2.0 km，連通概率定為0.5，從面積前15的核心區(qū)斑塊中得到數(shù)值大于4的9塊斑塊作為生態(tài)源地。

1

.

3

.

3

基于MCR模型提取生態(tài)廊道

根據(jù)曲周縣實(shí)際情況，選擇的阻力因素有土地利用類型因素、坡度因素和高程因素，參考相關(guān)文獻(xiàn)對多種阻力因子展開分級與賦值(表2)。在土地利用類型阻力賦值上，陸地生物在林地和草地中遷移的阻力較小，分別賦值為1和20，而同種情況下建設(shè)用地和未利用地受到較大的人為干擾，對于物種遷移所造成的影響往往尤為明顯，將其分別賦值為500和400；另外高程與坡度的影響程度相近，海拔、坡度越高，區(qū)域?qū)?yīng)的阻力值越大，利用自然間斷點(diǎn)分級法對其分級賦值；最終根據(jù)層次分析法確定各阻力因子的權(quán)重。同時(shí)設(shè)置了建設(shè)阻力面，以曲周縣縣城中心和各個(gè)鎮(zhèn)的住宅聚集區(qū)作為輻射源點(diǎn)進(jìn)行距離輻射，由于縣城中心的開發(fā)程度一定是高于各個(gè)鎮(zhèn)的開發(fā)程度，因此建設(shè)開發(fā)困難度也會較高，于是分兩類賦值(表3)。

表2 曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的阻力因子及其權(quán)重與阻力值
Table 2 Resistance factors and their weight and resistance value in
ecological network construction of Quzhou County

阻力因子Resistance factor權(quán)重系數(shù)Weight coefficient類型或分級Type/Classification阻力值Resistance value土地利用類型Land use type0.6耕地 Cropland200園地 Garden plot130林地 Forest 1草地 Grassland 20建設(shè)用地 Construction area500未利用地 Unused land400水域 Water area100坡度Slope0.2(0,2] 1(2,8] 50(8,15]150(15,25]400(25,68]500高程Altitude0.2(0,27] 1(27,30] 80(30,33]160(33,36]240(36,39]320(39,44]400(44,92]500

表3 曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的建設(shè)阻力
Table 3 Construction resistance of ecological network construction in Quzhou County

阻力因子Resistance factor分級Classification阻力值Resistance value建設(shè)成本Construction cost鎮(zhèn)緩沖區(qū)Town buffer縣中心緩沖區(qū)Buffer in county center(0,300]500(300,1 000]300(1 000,2 000]200(2 000,3 000]100(3 000,6 000] 1(0,1 000]500(1 000,2 000]400(2 000,3 000]300(3 000,5 000]200

Knaapen等于1992年提出的最小累積阻力模型多關(guān)注景觀要素?cái)U(kuò)散的水平過程，是構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)最常用的一種模型，具體公式如下：

(3)

式中：MCR為最小累計(jì)阻力值；f為一個(gè)反映阻力與空間距離和景觀類型的單調(diào)遞增正相關(guān)函數(shù)；

D

為從景觀單元

j

擴(kuò)散到目標(biāo)景觀單元

i

的距離；

R

為物種在景觀類型

i

中擴(kuò)散受到的阻力；

n

和

m

分別為源景觀單元與景觀類型的數(shù)量。

基于綜合阻力面并應(yīng)用最小累計(jì)阻力模型識別傳統(tǒng)生態(tài)廊道，基于建設(shè)阻力面識別易建生態(tài)廊道，刪除或合并重復(fù)的廊道后共得到12條生態(tài)廊道，最終得到曲周縣潛在生態(tài)廊道分布。

1

.

3

.

4

基于重力模型進(jìn)行廊道分級

運(yùn)用重力模型得到生態(tài)源地之間的相互作用矩陣(表4)，矩陣數(shù)值越大則相互作用力就越大，廊道有效性和斑塊重要性就越高，以此進(jìn)行廊道分級。計(jì)算公式如下：

表4 基于重力模型構(gòu)建的斑塊間相互作用矩陣
Table 4 Interaction matrix based on gravity model

斑塊號Patch number1234567891062.2227.162.530.991.130.260.230.35202.560.330.130.150.030.030.04302.390.860.950.170.150.23408.586.800.320.240.395032.630.120.090.14600.130.110.17704.551.69803.2090

注：灰色背景為>1的斑塊間相互作用力。
Note： Gray background represents the interaction force between patches is more than 1.

(4)

式中：

G

為斑塊

i

與斑塊

j

間的相互作用力；

P

、

P

為斑塊

i

、

j

區(qū)域范圍內(nèi)的平均阻力值；

S

、

S

為斑塊

i

、

j

的面積，m；

L

為斑塊

i

與斑塊

j

所連接累積的阻力值；

L

為全部廊道中最大累計(jì)阻力值。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)可以定量分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連接性和復(fù)雜性，通常采用

α

、

β

、

γ

等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)進(jìn)行定量分析。

α

指數(shù)(又稱環(huán)通度)是指網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)所能構(gòu)成的環(huán)路狀況，描述可能出現(xiàn)的環(huán)路程度，

β

指數(shù)(又稱線點(diǎn)率)是指網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)所連接的平均廊道數(shù)量，

γ

指數(shù)(又稱連接度)表征現(xiàn)有廊道數(shù)量的飽和度，反映網(wǎng)絡(luò)連接度，各類指數(shù)計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

(7)

式中：

l

為廊道數(shù)，在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中一般為生態(tài)廊道數(shù)量；

v

為節(jié)點(diǎn)數(shù)，一般表現(xiàn)為生態(tài)源地或踏腳石的數(shù)量；

I

為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中最大可能連接的生態(tài)廊道數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 曲周縣生態(tài)源地識別

2

.

1

.

1

基于MSPA的景觀分析

利用MSPA方法獲得研究區(qū)景觀格局(圖2)可知：核心區(qū)主要為曲周縣中部和東北部的大面積林地，其余部分多是分布在道路河流兩旁的小面積綠地，破碎化程度嚴(yán)重。從核心區(qū)總量來看(表5)，核心區(qū)面積僅占前景景觀總面積的14.75%，為8.19 hm，表明曲周縣生態(tài)基礎(chǔ)薄弱，有待提升。橋接區(qū)作為潛在生態(tài)廊道的重要組成部分，對于物種遷移具有重要意義，其總面積為5.38 hm，曲周縣的橋接區(qū)面積處于較高水平，土地利用類型大都是公路河流周邊的帶狀前景要素類型，說明曲周縣帶狀綠地較多，對于物種的遷徙擴(kuò)散有一定幫助，同時(shí)也造成了組團(tuán)式綠地較少，從而核心區(qū)較少。

表5 曲周縣不同景觀類型面積
Table 5 Area of each landscape type in Quzhou County

景觀類型Landscape type面積/hm2Area占前景景觀比例/%Proportion of foregroundlandscape占總體景觀比例/%Proportion oftotal area核心區(qū) Core8.1914.751.21孤島 Islet20.6437.183.05孔隙 Perforation0.090.160.01邊緣區(qū) Edge11.7821.221.74環(huán)道 Loop1.442.590.21橋接 Bridge5.389.700.80支線 Branch8.0014.411.18

圖2 曲周縣基于MSPA的景觀類型圖Fig.2 MSPA-based landscape type map in Quzhou County

曲周縣邊緣區(qū)面積為11.78 hm，孔隙面積為0.09 hm，邊緣區(qū)面積處于七類景觀面積的第二位并遠(yuǎn)大于孔隙面積，說明曲周縣不同生境斑塊間的干擾能夠得到很好的緩沖，有利于異質(zhì)種群的存在；但孔隙的缺少又在一定程度上影響斑塊內(nèi)部物種的生存，易受外部因素所造成的相關(guān)干擾。孤島在七類景觀中面積最大，為20.64 hm，能夠起到踏腳石的作用，與核心區(qū)類似呈現(xiàn)破碎條帶狀分布。

2

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1

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2

生態(tài)源地連通性與區(qū)位

根據(jù)核心區(qū)dPC值排序提取得到曲周縣生態(tài)源地分布圖(圖3)，可知：dPC值較大的4號、3號和6號斑塊由林地和少部分水域構(gòu)成，表明林地對生態(tài)連通性的貢獻(xiàn)較大；從組團(tuán)方面來看，生態(tài)源地圍繞曲周鎮(zhèn)形成閉環(huán)并且dPC值都處于前列，組團(tuán)區(qū)域內(nèi)斑塊聚集性較強(qiáng)、重要性較高，有利于曲周縣中部生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。dPC值較小的東北部小范圍組團(tuán)綠地同樣需要重視和加強(qiáng)保護(hù)，從而使整體景觀連通性得到有效提高?？傮w來看，生態(tài)源地在整個(gè)研究區(qū)中分布不均勻，中部分布集中且斑塊重要性高，而北部生態(tài)源地稀少，南部甚至沒有生態(tài)源地存在，需要加強(qiáng)南部東西方向的連通性以及整個(gè)區(qū)域南北方向的連通性。在加強(qiáng)連通性時(shí)，由于研究區(qū)域內(nèi)分布有許多碎小的核心區(qū)斑塊，所以踏腳石的構(gòu)建是有必要并且較為簡單的，尤其對于南部的碎小核心區(qū)來說，一部分可以擴(kuò)建為生態(tài)源地，一部分可以成為踏腳石斑塊。

由圖3可見生態(tài)源地位于曲周鎮(zhèn)、第四疃鎮(zhèn)和河南疃鎮(zhèn)，不考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界，生態(tài)源地服務(wù)還能輻射到槐橋鄉(xiāng)和白寨鎮(zhèn)，可知缺乏生態(tài)源地服務(wù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有大河道鄉(xiāng)、南里岳鄉(xiāng)、安寨鎮(zhèn)、侯村鎮(zhèn)和依莊鄉(xiāng)，將來可以在以上區(qū)域擴(kuò)建大面積林地以此新增生態(tài)源地，從而使生態(tài)源地分布均勻，彌補(bǔ)短板后將大幅提高整體景觀連通性。一般來說生態(tài)源地會遠(yuǎn)離城市中心，而曲周縣生態(tài)源地分布卻有所不同，大部分位于縣中心及鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心附近，與社會經(jīng)濟(jì)中心緊密聯(lián)系，主要原因是曲周縣的林地大多屬于人工種植，用于經(jīng)濟(jì)營收，這就使林地、園地等不能遠(yuǎn)離社會經(jīng)濟(jì)中心太遠(yuǎn)，由此也決定了生態(tài)源地的分布。

1.2 研究方法 對照組予以鹽酸拉貝洛爾(江蘇迪賽諾制藥有限公司，批準(zhǔn)文號：國藥準(zhǔn)字H32026120)治療，即取100 mg的鹽酸拉貝洛爾加入500 ml濃度為5%的葡萄糖溶液中行靜脈滴注，1次/d，以7 d為1個(gè)療程。觀察組則予以復(fù)方丹參注射液(正大青春寶藥業(yè)有限公司，批準(zhǔn)文號：國藥準(zhǔn)字Z33020177)聯(lián)合鹽酸拉貝洛爾治療。其中鹽酸拉貝洛爾治療方式與對照組一致，另取16 ml的復(fù)方丹參注射液加入500 ml濃度為5%的葡萄糖溶液中行靜脈滴注，1次/d，以7 d為1個(gè)療程。

圖3 生態(tài)源地分布圖Fig.3 Spatial distribution of ecological sources

2.2 曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2

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2

.

1

曲周縣阻力面構(gòu)建

根據(jù)表2和表3阻力賦值結(jié)果，在ArcGIS中分別賦值重分類得到土地利用類型阻力面、高程阻力面以及地形坡度阻力面(圖4(a)、(b)和(c))，將該3類阻力面加權(quán)疊加形成景觀類型綜合阻力面(圖5)。綜合阻力最高的區(qū)域位于縣鎮(zhèn)建設(shè)用地處，大部分區(qū)域阻力為中等水平，同時(shí)設(shè)置了建設(shè)阻力面(圖4(d))，表征建設(shè)實(shí)施困難度。

圖4 曲周縣阻力面構(gòu)建Fig.4 Construction of resistance surface in Quzhou County

圖5 曲周縣綜合阻力面Fig.5 Composite resistance surface in Quzhou County

2

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2

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2

生態(tài)廊道提取

基于MCR模型提取兩類生態(tài)廊道(圖6)，傳統(tǒng)生態(tài)廊道的數(shù)量較少，結(jié)構(gòu)較為簡單，許多源地之間沒有直通廊道，而是通過其他的源地作為中介進(jìn)行連接。究其原因首先是源地?cái)?shù)量本身較少，這與不斷的城市擴(kuò)張與環(huán)境惡化有關(guān)；其次是源地多位于縣城周邊的人工種植園林地等人類活動較強(qiáng)的區(qū)域，而這些區(qū)域會起到阻隔作用導(dǎo)致源地之間無法直接相連，隨著城市化的發(fā)展，如不加以保護(hù)現(xiàn)存生態(tài)廊道容易受到城市擴(kuò)張影響乃至消失。從廊道分布來看，廊道覆蓋到了全部的生態(tài)源地并直接或間接地將它們聯(lián)系起來，從任意一個(gè)源地都可以到達(dá)其他源地，但由于曲周縣林草等用地分布的空間差異，生態(tài)源地以及后續(xù)形成的廊道都存在分布不均的問題。

圖6 傳統(tǒng)與易建生態(tài)廊道對比圖Fig.6 Comparison of traditional ecological corridors and ecological corridors easy to build

兩類生態(tài)廊道對比可以發(fā)現(xiàn)在東北組團(tuán)和中部組團(tuán)之間部分廊道形狀類似，但中部組團(tuán)中源地4和源地9之間的兩類廊道差異較大，傳統(tǒng)生態(tài)廊道更接近于源地之間的距離最短路徑，而易建生態(tài)廊道顯得更為曲折，即便建設(shè)較長的易建生態(tài)廊道，依然比絕對距離較短的傳統(tǒng)生態(tài)廊道更容易開發(fā)。兩類廊道對比得出如下結(jié)論，首先部分傳統(tǒng)生態(tài)廊道存在建設(shè)成本高可行性低的問題，比如源地4和源地9之間的傳統(tǒng)生態(tài)廊道直接穿過了縣城中心，在后續(xù)建設(shè)保護(hù)中可能出現(xiàn)建設(shè)成本高、地類轉(zhuǎn)換審批難等問題，導(dǎo)致建設(shè)開發(fā)困難，需要對廊道進(jìn)行可行性修正。其次組團(tuán)聚集的建設(shè)用地會對廊道的走向產(chǎn)生影響，如果源地之間建設(shè)用地較少，則連接廊道會更趨向于絕對距離最短的路徑，同時(shí)由此也可以大致預(yù)測考慮建設(shè)可行性后傳統(tǒng)阻力面生成的廊道走向，構(gòu)建具有較高建設(shè)可行性的生態(tài)廊道。

2.3 構(gòu)建可行性分析

根據(jù)建設(shè)阻力面得到斑塊間的最小累計(jì)建設(shè)阻力(表6)，用來展示斑塊連接的建設(shè)難易程度。斑塊間建設(shè)阻力最高的12組，其中11組與斑塊8、9相關(guān)，充分說明斑塊8、9與其他斑塊相連時(shí)需克服的建設(shè)阻力過大。從建設(shè)阻力面可以看出，阻力過大的主要原因就是斑塊8、9和其他斑塊被縣城中心分隔，要跨越縣城中心與其他斑塊相連必然導(dǎo)致建設(shè)阻力高。對比表4與表6的數(shù)值可以看出，相互作用力較高的斑塊之間建設(shè)阻力較低，原因是與斑塊的區(qū)位有關(guān)，同時(shí)由于建設(shè)阻力與土地利用類型相關(guān)，而相互作用力也與土地利用類型相關(guān)。由此可以表明建設(shè)阻力在一定程度上與相互作用力成反比關(guān)系，因此通過相互作用力來選擇重要生態(tài)廊道具有建設(shè)可行性。

表6 斑塊間的累計(jì)建設(shè)阻力
Table 6 Cumulative construction resistance between patches

斑塊號Patch number1234567891031 240294 7981 130 9691 510 1591 557 3801 356 4231 707 0242 047 72620264 0571 101 3061 480 4971 527 7171 326 7601 677 3612 018 064301 159 1851 538 3761 585 5971 384 6391 735 2402 075 94340382 191429 4111 123 7791 456 7641 793 99450114 0001 451 2941 784 2782 121 509601 498 5141 831 4992 168 72970350 601691 30480363 02490

注：灰色背景為建設(shè)阻力最高的12組斑塊。
Note： The gray background represents the twelve groups of patches with the highest construction resistance.

2.4 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

通過前文分析得知曲周縣南部的生態(tài)源地服務(wù)匱乏，因此找尋南部一些較為聚集的核心區(qū)斑塊，將其合并為面積較大的核心區(qū)斑塊作為新增生態(tài)源地共3塊。踏腳石斑塊是生物在遷徙、覓食等活動過程中進(jìn)行休息、中轉(zhuǎn)的生態(tài)斑塊，一般設(shè)定在距離較遠(yuǎn)的源地之間，作為生態(tài)源地的補(bǔ)充，故稱為二級生態(tài)源地。研究區(qū)中部斑塊2、3與斑塊4之間廊道絕對距離過長，本次優(yōu)化新增一個(gè)踏腳石斑塊在該廊道中心處，并將生態(tài)源地以外面積前15的核心區(qū)斑塊作為踏腳石共5塊?；诰C合景觀阻力面通過最小累計(jì)阻力模型得到優(yōu)化后的生態(tài)廊道，根據(jù)斑塊間相互作用矩陣，提取斑塊作用力大于3的廊道作為重要廊道共7條，將連接生態(tài)源地的生態(tài)廊道分類為重點(diǎn)建設(shè)廊道共15條，將其余8條生態(tài)廊道分類為規(guī)劃廊道。依據(jù)《曲周縣城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2013—2030)》可知，滏陽河、支漳河塔寺橋連接渠上游1 000 m、下游500 m、河岸兩側(cè)縱深100 m內(nèi)為嚴(yán)格保護(hù)區(qū)，所以提取河流水面和干渠的中心線，以此做100 m緩沖區(qū)生成曲周縣水系廊道共5條來保護(hù)水源。生態(tài)節(jié)點(diǎn)對于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化十分重要，研究提取生態(tài)廊道的交點(diǎn)作為生態(tài)節(jié)點(diǎn)共27個(gè)，區(qū)域內(nèi)存在省道、環(huán)道、鄉(xiāng)道會對景觀進(jìn)行割裂，提取這三類道路與生態(tài)廊道的交點(diǎn)作為生態(tài)間斷點(diǎn)共12個(gè)，在生態(tài)間斷點(diǎn)之上可以新增天橋或在其下建造地下通道，在將來建造高等級道路時(shí)也要考慮到動物遷徙問題而采取一定措施。經(jīng)過以上優(yōu)化，得到生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化圖(圖7)。

圖7 曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化圖Fig.7 Ecological network after optimization in Quzhou County

2.5 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后評價(jià)分析

優(yōu)化后生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的

α

指數(shù)為0.48，

β

指數(shù)為1.76，

γ

指數(shù)為0.67。經(jīng)過優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的

α

指數(shù)由0.31提升到0.48，網(wǎng)絡(luò)暢通度得到明顯提升，

β

指數(shù)從1.33增加到1.76，說明優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)單個(gè)節(jié)點(diǎn)所連接的廊道更多，由此生態(tài)網(wǎng)絡(luò)信息流動和能量交換更加高效穩(wěn)定，現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)的

γ

指數(shù)為 0.57，通過優(yōu)化提升到0.67，網(wǎng)絡(luò)連接度得到一定提升。

最終基于曲周縣城鄉(xiāng)總體規(guī)劃與優(yōu)化后的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，提出曲周縣“兩軸、三區(qū)、四廊、多點(diǎn)”的生態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局(圖8)。

圖8 曲周縣生態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)劃圖Fig.8 Ecological structure planning map in Quzhou County

3 討 論

本研究結(jié)合MSPA與MCR模型構(gòu)建曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，并得到曲周縣生態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局，MSPA通過景觀連通性貢獻(xiàn)選取生態(tài)源地能夠減少主觀性帶來的干擾，MCR模型作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究中十分普遍的廊道提取方法，能夠提取網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)路徑并確定空間位置，將二者結(jié)合已是一個(gè)成熟的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。生態(tài)保護(hù)工程的內(nèi)容在生態(tài)文明提出后逐漸開始包括生態(tài)廊道等生態(tài)網(wǎng)絡(luò)要素的構(gòu)建，然而以往研究在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識別范圍與構(gòu)建成本方面對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的工程建設(shè)考慮較少，這可能會使后期建設(shè)工程實(shí)施困難。本研究選擇縣域范圍進(jìn)行生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，并結(jié)合建設(shè)成本面探索增加生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可行性的措施。

縣域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建能夠更好地指導(dǎo)生態(tài)保護(hù)工程的建設(shè)，但與此同時(shí)小的縣域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)也存在著行政界線的限制，在未來研究中可以對比以縣域和省域?yàn)檠芯糠秶謩e得到的同一區(qū)域的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步了解行政界線對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的影響，找到更合適的生態(tài)區(qū)域范圍。

本研究探索增加生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建可行性的措施時(shí)發(fā)現(xiàn)高建設(shè)可行性的廊道會避開組團(tuán)聚集的建設(shè)用地，因此在生態(tài)廊道建設(shè)優(yōu)化時(shí)應(yīng)盡量避免穿過中心城區(qū)，同時(shí)通過相互作用力選擇重要生態(tài)廊道具有可行性，高相互作用力的生態(tài)廊道具有高建設(shè)可行性。本研究建設(shè)阻力面只定性表示出建設(shè)阻力及經(jīng)濟(jì)成本，且優(yōu)化結(jié)果未將建設(shè)阻力融入傳統(tǒng)阻力面，未來研究需要構(gòu)建更加完善的指標(biāo)體系，由此可直接得到優(yōu)化后具有高建設(shè)可行性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié) 論

本研究主要結(jié)論如下：

1)曲周縣生態(tài)源地分布不均勻，生態(tài)基礎(chǔ)薄弱，中部分布集中且重要性高，而南北部生態(tài)源地稀少，需要加強(qiáng)南部東西方向的連通性以及整個(gè)區(qū)域南北方向的連通性；

2)區(qū)域內(nèi)生態(tài)廊道數(shù)量較少，結(jié)構(gòu)簡單且靠近縣城中心，易受人類活動干擾，對比傳統(tǒng)與易建生態(tài)廊道可以看出，傳統(tǒng)生態(tài)廊道存在成本高建設(shè)可行性低的問題。

3)新增生態(tài)源地、增補(bǔ)踏腳石斑塊滿足各個(gè)區(qū)域生態(tài)服務(wù)需求，劃分出重要廊道、重點(diǎn)建設(shè)廊道與規(guī)劃廊道，同時(shí)構(gòu)建水系廊道5條。

本研究結(jié)果可以提升水源保護(hù)效果、構(gòu)建曲周縣自然景觀體系，為優(yōu)化曲周縣生態(tài)本底，增加曲周縣生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性與穩(wěn)定性，保護(hù)物種遷移提升生物多樣性提供科學(xué)依據(jù)。