基于生態安全格局的肥城市重點區域識別研究

摘要：國土空間生態修復是一項綜合性工程，對實現生態平衡和可持續發展有重要作用。本文以肥城市為研究區，采用空間主成分分析法，選取7項指標對生態安全狀況進行評估，并建立以最小累積阻力模型為基礎的生態阻力面，采用距離分析與水文分析相結合的方法，對關鍵生態廊道進行提取，對關鍵生態節點進行識別，從而構建區域生態安全格局。

關鍵詞：空間主成分分析法；最小累積阻力模型；生態安全格局；生態節點；識別；肥城市

中圖分類號：X321 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）04-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.040

Research on Identification of Key Areas in Feicheng City Based on Ecological Security Pattern

ZHANG Jun

（Shandong Urban and Rural Planning Design Institute Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract： The ecological restoration of national land space is a comprehensive project that plays an important role in achieving ecological balance and sustainable development. Taking Feicheng city as the research area， this paper adopts spatial principal component analysis method， selects 7 indicators to evaluate the ecological security status， and establishes an ecological resistance surface based on the minimum cumulative resistance model， and adopts a combination of distance analysis and hydrological analysis to extract key ecological corridors， identify key ecological nodes， and construct a regional ecological security pattern.

Keywords： spatial principal component analysis method; minimum cumulative resistance model; ecological security pattern; ecological nodes; identification; Feicheng city

肥城市位于山東省中部，東與泰安市岱岳區毗鄰，西與平陰縣、東平縣接壤，北與濟南市長清區毗鄰，南與寧陽縣、汶上縣隔大汶河相望。國土空間生態修復是一項綜合性工程，有助于實現生態平衡和可持續發展。本文以肥城市為研究區，綜合運用多種方法提取關鍵生態廊道，識別關鍵生態節點，從而構建區域生態安全格局。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本研究使用的數據主要包括土地利用變更調查、數字高程模型和歸一化植被指數等資料，來源于肥城市自然資源和規劃局與地理空間數據云平臺。

1.2 研究方法

1.2.1 生態安全評價指標選擇

結合肥城市現狀，綜合考慮土地覆蓋、生物多樣性、水體分布、地形和距離等因素，構建研究區生態安全評價指標體系。主要評價指標有7個，即高程（X1）、坡度（X2）、土地覆蓋類型（X3）、植被覆蓋度（X4）、距水體的距離（X5）、距道路的距離（X6）和距采礦點的距離（X7）。借助ArcGIS軟件對各指標進行分級，數值越小，生態安全性越高。

1.2.2 空間主成分分析法

空間主成分分析法的目標是找到原始數據的主要變異方向，還考慮空間相關性。通過對數據進行空間權重的調整，主成分可以更好地反映空間結構。空間主成分分析法的結果是一組新的主成分，每個主成分都是原始變量的線性組合，這些主成分可以用來解釋空間上的變異結構，揭示數據的主要空間模式[1-2]。第i個評價單元的生態安全指數采用式（1）計算。

式中：E為第i個評價單元的生態安全指數；Pij為第i個評價單元的第j個指標；Wj為各指標的權重，j=1，2，…，l。

1.2.3 生態安全格局構建

最小累積阻力模型反映空間單元與源的連通性[3-4]。

最小累積阻力值采用式（2）計算。根據研究區自然條件、生境斑塊面積和生物多樣性豐富度，選擇集中成片的林地、大面積水域和自然保護地作為生態源地。使用ArcGIS軟件，采用最佳路徑分析模型來模擬生態阻力，并考慮生態因子的權重，生成生態阻力面。將阻力面分為低、較低、中等、較高和高5個等級，根據綜合阻力值的大小進行劃分。將距離分析和水文分析相結合，識別生態本源和生態阻力面，確定成本最小路徑，從而提取生態廊道。生態節點是指在區域內起關鍵連接斑塊間生態流作用的組分，一般位于生態廊道最薄弱的地方[5]。借助ArcGIS軟件處理地形數據，生成流向和累積阻力表面，確定具有最高阻力值的像元后，使用重分類技術標識并提取脊線。將累積阻力表面的脊線與生態廊道的交點作為生態節點。

式中：RMC為最小累積阻力；fmin為最小累積阻力與生態過程的正相關函數值；Dij為從源i到某一點j穿越景觀要素單元的空間距離，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n；Ri為從源i到某一點j穿越景觀要素單元進行空間擴張的阻力。

2 結果與分析

2.1 生態安全評價

基于空間主成分分析法，從載荷矩陣中提取7個主成分，如表1、表2所示。數據顯示，前5個主成分累計貢獻率為91.459 7%，這表明這5個主成分充分反映研究區生態安全狀況。對每個主成分對應的原始數據進行深入研究，結果發現，土地覆蓋類型、地形、水體分布、道路和人類活動等因素對研究區生態安全有顯著影響。

研究區各評價指標的生態安全等級分布顯示，高程和坡度的空間分布特征明顯；土地覆蓋類型和植被覆蓋度的空間分布相對散亂；距水體的距離是一個正向指標，越靠近水，生態安全等級越高；距道路的距離和距采礦點的距離是負向指標，與人類活動區域距離越遠，生態安全等級越高。根據評價結果，低安全區、較低安全區、中安全區、較高安全區和高安全區的面積分別占總面積的8.54%、22.49%、28.35%、28.17%和12.46%。其中，中安全區占比略高，表明研究區總體處于中等偏上的生態安全水平。研究區生態安全水平分布總體差異明顯，南高北低，這種不平衡的空間分布格局對區域生態和人類社會可持續發展帶來一定阻力。安駕莊鎮、安臨站鎮南部、邊院鎮和孫伯鎮西部等區域地形平坦，灌溉水源充足，生態安全水平明顯高于其他區域。石橫鎮、王瓜店街道和儀陽街道生態安全水平低，這些區域資源開發利用強度高，對生物移動構成較大阻力。

2.2 生態安全格局構建

2.2.1 生態源地識別

將集中成片的林地、大面積水域和自然保護地作為生態源地，經鑒定，源地面積為101.29 km2，主要分布在云蒙山風景區、牛山國家森林公園和康王河國家濕地公園，其余分布較為分散。

2.2.2 生態阻力面建立

利用ArcGIS軟件，運用最佳路徑分析等方法模擬生態阻力，將阻力面按綜合阻力值分為5個等級。其中，低阻力區面積最大，主要分布在安駕莊鎮、安臨站鎮、孫伯鎮、石橫鎮和王瓜店街道；高阻力區面積最小，主要分布在王莊鎮西北部和桃園鎮西南部，高阻力區會對物種遷徙和生態系統健康產生不利影響。

2.2.3 生態廊道提取

一是基于距離分析識別的生態廊道。根據最小累積阻力模型，利用成本連通性工具生成生態廊道，對生態廊道進行評估，考慮其對物種遷徙、基因流動和生態系統健康的影響，最終確認97條生態廊道。二是基于水文分析識別的生態廊道。利用距離分析得到研究區最小累積阻力面，采用水文分析得到其最小消耗路徑分布圖。水文分析結果顯示，最小消耗路徑主要分布在平坦地形區，最適合作為生態廊道，其中水流條件對物種遷徙和生態系統健康有利。將利用距離分析得到的生態廊道與利用水文分析得到的生態廊道疊加，綜合判別結果，提取119條關鍵生態廊道，并對其進行平滑處理，確定生態廊道空間位置，如圖1所示。

2.2.4 生態節點識別

運用水文分析，選取脊線與累積阻力表面生態廊道的交點作為關鍵生態節點。經鑒定，關鍵生態節點有83個。生態節點是提升生態廊道連接性的重要戰略點，要加大生態節點培育力度，優化生態節點空間布局，提高其連通性。

2.3 生態安全格局判別

肥城市生態安全水平總體呈南高北低的特點，生態安全格局有待優化。生態源地與生態節點分布不均，低山丘陵集中，平原分散。未來，要不斷優化生態節點空間布局，充分發揮各類生態資源效能，完善研究區生態源點和節點體系。

3 結論

本文綜合運用多種方法提取關鍵生態廊道，識別關鍵生態節點，借助空間主成分分析法對肥城市生態安全水平進行定量評價。結果顯示，研究區總體處于中等偏上的生態安全水平，其仍有待提高。生態源地面積為101.29 km2，關鍵生態廊道有119條，關鍵生態節點有83個。肥城市要結合實際情況，做好生態規劃，有序推進生態廊道和生態節點的建設，促進生態組分的有效銜接，構建良好的生態安全格局，最終實現社會經濟與生態環境的可持續發展。

參考文獻

1 董 順，李益國，孫栓柱，等.基于狀態空間主成分分析網絡的故障檢測方法[J].化工學報，2018（8）：3528-3536.

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3 劉希朝，李效順，韓曉彤，等.基于最小阻力模型的資源型城市景觀安全格局診斷研究：以徐州市為例[J].生態經濟，2020（6）：221-229.

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