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近年来,伴随着城市的快速扩张,乡村用地被大肆侵占,城市建设对土地的强烈需求迫使城市中非建设用地的生态廊道这一相对“闲置”的土地资源承受更多的压力[1]。城市扩张致使自然植被、生态用地被侵占,景观破碎化现已经成为城市生态环境问题的根源,并由此造成生物物种栖息地丧失。通过构建生态廊道,连接修复破碎生境斑块[2],实现生物多样性保护及恢复物种栖息地等功能,使生态廊道成为构建栖息地之间物质、信息及能量传播的连接廊道,整体上维护生态系统的动态平衡,将非常有利于生态网络、生态服务功能的有效发挥[2]。目前,很多研究都倾向于采用景观生态学中的连接度指数来反映生态网络连接程度,在研究过程中较多关注生境斑块之间的距离,但就生境斑块的异质性、生态适宜性及景观阻力等方面未能综合考虑[3-5]。因此,如何综合运用多种生态分析方法,构建合理的生态廊道,将是解决许多生态过程问题的关键。苍南县是浙南山区,同时又是沿海城市,县域内水系河网密布,地貌类型多样,且植被状况优良,有利于物种的迁徙和生物多样性的发展。因此,本研究以苍南县作为研究区,对生态廊道布局与构建进行研究,具有典型的代表意义。在地理信息系统(GIS)技术支持下,对研究区土地利用类型进行划分,并对研究区的现状生态廊道和景观生态源地进行提取。在对研究区进行生态适宜性分析时,以往的很多文献研究中只是根据土地利用类型、不同景观类型等单因子确定景观阻力[2, 6-7],并在建立的阻力层面上模拟潜在生态廊道,并没有考虑其他生态因子运用成本距离模型综合分析生态廊道。本研究则选取坡度、地形起伏度和土地利用因子共同作为景观阻力,并通过成本运算,利用生态累积耗费距离模型研究区域潜在的生态廊道,并对现有生态廊道和潜在生态廊道进行对比分析,系统地研究苍南县现有廊道存在的问题,构建合理的生态廊道,以此为苍南县生态环境保护和建设发挥作用。
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本研究以整个苍南县陆地范围(1 261.08 km2)为研究对象,以苍南县2009年高空间分辨率卫星影像为主要数据源,结合苍南县域总体规划图(2006-2020)和城市绿地系统规划图(2011-2020)及现状调查资料作为空间信息提取的基本数据源。
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本研究采用的软件包括ENVI 4.3和ArcGIS 9.2作为图像处理和空间分析的工具。首先,利用ENVI 4.3图像处理软件对图像进行几何校正,转换成西安80坐标系(GCS Xian1980),获得研究区的遥感影像图。其次,参照GB/T 21010-2007《土地利用现状分类》和国家环境保护部门发布的《生态环境状况评价技术规范》中的土地利用一级分类体系[8],并根据研究区的土地利用及城市建设现状,将研究区土地利用类型划分为水域、耕地、林地、建筑用地、交通用地和其他用地6类景观类型组成的分类体系(表 1),通过对遥感影像的目视解译,对研究区景观分类进行矢量化,并将矢量化的文件通过空间分析模块转化成5 m × 5 m的栅格文件,得到研究区景观分类图(图 1)。然后,在研究区内选取多种生态适宜性评判因子,应用ArcGIS 9.2空间分析功能,研究不同生态因子适宜性程度,通过对生态因子加权叠加建立景观耗费距离模型。并综合成本距离加权法(cost weighted)最终构建生态累积耗费距离模型,据此模型可以生成每个生态源地斑块到其他生态源地斑块之间的最小累积耗费距离,构成研究区潜在生态廊道。最后,通过勾取研究区现有生态廊道,对比与分析研究区潜在生态廊道,发现苍南县现有廊道存在的问题,以此构建研究区生态廊道的优化方案。
景观分类 所包含的土地利用类型 建筑用地 城镇用地、农村居民点、工矿仓储用地、公共管理及公共服务用地等 交通用地 包括城市快速路、对外交通主干道、次干道 林地 有林地、灌木林地、疏林地、其他林地 水域 水库、河渠、湖泊、湿地 耕地 水田、旱地 其他用地 沙地、裸土地、及闲置未利用地 -
根据景观生态学中的“源—汇”理论,源景观具有空间扩展性、连续性,要根据格局优化所针对的生态过程影响生态系统功能发展的作用的不同来确定[9]。在实际研究中,根据研究区绿地建设和自然资源特点,将风景名胜区、水源保护区、森林公园、郊野公园、湿地公园等确定为重要生境斑块。然后,根据所确定的生境斑块的面积大小、空间分布格局、生物多样性丰富程度、生态环境质量优良程度等,提取面积大于5 hm2[9]的生境斑块(共41个),作为景观生态源地(图 2)。
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生境适宜性是指某一生境斑块对物种生存、繁衍、迁移等活动的适宜性程度[9]。一般而言,适宜性越高,景观阻力越小。耗费距离模型是各景观单元阻力的空间集合,累积耗费距离是指每个生态源斑块到离其他生态源的最小累积耗费距离[10]。费用距离的大小反映景观连接程度,费用距离越小,则连接度就越高[9]。在景观生态适宜性分析时,根据土地利用类型、不同景观类型等单因子确定景观阻力已有大量的文献研究。如尹海伟等[2]、过萍艳等[6]都是通过对土地利用类型进行赋值来建立研究区的景观阻力面,张小飞等[7]根据不同景观类型建立常州市的景观阻力面。这些研究均对单个因子进行赋值来建立阻力层面上模拟潜在生态廊道,并没有考虑其他生态因子运用成本距离模型综合分析生态廊道。研究区周围与南海相连,山地面积占全县的2/3,境域山势陡峭,高程为25~1 200 m,地形起伏度较大。在充分考虑当地自然和社会因素的基础上,本研究综合选取坡度、地形起伏度、土地利用等3个因子作为评判景观适宜性生态因子,分析不同因子的生态适宜性。在借鉴层次分析法的技术路线与同类研究成果的基础上,通过对苍南县生态环境现状调查,采用一定的赋值确定研究区各评价因子评价分值及权重(表 2)。在ArcGIS 9.2的空间分析模块(spatial analyst)中进行各因子的生态适宜性分析[11],在生成的各因子生态适宜性分析的基础上,运用ArcGIS中的字段计算功能,加权合并各因子成本数据,生成研究区景观耗费距离模型(图 3)。图 3中颜色越深表明生态适宜性越高,景观阻力越小。根据生成的耗费距离模型,采用成本距离加权方法(cost weighted),计算各景观生态源地之间的耗费距离累加值,得到研究区的生态累积耗费距离模型(图 4)。
评价因子 评价标准 分级 评价分值 权重 坡度 坡度越大,越容易水土流失,分值越低 0~5°,5~8°,8~15°,15~25°,25~35°,35~90°等6个级别 6~1 0.3 起伏度 起伏度越大,分值越高 10个级别级 10~1 0.3 土地利用因子 林地 — — 10 0.4 水域 — — 8 耕地 — — 6 其他用地 — — 4 交通用地 — — 2 建筑用地 — — 1 说明: 赋值越大表明生态适宜性越高。 -
景观生态学中的廊道是指景观中不同于相邻两侧环境的线状或带状地带[12],而生态廊道指具有保护生物多样性、过滤污染物、防治水土流失、防风固沙、调控洪水等生态服务功能的廊道类型,主要由植被、水体等生态性结构要素构成[13]。生态廊道是城市景观格局的重要组成部分,发挥着防风固土和杀菌除尘等综合生态效益,是解决景观破碎化以及实现生态网络化格局的关键。生态廊道功能的发挥是从内部向外围逐步减弱,遵循距离衰减规律。与普通欧氏距离相比,基于生态累积耗费距离模型的最小费用路径能弥补直线连接距离存在的缺陷,费用距离大小反映出景观连接程度,费用距离越小,则连接度就越高[10]。所以,基于廊道的连通度原理以及廊道功能效益的距离衰减规律,利用生态累积耗费距离模型识别研究区的潜在生态廊道[13],对研究区生态廊道建设具现实意义。潜在生态廊道是指现实中尚未充分考虑,研究者通过特定的方式和技术手段来研究不同生态源地之间的最小累计耗费距离,即从某一源地出发到另一源地之间所需要的最小成本距离,来确定有助于改善生态功能的廊道。通过实地调查,发现研究区内的生态廊道主要是以道路廊道和河流廊道为主,所以本研究的具体操作是在ArcGIS平台下,通过目视解译对研究区现有的道路廊道和河流廊道进行勾取,得到研究区的生态廊道现状图(图 5)。以提取的景观生态源地作为输入的源,景观生态耗费距离作为输入阻力,在生态累积耗费距离模型上,采用最小路径模型(shortest path)分别生成每个生态源地斑块与其他生态源地斑块之间的最小累积耗费距离,并将分别生成的最小累积耗费路径进行叠加,共同构成研究区的潜在生态廊道(图 6),并对其成本距离进行分析。研究结果见表 3。
表 3 潜在生态廊道成本距离
Table 3. Distance cost accessibility of potential ecological corridors
生态源地 成本距离/km 源地1 源地2 源地3 源地4 源地5 源地6 … 源地41 源地1 0 15.592 24.900 25.250 41.505 47.198 … 26.760 源地2 15.589 0 8 493.520 8 891.250 23 368.340 29 356.670 … 11 534.640 源地3 24.895 8.553 0 2.602 16.492 22.180 … 1.729 源地4 25.197 8.892 2.565 0 14.152 19.841 … 2.707 源地5 46.880 23.586 16.450 14.131 0 7.765 … 15.142 … … … … … … … … … 源地41 26.729 27.116 1.761 2.728 15.158 20.806 … 0 累计成本 350.612 319.684 340.769 326.868 335.312 341.627 … 340.120
Ecological corridor layout and construction in Cangnan County, Zhejiang Province
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摘要: 根据景观生态学相关理论, 应用地理信息系统(GIS)技术研究浙江省苍南县生态廊道空间布局与构建。在对研究区进行生态适宜性分析的基础上, 通过提取生态源地, 运用累积耗费距离模型构建了苍南县潜在的生态廊道, 并与现存生态廊道进行比较研究。结果表明:在苍南县东北部平原地区, 生态斑块数量和面积均较小, 斑块之间连接度较低, 景观破碎化程度较高; 道路和河流是境内主要的生态廊道, 廊道连通性较低, 其规模和服务范围均较小, 没有形成良好的生态网络。在西部、南部和西北部山区, 生境良好, 生态斑块面积较大, 但是分布不均。尤其是在中部和西部地区, 生态斑块数量较少, 斑块之间连接度低, 廊道连通性差。通过分析现存生态廊道诸多问题, 从道路廊道、河流廊道、绿带廊道出发, 优化和构建了研究区生态廊道, 实现生态廊道功能最大化的建设目标。Abstract: On the basis of landscape ecology theories, the spatial layout and construction of ecological corridors in Cangnan County, Zhejiang Province were studied with GIS technology. In the context of regional ecological suitability analysis, the ecological source was identified and the potential ecological corridors were constructed through the cumulative cost distance model and compared with the existing ecological corridors. The results indicated that in the northeastern plains in Cangnan County, the number and area of ecological patches were small; connectivity among patches was low and landscape fragmentation was serious. As major ecological corridors characterized by small size and service area, roads and rivers had low connectivity among them and did not form a good ecological network. In the western, southern and northwestern mountains with good ecological habitats, the ecological patches were larger but unevenly distributed. Especially, in the central and western regions, the number of ecological patches was small; the connectivity among both patches and corridors was low. Through the analysis of the above problems, ecological corridors including roads, rivers and green belts in the research site were optimized and constructed to realize the maximum functions of ecological corridors.
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景观分类 所包含的土地利用类型 建筑用地 城镇用地、农村居民点、工矿仓储用地、公共管理及公共服务用地等 交通用地 包括城市快速路、对外交通主干道、次干道 林地 有林地、灌木林地、疏林地、其他林地 水域 水库、河渠、湖泊、湿地 耕地 水田、旱地 其他用地 沙地、裸土地、及闲置未利用地 评价因子 评价标准 分级 评价分值 权重 坡度 坡度越大,越容易水土流失,分值越低 0~5°,5~8°,8~15°,15~25°,25~35°,35~90°等6个级别 6~1 0.3 起伏度 起伏度越大,分值越高 10个级别级 10~1 0.3 土地利用因子 林地 — — 10 0.4 水域 — — 8 耕地 — — 6 其他用地 — — 4 交通用地 — — 2 建筑用地 — — 1 说明: 赋值越大表明生态适宜性越高。 表 3 潜在生态廊道成本距离
Table 3. Distance cost accessibility of potential ecological corridors
生态源地 成本距离/km 源地1 源地2 源地3 源地4 源地5 源地6 … 源地41 源地1 0 15.592 24.900 25.250 41.505 47.198 … 26.760 源地2 15.589 0 8 493.520 8 891.250 23 368.340 29 356.670 … 11 534.640 源地3 24.895 8.553 0 2.602 16.492 22.180 … 1.729 源地4 25.197 8.892 2.565 0 14.152 19.841 … 2.707 源地5 46.880 23.586 16.450 14.131 0 7.765 … 15.142 … … … … … … … … … 源地41 26.729 27.116 1.761 2.728 15.158 20.806 … 0 累计成本 350.612 319.684 340.769 326.868 335.312 341.627 … 340.120 -
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https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.2014.06.008