基于最小累計阻力模型的西南城市景觀連通性研究

張青萍+楊柳

摘要：以貴州省貴陽市為研究對象，從結構連通性、綠當量強度、功能連通性三方面入手，采用綠當量計算阻力系數，并利用阻力因子的分級對MCR模型進行修正，模擬生態景觀連通性優化廊道，對景觀格局進行優化研究。結果顯示，2001—2013年，研究區景觀破碎度、人類干擾程度大幅增大，生物多樣性有所提高，景觀連通性、團聚性減弱，結構連通性總體呈下降趨勢，威脅區域景觀生態功能的流通；中心城區綠當量強度明顯下降，3縣1市地區的綠當量強度增加；阻力值分布呈4個阻力高值區，阻礙了生態流的流通，可構建2條優化主廊道及2條優化次廊道作為物種遷移和生態流空間擴散的通道。

關鍵詞：景觀；連通性；最小阻力模型；生態；綠當量；系統服務價值；西南山區；貴陽

中圖分類號： F301.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0438-04

收稿日期：2015-12-21

基金項目：國家自然科學基金（編號：41401400）；貴州大學文科重大科研項目（編號：GDZT201305號）；貴州省科學技術基金（編號：黔科合J字[2012]2170號）；貴州大學引進人才科研基金[編號：貴大人基合字（2010）006號]；貴州省教育廳高等學校人文社會科學研究基地項目。

作者簡介：張青萍（1990—），女，碩士研究生，主要從事土地資源利用與保護研究。E-mail：651418954@qq.com。

通信作者：楊柳，博士，副教授，主要從事土地利用研究與數據挖掘研究。E-mail：yang_whu.edu@163.com。西南山區是我國經濟比較落后的地區，也是我國生態環境十分脆弱的地區。西南山區擁有大面積的喀斯特碳酸鹽地貌，是典型的生態環境脆弱區域，加之城市化進程中人為干擾城市景觀格局，西南山區城市生態環境敏感度及破碎程度不斷提高，嚴重威脅城市的生態建設。

景觀連通性是指景觀促進或阻礙生態流在景觀格局間運動的程度[1]，實際上是反映生態流、物質能量流在景觀中擴散和流動的能力，包括結構連通性（structural connectivity）和功能連通性（functional connectivity）。早期的景觀連通性研究側重于對景觀結構進行分析，而景觀功能連通性的研究幾乎沒有涉及，隨著對景觀連通性研究的深入，許多學者利用多種模型對功能連通性進行相關研究。目前，基于模型的景觀連通性研究均是利用生境斑塊分布和物種運動等信息，在景觀尺度上模擬出景觀連通性，如擴散成功（dispersal success）、搜索時間（search time）、離散隨機軌道（discrete random walks）和細胞遷入（cell migration）等模型[2]，但是，這些模型對運算和數據的要求非?？量?，操作復雜，不適用于宏觀尺度的區域土地利用結構調整、生態保護區規劃等景觀連通性研究[3]。近年來，一些學者采用最小累積阻力模型（minimum cumulative resistance，MCR）模擬區域景觀中的連通性[4-5]，具有數據要求簡單、運算快捷、模擬結果直觀形象等優點，是目前景觀大尺度水平上評價景觀連通性較好的工具之一。本研究利用綠當量及源的分級，對MCR模型進行修正，從景觀結構連通性、景觀綠當量強度、景觀功能連通性三方面對研究區景觀的連通性進行模擬，以期對研究區生態格局進行優化。

1研究區概況及數據來源

1.1研究區概況

貴陽市作為貴州省的省會城市，是貴州經濟、文化和交通中心，位于貴州省中部，106°07′～107°17′ E、26°11′～26°55′ N。貴陽市呈西南高、東北低的地勢，屬于典型的西南喀斯特山地，境內分布有大量的山地及丘陵，90%左右為山地、丘陵、峽谷等，區域地貌破碎；最高峰海拔1 659 m，最低處海拔 880 m，平均海拔1 100 m左右，海拔相對高差大。貴陽市受典型西南山區地貌的影響，生態環境脆弱，景觀連通性比較弱。

1.2數據來源

利用2013年6月的Landsat遙感影像為基礎數據（數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站http：//www.gscloud.cn，分辨率為30 m×30 m），結合貴陽市西南山區現狀、研究需要及土地利用現狀分類標準對影像進行分類，解譯得到耕地、林地、建設用地、水體和草地5個地類，并形成土地利用分類圖作為研究底圖（圖1）。

2基于MCR模型的景觀連通性計算

2.1最小累計阻力模型概述及其應用于景觀連通性的原理

MCR模型是指模擬生態流從“源”經過具有不同生態服務功能的景觀過程中所需要克服阻力的模型，最早由Knaapen等[6]提出，其關鍵因素為源、景觀阻力系數及運動距離[7]，其一般表達式[8]為：

MCR=∫min∑（Dij×Rj）。

式中：MCR為最小累積阻力值；Dij表示物質流從源到景觀柵格單元的運動距離；Rj表示景觀單元i對物質流運動的阻力系數；f表示最小累積阻力與距離、景觀阻力因子呈正相關；i表示景觀單元的個數，j表示阻力面柵格個數。MCR模型最早被應用于生物遷移研究，生物體對景觀結構的感知和反應會改變其運動方向及快慢程度，這種感知和反應即為旅行費用（travel cost），用于描述景觀阻礙或促進物質流在生境斑塊間的運動過程，與景觀功能連通性原理非常相似[9]，可把景觀功能連通性換算為物質流在景觀中擴散所需的阻力。因此，近年來，MCR模型因其簡便形象常被用于景觀連通性研究。

2.2源地識別

“源”是物質流擴散和維持的原點，具有內部同質性和向四周擴張或集聚的能力[10]。本試驗以典型、具有代表性的生態用地，即具有良好生態服務價值的生態區域如自然保護區、森林公園、旅游景點、水源地、公園、文化保護區等作為源，對城市生態用地景觀的連通性變化進行研究。

2.3阻力系數設定

阻力系數設定是MCR模型的關鍵，而目前相關研究忽略了生態流在景觀格局流動過程中存在絕對的運動約束。建設用地具有地面硬質化、土壤養分退化等特征而幾乎不可能再被重新作為植物生存的載體，這些建設用地區域構成生態流流動的剛性約束，生態流無法流通，只能跨越，與距離無關，建設用地將對生態流流通的模擬結果產生重要影響。阻力系數設定分為生態流通剛性阻力及一般阻力系數，本試驗將研究區建設用地形成生態流通剛性阻力分布圖，地類要素形成生態流通一般阻力圖，最終形成生態流通綜合阻力圖，并對MCR模型進行修正。

2.3.1生態流通剛性阻力設定根據研究目的及研究區地類分布情況，將建設用地確定為剛性阻力因子，對生態流流動構成剛性約束，阻力系數無窮大，實際過程中將其阻力值賦為999[11]。

2.3.2生態流通一般阻力系數設定從生態角度出發研究城市景觀連通性，生態流在景觀格局中運動的最大阻礙是地類。目前，一般阻力系數設定沒有統一標準。綠當量是度量生態系統健康及連續程度的一個重要指標，基于綠當量對地類生態用地功能的精確表達，本研究利用地類的平均綠當量來設定生態流通的阻力系數。根據前人研究成果[12-17]，并結合研究區的地理特征計算研究區生態服務總分值，測算研究區地類的平均綠當量。研究區生態服務總分值計算公式為：

P=∑19i=1Ai。

式中：P為生態服務總分值；A為指標評價分值；i為指標個數。在全年滿種的前提下，設定林地綠當量為1.00，則各地類平均綠當量計算公式為：Li=Ai/A林。

式中：Li為各地類平均生態綠當量；Ai為各地類生態系統服務總價值；A林為林地生態系統服務總價值。

經統計，貴陽市自然林地、人工林地、園地生態服務總分平均值為154.24；相同面積及全年滿種情況下，水田、旱地等耕地生態服務總分平均值為120.56，草地生態服務總分值為121.84，水體生態服務總分值為142.56。由于我國各地區分屬不同氣候帶，氣候條件不同，作物熟制不同，需要對滿種前提下的生態綠當量進行修正，一般是將總分值乘以生長期系數。貴陽市屬于西南亞熱帶地區，且位于秦淮線-北回歸線之間，作物1年2熟，故生長期系數取0.67[18]。經修正，林地、草地（暫以熟制討論）、耕地、水體（暫以綠當量計算）平均生態綠當量分別為1.00、0.53、0.52、0.62，以每種生態功能要素平均綠當量占總平均綠當量比例的倒數作為阻力因子的阻力系數，則貴陽市林地、草地、耕地、水體的阻力系數分別為27、50、53、44（表1）。

3結果與分析

3.1研究區景觀結構連通性的演變

景觀結構連通性可以通過連通性指數來衡量，包括破碎度、集聚度、蔓延度、分離度、連通度等景觀格局指數[19]，通過景觀格局軟件Fragstats可計算得到。利用Fragstats軟件，從地類級別（class metrics）選取斑塊個數（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI），從景觀級別（landscape metrics）選取斑塊凝聚度（COHESION）、分離度（SPLIT）、香農多樣性指數（SHDI）、聚合度（AI）、蔓延度（CONTAG）共8個指數對景觀結構連通性進行描述。由表2可見，2001—2013年，研究區斑塊個數及斑塊密度分別由145 382個、18.35 個/km2上升到262 659個、33.16 個/km2，這說明研究區景觀破碎度因建設用地的增加而大幅增大；最大斑塊指數由33.43%上升到64.48%，這說明研究區人類干擾程度不斷增大，人為規劃設計活動對研究區景觀的干擾和影響痕跡明顯；斑塊凝聚度及蔓延度分別從99.78%、45.44%下降到99.46%、41.96%，這說明研究區景觀連通性呈下降趨勢，生態用地斑塊功能和廊道功能均有一定程度減弱；香農多樣性指數由 1.10 上升到1.19，這說明研究區林地、草地等生態用地面積大幅增加，生物多樣性也隨之升高；分離度增大而聚合度下降，這說明研究區景觀的團聚性減弱。從2001—2013年，研究區景觀結構的連通性總體呈下降趨勢，人類干擾、不透水面的侵蝕覆蓋等都威脅區域景觀生態功能的流通。

3.2研究區景觀綠當量強度的演變

設Xl為研究區實際林地綠當量，x為研究區實際綠當量，Si為i類用地面積，gi為綠當量，i代表用地類型（i=1，2，3，4，…），根據最佳綠地覆蓋率計算得到城市林地面積為Sl，城市實際林地面積為Ss，得到模型為：Sl=MZ×Fh（式中：Fh為合理的綠地覆蓋率，MZ為城市總面積），對應的綠當量為X=1；城市實際林地綠當量為：Xl=Si/Sl×100%；城市總綠當量為：x=X1+∑3i=1Si×giSl×100%。合理綠地覆蓋率Fh計算參照倪琳等的方法[20]，計算公式為：Fh=（MZ-Mj-Ms-Mg-Mn）/MZ，式中：Mj為區域建設用地面積，Ms為區域水體面積，Mg為區域耕地面積，Mn為難利用地。由表3可見，2001—2013年，貴陽市生態用地不斷增加，其生態綠當量及林地綠當量有所增加，而草地及耕地綠當量呈下降趨勢。

在ArcGIS中，用每種景觀綠當量值占區域總值的比例作為景觀服務功能強度，將2001年、2013年50 m×50 m柵格圖按綠當量結果進行重新分類，對綠當量進行空間化。由圖2可見，2001—2013年，南明區、云巖區、觀山湖區、白云區、烏當區、花溪區等中心城區的綠當量由于建設用地擴展，其強度呈明顯下降趨勢，市中心城區呈現大面積的綠當量低值區，其景觀服務功能偏低；息烽縣、修文縣、開陽縣、清鎮市這處于城市邊緣的3縣1市，其綠當量強度卻因生態用地面積的增加而增加。

3.3景觀功能連通性演變及優化

3.3.1最小累計阻力值的計算將提取的生態源地矢量圖層和生態流通綜合阻力柵格圖層導入ArcGIS下的cost distance模塊，計算出研究區所有源地到每個柵格的最小累積阻力值，利用最小累積阻力模型模擬研究區生態用地景觀的連通性，阻力值大的柵格表示景觀連通性弱，反之則景觀連通性強。由圖3可見，2001年、2013年，阻力值分布呈明顯的4個阻力高值區，且這4個區域阻力值集中分布；中心城區的高阻力區主要集中在市中心的南明區、花溪區沿線，3縣1市的高阻力區也集中分布在建設用地相對集中的城中心；整個研究區高阻力值基本沿建設用地分布而展開，建設用地密度越大，基礎設施建設越完善，地面基本被不透水面覆蓋，城市綠地所占比例越小，說明此區域景觀的連通性越弱，需要加強生態建設；中心城區低阻力區主要分布在烏當區及花溪區大部分地區，是貴陽市城區水庫、濕地、公園、風景旅游區等生態用地最為集中且面積最大的區域，形成了貴陽市城區的生態保護屏障，對貴陽市城區氣候、生態環境起調節與保護作用，3縣1市的低阻力區集中分布在郊區、農村及風景區等生態環境優良的區域，這些區域景觀連通性強，需要保持并進一步加強保護。2001年到2013年，由于建設用地的不斷擴展，生態用地被侵蝕，城市中心城區的阻力值明顯呈增加趨勢，即景觀連通性強度下降。2002年，貴州省全面推行退耕還林政策，促使了3縣1市地區林地及草地面積的增加，其阻力值呈下降趨勢，即景觀連通性強度增加。

3.3.2景觀連通性優化閾值的設定利用2013年阻力值分布圖像元（阻力值）大小與柵格數目的關系，采用自然斷點法，取曲線拐點處（A點）作為景觀連通性優化閾值設定的分界點[21]，則阻力值大于1 023 726的區域為生態阻力高值區（圖4）。

3.3.3連通性優化生態廊道的構建在ArcGIS中，利用景觀連通性優化閾值對2013年阻力分布圖進行重新分類，得到4個明顯的生態阻力高值區，該區域景觀連通性較弱，利用生態廊道可對其景觀連通性進行提升，將4個主要生態阻力高值區的中心進行連接，構建西—東北、南—北方向的2條優化主廊道；為加強廊道建設，可將4個主要生態高值區與其周圍的次要生態高值區中心連接起來，構建東—西南、南—東北方向的2條優化次廊道，作為物種遷移和生態流、物質流空間擴散的廊道（圖5）。在城市規劃和生態建設中，要特別注意這4條生態廊道的建設，以提高研究區的綠當量，形成研究區良好的生態系統，并維持城市生態健康及生物多樣性。

4結論

以貴陽市為例，采用修正的MCR模型對研究區景觀連通性進行模擬，并利用ArcGIS等可視化軟件對研究區的景觀連通性進行研究，結果表明，2001—2013年，研究區景觀破碎及人類干擾程度不斷增大，人為規劃設計活動對研究區景觀的干擾和影響痕跡明顯，生物多樣性有所提高，景觀連通性及景

觀的團聚性減弱，研究區景觀結構連通性總體呈下降趨勢，不利于區域景觀生態功能的流通；貴陽市中心城區綠當量由于建設用地的擴展，其強度呈明顯下降趨勢，處于城市邊緣的3縣1市其綠當量強度卻因生態用地面積增加而增加；由于建設用地的不斷擴展并侵蝕生態用地，城市中心城區的阻力值呈增加趨勢，景觀連通性強度下降，3縣1市由于林地及草地面積的增加，其阻力值呈下降趨勢，景觀連通性強度增加；高阻力區主要集中在市中心的南明區、花溪區沿線及3縣1市的城區，高阻力值分布基本沿建設用地的分布而展開，形成4個明顯的阻力高值區，該區域景觀連通性非常弱，需對其進行優化。根據阻力高值區的分布情況，構建了2條景觀連通性優化主廊道與2條優化次廊道，為生態流、物質流的流通疏通了道路。

參考文獻：

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張青萍 楊柳

摘要：以貴州省貴陽市為研究對象，從結構連通性、綠當量強度、功能連通性三方面入手，采用綠當量計算阻力系數，并利用阻力因子的分級對MCR模型進行修正，模擬生態景觀連通性優化廊道，對景觀格局進行優化研究。結果顯示，2001—2013年，研究區景觀破碎度、人類干擾程度大幅增大，生物多樣性有所提高，景觀連通性、團聚性減弱，結構連通性總體呈下降趨勢，威脅區域景觀生態功能的流通；中心城區綠當量強度明顯下降，3縣1市地區的綠當量強度增加；阻力值分布呈4個阻力高值區，阻礙了生態流的流通，可構建2條優化主廊道及2條優化次廊道作為物種遷移和生態流空間擴散的通道。

關鍵詞：景觀；連通性；最小阻力模型；生態；綠當量；系統服務價值；西南山區；貴陽

中圖分類號： F301.2文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0438-04

收稿日期：2015-12-21

基金項目：國家自然科學基金（編號：41401400）；貴州大學文科重大科研項目（編號：GDZT201305號）；貴州省科學技術基金（編號：黔科合J字[2012]2170號）；貴州大學引進人才科研基金[編號：貴大人基合字（2010）006號]；貴州省教育廳高等學校人文社會科學研究基地項目。

作者簡介：張青萍（1990—），女，碩士研究生，主要從事土地資源利用與保護研究。E-mail：651418954@qq.com。

通信作者：楊柳，博士，副教授，主要從事土地利用研究與數據挖掘研究。E-mail：yang_whu.edu@163.com。西南山區是我國經濟比較落后的地區，也是我國生態環境十分脆弱的地區。西南山區擁有大面積的喀斯特碳酸鹽地貌，是典型的生態環境脆弱區域，加之城市化進程中人為干擾城市景觀格局，西南山區城市生態環境敏感度及破碎程度不斷提高，嚴重威脅城市的生態建設。

景觀連通性是指景觀促進或阻礙生態流在景觀格局間運動的程度[1]，實際上是反映生態流、物質能量流在景觀中擴散和流動的能力，包括結構連通性（structural connectivity）和功能連通性（functional connectivity）。早期的景觀連通性研究側重于對景觀結構進行分析，而景觀功能連通性的研究幾乎沒有涉及，隨著對景觀連通性研究的深入，許多學者利用多種模型對功能連通性進行相關研究。目前，基于模型的景觀連通性研究均是利用生境斑塊分布和物種運動等信息，在景觀尺度上模擬出景觀連通性，如擴散成功（dispersal success）、搜索時間（search time）、離散隨機軌道（discrete random walks）和細胞遷入（cell migration）等模型[2]，但是，這些模型對運算和數據的要求非?？量蹋僮鲝碗s，不適用于宏觀尺度的區域土地利用結構調整、生態保護區規劃等景觀連通性研究[3]。近年來，一些學者采用最小累積阻力模型（minimum cumulative resistance，MCR）模擬區域景觀中的連通性[4-5]，具有數據要求簡單、運算快捷、模擬結果直觀形象等優點，是目前景觀大尺度水平上評價景觀連通性較好的工具之一。本研究利用綠當量及源的分級，對MCR模型進行修正，從景觀結構連通性、景觀綠當量強度、景觀功能連通性三方面對研究區景觀的連通性進行模擬，以期對研究區生態格局進行優化。

1研究區概況及數據來源

1.1研究區概況

貴陽市作為貴州省的省會城市，是貴州經濟、文化和交通中心，位于貴州省中部，106°07′～107°17′ E、26°11′～26°55′ N。貴陽市呈西南高、東北低的地勢，屬于典型的西南喀斯特山地，境內分布有大量的山地及丘陵，90%左右為山地、丘陵、峽谷等，區域地貌破碎；最高峰海拔1 659 m，最低處海拔 880 m，平均海拔1 100 m左右，海拔相對高差大。貴陽市受典型西南山區地貌的影響，生態環境脆弱，景觀連通性比較弱。

1.2數據來源

利用2013年6月的Landsat遙感影像為基礎數據（數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站http：//www.gscloud.cn，分辨率為30 m×30 m），結合貴陽市西南山區現狀、研究需要及土地利用現狀分類標準對影像進行分類，解譯得到耕地、林地、建設用地、水體和草地5個地類，并形成土地利用分類圖作為研究底圖（圖1）。

2基于MCR模型的景觀連通性計算

2.1最小累計阻力模型概述及其應用于景觀連通性的原理

MCR模型是指模擬生態流從“源”經過具有不同生態服務功能的景觀過程中所需要克服阻力的模型，最早由Knaapen等[6]提出，其關鍵因素為源、景觀阻力系數及運動距離[7]，其一般表達式[8]為：

MCR=∫min∑（Dij×Rj）。

式中：MCR為最小累積阻力值；Dij表示物質流從源到景觀柵格單元的運動距離；Rj表示景觀單元i對物質流運動的阻力系數；f表示最小累積阻力與距離、景觀阻力因子呈正相關；i表示景觀單元的個數，j表示阻力面柵格個數。MCR模型最早被應用于生物遷移研究，生物體對景觀結構的感知和反應會改變其運動方向及快慢程度，這種感知和反應即為旅行費用（travel cost），用于描述景觀阻礙或促進物質流在生境斑塊間的運動過程，與景觀功能連通性原理非常相似[9]，可把景觀功能連通性換算為物質流在景觀中擴散所需的阻力。因此，近年來，MCR模型因其簡便形象常被用于景觀連通性研究。

2.2源地識別

“源”是物質流擴散和維持的原點，具有內部同質性和向四周擴張或集聚的能力[10]。本試驗以典型、具有代表性的生態用地，即具有良好生態服務價值的生態區域如自然保護區、森林公園、旅游景點、水源地、公園、文化保護區等作為源，對城市生態用地景觀的連通性變化進行研究。

2.3阻力系數設定

阻力系數設定是MCR模型的關鍵，而目前相關研究忽略了生態流在景觀格局流動過程中存在絕對的運動約束。建設用地具有地面硬質化、土壤養分退化等特征而幾乎不可能再被重新作為植物生存的載體，這些建設用地區域構成生態流流動的剛性約束，生態流無法流通，只能跨越，與距離無關，建設用地將對生態流流通的模擬結果產生重要影響。阻力系數設定分為生態流通剛性阻力及一般阻力系數，本試驗將研究區建設用地形成生態流通剛性阻力分布圖，地類要素形成生態流通一般阻力圖，最終形成生態流通綜合阻力圖，并對MCR模型進行修正。

2.3.1生態流通剛性阻力設定根據研究目的及研究區地類分布情況，將建設用地確定為剛性阻力因子，對生態流流動構成剛性約束，阻力系數無窮大，實際過程中將其阻力值賦為999[11]。

2.3.2生態流通一般阻力系數設定從生態角度出發研究城市景觀連通性，生態流在景觀格局中運動的最大阻礙是地類。目前，一般阻力系數設定沒有統一標準。綠當量是度量生態系統健康及連續程度的一個重要指標，基于綠當量對地類生態用地功能的精確表達，本研究利用地類的平均綠當量來設定生態流通的阻力系數。根據前人研究成果[12-17]，并結合研究區的地理特征計算研究區生態服務總分值，測算研究區地類的平均綠當量。研究區生態服務總分值計算公式為：

P=∑19i=1Ai。

式中：P為生態服務總分值；A為指標評價分值；i為指標個數。在全年滿種的前提下，設定林地綠當量為1.00，則各地類平均綠當量計算公式為：Li=Ai/A林。

式中：Li為各地類平均生態綠當量；Ai為各地類生態系統服務總價值；A林為林地生態系統服務總價值。

經統計，貴陽市自然林地、人工林地、園地生態服務總分平均值為154.24；相同面積及全年滿種情況下，水田、旱地等耕地生態服務總分平均值為120.56，草地生態服務總分值為121.84，水體生態服務總分值為142.56。由于我國各地區分屬不同氣候帶，氣候條件不同，作物熟制不同，需要對滿種前提下的生態綠當量進行修正，一般是將總分值乘以生長期系數。貴陽市屬于西南亞熱帶地區，且位于秦淮線-北回歸線之間，作物1年2熟，故生長期系數取0.67[18]。經修正，林地、草地（暫以熟制討論）、耕地、水體（暫以綠當量計算）平均生態綠當量分別為1.00、0.53、0.52、0.62，以每種生態功能要素平均綠當量占總平均綠當量比例的倒數作為阻力因子的阻力系數，則貴陽市林地、草地、耕地、水體的阻力系數分別為27、50、53、44（表1）。

3結果與分析

3.1研究區景觀結構連通性的演變

景觀結構連通性可以通過連通性指數來衡量，包括破碎度、集聚度、蔓延度、分離度、連通度等景觀格局指數[19]，通過景觀格局軟件Fragstats可計算得到。利用Fragstats軟件，從地類級別（class metrics）選取斑塊個數（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI），從景觀級別（landscape metrics）選取斑塊凝聚度（COHESION）、分離度（SPLIT）、香農多樣性指數（SHDI）、聚合度（AI）、蔓延度（CONTAG）共8個指數對景觀結構連通性進行描述。由表2可見，2001—2013年，研究區斑塊個數及斑塊密度分別由145 382個、18.35 個/km2上升到262 659個、33.16 個/km2，這說明研究區景觀破碎度因建設用地的增加而大幅增大；最大斑塊指數由33.43%上升到64.48%，這說明研究區人類干擾程度不斷增大，人為規劃設計活動對研究區景觀的干擾和影響痕跡明顯；斑塊凝聚度及蔓延度分別從99.78%、45.44%下降到99.46%、41.96%，這說明研究區景觀連通性呈下降趨勢，生態用地斑塊功能和廊道功能均有一定程度減弱；香農多樣性指數由 1.10 上升到1.19，這說明研究區林地、草地等生態用地面積大幅增加，生物多樣性也隨之升高；分離度增大而聚合度下降，這說明研究區景觀的團聚性減弱。從2001—2013年，研究區景觀結構的連通性總體呈下降趨勢，人類干擾、不透水面的侵蝕覆蓋等都威脅區域景觀生態功能的流通。

3.2研究區景觀綠當量強度的演變

設Xl為研究區實際林地綠當量，x為研究區實際綠當量，Si為i類用地面積，gi為綠當量，i代表用地類型（i=1，2，3，4，…），根據最佳綠地覆蓋率計算得到城市林地面積為Sl，城市實際林地面積為Ss，得到模型為：Sl=MZ×Fh（式中：Fh為合理的綠地覆蓋率，MZ為城市總面積），對應的綠當量為X=1；城市實際林地綠當量為：Xl=Si/Sl×100%；城市總綠當量為：x=X1+∑3i=1Si×giSl×100%。合理綠地覆蓋率Fh計算參照倪琳等的方法[20]，計算公式為：Fh=（MZ-Mj-Ms-Mg-Mn）/MZ，式中：Mj為區域建設用地面積，Ms為區域水體面積，Mg為區域耕地面積，Mn為難利用地。由表3可見，2001—2013年，貴陽市生態用地不斷增加，其生態綠當量及林地綠當量有所增加，而草地及耕地綠當量呈下降趨勢。

在ArcGIS中，用每種景觀綠當量值占區域總值的比例作為景觀服務功能強度，將2001年、2013年50 m×50 m柵格圖按綠當量結果進行重新分類，對綠當量進行空間化。由圖2可見，2001—2013年，南明區、云巖區、觀山湖區、白云區、烏當區、花溪區等中心城區的綠當量由于建設用地擴展，其強度呈明顯下降趨勢，市中心城區呈現大面積的綠當量低值區，其景觀服務功能偏低；息烽縣、修文縣、開陽縣、清鎮市這處于城市邊緣的3縣1市，其綠當量強度卻因生態用地面積的增加而增加。

3.3景觀功能連通性演變及優化

3.3.1最小累計阻力值的計算將提取的生態源地矢量圖層和生態流通綜合阻力柵格圖層導入ArcGIS下的cost distance模塊，計算出研究區所有源地到每個柵格的最小累積阻力值，利用最小累積阻力模型模擬研究區生態用地景觀的連通性，阻力值大的柵格表示景觀連通性弱，反之則景觀連通性強。由圖3可見，2001年、2013年，阻力值分布呈明顯的4個阻力高值區，且這4個區域阻力值集中分布；中心城區的高阻力區主要集中在市中心的南明區、花溪區沿線，3縣1市的高阻力區也集中分布在建設用地相對集中的城中心；整個研究區高阻力值基本沿建設用地分布而展開，建設用地密度越大，基礎設施建設越完善，地面基本被不透水面覆蓋，城市綠地所占比例越小，說明此區域景觀的連通性越弱，需要加強生態建設；中心城區低阻力區主要分布在烏當區及花溪區大部分地區，是貴陽市城區水庫、濕地、公園、風景旅游區等生態用地最為集中且面積最大的區域，形成了貴陽市城區的生態保護屏障，對貴陽市城區氣候、生態環境起調節與保護作用，3縣1市的低阻力區集中分布在郊區、農村及風景區等生態環境優良的區域，這些區域景觀連通性強，需要保持并進一步加強保護。2001年到2013年，由于建設用地的不斷擴展，生態用地被侵蝕，城市中心城區的阻力值明顯呈增加趨勢，即景觀連通性強度下降。2002年，貴州省全面推行退耕還林政策，促使了3縣1市地區林地及草地面積的增加，其阻力值呈下降趨勢，即景觀連通性強度增加。

3.3.2景觀連通性優化閾值的設定利用2013年阻力值分布圖像元（阻力值）大小與柵格數目的關系，采用自然斷點法，取曲線拐點處（A點）作為景觀連通性優化閾值設定的分界點[21]，則阻力值大于1 023 726的區域為生態阻力高值區（圖4）。

3.3.3連通性優化生態廊道的構建在ArcGIS中，利用景觀連通性優化閾值對2013年阻力分布圖進行重新分類，得到4個明顯的生態阻力高值區，該區域景觀連通性較弱，利用生態廊道可對其景觀連通性進行提升，將4個主要生態阻力高值區的中心進行連接，構建西—東北、南—北方向的2條優化主廊道；為加強廊道建設，可將4個主要生態高值區與其周圍的次要生態高值區中心連接起來，構建東—西南、南—東北方向的2條優化次廊道，作為物種遷移和生態流、物質流空間擴散的廊道（圖5）。在城市規劃和生態建設中，要特別注意這4條生態廊道的建設，以提高研究區的綠當量，形成研究區良好的生態系統，并維持城市生態健康及生物多樣性。

4結論

以貴陽市為例，采用修正的MCR模型對研究區景觀連通性進行模擬，并利用ArcGIS等可視化軟件對研究區的景觀連通性進行研究，結果表明，2001—2013年，研究區景觀破碎及人類干擾程度不斷增大，人為規劃設計活動對研究區景觀的干擾和影響痕跡明顯，生物多樣性有所提高，景觀連通性及景

觀的團聚性減弱，研究區景觀結構連通性總體呈下降趨勢，不利于區域景觀生態功能的流通；貴陽市中心城區綠當量由于建設用地的擴展，其強度呈明顯下降趨勢，處于城市邊緣的3縣1市其綠當量強度卻因生態用地面積增加而增加；由于建設用地的不斷擴展并侵蝕生態用地，城市中心城區的阻力值呈增加趨勢，景觀連通性強度下降，3縣1市由于林地及草地面積的增加，其阻力值呈下降趨勢，景觀連通性強度增加；高阻力區主要集中在市中心的南明區、花溪區沿線及3縣1市的城區，高阻力值分布基本沿建設用地的分布而展開，形成4個明顯的阻力高值區，該區域景觀連通性非常弱，需對其進行優化。根據阻力高值區的分布情況，構建了2條景觀連通性優化主廊道與2條優化次廊道，為生態流、物質流的流通疏通了道路。

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