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基于多源數據的山地縣域綠色基礎設施網絡構建及修復策略
——以重慶市萬州區為例

2024-03-01 11:03汪子茗
熱帶地理 2024年2期
關鍵詞:夾點萬州區廊道

汪子茗,呂 梁,汪 峰

(1.重慶交通大學 建筑與城市規劃學院,重慶400074;2.重慶大學 建筑城規學院,重慶400044)

面對快速城鎮化遺留的城鄉發展質量問題,生態修復作為恢復城鄉生態系統的重要手段,為城市修補、城市更新、城市再生、城市復興等建設方式奠定了人與自然和諧共處的可持續發展基礎(李曉暉 等,2017)。隨著地理信息技術和景觀生態學方法的廣泛應用,構建區域層面的綠地網絡結構,為國土空間規劃提供保障區域生態安全的基本方案,成為當前生態修復發展的主流技術方向(Hermoso et al., 2020;王永衡 等,2022)。綠色基礎設施(Green Infrastructure, GI)的研究體系是在人們對“綠色空間”功能和價值認知不斷深入的情況下,綜合人居環境、生物保護和綠色技術等三大主題而逐漸形成的??绯叨?、多層次的特征使縣域層面的GI網絡在重新組織生境、連接破碎斑塊和減少物種遷移阻礙的同時,能夠銜接兼顧人的使用需求的城區GI體系,為城市發展與生物保護提供共享的基礎性空間框架(欒博 等,2017;Grabowski et al.,2022)。尤其在生態資源極豐富、生態環境極復雜、生態系統極脆弱、生態服務需求極旺盛的山地城鎮,充分考慮地形因素影響下的生態底線要求,科學構建安全穩定、綜合多效的縣域GI網絡,對提升生態質量、護衛城鎮發展具有突出的現實意義和研究價值。

GI 網絡主要由網絡中心(hubs)和連接廊道(links)構成。其中,“網絡中心”是自然過程和動物的來源地、目的地;“連接廊道”是構建系統的景觀廊道、保護性廊道和綠道等連接組件(Benedict and Mcmahon, 2006;王永衡 等,2022)。構建GI網絡的方法主要有4類,即以麥克哈格生態規劃理論為基礎研究垂直生態過程的“千層餅”疊加分析法(麥克哈格,2006);以最小累積阻力模型(或最小費用距離模型,Minimum Cumulative Resistance, MCR)為主要技術手段研究水平生態過程的空間分析法(Li et al., 2022);基于圖論以網絡閉合度、環通度和連接度為衡量標準的分析方法(Grafius et al., 2018);以及基于幾何形態學按二進制圖像類型建立結構性空間連接的形態學空間格局分析方法(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)(王越 等,2017;Wei et al., 2022)。

由于數據量要求少,國內外學者常運用MSPA方法構建區域、市域和縣域的GI網絡,將“核心”和“橋接”區域分別視為源地和廊道。但因其側重表達空間形態屬性,缺少對功能連接和生境質量的考慮,于是一些學者嘗試結合生態系統服務綜合評價與權衡模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs, InVEST)、空間句法、網絡分析等方法進行綜合構建(于亞平 等,2016;陳炯臻 等,2022;丁金華 等,2022)。實際上,相比MSPA方法,MCR模型能更加科學地模擬物種在網絡中心之間遷移時選擇廊道的真實情況(蒙吉軍等,2016)。該模型通過構建土地利用類型的基礎阻力面,并綜合其他自然、社會、人為干擾因素進行阻力修正,提取潛在生態廊道(楊志廣 等,2018)。當前引入的修正因子包括TDVI/NDVI數據(邵潤鈺 等,2023)、不透水面數據(王回茴 等,2020)、夜間燈光數據(朱捷 等,2020)、隱形阻力面(方瑩 等,2020)、人類居住合成指數(周璟等,2022)等。隨著信息技術的發展,多源數據的應用愈發成熟,納入更多能直觀地反映人類活動的時空分布特征及其對生物流動的干擾影響的數據,如POI數據、人口密度、路網密度等,以建立綜合生態阻力面的方式,相比個別因子的修正作用,其靈活性和適應性更好。若再結合重力模型或圖論評價潛在廊道的相對重要性,則更有利于分級制定保護和修復策略(王越 等,2017)。此外,電路理論(Circuit Theory)也越來越多地出現在GI 網絡的研究中,其將物理學中電子在電路隨機游走的特性類比生物流在異質景觀組成的生態網絡中遷移運動的規律,從而模擬計算物種從某一路徑成功遷移的概率(Dutta et al., 2016;李久林 等,2020)。通過把隨機遷移理論和圖論相結合,電路理論彌補了過去最小成本路徑方法(Least-Cost Path method, LCP)在判斷與保護GI 網絡關鍵區域,如源地和廊道等級、生態節點等方面的不足(潘竟虎 等,2021)。

重慶市萬州區具有典型的山地城鎮特征,境內山丘起伏、水系縱橫,平壩和臺地極少,且零散分布。在最新編制的《萬州區國土空間總體規劃(2021—2035)》(公示版)①《萬州區國土空間總體規劃(2021—2035)》(公示版).http://www.wz.gov.cn/hdjl_266/yjzj/detail.html?id=2062。中,萬州區作為“生態優先、綠色發展示范區”亟需建立全區總體保護格局,系統開展生態保護、修復和綜合治理工作。而構建區域性生態格局需要大幅保留原生自然環境,這對于土地資源本就緊缺的萬州城鎮建設而言,無疑是一項潛在限制因素。因此,如何在資源有限的情況下,以生態底線為原則,建立契合“兩山理論”②“兩山理論”,即綠水青山就是金山銀山,強調經濟發展和環境保護雙贏,構建經濟與環境協同共進的地球家園。的縣域GI網絡,并識別關鍵位置,從而針對具體問題有的放矢地開展生態保護與修復工作,是生態優先原則下以萬州區為代表的山地城鎮發展亟待解決的重點問題。目前關于山地城鎮生態修復技術的研究較多(金云峰 等,2018;王云才等,2019;薛建輝 等,2022),但基于區域GI網絡視角開展修復工作的研究還較欠缺,且針對山地縣域的生態阻力面構建研究也亟待優化。為此,本文以山地城鎮萬州區全域為例,運用MSPA方法和基于多源數據的MCR 模型,識別潛在的GI網絡中心和連接廊道,構建縣域GI網絡,同時結合圖論、電路理論及幾何形態學判斷相對重要性,并分析廊道上的生態夾點,最后針對山地城鎮的典型生態問題提出對應的精細化保護與修復策略。以期為復雜地形中的山地城鎮在未來開展統籌發展的生態修復工作提供實際有效的理論支持和實踐參考。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區域

萬州區是重慶市渝東北三峽庫區城鎮群的區域中心城鎮,地處四川盆地東緣,位于30°23′50″-31°00′18″ N,107°52′22″-108°53′52″ E,海拔106~1 762 m,面積3 456.41 km2,轄14個街道、27個鎮、11個鄉,常住人口城鎮化率70.00%(重慶市萬州區統計局 等,2022)(圖1)。區內山地、丘陵為主要地貌,間有河流階地和淺平壩,其中,低山和丘陵面積約占1/4,低中山和山間平地面積約占1/4,平壩和臺地數量極少且分布零散,加上“一干九支”③“一干”指長江,“九支”指普里河、苧溪河、大周溪、五橋河、新田河、瀼渡河、石橋河、磨刀溪、泥溪河等主要長江支流。的河流資源,總體呈現典型的西南山地特征,較具代表性。作為三峽庫區腹心,萬州具有特殊而重要的生態地位,但其生態系統脆弱,仍存在水土流失、城市熱島、綠地破碎化、抗干擾能力降低等山地城鎮生態問題。在新的國土空間規劃中,生態保護和修復依舊是萬州區城鄉發展的緊要任務④詳見《萬州區國土空間總體規劃(2021—2035)》(公示版).http://www.wz.gov.cn/hdjl_266/yjzj/detail.html?id=2062。。

圖1 研究區區位及土地利用現狀Fig.1 Location and land use status of the study area

1.2 數據來源與處理

主要數據包括:1)用于MSPA 景觀格局和MCR 模型阻力面分析的萬州區土地利用數據,包含耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體和人造地表等7種用地類型;2)ASTER 第三代30 m 分辨率數字高程數據,用于分析地形相關因素;3)Landsat 8 OLI_TIRS 衛星數字產品,用于計算歸一化植被指數(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI),反映植被覆蓋度;4)此外,還有用于MCR 模型阻力面修正的路網數據、夜間燈光數據、POI數據,以及行政邊界數據。其中,燈光數據用插值法重采樣為30 m×30 m的柵格數據,行政邊界的圖冊類柵格數據需進行矢量化預處理(表1)。

表1 研究中的多源數據精度及來源Table 1 Multi-source data accuracy and source in the research

2 研究方法

2.1 研究框架

針對萬州區因自然山地環境和人為城鎮建設而產生綠色空間網絡破碎的問題,依循“網絡中心-連接廊道”的GI網絡構建途徑,結合生態夾點保護和修復思路,提出的研究框架如圖2所示,共包含3個部分:1)運用MSPA方法提取研究區的“核心(core)”景觀要素,并篩選網絡中心,同時以電路理論為指導,使用多源數據建立研究區綜合阻力面,然后運用MCR模型,結合網絡中心的識別結果,識別連接廊道;2)依據圖論和幾何形態學理論方法,結合研究區電阻、電流的分析結果,分別計算網絡中心和連接廊道的相對重要性,并劃分等級;3)結合電流密度與連接廊道,識別GI網絡中的生態夾點及其屬性特征。綜合上述分析結果,針對性地提出分區、分級和精準化生態保護與修復策略。

2.2 網絡中心的識別與分級方法

MSPA 是由Soille 和Vogt(2009)提出的一種基于數學形態學原理的柵格圖像處理技術,可以利用腐蝕、膨脹、開啟、閉合等運算序列將二值柵格圖像分割為核心(core)、孤島(islet)、孔隙(perforation)、邊緣(edge)、橋接(bridge)、環道(loop)及支線(branch)等7個互斥類別,在研究區生態斑塊的識別上表現優秀(寧琦 等,2021)。參照已有研究,利用ArcGIS平臺將研究區土地利用數據中的林地、灌木地、草地、濕地和水體等具有良好生態服務功能的5種用地類型作為分析“前景”,其他類型作為“背景”,運用Guidos Toolbox(v 3.0)進行MSPA分析,得到7類景觀要素數據(周媛,2019;丁金華 等,2022)。提取面積較大、影響生物多樣性更多的核心區域及其緊鄰的邊緣、孔隙等其他類型景觀要素作為生態源地,即研究區GI網絡的網絡中心。

由“哥尼斯堡七橋”問題開創的圖論用直觀圖形和數學方法研究圖和網絡的組合關系,其促生的景觀連接度指數常被運用于判斷源地和廊道的生態重要性(Diniz et al., 2020; Petsas et al., 2021)。隨著計算機運算能力的增強,Carroll等(2012)基于圖論的中介中心性指數(Betweenness Centrality,BC),結合電路理論,提出用電流中心性指數(current-flow BC, BCCF)替代連接度指數能強調每個源地對整個網絡的生態流動的影響程度,避免過度關注個別核心斑塊之間的路徑關系,其對單一或多物種生境連通性的研究具有很好的適配性。本文利用Linkage Mapper工具中的Centrality Analysis模塊,計算研究區網絡中心的電流中心性指數,并以自然斷裂點法進行分級,作為網絡中心生態修復的分區依據。

2.3 連接廊道的識別與分級方法

連接廊道是實現網絡中心之間的連通性和維護GI網絡整體生態功能的核心要素。由Knaapen等提出的MCR 模型主要通過分析物種由生態源地到目的地或在生態源地之間移動時需要克服的阻力,尋找最小成本路徑(LCP)。因其具有較好的實用性和擴展性,被廣泛應用于生態修復和生態規劃等領域(Knaapen et al., 1992;王越 等,2017)。

式中:MCR 是源地j移動至源地i需要克服的阻力值;f是一個反映最小累積阻力與生態過程之間的正相關關系的未知函數;Dij是從源地j到源地i的空間距離;Ri是源地i的生態阻力系數。

生態阻力面的構建是MCR 模型的一個重點。McRae于2006年率先將電路理論應用于景觀生態學分析中,將景觀阻力面比作電阻面,視生態流為電流,把有利于生態流動的景觀類型看作低電阻,反之則是高電阻,通過模擬計算節點之間的電流密度值表征物種沿該路徑遷移的概率,為建立生態阻力面提供了有效途徑(Mcrae, 2006)。結合已有關于山地城市的阻力因子研究,在選取土地利用類型和植被覆蓋度、人口密度、路網密度和夜間燈光密度等因子的基礎上,加入山地城市的代表性阻力因子——地形坡度和起伏度,以及能直觀反映人為干擾強度的POI 數據,構建研究區綜合阻力面(李政等,2020;范春苗 等,2022;陶培峰 等,2022)(表2)。其中,路網密度因子相較以往研究選取的距道路距離因子,一方面可以不考慮道路等級而只關注空間分布特征,從而降低對基礎數據的要求,另一方面可以減少因山地地形起伏導致水平距離錯誤反映真實距離的情況(鄔志龍 等,2022;張啟斌 等,2022;仇實 等,2023)。運用AHP 法和Yaahp 軟件的權重矩陣調查并計算各阻力評價因子權重(表3),一致性比例0.026 6<0.1,具有較好一致 性。利 用Linkage Mapper (V 3.0) 工 具 中 的Linkage Pathways Tool 模塊將網絡中心及綜合阻力面相結合以識別連接廊道。隨后,基于幾何形態學、電路理論和圖論,使用Linkage Priority 模塊,將廊道的滲透性和鄰近度,以及包括平面幾何特征、電流中心性和景觀類型阻力在內的相連網絡中心的平均價值等因子綜合起來計算每條連接廊道的相對重要性,作為其保護與修復的分級依據(Dutta et al., 2016)。

表2 不同土地利用類型的基準阻力值Table 2 Baseline resistance values for different land use types

表3 研究區生態阻力因子及權重Table 3 Ecological resistance factors and weights in the study area

2.4 生態夾點的提取方法

將電路理論應用于GI網絡,可以基于綜合阻力面,結合網絡中心的提取結果,統計累積電流密度的分布情況。其中,電流密度大的區域正是現狀情況下影響全局生物流動的關鍵區域,被視作廊道中的生態夾點(pinch point)區域。在該區域中,即便是小塊要素的消失也會對GI網絡的整體連通性造成不成比例的損害(Mcrae et al., 2008;宋利利 等,2016)。利用Linkage Mapper(V 3.0)工具調用Circuitscape(v 4.07)程序,結合使用Pinchpoint Mapper 模塊,輸出研究區的累積電流密度圖,疊加連接廊道識別結果確定GI網絡的生態夾點區域,作為后續開展精準生態保護的對象。

3 結果分析

3.1 網絡中心的等級分布

運用MSPA方法劃分萬州區景觀要素類型(圖3、表4)。根據島嶼生物地理學理論,斑塊的面積大小通常與物種承載力和景觀連通性成正比,所以基于不同面積核心區域占核心區域總面積的累積比例關系篩選1 km2以上的核心區域,結合緊鄰的邊緣、孔隙、支線、橋接和環道區域,構成研究區GI網絡的網絡中心(朱捷 等,2020;劉學 等,2023;曾真 等,2023)。由42塊生態源地組成,面積共計996.35 km2,占“前景”類型面積的69.95%,占研究區總面積的28.83%,總體上形成“一屏三帶,散點分布”的空間格局?!耙黄痢笔怯扇f州區東南部的“方斗山-七曜山”山脈群盤踞而成的生態屏障;“三帶”是西南-東北走向的南山、鐵峰山和長江等帶狀區域;此外,區內依托水庫和山體的林地形成少量“散點分布”的獨立斑塊,主要位于中部地區。

表4 MSPA劃分景觀要素的分類統計Table 4 Classification statistics of landscape elements classifiedby MSPA method

圖3 研究區MSPA景觀格局Fig.3 MSPA landscape pattern in the study area

計算網絡中心的電流中心性指數(BCCF),運用自然斷裂點法將GI 網絡中心分為3 級(圖4)。BCCF<140 的斑塊劃為至Ⅲ級,面積約144.91 km2,占研究區總面積的4.19%,重要性相對較低,零星散布于全區;140500的斑塊劃分至第Ⅰ級,面積約679.78 km2,占研究區總面積的19.67%,重要性較高,集中分布在長江一帶與東南山脈群區域。

圖4 研究區網絡中心的分級分布Fig.4 Hierarchical distribution of network hubs in the study area

3.2 連接廊道的等級分布

1)綜合阻力面的構建 根據表2和3的參數分別統計研究區各生態阻力因子的歸一化阻力值,并利用ArcGIS 柵格計算器計算研究區的綜合阻力面(圖5)。由圖可知,阻力高值區域位于受人為干擾最多的城區沿江發展部分;研究區中部因耕地廣布,也具有較大的生態流動阻力。

圖5 研究區各項阻力因子統計(a.土地利用類型;b.植被覆蓋度NDVI;c.地形坡度;d.地形起伏度;e.路網密度;f.人口密度;g.夜間燈光密度;h.POI密度)和綜合阻力面(i)Fig.5 Statistics of each resistance factor (a.land-use type; b.NDVI; c.slope; d.topographic relief; e.road density; f.population density;g.light density; h.POI density) and integrated resistance surface (i) in the study area

2)連接廊道的識別與分級 基于MCR 模型,利用Linkage Pathways Tool 模塊,結合網絡中心和綜合阻力面識別連接廊道。共得到連接廊道80條,總長度為292.97 km,以研究區中北部最為密集,其中靠西的連接廊道路徑長,靠東的廊道路徑短。

使用Linkage Priority 模塊計算各廊道的滲透性、鄰近性及相連網絡中心的平均價值,綜合判斷廊道性對重要性,并以自然斷裂點法進行劃分。連接廊道總體呈現“東強西弱、東短西長”的分布特征(圖6),Ⅰ級廊道有33條,總長度24.34 km,占總廊道長度的8.31%,廊道總體較短,平均長度為0.74 km,主要分布于東部網絡中心密集的區域;Ⅱ級廊道有22條,總長度49.21 km,占總廊道長度的16.80%,平均長度為2.24 km,多為Ⅱ與Ⅰ級網絡中心之間的連接廊道;Ⅲ級廊道有25 條,總長度219.42 km,占總廊道長度的74.90%,廊道較長,平均長度為8.78 km,主要位于西部,連接Ⅱ級與Ⅲ級網絡中心,具有較高的可替代性。

圖6 研究區連接廊道的分級分布Fig.6 Hierarchical distribution of links in the study area

3.3 生態夾點的分布與類型

基于ArcGIS 平臺調用Circuitscape 程序,結合Pinchpoint Mapper 模塊,使用成對模式(Pairwise)得到研究區的電流密度分布,經自然斷裂點法分級的電流密度形成由高到低Ⅰ~Ⅴ級區域(圖7)。Ⅰ級區域為生態夾點所在區域,面積約10.89 km2,占研究區總面積的0.32%,其中耕地和林地的占比最高,分別占Ⅰ級區域的63.83%和27.93%。將Ⅰ級區域與連接廊道疊加,獲得研究區現狀連接廊道的生態夾點區域,共計142 段,總長28.14 km,占連接廊道總長的9.60%(圖8)。其中,35段位于Ⅰ級廊道,38段位于Ⅱ級廊道,69段位于Ⅲ級廊道。所屬土地利用類型中,耕地占比最高,達55.89%;林地次之,為35.71%;其他類型包括草地(6.32%)、人造地表(1.51%)和水體(0.46%)。圖8 顯示,生態夾點主要位于破碎斑塊之間,分布最為集中的是東部黃柏鄉、太龍鎮、白羊鎮、長嶺鎮和太安鎮一帶,其物種遷移頻繁,是保障縣域GI網絡生態服務功能的重點區域。還有其他散布的夾點區域,都需要根據土地利用類型采取相應的生態保護和修復措施。

圖7 研究區電流密度分布Fig.7 Current-flow density distribution in the study area

圖8 研究區生態夾點區域Fig.8 Ecological pinch point areas in the study area

4 保護修復策略

網絡中心和連接廊道是構建GI 網絡的核心要素,對區域生態保護和生態系統服務功能的影響較為突出,而位于連接廊道關鍵地段的生態夾點區域更是處在生態保護的戰略地位,需全面開展保護與修復工作。為此,首先要在資金和制度保障上夯實基礎,如拓寬生態保護與修復的資金渠道,包括破壞方的責任賠償、政府設立的專項資金、增收相關環境成本稅收和激勵社會資本的廣泛參與;再如完善生態修復的制度體系,包括資金保障制度、修復監督制度和績效評價制度等。而在技術層面,應根據研究區GI網絡的識別及分級、分類結果,制定網絡中心分區修復、連接廊道分級修復和生態夾點精準修復等生態優化策略。

4.1 網絡中心分區修復

因地形起伏,山地生態環境在人口增長和經濟發展的影響下更易產生水土流失、土地貧瘠化和荒漠化等生態問題,因此應大面積增加植被,穩固生態功能。根據相對重要性分級結果,將網絡中心劃分為連綿涵養區、重點保護區和獨立修復區。其中,連綿涵養區為骨架山水林區;重點保護區為槽谷、坪壩內集中分布的林地斑塊;獨立修復區為散布其間的小型林、草地斑塊。

1)作為Ⅰ級網絡中心的連綿涵養區是萬州區GI網絡保障生態安全的底線區域,包括依托長江及兩岸林、草地形成的高連接度帶狀生態源地和依托方斗山-七曜山山脈群形成大規模、高連接度的生態源地,為萬州區大型物種提供重要棲息地。應結合生態紅線勘界定標,封山育林,守護山地城市的生態本底;在山麓和水岸設置必要的生態緩沖空間,嚴控毀林墾荒行為;在低丘緩坡地帶加強治理,防控水土流失,以全面涵養河流和山林生態環境的延續與恢復能力。

2)作為Ⅱ級網絡中心的重點保護區是構成GI網絡的次重要區域,規模略小于連綿涵養區,均位于萬州區的北部,包括鐵峰山山脈、登豐水庫,以及太龍鎮、白羊鎮和長嶺鎮交界的低山林區,應以人工植樹、飛播造林等干預手段涵養水源、提升現有林地質量,提高生態系統穩定性。此外,結合Ⅰ和Ⅱ級網絡中心分布情況,萬州區西南部斑塊少且破碎程度高,應依托響水鎮、甘寧鎮和分水鎮的自然保護地與河流,逐步培養新的林地斑塊。

3)作為Ⅲ級網絡中心的獨立修復區是一些小型林、草地斑塊,也包括南、北邊緣的山體林地,能在Ⅰ和Ⅱ級網絡中心區域之外有效補充GI網絡中的“種源地”。由于此類型斑塊規模較小,且常??拷擎?、村莊等建設用地,較易受開發建設活動的影響,需要加強保護,并以補綠、增綠等方式優化斑塊形狀,強化內部結構,提高生態功能。

4.2 連接廊道分級修復

萬州區當前GI連接廊道的分布受網絡中心“東密西疏”的影響,東部廊道重要性高且可替代性低,西部廊道重要性低、距離遠且可替代性高。結合山地生態環境特征,還需兼顧水土涵養功能,并綜合考慮廊道的持久性、穩定性以及廊道寬度。根據相對重要性分析結果,將連接廊道劃分為關鍵廊道、重要廊道和一般廊道。

1)關鍵廊道屬于Ⅰ級連接廊道,是物種在Ⅰ和Ⅱ級網絡中心之間進行短距離遷移的高概率路徑,重要性較高,對維系縣域GI網絡關鍵地段的生態連通性影響較大。應以生物多樣性恢復和地質災害防治為目標加強邊坡植被管理,同時應劃定廊道保護控制區,清退開發建設活動,退耕還林、退建還生,增加廊道上的林草種類,適當優化周邊土地利用類型,以確保關鍵廊道的空間連通性、生境穩定性以及物種通行的必要寬度。

2)重要廊道屬于Ⅱ級連接廊道,是連接Ⅱ級網絡中心的中等距離物種遷移的較高概率路徑,具有一定的可替代性,對GI網絡的影響僅次于關鍵廊道。原則上應確保其空間連通性,但對于難以實現自然恢復或新建成林的廊道地段,可以通過因地制宜保留或新建一些散置的小型自然植被斑塊來提供廊道功能,以達到廊道的連通性和寬度要求。當廊道路徑處于發展林地成本過高且生態敏感性較低的農業耕種區時,可借助樹籬或林帶網以保持廊道的基本連通性。

3)一般廊道屬于Ⅲ級連接廊道,主要為Ⅱ和Ⅲ級網絡中心之間的物種遷移提供路徑空間,且可替代性較高。應順應地形選擇生態阻力小、修復成本低的路徑構建廊道或改善廊道的生境質量和連續性,從而提高物種遷移概率,增強GI網絡穩定性。一般廊道常穿越建設用地,應結合人工生態廊道、立體綠化技術提高空間連接性,減少道路對景觀的切割。此外,由于西南部GI網絡的結構比較薄弱,還應配合網絡中心的優化進程,提高局部地段的生態網絡連通度。

4.3 生態夾點精準修復

生態夾點是縣域GI 網絡中的高質量生境連接處,同時也是連接廊道容易斷裂、需要強化保護和重點維育的地段。為避免成為物種遷移的瓶頸,同時給野生動物提供必要的臨時棲息地,生態夾點區域應實行嚴格的生態保護政策,禁止開發建設及其他人為活動,并且應選擇更加持久、穩定和具有較廣泛的物種適宜性的林種和樹種進行保護和修復。

萬州區生態夾點區域的主要用地類型包括耕地、林地、草地,以及少量人造地表和水體,應針對不同的用地類型組合方式,制定精準化生態保護與修復策略。以林地類型為主的生態夾點區域,應建立森林保護機制和定期監測機制,禁止不適宜的林木開采行為,適時增補栽植,持續跟進森林植被的生長和構成情況。以耕地和草地類型為主的生態夾點區域,應嚴令禁止當地居民對野生動物的捕殺行為,控制農藥用量,逐步置換出林地斑塊。毗鄰人造地表土地類型的夾點區域,應植樹造林,并增設生態緩沖帶。以水體類型為主的生態夾點區域,要涵養水岸植被,必要時采取技術手段以避免阻礙陸生生物遷移。

5 結論與討論

1)以林地、灌木地、草地、濕地和水體為“前景”進行MSPA 分析,得到構成萬州區縣域GI網絡的網絡中心共42塊,總面積約996.35 km2,占研究區總面積的28.83%,形成“一屏三帶、散點分布”的格局。以BCCF為依據判斷網絡中心的相對重要性,形成3級區域,重要性由高到低依次為依托長江和方斗山-七曜山形成的連綿涵養區、依托鐵峰山、登豐水庫和東部山林形成的重點保護區,以及包括南、北緣山林和一些小型斑塊的獨立修復區,分別采用涵養、穩固和修復等不同級別和方式的生態保護與修復策略。

2)綜合土地利用、植被覆蓋、地形、人口和路網,以及POI 數據等阻力因子建立綜合阻力面,阻力高值區域位于長江中段的城鎮建設區。結合網絡中心數據,運用MCR 模型計算最小累積阻力路徑,識別出連接廊道80 條,總長度為292.97 km??傮w呈現“東強西弱、東短西長”的分布特征,與網絡中心一同構建萬州區縣域GI網絡。以集成廊道的滲透性和鄰近性以及網絡中心價值的相對重要性指數為依據,將連接廊道劃分為關鍵、重要和一般3 個等級,分別采用嚴控、修補和擴增等分級生態保護與修復策略。

3)基于電路理論,分析萬州區生物流密度分布情況,結合連接廊道提取生態夾點區域,即對于維持縣域GI網絡連通性具有戰略意義或瓶頸作用的關鍵地段,共計142 處,累積長度約28.14 km,占連接廊道總長度的9.60%。其中,最主要的土地利用類型是耕地,占比達到55.89%,其次包括林地(35.71%)、草地(6.32%)、人造地表(1.51%)和水體(0.46%),需根據類型組合情況,分別制定以森林維育、耕地置換、控制開發和水岸植被恢復為主的精準化生態保護與修復策略。

本文從生態連通性出發,兼顧山地城鎮的典型生態問題,結合使用多源數據,綜合應用MSPA方法、MCR 模型、電路理論和圖論,識別網絡中心和連接廊道并予以相對重要度分級,同時提取連接廊道上的生態夾點區域,由此構建萬州區縣域GI網絡,并針對性提出具有分區、分級和精細化組合特點的生態保護與修復策略。與以往研究相比,1)本文在GI網絡構建過程中,強調生物流動性需求是對現有GI 網絡構建方法的優化(欒博 等,2017);2)在建立生態阻力面上,除土地利用類型因子外,基于多源數據篩選有關自然、地形和人為干擾的7項因子進行綜合評價,從而提高阻力評價的客觀性,其中,地形坡度和起伏度因子能提高對山地環境的適應性,POI密度和夜間燈光密度能直觀反映人為干擾情況(范春苗 等,2022;陶培峰 等,2022;鄔志龍 等,2022);3)在保護與修復方面,基于網絡中心和連接廊道的重要性分析結果以及生態夾點的識別,制定分區、分級和精準化的策略,更有利于在土地資源極其緊缺的山地城鎮遵循保護與發展協調并進的生態優先原則。但本文運用AHP法對生態阻力面評價因子進行賦權存在主觀成分,需要在后續研究中優化。另外,受到研究尺度和數據精度的限制,對于GI網絡的生態保護與修復策略停留在比較宏觀的戰略層面,對于GI在中、微觀層面有關人居環境和工程技術的具體實施策略,有待進一步研究。

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