開都河流域生態(tài)安全格局構(gòu)建與生態(tài)修復分區(qū)識別

周 璟,王宏衛(wèi),*,談 波,馬 晨,王曉琴,代芯妍

1 新疆大學地理與遙感科學學院,烏魯木齊 830017 2 新疆綠洲生態(tài)自治區(qū)重點實驗室,烏魯木齊 830017

國土空間生態(tài)修復是新時期我國深入推進生態(tài)文明建設(shè)的重大舉措和提升國家治理體系治理能力現(xiàn)代化的重大議題[1],生態(tài)修復分區(qū)則是科學編制國土空間生態(tài)修復規(guī)劃并有效進行生態(tài)修復的重要前提[2]。基于此,我國學者開展了大量生態(tài)修復的相關(guān)研究,對形成科學合理的分區(qū)劃定方案,提高生態(tài)修復工作的針對性與靶向性具有重要意義[3—4],并主要形成4類研究體系：一是依據(jù)區(qū)域主導功能確定修復分區(qū)與工程模式[2,5],二是建立綜合指標體系識別區(qū)域生態(tài)問題,并進行生態(tài)修復分區(qū)[6—7],三是從區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務供需角度開展生態(tài)修復分區(qū)劃定[3,8],四是運用生態(tài)安全格局研究范式進行生態(tài)修復分區(qū)研究[9—10]。其中,構(gòu)建生態(tài)安全格局具有保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)整體健康并完善空間配置方案的基礎(chǔ)作用[10—11],有利于維持景觀格局的整體性和生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性[9,12],是當前生態(tài)修復領(lǐng)域的主流技術(shù)模式[13—14]。

目前生態(tài)安全格局構(gòu)建的相關(guān)研究多采用“源地識別-阻力面構(gòu)建-生態(tài)廊道提取”的研究范式,亦有學者將“夾點”、斷裂點等考慮在內(nèi)[15—16]。研究方法多運用斑塊重力模型、蟻群模型、最小累積耗費模型和電路理論等,其中蟻群模型和斑塊重力模型不能有效識別生態(tài)廊道[17],最小累積耗費模型忽視生物的隨機游走性,難以直接體現(xiàn)廊道中的關(guān)鍵點[18]；而電路理論能通過源地間電流強度反映生態(tài)斑塊和廊道的相對重要性,同時可以運用電子在電路中隨機游走的特性,預測物種運動規(guī)律并識別可能的移動路徑,該方法在一定程度上更符合生物體的行為特征,已在研究中廣泛應用[19—21]。但現(xiàn)有研究多囿于行政邊界[9—10,18],而生態(tài)安全問題的產(chǎn)生和發(fā)展并不完全受行政邊界制約,特定行政區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建需要考慮更大自然地域空間范圍內(nèi)相關(guān)因素的影響[11]。

開都河流域位于新疆塔里木盆地北緣,流域內(nèi)含我國最大的內(nèi)陸淡水吞吐湖和重要的自然保護區(qū),其生態(tài)狀況對下游水域及人類生產(chǎn)生活都具有重要影響,保持并維護該流域生態(tài)安全至關(guān)重要。本研究以此為研究區(qū),參考相應景觀生態(tài)學理論和電路理論,在對研究區(qū)增加20%緩沖區(qū)的基礎(chǔ)上,提取生態(tài)廊道、夾點等生態(tài)安全格局構(gòu)成要素,并參考研究區(qū)生態(tài)功能區(qū)劃,劃分該流域生態(tài)保護與修復分區(qū),以期為當?shù)厣鷳B(tài)修復工程實施和國土空間管治提供參考。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

開都河 (82°28′—88°20′E,41°23′—43°31′N) 地處新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)(圖1),發(fā)源于中天山,流經(jīng)大、小尤魯都斯盆地,最終注入中國最大的內(nèi)陸淡水湖泊博斯騰湖,與孔雀河組成塔里木河下游源流,年徑流量33. 4億m3；流域內(nèi)行政區(qū)域包括和靜縣、焉耆回族自治縣、和碩縣和博湖縣[22],氣候類型為溫帶大陸性氣候,具有南北疆過渡性氣候特征,土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)壤土,土壤類型以潮土為主,流域內(nèi)還有盤羊、北山羊、猞猁、鵝喉羚等珍稀動物及2200余種野生植物[23]；作為巴州境內(nèi)最大的一條內(nèi)陸河,開都河孕育了流域內(nèi)的44.11萬人口,被譽為巴州的“母親河”。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Research area

1.2 數(shù)據(jù)來源與預處理

2018年土地利用數(shù)據(jù)、中國年度1km植被指數(shù)(NDVI)空間分布數(shù)據(jù)集和國家級自然保護區(qū)邊界數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)；夜間燈光數(shù)據(jù)來源于科羅拉多礦業(yè)大學數(shù)據(jù)下載網(wǎng)址(https://eogdata.mines.edu/products/vnl/)；生態(tài)功能區(qū)劃數(shù)據(jù)為中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心的中國生態(tài)功能區(qū)劃方案研究成果,來源于中國生態(tài)系統(tǒng)評估與生態(tài)安全數(shù)據(jù)庫(http://www.ecosystem.csdb.cn/)。

本文對研究區(qū)增加20%的緩沖區(qū),將土地利用類型劃分7個一級地類(耕地、草地、水域、林地、建設(shè)用地、裸地及其他用地)和沼澤地、灌木林等23個二級地類,數(shù)據(jù)的空間坐標統(tǒng)一為GCS_WGS_1984坐標系和UTM投影。

2 研究方法

2.1 生態(tài)安全格局構(gòu)建與生態(tài)修復區(qū)域識別

2.1.1生態(tài)源地識別

生態(tài)源地是對周邊區(qū)域具有重要輻射功能的生境斑塊,應具有較高的生境質(zhì)量。InVEST模型的生境質(zhì)量模塊能對區(qū)域生境質(zhì)量進行定量評估,以斑塊功能屬性指導源地識別[11,24]；形態(tài)學空間格局分析(MSPA)強調(diào)結(jié)構(gòu)連接,能從像元層面識別具有連通重要性的七大景觀類型,且受空間尺度影響小,兩種方法的分析機制具有互補性[25—26]。本研究以InVEST模型生境質(zhì)量模塊結(jié)合MSPA分析方法識別生態(tài)源地。參考模型使用手冊[27]、研究區(qū)實際情況及相關(guān)文獻[12]設(shè)置參數(shù),模型計算公式如下：

(1)

式中：Qxj為j地類中柵格x的生境質(zhì)量指數(shù)；Hj為j地類的生境適宜度；Dxj為j地類中柵格x的生境退化度；k為半飽和常數(shù),取0.5;z為模型默認參數(shù)。

選取生境質(zhì)量指數(shù)大于0.8的高生境質(zhì)量區(qū)域作為源地備選區(qū)[28],并作為MSPA分析的前景,為區(qū)分次優(yōu)斑塊中相同覆蓋度草地植被的不同生長狀況,將NDVI高、較高值區(qū)域也納入前景中識別七類景觀要素,并以50km2為閾值[29]在核心區(qū)提取本文生態(tài)源地。

2.1.2電阻面構(gòu)建

電路理論中不同景觀類型根據(jù)是否促進物種遷移擴散被賦予相對較低或較高的電阻[30]。電阻面即生態(tài)學中的阻力面,土地利用類型是阻力面構(gòu)建的基礎(chǔ)阻力因素[18,31]。參考相關(guān)研究[32—33],本文基礎(chǔ)電阻面賦值如下：林地為1,高、中、低覆蓋度草地分別賦值3、10、20,水域為3,耕地為30,沼澤地為25,裸地及除沼澤地外的其他用地為70,建設(shè)用地賦值100。本文引入人類居住合成指數(shù)(HSI)[34—35]對基礎(chǔ)電阻面修正,公式如下：

(2)

(3)

式中：Ri為修正后柵格i的電阻值,HSIi為柵格i的人類居住合成指數(shù)值；HSIa為柵格i對應景觀類型a的平均人類居住合成指數(shù)值,R為柵格i對應景觀類型的基礎(chǔ)電阻值；NDVI是歸一化植被指數(shù),NTL′是歸一化后的夜間燈光數(shù)據(jù)。

2.1.3生態(tài)廊道提取

生態(tài)廊道是物種、信息和能量流動的溝通橋梁,承擔物種遷移、生存繁衍等基礎(chǔ)功能及防風濾污、保護隔離等生態(tài)修復功能[36—37]。本文利用Circuitscape插件中的Linkage Mapper模塊構(gòu)建生態(tài)廊道,選取含河流外緣 1000 m緩沖區(qū)范圍的主要河流作為本文河流生態(tài)廊道[38]。運用Centrality Mapper模塊進行中心度識別以量化路徑重要性[20],將累積電流值前30%的廊道和河流生態(tài)廊道作為關(guān)鍵生態(tài)廊道,其余廊道劃分為重要生態(tài)廊道。

2.1.4生態(tài)“夾點”及障礙點識別

生態(tài)“夾點”是表征生境連通性的景觀關(guān)鍵點,其退化或損失可能會切斷源地間的連通性,應優(yōu)先進行保護[15,39]。本文利用Pinchpoint Mapper模塊識別生態(tài)“夾點”。

障礙點是阻礙物種在斑塊間移動的區(qū)域[18],可根據(jù)對障礙點清除后的電流恢復值來識別；該區(qū)域的消除或生態(tài)恢復對源地間的連通性具有增加作用[40]。本研究利用 Barrier Mapper 模塊識別障礙點區(qū)域。

2.2 生態(tài)修復分區(qū)

生態(tài)修復分區(qū)是在生態(tài)區(qū)劃基礎(chǔ)上進行的,其出發(fā)點和落腳點都是“主導生態(tài)功能”[2,41],參考相關(guān)研究,本文將涵蓋研究區(qū)功能基礎(chǔ)分區(qū)的生態(tài)功能區(qū)劃作為基礎(chǔ)背景[2],結(jié)合生態(tài)安全格局構(gòu)建及生態(tài)基底提取修復重點區(qū)域,并將主導生態(tài)功能作為分區(qū)修復的重要目標[5,41],最終形成不同修復單元得到本文分區(qū)結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 基礎(chǔ)生態(tài)安全格局構(gòu)建

3.1.1生態(tài)源地識別

由圖2可知,開都河流域生境質(zhì)量存在明顯的空間分異,總體呈西北高、東南低,湖泊、山區(qū)高,盆地、平原低的分布特征；高值區(qū)主要分布于博斯騰湖區(qū)和研究區(qū)西北部和靜縣山區(qū),低值區(qū)呈半環(huán)狀或條帶狀分布于博斯騰湖周邊,原因是受地形、氣候等自然條件影響,西北部的天山南麓區(qū)域分布有連接成片的大面積草地且受人類活動干擾較少,生境質(zhì)量相對較高；而博湖東部大面積戈壁、裸巖石質(zhì)地交錯分布,西北部焉耆盆地聚落密集,受人類活動影響明顯,使該區(qū)域生境質(zhì)量處于相對較低水平。根據(jù)MSPA分析結(jié)果(表1),研究區(qū)內(nèi)核心區(qū)面積為17106km2,占總面積的31.84%,在7種景觀類型中占比95.97%；共選出12處生態(tài)源地(表2、圖2),面積15468.94km2,以大面積不規(guī)則斑塊為主,最大斑塊面積9683.54km2,含巴音布魯克國家級自然保護區(qū)和鞏乃斯國家森林公園,占生態(tài)源地總面積的62.6%,高覆蓋度草地是源地主要用地類型,面積達70.63%。

圖2 生境質(zhì)量及生態(tài)源地空間分布Fig.2 The distribution of habitat quality and ecological source areas

表1 形態(tài)學空間格局(MSPA)分析景觀分類統(tǒng)計

表2 生態(tài)要素分類統(tǒng)計

3.1.2電阻面構(gòu)建

根據(jù)地類賦值結(jié)果,研究區(qū)基本阻力值西北低、東南高,有以東北-西南走向為界限呈兩級分異的趨勢(圖3)。其中西北部高、低阻力值相間分布,形態(tài)與新疆“三山夾兩盆”地形類似,東南部較高阻力區(qū)環(huán)博斯騰湖分布并有較低阻力區(qū)對其進行帶狀分割。經(jīng)人類居住合成指數(shù)修正后,研究區(qū)最高綜合阻力值達2060.43,相應阻力分布特征與修正前大致相當,但修正結(jié)果對地類內(nèi)部阻力值變化的刻畫更加精細,能為本文構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局并進行生態(tài)修復分區(qū)提供重要支撐。

圖3 生態(tài)阻力值空間分異Fig.3 Spatial differentiation of ecological resistance value

3.1.3生態(tài)廊道提取

研究區(qū)內(nèi)共含24條生態(tài)廊道(圖4),長度介于0.77—72.41km之間,共498.87km(表2),以研究區(qū)北部及中部區(qū)域較為密集,博斯騰湖以東區(qū)域無廊道分布,原因是東部區(qū)域戈壁、荒漠連片,既無適宜生物棲息生存或中轉(zhuǎn)的源地分布,也不適宜生態(tài)廊道在此延伸；同時該區(qū)域平均廊道長度20.36km,低于平均長度的短距離廊道占比達62.5%,多分布于靠近研究區(qū)外圍的西南部及北部邊界區(qū)域,原因是研究區(qū)西部、北部天山山脈的森林草地連片分布,形成生境質(zhì)量與植被長勢較好的源地,且源地間阻力較小、距離較近,連通性強。此外,根據(jù)中心度識別結(jié)果,研究區(qū)累積電流值為6.56—87.79,選出7條關(guān)鍵生態(tài)廊道的最小累積電流值為30.36,能直接聯(lián)通中心度排名前3的大面積源地,并與研究區(qū)內(nèi)重要河段有路徑重合,結(jié)合主要河流廊道分布情況,本文共選出15條關(guān)鍵生態(tài)廊道；同時本文河流廊道與其他重要生態(tài)廊道也有路徑相交及相接情況,共同形成廊道網(wǎng)絡,為溝通生態(tài)源地提供多種可能。

圖4 生態(tài)安全格局Fig.4 Ecological security patterna—b為生態(tài)安全格局局部細節(jié)圖代號：顯示典型區(qū)域各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素分布情況

3.2 生態(tài)修復區(qū)域識別

3.2.1生態(tài)“夾點”及障礙點識別

將電流強度分為3級,識別31處“夾點”區(qū)域(圖4、圖5),面積91.29km2,以條帶狀分布為主；其中最大“夾點”為東西走向,位于和靜縣南端,面積17.08km2,該區(qū)域可通過河流廊道直接溝通西部最大源地斑塊與博斯騰湖湖區(qū),且與一條高中心度生態(tài)廊道重合,是溝通源地斑塊的重要區(qū)域,具有極高的生態(tài)價值,因而形成“夾點”；另有8個“夾點”位于河流關(guān)鍵廊道上,其余分布在源地與廊道交點處及研究區(qū)邊界處,原因是河流廊道本身就有較強的生態(tài)流動性,形成“夾點”的可能性高,而源地間廊道連接時,交界處為物質(zhì)能量流動的關(guān)鍵區(qū)域,也易形成“夾點”；此外和靜縣西北部廊道存在多個“夾點”區(qū)域,在保護生態(tài)網(wǎng)絡完整性及生態(tài)修復過程中需予以重視,納入全局考慮。

圖5 “夾點”生態(tài)電流強度及障礙點改善得分Fig.5 Pinch points ecological current intensity and barrier points improvement scorea—b為“夾點”電流強度局部細節(jié)圖代號：電流值越高,越易形成“夾點”；c—d為障礙點改善得分局部細節(jié)圖代號：得分越高,越易形成障礙點

將障礙點識別結(jié)果3段分級,一級改善區(qū)作為障礙點區(qū)域,改善得分30.14—83.55。共識別障礙點9處(圖4,圖5),面積240.32km2,其中191.32 km2的障礙點位于生態(tài)廊道上,對區(qū)域景觀連通性具有重要影響,原因是障礙點區(qū)域主要為裸巖石質(zhì)地及戈壁,林地、草地等生態(tài)用地僅占14.14%,生態(tài)廊道在此延伸受阻或很難穩(wěn)定維持廊道生態(tài)基底的穩(wěn)定性,故形成本文障礙點區(qū)域；同時本文障礙點為大面積斑塊,消除難度大,源地間連通性在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升的可能性較低。而涵蓋障礙點的二級改善區(qū)有6處,相關(guān)生態(tài)用地占比32.69%,可嘗試對該區(qū)域生態(tài)用地加以保護,在一定程度上提升源地間聯(lián)通的可能性,為廊道延伸提供便利。

圖6 生態(tài)斷裂點分布Fig.6 Distribution of ecological breakpoints

3.2.2生態(tài)斷裂點識別

大型交通線路及設(shè)施是區(qū)域間人類活動聯(lián)系的紐帶,也是經(jīng)濟網(wǎng)絡的重要組成部分；但從生態(tài)角度出發(fā),交通線路布局會影響區(qū)域景觀完整性,具有使景觀破碎化加劇的可能,在一定程度上影響或阻礙生物流動及遷徙。本文識別高速公路、鐵路、國道與廊道相交的24處區(qū)域作為生態(tài)斷裂點(圖6),以南疆鐵路與廊道產(chǎn)生交匯的斷裂點最多,達12處,與國道產(chǎn)生斷裂點7處,高速公路斷裂點5處,主要集中于和靜縣東南部及焉耆回族自治縣東北部,多沿開都河水系分布；其中焉耆境內(nèi)高速公路G3012和南疆鐵路與開都河有多處相交,同時南疆鐵路與216國道、218國道在和靜縣境內(nèi)與開都河南北走向段距離較近且匯集延伸,呈路網(wǎng)與天然河流廊道并行態(tài)勢,形成重要的帶狀保護修復區(qū)。

3.3 生態(tài)修復分區(qū)及優(yōu)化

3.3.1生態(tài)修復分區(qū)

以涵蓋研究區(qū)功能基礎(chǔ)分區(qū)的生態(tài)功能區(qū)劃為基礎(chǔ)背景,綜合考慮研究區(qū)生態(tài)基底、自然保護區(qū)位置及各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素分布(圖3、圖4),提出本文“一軸、兩核、一網(wǎng)絡、多片區(qū)”的開都河流域生態(tài)保護與修復格局(圖7)。

“一軸”為開都河流域生態(tài)保護與修復發(fā)展軸。從生態(tài)安全格局角度看,該軸以北含影響景觀連通性的全部障礙點區(qū)域,因修復可行性低側(cè)重生態(tài)保護,加之該區(qū)域含國家級自然保護區(qū)和70.97%的“夾點”區(qū)域,使該片區(qū)生態(tài)保護至關(guān)重要；從生態(tài)基底和生態(tài)功能區(qū)劃角度看,該軸以北側(cè)重水源涵養(yǎng)與生物多樣性保護功能,在生態(tài)保護上具有共性,故劃分為北部山地保護修復區(qū),面積達37136.72km2。該軸以南70%的“夾點”在河流廊道上,且河流經(jīng)焉耆盆地注入博斯騰湖,區(qū)域水生態(tài)治理和保護具有重要意義；同時本文62.5%的斷裂點分布與此,為避免影響廊道完整性和區(qū)域連通性,亟需進行斷裂點修復；此外該區(qū)域分屬不同生態(tài)功能區(qū),各功能區(qū)具有特性,生態(tài)問題各有側(cè)重,劃分為南部盆地平原修復區(qū),面積16590.16km2。

圖7 開都河流域生態(tài)保護與修復格局Fig.7 The pattern of ecological protection and restoration in the Kaidu River Basin

“兩核”為兩個生態(tài)保護與修復核心。北部巴音布魯克是全國第一個天鵝自然保護區(qū),含野生動物145種,植物704余種[42],劃分為北部生態(tài)保護與修復的核心。南部博斯騰湖是重要的鳥類繁殖地及新疆最大的漁業(yè)生產(chǎn)基地,也是孔雀河的唯一源頭,劃分為南部生態(tài)保護與修復的核心。

“一網(wǎng)絡”為“兩橫一縱”的關(guān)鍵廊道網(wǎng)絡。其中,北部廊道網(wǎng)絡由“夾點”最多且長度最長的單一生態(tài)廊道與三條高中心度關(guān)鍵廊道橫向串聯(lián)組成,南部廊道網(wǎng)絡由東西向河流廊道、最大“夾點”區(qū)域和兩條高中心度關(guān)鍵廊道構(gòu)成,橫縱廊道在研究區(qū)中部相交并將各源地斑塊串聯(lián),形成重要的區(qū)域關(guān)鍵廊道網(wǎng)絡。

“多片區(qū)”為6個生態(tài)保護與修復分區(qū)。巴音布魯克作為和靜縣重要牧區(qū)含烏蘭恩格等重要牧場,參考生態(tài)功能區(qū)劃方案及自然保護區(qū)范圍,將尤爾都斯盆地草原牧業(yè)、濕地生物多樣性保護生態(tài)功能區(qū)界定為本文生態(tài)保護核心區(qū),維護濕地生態(tài)的同時注重周邊畜牧業(yè)開發(fā)及管理；核心區(qū)外的源地區(qū)域生境質(zhì)量及NDVI相對較高且綜合阻力相對較小,劃分為本文生態(tài)保護關(guān)鍵區(qū),其余軸北區(qū)域是源地間流通的緩沖過渡區(qū)域,各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素穿梭于此,劃定為生態(tài)保質(zhì)提升區(qū)。南部盆地平原修復區(qū)參考生態(tài)功能區(qū)劃、現(xiàn)有博斯騰湖國家濕地公園建設(shè)及各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素的分布,劃分為湖泊濕地修復區(qū)、焉耆盆地綠洲區(qū)和荒漠植被脆弱區(qū)。

3.3.2生態(tài)保護與修復策略

北部山地保護修復區(qū)：對該區(qū)域的生態(tài)保護核心區(qū),要注重濕地生物多樣性保護及草原牧業(yè)開發(fā)和管理,針對區(qū)域典型的草原退化、病蟲鼠害問題開展定期篩查及生態(tài)承載力測算,另要開展牧民轉(zhuǎn)場遷徙廊道研究,并對相應廊道進行針對性保護。對生態(tài)保護關(guān)鍵區(qū),要以維護山區(qū)水源涵養(yǎng)和生物多樣性保護功能為指引,與緩沖區(qū)范圍內(nèi)的自然保護區(qū)、森林公園等合作,共同開展保障草原生態(tài)功能的實踐活動。對生態(tài)保質(zhì)提升區(qū)要考慮各要素生態(tài)本底涉及的非生態(tài)用地對區(qū)域生態(tài)保護的限制性,針對“夾點”、障礙點等區(qū)域開展實地考察,并以實際情況指引相應區(qū)域緩沖區(qū)劃定、封育、人工培植等措施實施。

南部盆地平原修復區(qū)：對該區(qū)域的湖泊濕地修復區(qū),要鞏固已有生態(tài)修復基礎(chǔ),注重湖泊水源涵養(yǎng)的主導生態(tài)功能,可針對性開展湖濱緩沖帶劃定及水生態(tài)修復相關(guān)研究,以保護湖區(qū)生態(tài)環(huán)境。對焉耆盆地綠洲區(qū)要保護基本農(nóng)田、防治鹽漬化及注重生態(tài)斷裂點修復,具體要評估現(xiàn)有通道的有效性和斷裂點修復的可行性,另可參考國道216動物天橋架設(shè)經(jīng)驗,在可能的情況下分離生態(tài)廊道與交通線路。對無源地、廊道分布的荒漠植被脆弱區(qū),要跟進優(yōu)良植物種質(zhì)資源在該區(qū)域的生長狀況,并嘗試改良鹽堿環(huán)境,以增加多種植被生長的可能性；同時要嚴格礦山管理,積極進行植被恢復,避免當?shù)厣鷳B(tài)狀況惡化。

4 討論

圖8 樣例源地斑塊示例Fig.8 Example of ecological source plaque

本文不同于以往直接以行政邊界為界限進行生態(tài)安全格局構(gòu)建的研究,而是對研究區(qū)增加20%的緩沖區(qū)進行各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素的識別,具有以下三方面優(yōu)勢：一是能全面提取各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素,使局部地域研究具有了全局性考量,研究結(jié)果更具可靠性；二是增加緩沖區(qū)范圍能達到降低研究區(qū)邊緣阻力值估計偏高的效果[43]；三是避免人工邊界對電子游走產(chǎn)生障礙,能在一定程度上消除軟件自身的誤差[19,21]。其中 Koen等指出緩沖區(qū)能移除節(jié)點附近電流估計較高造成的偏差,且≥20%的緩沖寬度足以用于研究不同比例和形狀的棲息地區(qū)域[44]。根據(jù)本文研究結(jié)果,以緩沖區(qū)邊界為界提取源地時(圖8),斑塊1和斑塊2為一個整體,同屬西部最大源地斑塊,且以50km2為閾值篩選源地時,源地包含斑塊3和斑塊4；而以研究區(qū)行政邊界進行源地提取,會使斑塊1、斑塊2人為割裂,斑塊3、4因面積較小被剔除,相應的會造成其他生態(tài)安全格局構(gòu)成要素遺失或不當識別,如連接斑塊3和斑塊5的研究區(qū)最長生態(tài)廊道及相應“夾點”、障礙點區(qū)域未識別。但本文未能詳細探討具體的邊界效應及緩沖區(qū)對電阻估計過高的消除作用,是本文后續(xù)深入研究的方向。

同時以往研究主要運用TDVI/NDVI數(shù)據(jù)、不透水面數(shù)據(jù)[45]、夜間燈光數(shù)據(jù)[16,25]及引入隱形阻力面[10,15](坡度、地形起伏度、植被覆蓋度等)等方法,對基礎(chǔ)阻力值進行修正,也有研究采用土地覆被類型、容積率和建筑密度進行阻力值設(shè)定[21],但阻力值高低是自然基底和人為影響共同作用的結(jié)果,在進行阻力值修正時,應將二者同時考慮；因此本文結(jié)合NDVI與夜間燈光數(shù)據(jù),引入人類居住合成指數(shù)(HSI)進行阻力值修正,既反映人類活動強度的影響,也考慮隱形阻力面的作用,為今后生態(tài)安全格局構(gòu)建的相關(guān)研究提供新思路。

5 結(jié)論

本研究以開都河流域4個縣市為研究區(qū),綜合運用InVEST模型、MSPA分析及電路理論相關(guān)方法,構(gòu)建開都河流域生態(tài)安全格局,并結(jié)合生態(tài)功能區(qū)劃等,劃分流域生態(tài)保護與修復格局,提出相應保護與修復策略,主要結(jié)論如下：

(1)開都河流域生境質(zhì)量總體呈西北高、東南低,湖泊、山區(qū)高,盆地、平原低的分布特征；生態(tài)源地共15468.94km2,源地斑塊呈大面積不規(guī)則特征,以高覆蓋度草地分布為主；生態(tài)廊道共498.87km,但短途廊道居多,以研究區(qū)北部及中部區(qū)域較為密集,共選出15條關(guān)鍵生態(tài)廊道。

(2)本文共識別出31處“夾點”,9處障礙點及24處生態(tài)斷裂點區(qū)域,“夾點”多具有分布在河流廊道處、源地與廊道交點處及研究區(qū)邊界處的特征；障礙點具有單個面積較大、生態(tài)用地占比較少,消除難度大的特征；以鐵路產(chǎn)生的生態(tài)斷裂點最多,整體以沿水系分布為主要特征。

(3)本文提出開都河流域“一軸、兩核、一網(wǎng)絡、多片區(qū)”的生態(tài)保護與修復格局。根據(jù)各分區(qū)主導生態(tài)功能及各生態(tài)安全格局構(gòu)成要素分布差異,北部山地保護修復區(qū)側(cè)重保護輔以修復；南部盆地平原修復區(qū)在保護基礎(chǔ)上側(cè)重生物措施與工程措施結(jié)合,尤其重視斷裂點生態(tài)修復。最終針對6個生態(tài)保護與修復分區(qū),提出相應保護與修復策略。