基于MSPA和MCR模型的大连市城子坦镇生态网络构建.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:基金项目:年度国家社会科学基金艺术学项目(编号:B H );国家自然基金项目面上项目(编号:)作者简介:姚岳(),女,硕士研究生,研究方向为风景园林.通讯作者:杨翠霞(),女,博士,教授,主要从事园林与环境设计方面研究.基基于于MM SS PP AA和和MMCC RR模模型型的的大大连连市市城城子子坦坦镇镇生生态态网网络络构构建建姚 岳,杨翠霞,田 祎(大连工业大学 艺术设计学院,辽宁 大连 )摘要:为探索构建沿海镇域生态网络是增加沿海城市斑块之间连接度的有效方法之一,以大连市城子坦镇为例,基于形态学空间格局分析模型(M S P A)、最小累积阻力模型(MC R)构建城子坦镇生态网络并进行了优化.结果表明:构建城子坦镇现有生态网络得到 块重要生态源地,识别 条潜在生态廊道;通过增加 个踏脚石斑块对城子坦镇生态网络进行优化,得到新增 条生态廊道;优化后的生态网络连接度指数、分别增加了 、,促进了城子坦镇生态网络格局的构建.通过研究构建沿海镇域生态网络,可充分发挥沿海镇域作为生态屏障的功能,为城子坦镇生态空间规划提供理论支撑,也为沿海镇域尺度的生态空间网络研究提供参考.关键词:生态网络;镇域;M S P A模型;MC R模型;重力模型;城子坦中图分类号:TU 文献标识码:A文章编号:()C o n s t r u c t i o no fE c o l o g i c a lN e t w o r k i nC h e n g z i t a nT o w n,D a l i a nC i t yB a s e do nM S P Aa n dMC R M o d e l sY a oY u e,Y a n gC u i x i a,T i a nY i(S c h o o l o fA r ta n dD e s i g n,D a l i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,D a l i a n,L i a o n i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I t i so n eo f t h ee f f e c t i v ew a y s t o i n c r e a s e t h e c o n n e c t i v i t yb e t w e e nu r b a np a t c h e s t oe x p l o r e t h ec o n s t r u c t i o no f e c o l o g i c a ln e t w o r k i nc o a s t a l t o w n s T a k i n gC h e n g z i t a nt o w no fD a l i a nC i t ya sa ne x a m p l e,t h ee c o l o g i c a ln e t w o r ko fC h e n g z i t a nt o w nw a sc o n s t r u c t e db a s e do nt h em o r p h o l o g i c a l s p a t i a lp a t t e r na n a l y s i sm o d e l(M S P A)a n dm i n i m u mc u m u l a t i v er e s i s t a n c em o d e l(MC R)T h er e s u l t ss h o w e dt h a t:i m p o r t a n t e c o l o g i c a l s o u r c ea r e a sw e r eo b t a i n e da n d p o t e n t i a l e c o l o g i c a l c o r r i d o r sw e r e i d e n t i f i e db yc o n s t r u c t i n g t h ee x i s t i n ge c o l o g i c a l n e t w o r ko fC h e n g z i t a nT o w n;T h ee c o l o g i c a l n e t w o r ko fC h e n g z i t a n t o w nw a s o p t i m i z e db ya d d i n g t r e a d s t o n ep a t c h e s,a n d n e we c o l o g i c a l c o r r i d o r sw e r eo b t a i n e d;T h ec o n n e c t i v i t y i n d e xo f t h eo p t i m i z e de c o n e t w o r k i n c r e a s e db y ,a n d ,r e s p e c t i v e l y,w h i c hp r o m o t e dt h ec o n s t r u c t i o no f t h ee c o n e t w o r kp a t t e r n i nC h e n g z i t a nt o w n T h e s t u d yo nt h ec o n s t r u c t i o no f c o a s t a l t o w ne c o l o g i c a l n e t w o r kc a ng i v e f u l l p l a y t o t h e f u n c t i o no f c o a s t a l t o w na sa ne c o l o g i c a lb a r r i e r,w h i c hp r o v i d e s t h e o r e t i c a l s u p p o r t f o r t h ee c o l o g i c a l s p a t i a l p l a n n i n go fC h e n g z i t a nt o w n,a n da l s op r o v i d e sar e f e r e n c e f o r t h es t u d yo f e c o s p a t i a ln e t w o r ko nt h es c a l eo f c o a s t a l t o w n s K e yw o r d s:e c o l o g i c a ln e t w o r k;T o w nD i s t r i c t;M S P A;MC R;g r a v i t ym o d e l;C h e n g z i t a n 引言生态网络是指在一定空间范围内可以识别的线性生态廊道特征与各类生态斑块之间的联系,且能够反映空间要素组合规律及结构功能特征的空间组织体系研究,.近年来生态网络构建成为研究热点,在生态格局构建、生物多样性保护、生态景观格局规划等方面起到重要作用.现生态网姚岳,等:基于M S P A和MC R模型的大连市城子坦镇生态网络构建生态文明建设:自然与生态络构建的研究范围多为局地、城市、区域、国家等多种尺度的生态空间,针对镇域范围的生态网络格局的研究较少.构建沿海镇域生态网络是增加沿海城市斑块之间连接度的有效方法之一,在城市局部进行优化,通过增加沿海镇域生态空间结构与功能上的联系来提高沿海城市景观格局稳定性,维护生态系统服务功能.生态网络构建的本质是规划生态“点线面”,其关键是生态源地的选取与生态廊道的构建.被广泛用来识别生态网络中的生态源地的方法是形态学空间格局M S P A,可以避免主观性判断,结合连通度指数科学地识别生态源地.生态网络构建主要是通过线性或带状生态廊道,将独立破碎的生态斑块有效连接起来,有助于构建完整、可持续、良性循环的生态网络系统.利用最小阻力模型MC R综合考虑区域内地形地貌、土地利用类型、人为干扰等多方面因素识别潜在生态廊道,通过重力模型对生态廊道进行定量分析,得出生态廊道的相对重要程度 .构建区域生态网络.有助于最大限度地发挥镇域生态系统服务功能,对生态网络格局优化具有深远意义,.本研究以黄海入海口镇域,大连普兰店区城子坦镇为研究对象,通过研究沿海镇域生态网络,充分发挥城子坦镇作为黄海海岸线区域生态屏障的作用,为城子坦镇生态空间规划与生态网络优化提供理论支撑,也为沿海镇域尺度的生态空间网络研究提供参考.研究区概况城子坦镇位于辽宁省大连市普兰店区东部,北纬 ,东经 ,全区东边以碧流河为界与庄河市毗邻,南边临黄海与长海县相望,总面积为 k m,拥有 k m海岸线与 多h m浅海滩涂,属于温带季风气候,整体地势北高南低,境内有碧流河等内陆水域,是普兰店市三大古镇之一.经济高速发展的当下,旅游度假区建设、道路修建等人为活动不断威胁城子坦镇的生态环境,亟须制定措施完善生态网络体系.数据来源与研究方法 数据来源本文数据主要采用 年万土地利用现状图(国 土 资 源 管 理 部 门 提 供 的)、城 镇 规 划(年),结 合 中 国 科 学 院 数 据 云(h t t p s:/www c a s d c c n/)的分辨率为 m m的数字高程数据D EM,利用E NV I软件对数据进行处理,提取出林地、耕地、草地、坑塘及水面、未利用地、建设用地以及盐田及沿海滩涂等类土地用地类型.普兰店区行政区划(万)来源于国家地理信息公共服务平台(h t t p s:/www t i a n d i t u g o v c n).研究方法 生态源地识别基于研究区土地利用现状,提取出林地、草地、坑塘及水面、盐田及沿海滩涂作为前景,其余用地类型作为背景.使用G u i d o sT o o l b o x得到核心区、边缘区、环岛、支线、孤岛、孔隙、桥接区等种M S P A景观类型.景观连通性是对景观要素在斑块之间物质扩散和迁移的难易程度进行定量化研究.将核心区的各类景观类型提取出来进行评价.计算公式如下.I I Cninjaiajn li jAL()P CninjaiajPi jAL()d P CP CP Cr e m o v eP C()式()()中:AL表示区域内景观总面积,P Cr e m o v e表示在景观中除去某要素后景观可能连接度指数,Pi j表示斑块i、j之间连接的最大概率,n区域内斑块总数,ai与aj是斑块与斑块的面积,n li j表示斑块i、j之间的连接数值,.利用MC R模型构建生态网络通过最小累计阻力模型(MC R)构建潜在生态廊道,得到生物迁徙与物质交流的最佳路径.其公式如下:MC Rfm i nimjn(Di jRi)()式()中,Di j是源点i到源点j的空间距离,Ri表示斑块i的阻力值.基于M S P A与景观连通性分析得出的重要生态源地,选取土地利用类型、高程、坡度、与水体湿地距离、与道路距离、与居民点距离等作为阻力因子构建阻力面体系.依据以往研究与专家建议对阻力值及权重进行确定,构建综合阻力面(表),识别潜在生态廊道网络.年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期表不同土地利用类型的景观阻力值及其权重阻力因子阻力系数 权重土地利用类型林地坑塘及水面盐田及沿海滩涂草地 耕地未利用地建设用地 高程/m,),),),),)坡度/,),),),),)与水体湿地距离/m,),),),),)与道路距离/m ,),),),),)与居民点距离/m ,),),),),)重力模型的构建重力模型可对生态源地斑块间的相互作用强度进行评价,从中识别重要生态廊道.代表相互作用力的数值越大,连通性越好,.重力模型公式如下:Gi jNiNjDi jl nail najpipj(Li jLm a x)Lm a xl nail najLi jPiPj)()式()中,Gi j是斑块与斑块j之间的生态引力,Lm a x为区域内所有廊道中最大阻力值,Li j是斑块i、j之间的廊道累计阻力,Pi与Pj分别是斑块i、j的权重.生态网络连接度计算通过计算生态网络连接度可得出研究区生态网络优化前后的潜在生态网络结构连通性评价,定量验证生态网络是否得到优化.计算公式如下:LVV()LV()L(V)()式()式()中,L为生态廊道数,V为生态节点数.结果分析 生态用地识别和源地提取利用G u i d o sT o o l b o x得出M S P A景观要素统计表(表),城 子 坦种 景 观 类 型 总 面 积 为 h m,占研究区总面积的 .核心区斑块的面积为 h m,占研究区总面积的 ,集中在渔业村及沿海滩涂、郑沟村、下吴村与碧流河社区等地.孔隙是面积最小的景观类型,面积 h m,占研究区总面积的 ,集中在渔业村及沿海滩涂与郑沟村等地.表M S P A景观要素统计景观类型景观类型面积/h m占总面积百分比/占林地面积/h m百分比/占草地面积/h m百分比/占水体与湿地面积/h m百分比/核心区 孤岛 孔隙 边缘 环岛 桥接区 支线 利用C o n e f o r软件进行连接度指数分析,得出重要生态源地 个.由表可知,渔业村及沿海滩涂内重要生态源地面积最大为 h m,占渔业村及沿海滩涂总面积的 .金厂社区内重要生态源地面积最小为 h m,占金厂社区面积的 .通过计算重要生态源地景观连通性指数可知,源地 的与最大为 与 ,在未来发展过程中要加以保护.研究区西部与北部的重要生态源地分布距离较远且连通性差,之后的规划需要通过构建完整的生态网络增加其生态价值.通过MC R模型构建潜在生态廊道通过计算城子坦镇综合阻力面可知,高阻力区集中在研究区中部的大卢社区、金厂社区、老古社区与北部的源发村、郑沟村、金山村等地.利用M C R模型识别潜在生态廊道 条,其中廊道网上共有 个生态节点和 个生态断裂点(表),后期优化应通过构建踏脚石增加与南部斑块之间的联系.姚岳,等:基于M S P A和MC R模型的大连市城子坦镇生态网络构建生态文明建设:自然与生态表重要生态源地面积与占比统计街道名称面积/h m源地编号源地面积/h m所占比例/郑沟村 ,金山村 ,下吴村 ,金厂社区 春满社区 ,老古村 大卢社区 东老滩社区 ,渔业村及沿海滩涂 碧流河社区 源发村 表生态节点数与生态断裂点数统计街道名称区内生态节点数区内生态断裂点数渔业村及沿海滩涂碧流河社区郑沟村下吴村金山村东老滩社区春满社区老古村大卢社区金厂社区源发村 重力模型提取重要廊道利用重力模型计算得出斑块间相互作用力矩阵,得出重要生态廊道 条.源地和源地之间相互作用力最大.相互作用力相对较小的是源地 与源地 ,说明两区斑块之间景观阻力较大,物质交换与生物迁移困难,在未来规划建设中应增设踏脚石,增加斑块间的连通性,如增设公园、林地等,加强研究区内部生态联系,缓解镇域发展带来的生态问题.生态网络优化利用生态网络连接度计算研究区生态网络优化前为 、为、为 .城子坦镇现存生态网络存在较多问题,重要生态廊道主要集中在研究区西部的郑沟村、下吴村、金厂社区、大卢社区的林地与东部的金山村、老古村、春满社区、碧流河社区的水域,因中部地区生态源地较少,导致研究区北部源地与南部源地之间的连通性较差,研究区内生态网络不完整,不能够实现研究区内部生态循环和流动.在一般生态源地中选取 处斑块优化后作为踏脚石,新增生态廊道 条,网络结构指数为 、为 、为 ,大大提升了生态网络的连通性,实现了网络的优化.结论与讨论 结论针对沿海镇域,科学地构建生态网络能够解决面临的生态问题,将镇域经济规划发展与生态环境保护同时进行,构成沿海生态保护屏障.利用M S P A识别生态源地,基于MC R模型构建并识别重要生态廊道,增设踏脚石对城子坦镇生态网络进行优化.结果表明:()通 过M S P A分 析 得 到 核 心 区 的 面 积 为 h m,占研究区总面积的 ,提取 块重要生态源地,主要分布在研究区的北部、中南部、南部与东部的碧流河附近.()利用MC R模型识别 条潜在生态廊道,通过重力模型在识别出的潜在廊道中提取重要生态廊道 条.()通过增加 个重要生态源地得到新增生态廊道 条,使生态网络连接度指数、分别增加了 、,促进了城子坦镇生态网络格局的构建,提升了生态系统价值.讨论通过构建城子坦镇生态网络格局并进行优化对未来发展规划具有一定的指导意义,也对黄海海岸镇域范围的生态空间格局进行进一步探索.但该研究对沿海镇域生态网络空间格局的构建与优化还处在探索阶段,针对镇域类型的研究区应采用的连通距离阈值还有待进一步确定;对阻力面构建还需进一步考虑景观破碎度、植被覆盖度、城镇扩张的阻力等影响因子分析.参考文献:杨志广,蒋志云,郭程轩,等基于形态空间格局分析和最小累积阻力模型的广州市生态网络构建J应用生态学报,年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期():武子豪,张金懿,帕茹克吾斯曼江,等县域生态网络构建与优化研究:以河北省曲周县为例J中国农业大学学报,():张亚丽,尹伟特,胡希军,等基于M S P A与MC R模型的资源节约型生态网络构建 以福建省东山岛为例J西北林学院学报,():郭娜,郑志林,刘畅,等城市高度建成区生态修复策略研究:以重庆市渝中区为例J绿色科技,():,尹海伟,孔繁花,祈毅,等湖南省城市群生态网络构建与优化J生态学报,():张佳盈,单丽丽构建城市生态网络的必要性与可行性分析J绿色科技,():高雅玲,黄河,李治慧,等基于M S P A的平潭岛生态网络构建J福建农林大学学报(自然科学版),():谢于松,王倩娜,罗言云基于M S P A的市域尺度绿色基础设施评价指标体系构建及应用:以四川省主要城市为例J中国园林,():吴银鹏,王倩娜,罗言云基于M S P A的成都市绿色基础设施网络结构特征研究J西北林学院学报,():代继平,朱坤,周天宇,等基于M S P A和MC R模型的曲靖中心城市生态网络优化研究J西北林学院学报,():徐伟振,黄思颖,耿建伟,等基于MC R和重力模型下的厦门市生态空 间 网 络 构 建 J西 北 林 学 院 学 报,():徐承栋,王锦城市绿色空间网络构建与优化研究:以云南普洱市为例J西部林业科学,():陈南南,康帅直,赵永华,等基于M S P A和MC R模型的秦岭(陕西段)山地生态网络构建J应用生态学报,():潘越,龚健,杨建新,等基于生态重要性和M S P A核心区连通性的生态安全格局构建 以桂江流域为例J中国土地科学,():郭家新,胡振琪,李海霞,等基于MC R模型的市域生态空间网络构建J农业机械学报,():秦子博,玄锦,黄柳菁,等基于M S P A和MC R模型的海岛型城市生态网络构建 以福建省平潭岛为例J水土保持研究,():张守法,李翅,赵凯茜基于生态网络构建的贵阳市绿地景观格局优化研究J中国园林,():谭华清,张金亭,周希胜基于最小累计阻力模型的南京市生态安全格局构建J水土保持通报,():,郑群明,扈嘉辉,申明智基于M S P A和MC R模型的湖南省生态网络构建J湖南师范大学自然科学学报,():何建华,郭向天基于M S P A和MC R模型的大通县生态网络构建J特区经济,():(上接第 页)采取多种保障措施,包括组织保障、资金保障、制度保障、科技保障、监督管理保障,以确保各项任务目标落地.参考文献:孙映祥,吴尚昆,侯华丽,等浙江省绿色矿山建设经验与启示J中国矿业,(S):杨俊鹏,戴华阳,张建伟新常态下我国绿色矿山建设面临问题与解决途径J中国矿业,():赵震宇我国绿色矿山建设成效及发展建议J化工矿物与加工,():张世城绿色矿山建设问题与对策思考以S矿山为例J绿色科技,():乔繁盛,栗欣绿色矿山建设工作的进展与成效J中国矿业,():张德明,贾晓晴乔繁盛等绿色矿山评价指标体系的初步探讨J再生资源与循环经济,():袁飞虎,余云祥湖北某水泥灰岩矿山的绿色矿山建设经验及建议J资源环保,():李岱鲜小型绿色矿山建设研究:以河南省某小型金矿为例J中国矿业,():王敬世,赵远群小上峪石灰石矿绿色矿山建设实践J现代矿业,():龚志勇,张杰,涂秉峰建材非金属露天开采矿山创建绿色矿山的思路探讨J资源环境与工程,():王绍祥浅析生态文明建设下安徽省绿色矿山建设与发展J安徽地质,():黄 敬 军论 绿 色 矿 山 的 建 设 J金 属 矿 山,():黄勇重庆丘陵山区水泥石灰岩绿色矿山建设探析J绿色科技,():郭冬艳,孙映祥,陈丽新关于编制绿色矿业发展示范区建设方案的思考J中国矿业,():姚孝德,谭德兴,陈芳安徽省池州地区区域成矿模式J安徽地质,():董煜,柳晓娟,侯华丽绿色矿山评价指标解析J中国矿业,():孙贵,陈善成,吴盾,等安徽省绿色矿山建设现状J安徽地质,():中华人民共和国自然资源部非金属矿行业绿色矿山建设规范:D Z/T S北京:地质出版社,中华人民共和国自然资源部水泥灰岩绿色矿山建设规范:D Z/T S北京:地质出版社,骆铁楠矿用产品安全标志在生产检查中的常见问题分析J安全,():