典型高原湖泊流域生態安全格局構建——以杞麓湖流域為例

趙筱青,譚 琨,易 琦,李思楠,苗培培,普軍偉

?

典型高原湖泊流域生態安全格局構建——以杞麓湖流域為例

趙筱青,譚 琨,易 琦*,李思楠,苗培培,普軍偉

(云南大學資源環境與地球科學學院,云南 昆明 650091)

以“源”和生態環境保護為目標,引用最小累積阻力模型(MCR)對杞麓湖流域生態安全格局進行定量研究.結果表明:杞麓湖流域平均生態安全指數為2.59,生態安全以較低安全為主,占流域總面積的36.33%,中度安全和不安全次之,分別占流域總面積的23.36%和22.53%,高度安全面積最少,僅占17.77%.較低安全區主要分布在西北部、東南部和西南部,應加強對這些地區的生態環境保護建設.此外,以天然林地、重要水庫和湖泊緩沖區100m以內區域作為生態源,選取坡度、海拔、植被覆蓋度、土地覆蓋類型、距水體距離、距建設用地距離、距居民點距離、距道路距離等8個阻力因子,結合MCR模型與GIS的cost-distance分析模塊,生成最小累積耗費距離表面,劃分5個阻力等級;依據累積阻力值頻率變化特點及生態服務功能,確定了生態緩沖區、生態過渡區、生態邊緣區、農業耕作區和人類活動區共5個生態功能區.杞麓湖流域生態源總面積為126.87km2,占流域總面積的35.74% ,生態源在面積、數量和空間分布上都存在較大的差異,呈四周連片集中,中部分散破碎的分布格局,生態廊道呈四周連續緊湊,中部分散破碎的空間格局.生態節點的空間阻力值存在較大差異,部分生態節點累積阻力比較大,位于流域景觀累計阻力值最大區,對生態流的流通安全性具有較大影響.基于最小累積阻力面,結合GIS的Hydrology模塊,構建了由生態源與19個生態節點、23條生態廊道共同組成的具有結構性的流域景觀生態安全格局,并提出了相應的建議,對高原湖泊流域研究及生態環境保護具有一定的參考價值.

生態安全；生態安全格局；最小累積阻力模型；生態環境；杞麓湖流域

20世紀80年代以來,隨著生態環境問題日益凸顯,生態安全格局構建引起了廣泛關注[1].杞麓湖作為云南省九大高原湖泊之一,具有多種生態功能,但隨著流域內人口迅速增加,農業生產活動加劇了用水壓力,加之“十二五”期間連續多年干旱等原因,加劇了流域生態安全風險,生態環境保護形勢嚴峻.

生態安全格局的建立旨在為景觀生態過程的安全和健康問題提供最優的解決方案.一個典型的景觀生態安全格局由源、緩沖區、廊道、和生態節點(戰略點)所組成,這些關鍵組分對維護和控制某些生態過程以及景觀格局的形成具有重要意義[2].近年來,國內外學者對生態安全格局構建理論和方法進行了諸多研究[3-6],國外對生態安全的研究主要表現在:環境污染引發的生態風險評估、國家層面生態安全政策的制定和微觀生態系統健康與質量評估3個方面,國內主要集中在對生態安全概念、內容和方法、進展等方面的研究,現今生態安全格局研究逐步轉向以自然生態系統為主,與社會經濟耦合的相互協同格局發展趨勢.生態安全格局的劃分方法主要包括基于GIS技術的適宜性評價方法、最小累積阻力模型、成本距離模型和景觀生態學“源—匯”理論的空間格局分析方法等[7].最小累積阻力(MCR)模型是建立生態安全格局的重要基礎,表示“源”擴展的最小累積成本距離,它可將“源”和生態過程有效的聯系起來,在生態安全格局構建方面具有良好的適用性和擴展性[8].

本文以“源”和生態環境保護為目標,選擇具有多功能的高原湖泊杞麓湖流域為研究區,運用MCR模型并結合GIS的cost-distance與Hydrology分析模塊確定生態安全格局各基本組分,除常規生態安全格局組分構建外,研究根據累積阻力值頻率變化特點及生態服務功能確定5個生態功能區,并針對各生態功能分區提出了具體的落實管理建議與措施,利于加強生態安全格局與生態過程之間的聯系.大部分研究都是以某個縣市或區域為對象,而對高原湖泊流域生態安全格局構建的研究較少,因此本文以典型高原湖泊杞麓湖流域為例,展開生態安全評價及生態安全格局的構建,對維護其生態系統的穩定性、高原湖泊杞麓湖及當地生態環境的保護和生態服務功能的保障,處理生態保護與社會經濟發展的關系,具有重要的現實意義,同時研究思路和方法將為其流域生態安全格局構建提供參考.

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

杞麓湖流域位于云南省中部,102°33￠482E~ 102°52￠362E,24°4￠362N~24°14￠22N之間(圖1).總面積354.94km2,總人口240896人.杞麓湖是通海縣的主要水域,杞麓湖流域是一個典型的高原湖盆地,中部為湖泊,湖周為平壩區,主要分布在湖泊的南、西、北三面,壩區外圍為中、低山,海拔高程多在1979~ 2100m之間.流域內溝壑縱橫,地形復雜,氣溫、降雨、濕度、土質等差異較大.產業以鋼鐵及其制品加工行業、造紙彩印包裝、食品加工、化肥制造為主,使湖泊水質持續惡化趨勢,進一步激化了流域內經濟—社會—生態系統的基本矛盾.

1.2 數據來源及處理

研究數據包括土地覆蓋類型、植被覆蓋度、DEM數據、距水體距離、距建設用地距離、距居民點距離等.其中土地覆蓋類型數據采用美國地質勘探局(USGS)15m空間分辨率的Landsat8 OLI—TRIS遙感數據進行人機交互式室內遙感解譯和野外驗證得到,實地的采點驗證表明,解譯精度為90.32%,符合研究需要.植被覆蓋度利用ENVI5.1軟件從遙感影像上提取;DEM數據來源于地理空間數據云(30m′30m),主要用來提取所需坡度和海拔數據;DEM數據和遙感影像是流域邊界提取的主要數據源,本流域邊界矢量數據由云南省環境監測中心站提供;距水體距離、距建設用地距離和距居民點距離等數據從土地覆蓋類型矢量數據中提取,結合GIS空間分析技術,建立多級緩沖區得到;社會經濟統計數據來源于通海縣統計年鑒;此外還有來自于環境保護局、國土資源局、通海縣人民政府等部門的相關流域治理防治規劃和專題報告等數據資料.

圖1 研究區位置

1.3 研究方法

研究運用MCR模型,結合GIS分析模塊,構建最小累積阻力面,然后識別生態源、生態廊道和生態節點等生態安全格局組分.

1.3.1 生態安全評價 運用綜合指數法結合GIS加權疊加分析技術對杞麓湖流域生態安全進行評價.評價模型如下:

式中:ESI為第個柵格單元的綜合生態安全指數;P為第個柵格單元的第個指標的安全指數;W為第個指標的權重.以ArcGIS中的Natural Break 法將得到的ESI值分為4級,分別對應不同級別的生態安全等級.該方法是利用統計學中的JENK最優法得出的分界點,能使各級的內部方差之和最小[10].

評價指標的選取不僅要考慮該區域自然和人文社會因素及潛在因素的影響,同時考慮流域指標數據的可獲取性、代表性、全面性、綜合性.因此,根據研究區實際情況,選取了海拔、坡度、植被覆蓋度、土地覆蓋類型、距水體距離、距建設用地距離、距居民點距離、距道路距離等8個指標為評價因子.因子的分級賦值,參考學者蒙吉軍等[22]、謝花林等[24]、李晶[26]等、李玉平等[27]、劉孝富等[28]的研究成果,并結合研究區實際情況,制定影響流域生態安全的各因子生態安全分級標準,運用熵值法確定指標權重(表1),界定各評價因子的安全等級: 4、3、2、1分別代表不安全、較低安全、中度安全和高度安全.值越小,生態環境越安全,安全性越高.

因子中海拔和坡度可以反映地表起伏程度和侵蝕強度,影響杞麓湖流域的生態安全及生態環境狀況;水資源是一切生物生存和發展的基本條件,一般來說,距離水體越近生態條件越好,對生態安全性高低有較大影響.植被覆蓋度和土地覆蓋類型能反映生物多樣性和地表的覆被狀況,對流域生態環境有重要影響;道路、建設用地和居民點是杞麓湖流域人類主要活動場所,越靠近道路、建設用地和居民點,交通越便利,人類開發利用強度就越大,對流域生態環境影響越大.因此,距建設用地距離、距道路距離、距居民點距離及距水體距離可以作為流域生態安全性狀況評價的指標,具有一定的科學合理性.

1.3.2 生態源的識別 “源－匯”理論指出,生態源一般是由受保護的物種、自然棲息地構成,“源”斑塊其生物多樣性比較豐富,“源”地的保護對生物多樣性與生態環境保護和人類可持續發展的意義重大[9].本質上生態源是指對區域生態安全有重要意義具有提供生態系統服務、阻礙生態系統退化及具有輻射功能的斑塊.選取天然林地面積大于0.4km2、重要水庫(飲用水源地與生產生活主要水源地)、杞麓湖向外緩沖100m以內范圍(實地調研,杞麓湖外圍100m左右為湖濱濕地,生長著多種水生植物,對入湖污水具有一定的截污凈化作用,是改善湖泊水質的重要緩沖帶,其生態服務功能明顯,所以可為生態源)作為“生態源”.

1.3.3 阻力面的建立 阻力面的建立是生態安全格局構建的核心,阻力因子和阻力值的確定是關鍵.根據研究區實際情況,選取海拔、坡度、植被覆蓋度、土地覆蓋類型、距水體距離、距建設用地距離、距居民點距離、距道路距離等8個阻力因子,運用熵值法確定因子權重(表1).景觀阻力指“源”向外擴展時需要克服的困難大小[10].研究中獲取不同物種穿梭不同景觀類型的絕對阻力值是十分困難的[11].論文通過文獻查閱和專家咨詢[12-15],劃分因子相對阻力值.將各阻力因子分為不同等級,用4,3,2,1表示,分值越低代表阻力越小,阻力值越小,“源”越容易擴散穿越基質景觀.研究采用最小累積阻力模型(MCR)建立阻力面,并用Natural Break法對阻力強度進行分級,分為低阻力、較低阻力、中等阻力、較高阻力、高阻力5級.MCR模型指物種從源到目的地運動過程中所需耗費代價的模型,它最早由Knaapen 1992年提出[14],之后被應用到多種自然生態或人文過程的研究中[16-20],如俞孔堅[21]以生態環境保護為目標,用該模型構建了一系列生態安全格局,趙筱青等[13]以常綠闊葉林和思茅松林為保護源,構建了以物種保護為目標的生態安全格局.公式如下:

式中:是反映MCR與變量D ×R之間正比關系的函數;D是物種從源穿過某景觀到空間某點的距離;R是物種穿越某景觀表面的阻力值.

1.3.4 生態廊道提取 生態廊道是物種遷徙的通道,是兩源地之間的流動通道和聯系途徑[29-30].廊道可以促進物種在“源”間和“源”與基質間的流動,每兩個“源”之間連接的廊道至少有一條[31].一般認為在一定的范圍內廊道越多越好,多一條廊道就更有利于促進物種之間的信息交流[32].借鑒GIS水文分析方法,對洼地填充、計算無洼地的水流方向,匯流累積量.通過反復設定閾值,確定匯流累積量的值為1600,提取大于1600的值,然后矢量化及平滑處理,即得到流域生態廊道的空間位置.

表1 流域阻力因子及權重

1.3.5 生態節點 相鄰“生態源”為中心的等阻力線相切點,為連接不同“源”之間的關鍵點,即生態節點[33],它是連通“源”之間的跳板,對生態流的運行意義重大[34].通過對這些景觀生態節點的保護或改變,可以最有效地維護生態系統健康和安全.

1.3.6 生態功能區的劃分 以最小累積阻力面為基礎,獲得累積阻力表面中各阻力等級的格點頻率分布圖.在分布圖上,把頻率發生急劇變化的點稱為拐點,它反映其兩側的阻力值出現較大突然變化,顯示出高度的景觀異質性,將拐點處的阻力值視為臨界值,根據阻力值頻率變化特點、生態服務功能與實地調研分析劃分出5個生態功能區:生態緩沖區、生態過渡區、生態邊緣區、農業耕作區、人類活動區.

2 結果分析

2.1 生態安全性分析

運用自然斷點法將生態安全綜合指數分為4個等級,高度安全的安全指數為1.16~2.09;中度安全為2.09~2.54;較低安全為2.54~2.97;不安全為2.97~3.86.流域平均生態安全指數為2.59,處于較低安全;流域生態安全性以較低安全為主,面積為128.15km2,占流域總面積的36.33%;其次是中度安全,面積為82.41km2,占流域總面積的23.36%;不安全區面積為79.48km2,占流域總面積22.53%;最少的是高度安全,面積為62.69km2,占17.77%.流域較低安全及以下面積占到58.86%,是遏制杞麓湖流域生態持續退化和生態環境保護的關鍵區,故生態安全格局的構建對該區生態環境保護意義重大.

從空間分布上來看,流域較低安全區主要分布在西北部、東南部和西南部河西鎮、興蒙蒙古族鄉、九龍街道和楊廣鎮,中度安全區集中在中部、西部和南部的杞麓湖和林地四周,不安全主要分布在西北部和東南部的河西鎮、秀山街道和楊廣鎮,高度安全主要分布在杞麓湖周圍和流域西南部和北部的天然林地(見圖2).

圖2 杞麓湖流域生態安全

2.2 景觀生態安全格局構建及分析

2.2.1 生態源 杞麓湖流域生態源總面積為126.87km2,占流域總面積的35.74%,共20個生態源斑塊,總體呈四周連片集中,中部分散破碎的分布格局(圖3).流域四周主要為天然林地,是研究區內植被覆蓋度較高和生態環境脆弱性最低的區域,也是面積最大的生態源地,對維護區域生態安全、生物多樣性及生態環境保護意義重大.對四周天然林地的生態建設保護是核心,根據地形調整農業用地布局結構,越接近原始林地,增加鄉土植物的種植面積,降低其異質性,提高水土保持能力,保護生態環境與生物多樣性;中部生態源主要由湖泊和水庫構成,處于人類活動強烈和生態系統破壞嚴重的地區,生態斑塊總體匱乏且面積較小,源間連接度低,生態流所受阻力也較大,所以較為破碎,生態系統結構完整性差,生態環境比較脆弱.杞麓湖是壩區最大的生態功能源區,在生態環境保護建設中顯得尤為重要,種植區應建設綠色生態示范基地,發展生態農業,加強對其周圍湖濱濕地保護和緩沖區建設,既能提高水質,又能維持湖泊生物多樣性,緩解湖泊退化,維護湖泊生態系統安全,提高整個流域的生態安全性.總之,杞麓湖流域不同類型的生態源在面積、數量和空間分布上都存在較大的差異,生態源天然林地、重要水庫和湖泊緩沖區面積分別為102.89,0.31,23.67km2,中部與四周“源”之間景觀阻力較大,生態流難以進入生態系統服務功能較差的生態薄弱區.

圖3 杞麓湖流域景觀累積阻力面、生態廊道和節點分布

A~T分別表示20個生態源斑塊;1~23分別表示23條生態廊道

2.2.2 生態廊道 杞麓湖流域共構建了23條生態廊道,廊道總體呈四周連續緊湊,中部分散破碎的分布格局.流域四周廊道密集且連續主要是因為該區土地利用以林地為主,阻力值低,生態廊道較短及累積阻力相對較小,利于促進生態流的流通,提高其生態安全性.中部廊道識別較困難,生態阻力值高,累積耗費距離大,從生物多樣性保護和物種空間遷徙的角度來看,由于中部建設用地分布較多且極易受到人為活動影響而發生斷裂,使得廊道比較分散,低阻力廊道數量較少且之間的連通性相對較薄弱,但它是維護整個流域生態系統完整性的重要通道,是流域生態安全格局構建的重點和難點,所以增強現有生態廊道的貫通性、增加廊道的數量、加強廊道保護建設力度,是提高研究區生態廊道的完整性,擴大其生態系統服務功能及生態環境保護的重要舉措.生態斑塊間的距離對生態廊道長度和累積阻力大小有重大影響,源之間距離越長,廊道越長,所經過的阻力等級越多,累積阻力值就越大,越不利于源間物種的信息交流和遷徙,景觀生態安全格局組成就比較簡單且不完整,連接度較低,從而會降低其生態系統服務功能價值,影響生態環境質量;流域“源”地越集中連片,廊道越短且較多處于低阻力區,景觀生態安全格局就越復雜完整,越有利于生態流的流通,越利于流域生態安全水平的提高和生態環境保護.

2.2.3 生態節點 生態節點指景觀中物種遷徙或擴散過程具有關鍵作用的節點,是聯系相鄰“源”間具有關鍵意義的“跳板”.本研究共識別生態節點19個,從其分布的阻力區來看,部分生態節點累積阻力比較大,位于流域景觀累計阻力值最大區.根據生態節點的空間分布差異,可以采取不同的建設保護方法,對于分布在建設用地上的生態節點,可將其建設為綠地公園;而分布在坡耕地上的生態節點,可適當退耕還林進行生態建設.生態節點是生態源間物種流動的轉折點,通過改善保護生態節點處的景觀及其生態環境,既能在很大程度上降低其生態廊道景觀阻力,又能促進廊道上物種空間流動,進一步提高整個生態安全格局的生態價值,從而有力改善景觀生態系統結構功能的完整性及生態環境狀況,增強其連通性,促進流域生態系統內部各組分間信息交流轉換可持續進行.

2.2.4 生態功能分區 依據格點頻率分布圖(圖4),用Natural Break法將阻力閾值劃分a1,a2,a3,a4,a5, a6,a7,a8共8個區域.依據阻力值頻率變化特點、生態服務功能與實地調研分析確定生態功能區(圖5).

Ⅰ區:生態緩沖區 “源”的四周是低阻力等級區.隨阻力值的增大,“源”地擴展面積急劇減少;如果人類對低阻力區開發利用,會使源地可發展面積大大減少.因此,這一地區無論是開發還是保護都很敏感,既不應作為生態保護區,也不應開發為耕作區.但這一區域離“源”地非常近,對維護景觀連通性和保護“源”不受人類干擾具有關鍵作用,因此可劃為生態緩沖區.主要功能是保護“源”及其生態過程的發展演替,是保護“源”地不受破壞的有效屏障.可把該區作為生態保護管理的對象,如設置“自然保護區”、“水源保護區”或“生態功能保護區”等,并設專人負責日常維護管理,禁止農業開墾和毀林開荒等人類行為,但可適當種植生態林.同時,對該區的保護最好要與土地利用規劃和城市規劃等銜接起來,使其納入到規劃的保護范圍中去.

Ⅱ區:生態過渡區 隨著緩沖區向外圍擴展,雖然格點頻率的趨勢不變,但明顯趨于緩和,反映其對開發利用的敏感性有較大程度的降低.但阻力等級已提高,阻力值較大,已不適合“源”的發展.與此同時它對“源”又有外圍保護的作用,可劃為生態過渡區,可作為“源”發展的儲備區域.該區可發展部分生態林或生態經濟林種植,注重生態廊道的保護和建設,廊道既可促進生態流通又可保護“源”地,所以加強該區的廊道保護和建設對該區和“源”地的保護意義重大.

Ⅲ區:生態邊緣區 該區域頻率趨勢無明顯變化,已處于較高阻力區,對人類活動影響的敏感性降低,“源”地發展的阻力較大,主要作為人類開發利用的區域.作為“源”與人類生產生活區隔離帶,要科學規劃其開發利用,可劃為生態邊緣區.該區應制定科學的開發利用計劃,可進行人工經濟林種植、園地種植及開展部分農業生產活動.同時,加大對居民的生態環境保護意識宣傳教育力度,提高居民生態保護意識,這是對“源”地保護切實可行且具有重要意義的舉措.

Ⅳ區:農業耕作區 隨阻力等級的進一步提高,發展林業的效益將大大降低,受人類干擾程度加大,對人類開發利用活動敏感度極低.可進行各種農業種植開發利用,但必須注意地形地貌的影響,不應在陡坡上耕作,防止水土流失和土地退化;坡度<25°的區域必須保證基本農田不被占用,合理規劃各類農業用地.可考慮結合其特殊氣候條件和地形地貌條件發展“高原特色農業”和“生態農業”,這樣既可獲得較高的經濟收入,又對生態環境具有一定保護作用.

圖4 阻力面格點頻率分布

圖5 杞麓湖流域生態安全格局

Ⅴ區:人類活動區 該區阻力水平屬于高值區,“源”地發展的效益幾乎為零,受人類干擾最大,可作為人類生產生活、居住、商業金融和娛樂等人類活動區.人類活動區與農業耕作區有較密切的聯系,一般會有交叉區域,可通過健全交通網絡等方法促進兩者之間的聯系,進一步加強基礎設施和公共服務設施建設,科學合理規劃各類活動區,逐漸達到最優的空間分布格局.同時,通過公益廣告、電視電影和互聯網等各種媒介手段提高居民環保意識,增強全社會公民參與生態環境保護的積極性,共建生態文明.

3 討論

3.1 基于MCR模型的生態安全格局構建

生態安全格局的建立旨在為景觀生態過程的安全和健康問題提供最優的解決方案.目前,構建生態安全格局的方法包括基于適宜性構建的生態安全格局、多元素景觀安全格局綜合評估與識別、基于系統分析和模擬的生態安全格局構建等[35-37].MCR模型是建立生態安全格局的重要基礎,它可將“源”和生態過程有效的聯系起來.它是抽象的距離概念,表示“源”擴展的最小累積成本距離.換言之,它是物種在遷移擴散及信息傳播過程中克服不同景觀阻力因子所做的功,這是MCR模型與其他距離模型之間最顯著的區別.在本文中,確定了保護的“源”,識別了生態安全格局各組分,利用MCR模型和GIS空間分析技術劃分了5個阻力等級區和生態功能區.與其他方法相比,MCR模型能夠將物種運動過程與生態安全格局聯系起來,因此研究結果客觀科學.MCR模型的弱點在于它在假設條件下,只考慮了源的位置,空間距離和景觀類型.其他因素(如“源”的組成和結構,及人文驅動因子)也可能影響累積阻力表面的形成.總之,MCR模型的研究方法和框架可為保護生態環境提供有價值的參考.綜上所述,認為該模型較適合本研究,同時為其他類似區域的生態環境保護和生態安全格局構建提供了理論和實踐參考.

3.2 阻力因子的選擇和阻力值的探討

合理選擇阻力因子和確定阻力值是構建科學合理生態安全格局的前提.許多學者對阻力因素進行了深入分析和討論,王瑤選取道路和土地覆蓋類型因子模擬文化景觀可達性[38].趙筱青選擇海拔、坡度和植被覆蓋類型因子,建立瀾滄縣土地生態安全格局[10].張惠遠選取植被覆蓋類型、坡度和水土流失因子建立山地景觀生態安全格局[39].影響“源”拓展的因素很多,如本研究未考慮的生物多樣性和土壤等.因此,在接下來的研究中考慮把這些因素納入.諸多學者對阻力值的確定進行了深入探討[21-22].阻力值可以反映被保護的“源”對異質景觀的分散趨勢.而阻力值的確定通常取決于專家的經驗或感官理解,因此存在一定的主觀性與實際情形不符的情況.盡管該方法仍有待討論,但它可以相對客觀地反映異質景觀對被保護“源”擴展的綜合阻力,可以滿足MCR模型的要求.

3.3 生態安全格局與生態過程的探討

生態安全格局與生態過程密切相關,如何理解生態安全格局變化對生態過程的影響,是景觀生態學的一個重要研究課題[40-41].生態安全格局的關鍵組分對維護和控制某些生態過程以及景觀格局的形成具有重要意義.生態安全格局對各種生態過程具有限制作用(如生物和生態過程,包括物種分布與遷徙、水土流失和土地退化等).隨著人類對杞麓湖流域生態環境的破壞,一方面,它直接影響了研究區生態系統結構并加速了景觀的破碎化;另一方面,它改變了物質循環和能量流動,從而影響了區域生態過程[42-43].基于MCR模型的生態安全格局研究方法為揭示景觀格局如何控制生態過程提供了新的方法[44-45].特別是MCR方法在物種資源管理、生物多樣性保護和景觀生態規劃中具有重要的應用價值.在本研究中,水平生態過程被認為是格局的控制過程,通過控制生態安全格局的關鍵組分、空間位置和關系,確定被保護的“源”,形成安全格局,有效維護“源”生態過程的健康和安全.

4 結論

4.1 杞麓湖流域生態安全以較低安全為主,占流域總面積的36.33%,中度安全和不安全次之,高度安全面積最少,僅占17.77%;從空間分布看,較低安全區主要分布在流域西北部、東南部和西南部,應該加強對這些區域的生態環境保護和建設.

4.2 以天然林地、重要水庫和杞麓湖緩沖區100m以內區域為保護“源”,選取8個阻力因子,基于MCR模型,劃分低阻力、較低阻力、中等阻力、較高阻力、高阻力5級阻力等級區,識別對保護“源”具有關鍵作用的生態廊道和節點,并提出了相應的建設和保護措施;確定有利于生態安全的5個生態功能區:生態緩沖區、生態過渡區、生態邊緣區、農業耕作區和人類活動區,有利于緩和發展與保護的矛盾.

4.3 杞麓湖流域生態源總面積為126.87km2,占流域總面積的35.74% ,流域內不同類型的生態源在面積、數量和空間分布上都存在較大的差異,主要“源”間的生態廊道較少及連通性較低,生態節點空間分布差異較大,部分生態節點累積阻力比較大,位于流域景觀累計阻力值最大區.

4.4 杞麓湖流域景觀累積阻力的空間分布與人類開發建設活動強度緊密相關,人類開發強度越大的地區阻力值越大,建設用地和道路的大量開發利用,成為了“源”間的高值阻力區,降低了流域生態安全水平.

[1] 陳 星,周成虎.生態安全:國內外研究綜述 [J]. 地理科學進展, 2005,24(6):8-20. Chen Xing, Zhou Chenghu. Review of the studies on ecological security [J]. Progress in Geography, 2005,24(6):8-20.

[2] 俞孔堅,王思思,李迪華,等.北京市生態安全格局及城市增長預景[J]. 生態學報, 2009,29(3):1189-1204. Yu Kongjian, Wang Sisi, Li Dihua, et al. The function of ecological security patterns as an urban growth framework in Beijing [J]. Acta Ecologica Sinica, 2009,29(3):1189-1204.

[3] 肖篤寧,陳文波,郭福良.論生態安全的基本概念和研究內容[J]. 應用生態學報, 2002,139(3):354-358. Xiao Duning, Chen Wenbo, Guo Fuliang. On the basic concepts and contents of ecological security [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002,139(3):354-358.

[4] 馬克明,傅伯杰,黎曉亞,等.區域生態安全格局:概念與理論基礎[J]. 生態學報, 2004,24(4):761-768. Ma Keming, Fu Bojie, Li Xiaoya, et al. The regional pattern for ecological security (RPES): the concept and theoretical basis [J]. Acta Ecologica Sinica, 2004,24(4):761-768.

[5] Qu G P. The problems of ecological environmental have become a popular subject of country safety [J]. Environmental Conservation, 2002,(5):3-4.

[6] 葉 鑫,鄒長新,劉國華,等.生態安全格局研究的主要內容與進展[J]. 生態學報, 2018,38(10):3382-3392. Ye Xin, Zou Changxin, Liu Guohua, et al. Main research contents and advances in the ecological security pattern [J]. Acta Ecologica Sinica, 2018,38(10):3382-3392.

[7] 耿潤哲,殷培紅,馬 茜.以環境質量改善為目標的貴安新區生態安全格局構建虛擬 [J]. 中國環境科學, 2018,38(5):1990-2000. Geng Runzhe, Yin Peihong, Ma Qian. Simulation research for ecological security pattern construction based on improvement of water and air quality in Gui'an New Area [J]. China Environmental Science, 2018,38(5):1990-2000.

[8] 葉玉瑤,蘇泳嫻,張虹鷗,等.生態阻力面模型構建及其在城市擴展模擬中的應用[J]. 地理學報, 2014,69(4):485-496. Ye Yuyao, Su Yongxian, Zhang Hong'ou, et al. Ecological resistance surface model and its application in urban expansion simulations [J]. Acta Geographica Sinica, 2014,69(4):485-496.

[9] 黃 寧,王紅映,吝 濤,等.基于“源－匯”理論的流域非點源污染控制景觀格局調控框架——以廈門市馬鑾灣流域為例[J]. 應用生態學報, 2016,27(10):3325-3334. Huang Ning, Wang Hongying, Lin Tao, et al. Regulation framework of watershed landscape pattern for non-point source pollution control based on‘source-sink’theory: A case study in the watershed of Maluan Bay, Xiamen City, China [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016,27(10):3325-3334.

[10] 趙筱青,和春蘭.外來樹種桉樹引種的景觀生態安全格局[J]. 生態學報, 2013,33(6):1860-1871. Zhao Xiaoqing, He Chunlan. Landscape ecological security pattern associated with the introduction of exotic tree species Eucalyptus [J]. Acta Ecologica Sinica, 2013,33(6):1860-1871.

[11] Odette L, Sutcliffe, Vegar Bakkestuen, et al. Modelling the benefits of farmland restoration: methodology and application to butterfly movement [J]. Landscape and Urban plan, 2003,(63):15-31.

[12] 馬 程,王曉玥,張雅昕,等.北京市生態涵養區生態系統服務供給與流動的能值分析[J]. 地理學報, 2017,72(6):974-985. Ma Cheng, Wang Xiaoyue, Zhang Yaxin, et al. Energy analysis of ecosystem services supply and flow in Beijing ecological conservation area [J]. Acta Geographica Sinica, 2017,72(6):974-985.

[13] 趙筱青,王海波,楊樹華,等.基于GIS支持下的土地資源空間格局生態優化[J]. 生態學報, 2009,29(9):4892-4910. Zhao Xiaoqing, Wang Haibo, Yang Shubua, et al. GIS-based ecological optimization of spatial patterns of land resources [J]. Acta Ecologica Sinica, 2009,29(9):4892-4910.

[14] Knaapen J P, Scheffer M, Harms B. Estimating habitat isolation in landscape planning [J]. Landscape and Urban Planning, 1992,23(1): 1-16.

[15] 謝花林,李秀彬,陳瑜琦,等.土地利用規劃環境影響的生態安全評價方法初探——以內蒙古翁牛特旗為例[J]. 資源科學, 2010,32(1): 57-63. Xie Hualin, Li Xiubin, Chen Yuqi, et al. Environmental impacts of land use planning based on an ecological security method in Ongniud Banner, Inner Mongolia [J]. Resources Science, 2010,32(1):57-63.

[16] Dong J H, Dai W T, Shao G Q, et al. Ecological network construction based on minimum cumulative resistance for the City of Nanjing, China [J]. ISPRS International Journal of Geo-Information, 2015,4(4): 2045-2060.

[17] Lloret-Climent M, Amorós-Jiménez R, González-Franco L, et al. Coverage and invariance for the biological control of pests in Mediterranean greenhouses [J]. Ecological Modelling, 2014,292:37- 44.

[18] Li F, Ye Y P, Song B W, et al. Evaluation of urban suitable ecological land based on the minimum cumulative resistance model: a case study from Changzhou, China [J]. Ecological Modelling, 2015,318:194-203.

[19] Zhao X Q, Xu X H. Research on landscape ecological security pattern in a Eucalyptus introduced region based on biodiversity conservation [J]. Russian Journal of Ecology, 2015,46(1):59-70.

[20] 陳 慧,付光輝,劉友兆,等.南京市土地資源安全SD法評價研究[J]. 資源科學, 2017,39(5):846-859. Chen Hui, Fu Guanghui, Liu Youzhao, et al. Regional land resource security evaluation based on system dynamics in Nanjing City [J]. Resources Science, 2017,39(5):846-859.

[21] 俞孔堅.生物保護的景觀生態安全格局[J]. 生態學報, 1999,19(1): 8-15. YU Kongjian. Landscape ecological security patterns in biological conservation [J]. Acta Ecologica Sinica, 1999,19(1):8-15.

[22] 蒙吉軍,朱利凱,楊 倩,等.鄂爾多斯市土地利用生態安全格局構建[J]. 生態學報, 2012,32(21):6755-6766. Meng Jijun, Zhu Likai, Yang Qian, et al. Building ecological security pattern based on land use: a case study of Ordos, Northern China [J]. Acta Ecologica Sinica, 2012,32(21):6755-6766.

[23] 卓 靜.基于3S技術的陜北地區生態環境遙感動態監測及評價 [D]. 西安:西北大學, 2008. Zhuo Jing. Dynamic monitoring and evaluation of Eco-environment based on 3S Technology in the northern Shaanxi province [D]. Xian: Northwestern university, 2008.

[24] 謝花林.土地利用生態安全格局研究進展[J]. 生態學報, 2008, 28(12):6305-6311. Xie Hualin. Review and the outlook of land use ecological security pattern [J]. Acta Ecologica Sinica, 2008,28(12):6305-6311.

[25] 楊姍姍,鄒長新,沈渭壽,等.基于生態紅線劃分的生態安全格局構建——以江西省為例[J]. 生態學雜志, 2016,35(1):250-258. Yang Shanshan, Zou Changxin, Shen Weishou, et al. construction of ecological security patterns based on ecological red line: A case study of Jiangxi Province [J]. Chinese Journal of Ecology, 2016,35(1): 250-258.

[26] 李 晶,蒙吉軍,毛熙彥.基于最小累積阻力模型的農牧交錯帶土地利用生態安全格局構建——以鄂爾多斯市準格爾旗為例[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2013,49(4):707-715. Li Jing, Meng Jijun, Mao Xiyan. MCR Based Model for Developing Land Use Ecological Security Pattern in Farming-Pastoral Zone: A Case Study of Jungar Banner, Ordos [J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2013,49(4):707-715.

[27] 李玉平,蔡運龍.河北省土地生態安全評價[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2007,43(6):784-789. Li Yuping, Cai Yunlong. Security evaluation of land ecology in Hebei Province [J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2007,43(6):784-789.

[28] 劉孝富,段培強,王 維,等.成都地震重災區生態影響分區及恢復對策[J]. 環境科學研究, 2010,23(6):711-718. Liu Xiaofu, Duan Peiqiang, Wang Wei, et al. Research on ecological impact regionalization and restoration strategy in areas of Chengdu heavily impact by earthquake [J]. Research of Environmental Sciences, 2010,23(6):711-718.

[29] Broquet T, Ray N, Petit E, et al. Genetic isolation by distance and landscape connectivity in the American marten (Martes Americana) [J]. Landscape Ecology, 2006,21(6):877-889.

[30] Stanton A, Javadi A A. An automated approach for an optimised least cost solution of reinforced concrete reservoirs using site parameters [J]. Engineering Structures, 2014,60(2):32-40.

[31] 譚豪波,趙 巖,孫 崢,等.廢棄場地修復的微尺度生態安全評估優化體系 [J]. 中國環境科學, 2016,36(7):2169-2177. Tan Haobo, Zhao Yan, Sun Zheng, et al. Ecological security evaluation and optimization system for microscale remediation of abandoned terrestrial field [J]. China Environmental Science, 2016,36(7):2169- 2177.

[32] 熊 繁,邵景安.不同土地利用情景下農村景觀生態格局優化[J]. 中國農業資源與區劃, 2016,37(2):11-21. Xiong Fan, Shao Jingan. The Optimization of rural landscape ecological pattern of different land use scenarios [J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2016,37(2):11-21.

[33] 陳 影,哈 凱,賀文龍,等.冀西北間山盆地區景觀格局變化及優化研究——以河北省懷來縣為例[J]. 自然資源學報, 2016,31(4): 556-569. Chen Ying, Ha Kai, He Wenlong, et al. Study on the change and optimization of landscape pattern in the basin of Northwest Hebei Mountains—A Case Study of Huailai County, Hebei Province [J]. Journal of Natural Resources, 2016,31(4):556-569.

[34] 李 強,劉云慶,陳望香,等.新疆地表水體重金屬生態風險評估 [J]. 中國環境科學, 2018,38(5):1913-1922. Li Qiang, Liu yunqing, Chen Wangxiang,et al. Ecological risk assessment of heavy metals in water of Xinjiang Area [J]. China Environmental Science, 2018,38(5):1913-1922.

[35] 孟 霖,郭 杰,孫 馳,等.基于供求關系的城鎮建設用地適宜性評價——以揚州市為例[J]. 資源科學, 2018,40(1):11-21. Meng Lin, Guo Jie, Sun Chi, et al. Suitability evaluation of urban construction land based on supply and demand in Yangzhou City [J]. Resources Science, 2018,40(1):11-21.

[36] 歐陽威,鞠欣妍,高 翔,等.考慮面源污染的農業開發流域生態安全評價研究 [J]. 中國環境科學, 2018,38(3):1194-1200. Ouyang Wei, Ju Xinyan, Gao Xiang, et al. Ecological security assessment of agricultural development watershed considering non- point source pollution [J]. China Environmental Science, 2018,38(3): 1194-1200.

[37] 王圣瑞,張 蕊,過龍根,等.洞庭湖水生態風險防控技術體系研究 [J]. 中國環境科學, 2017,37(5):1896-1905. Wang Shengrui, Zhang Rui, Guo Longgen, et al. Study on the water ecological risk prevention and control technology system of dongting lake [J]. China Environmental Science, 2017,37(5):1896-1905.

[38] 王 瑤,宮輝力,李小娟.基于最小累計模型的景觀通達性分析[J]. 地理空間信息, 2007,5(4):45-47. WANG Yao, GONG Huili, LI Xiaojuan. Analysis of the culture landscape accessibility based on minimum cumulative resistance model [J]. Geospatial Information, 2007,5(4):45-47.

[39] 張惠遠,萬 軍.GIS支持下的山地景觀生態優化途徑[J]. 水土保持研究, 1999,6(4):69-74. Zhang Huiyuan, Wan Jun. A practical approach of ecological optimizing of mountain landscape based on GIS [J]. Research of Soil and Water Conservation, 1999,6(4):69-74.

[40] Laurel G L,Judson W H. Modeling of hydrogeological feedbacks predicts distinct classes of landscape pattern, process, and restoration potential in shallow aquatic ecosystems [J].Geomorphology, 2011, 126(3):279-296.

[41] Wickham J D, O’Neill R V, Jones B. Forest fragmentation as an economic indicator [J]. Landscape Ecological, 2000,15(2):171-179.

[42] 張鳳太,王臘春,蘇維詞.基于物元分析-DPSIR概念模型的重慶土地生態安全評價 [J]. 中國環境科學, 2016,36(10):3126-3134. Zhang Fengtai, Wang Lachun, Su Weici. Evaluation of land ecological security in Chongqing based on the matter-element analysis-DPSIR model [J]. China Environmental Science, 2016,36(10): 3126-3134.

[43] Nsabimana D, Haynes R J, Wallis F M. Size, activity and catabolic diversity of soil microbial biomass as affected by land use [J]. Apply Soil Ecological, 2004,26(2):81-92.

[44] 傅伯杰.地理學綜合研究的途徑與方法:格局與過程耦合[J]. 地理學報, 2014,69(8):1052-1059. Fu Bojie. The integrated studies of geography: Coupling of patterns and processes [J]. Acta Geographica Sinica, 2014,69(8):1052-1059.

[45] 肖 楊,毛顯強.區域景觀生態風險空間分析[J]. 中國環境科學, 2006,26 (5):623-626. Xiao Yang, Mao Xianqiang. Spatial analysis of regional landscape ecological risk. China Environmental Science, 2006,26(5):623-626.

Construction of ecological security pattern in typical plateau lake basin——A case of the Qilu lake basin.

ZHAO Xiao-qing, TAN Kun, YI Qi*, LI Si-nan, MIAO Pei-pei, PU Jun-wei

(College of Resource Environment and Earth Science, Yunnan University, Kunming 650091, China)., 2019,39(2)：768~777

With the goal of “source” and environment protection, the minimum accumulated resistance model (MCR) was used to quantitatively study the ecological security pattern in the Qilu lake basin. The results showed that: The average eco-safety index of the Qilu Basin was 2.59 and the ecological safety was mainly dominated by a lower degree of safety,accounting for 36.33% of the total area of the basin; Then it is followed by the levels of moderate safety and insecurity, accounting for 23.36% and 22.53% of the total basin area, respectively; the safest area was the smallest, accounting for only 17.77% of the total basin area; the lower safety zones were mainly distributed in the northwest, southeast and southwest, and ecological protection construction in these areas should be strengthened; Regarding as the ecological source, the slope, elevation, vegetation coverage, land cover type, distance from water body, distance from construction land, distance from residential area, distance from road were selected as indexes. The ecological source which was the area of the natural forest land, important reservoir and lake buffer within 100m. These factors combined with the MCR model and the cost-distance analysis module of GIS, generated the minimum cumulative distance of consumption surface and it was divided into five levels; based on the characteristics of the frequency of cumulative resistance changes, five ecological functional zones were identified: ecological buffer zone, ecological transition zone, ecological marginal zone, agricultural cultivation zone and human activity zone. The total area of ecological resources in the Qilu Lake basin was 126.87km2, accounting for 35.74% of the total area of the basin. Ecological sources have large differences in area, number, and spatial distribution. The spatial distribution pattern of ecological sources was concentrated around the corners but scattered in the middle. The ecological corridor is continuous and compact, with a scattered and fragmented space in the middle. There was a big difference in the spatial resistance values of ecological nodes, and some ecological nodes have a relatively large accumulated resistance. Those nodes are located in the area which had the largest basin's landscape cumulative resistance value and have a great influence on the flow security of ecological flows. Based on the minimum cumulative resistance surface, combined with the Hydrology module of GIS, a structured watershed landscape ecological security pattern was constructed with an ecological source, 19ecological nodes, and 23ecological corridors. Moreover corresponding suggestions were put forward. It has a certain reference value for the study of plateau lake basins and ecological environment protection.

ecological security；ecological security pattern；minimum cumulative resistance model；ecological environment；Qilu lake basin

X524

A

1000-6923(2019)02-0768-10

趙筱青(1969-),女,云南大理人,教授,博士,主要從事土地生態安全、土地利用覆被變化環境效應、土地利用優化研究.發表論文50余篇.

2018-07-03

云南大學研究生科研創新基金資助項目(YDY17117,YDY17119);國家自然科學基金資助項目(41361020,41761109);云南省科技廳—云南大學聯合基金資助項目(2018FY001(-017));云南大學一流學科——地理學學科建設資助項目(C176210103,C176210215);“第二批云嶺學者培養”項目(C6153001)

* 責任作者, 副教授, yiqi@ynu.edu.cn