基于MSPA和MCR模型的秦嶺北麓西安段生態(tài)網(wǎng)絡構建研究

關鍵詞：生態(tài)源地；最小累計阻力模型；電路理論；生態(tài)廊道

中圖分類號：X826 文獻標志碼：B

前言

隨著全球城市化進程的加速，導致生物多樣性下降、景觀破碎化加劇等生態(tài)問題。生態(tài)網(wǎng)絡構建是重要的生態(tài)保護與恢復策略。生態(tài)網(wǎng)絡通過連接破碎化的生態(tài)斑塊，促進物種遷移、能量流動和基因交流，對于維護區(qū)域生態(tài)平衡和生物多樣性具有重要意義。

由于不同區(qū)域之間的生態(tài)網(wǎng)絡構建存在差異，不能制定統(tǒng)一的標準和方法。文章選取秦嶺北麓西安段作為研究區(qū)。秦嶺作為中國的生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域之一，同時也是國家重點生態(tài)功能區(qū)，具有水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護及水土保持等重要生態(tài)服務功能，是國家重要生態(tài)安全屏障。秦嶺北麓（西安段）是秦嶺山脈的北坡山腳，與西安市區(qū)聯(lián)系緊密，生態(tài)環(huán)境相對脆弱，人工干擾痕跡明顯，在學術研究上具有典型的地域特點和區(qū)域特殊性。

綜上所述，此研究利用MSPA分析、MCR模型及電路理論提取秦嶺北麓西安段的生態(tài)源地和生態(tài)廊道，實現(xiàn)生態(tài)網(wǎng)絡的構建和評價，以期為秦嶺北麓西安段的生態(tài)網(wǎng)絡優(yōu)化、生物多樣性保護提供科學依據(jù)。

1研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1研究區(qū)概況

秦嶺北麓西安段是秦嶺北麓的核心地區(qū)，其區(qū)域生態(tài)及物種資源富饒，并且植被覆蓋度高，具有豐富的自然資源和獨特的生物多樣性格局。生態(tài)系統(tǒng)具有脆弱性和過渡性，且受人為影響較大。文章旨在選取典型區(qū)域，故以秦嶺北麓西安段作為研究區(qū)域，行政范圍包括長安區(qū)、臨潼區(qū)、灞橋區(qū)、藍田縣、鄠邑區(qū)、周至縣共6個區(qū)縣，總面積約為8771.90平方千米。

1.2數(shù)據(jù)來源

2021年土地利用數(shù)據(jù)來源于武漢大學的中國土地覆蓋數(shù)據(jù)集（CLCD），空間分辨率為30米。空間分辨率為30m×30m的DEM數(shù)據(jù)，來自地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn）；歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index，NDVI）數(shù)據(jù)來源于美國NASA數(shù)據(jù)服務中心提供的2021年MOD13Q1；研究區(qū)行政區(qū)劃及道路交通等基礎矢量數(shù)據(jù)來源于國土變更調(diào)查成果數(shù)據(jù)。

2研究方法

2.1生態(tài)源地識別

2.1.1形態(tài)學空間格局分析（MSPA）

形態(tài)學空間格局（Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA）是從形態(tài)學角度識別研究區(qū)域內(nèi)對景觀連通性具有重要作用的生境斑塊，強調(diào)景觀的結構性連接。研究區(qū)的土地利用類型為耕地、林地、草地、灌木、水體、建設用地、未利用地七類，將草地、林地、水體作為前景，將其他地類均作為背景。運用Guidos Toolbox軟件，結合形態(tài)學空間格局分析方法（MSPA），提取景觀類型的核心區(qū)。其中核心區(qū)為大型自然斑塊、野生動物棲息地、森林保護區(qū)等較大的綠色斑塊，是生態(tài)源地的重要組成部分。

2.1.2景觀連通性分析

生態(tài)景觀對于物種的流通和阻礙的影響程度即為景觀連通性。文章基于Conefor2.6軟件評價核心區(qū)景觀連接度，并確定連通閥值為2000m，連通概率設定為0.5。采用整體連通性指數(shù)ⅡC和可能連通性指數(shù)PC兩個指標量化景觀中斑塊之間的連通程度。ⅡC是衡量景觀中所有斑塊間整體連通性的一個綜合指標。值域通常在0到1之間。ⅡC的值越接近于1，表示景觀中斑塊之間的連通性越好。PC是衡量景觀中某一斑塊與其他斑塊之間潛在連通可能性的指標，值越大，表示斑塊間潛在的連通性越強。通過計算核心區(qū)之間的景觀連通性，選取PC和ⅡC較大的的源地斑塊提取為生態(tài)源地。

2.2綜合阻力面確定

最小累積阻力模型（Minumum Cumulate Resist-ance，MCR模型）指物種從源頭點到目標地遷徙的過程所需克服的總阻力的模型。結合秦嶺四寶的生境狀況，文章選取高程、坡度、土地利用類型、距主要道路距離、距水體距離和歸一化植被指數(shù)NDVI共6個影響因子構建MCR模型。參考以往學者的研究成果，賦予1-9阻力系數(shù)及權重，具體數(shù)值的設定如表1所示。表1中阻力系數(shù)越高，表明擴散時物種受到的阻力值越大，阻力因子權重采用層次分析法確定。據(jù)此分別計算出單個影響因子的阻力面，再運用Arcgis的柵格計算器，根據(jù)影響因子對應的權重計算得到綜合阻力面。

2.3生態(tài)廊道構建

生態(tài)廊道是區(qū)域內(nèi)生態(tài)源地間物質和能量流動的通道。生態(tài)廊道構建以生態(tài)源地和綜合阻力面構建為基礎，文章基于電路理論中電荷隨機游走特性識別生態(tài)廊道，借助Linkage pathway tool工具加以實現(xiàn)。當前確定廊道寬度的標準不一，文章構建寬度為1000m的生態(tài)廊道。

3結果與分析

3.1識別生態(tài)源地

文章以秦嶺林地、草地、水域為前景進行形態(tài)學空間格局分析，計算出核心區(qū)，并選取面積較大的30個斑塊作為初篩的生態(tài)源地，再通過景觀連通性分析，計算初篩的30個斑塊的連通性指數(shù)PC及整體連通性指數(shù)ⅡC，選取景觀連通性較好的斑塊最終提取12處生態(tài)源地，總面積為4649.09km²，占研究區(qū)總面積的52.99%，以林地為主。主要分布在南部的秦嶺山區(qū)和東北部的驪山區(qū)域。如圖1所示，秦嶺生態(tài)源地分布較集中，其中1號生態(tài)源地面積最大，且集中連片，約占整個生態(tài)源地總面積的98%。東北部分布次之，主要是林地；西北部沒有生態(tài)源地，主要原因是該區(qū)域受人類活動干擾較大。

文章識別生態(tài)源地12個（見圖1），結合生態(tài)源地的地理位置及其所處的生態(tài)功能服務區(qū)進行分析，對生態(tài)源地進行初步保護措施分析，見表2。

3.2構建綜合阻力面

根據(jù)高程、坡度、土地利用類型、距主要道路距離、距水體距離和歸一化植被指數(shù)（NDVI）分別構建單個影響因子阻力面，根據(jù)各影響因子阻力面所占權重構建秦嶺北麓西安段綜合阻力面。如圖2所示，研究區(qū)南部和東北部的秦嶺山區(qū)主要為林地類型，阻力值低，而研究區(qū)的北部主要是耕地和城鎮(zhèn)，阻力值高。且阻力高值多出現(xiàn)在灞橋區(qū)和長安區(qū)，位于西安市區(qū)周圍區(qū)域。

3.3構建生態(tài)網(wǎng)絡

基于生態(tài)源地和綜合阻力面，利用電路理論提取生態(tài)廊道，研究區(qū)共提取23條，如圖3所示。秦嶺北麓西安段生態(tài)網(wǎng)絡的空間分布非常不均，生態(tài)源地多分布于研究區(qū)北部和東部，且1號生態(tài)源地斑塊面積很大，源地內(nèi)部可以進行物質和能量流動，所以生態(tài)廊道多分布于研究區(qū)東部，呈現(xiàn)出數(shù)量多、密度大且連通性較強的特點；東南部的廊道由于生態(tài)源地間距離近，均表現(xiàn)出長度短，整體連通性較強的特點；研究區(qū)北部和東部多為耕地和建設用地，由于沒有生態(tài)源地，且從所構建的綜合阻力面可知，該區(qū)域阻力值較高，所以沒有生態(tài)廊道。生態(tài)廊道主要分布在藍田縣和灞橋區(qū)區(qū)域內(nèi)。

為構建研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡，此研究運用Pinch-pointMapper工具識別生態(tài)夾點和生態(tài)障礙點。生態(tài)夾點是生物遷徙過程中通過可能性較高的區(qū)域，是生態(tài)保護的關鍵點。研究區(qū)共識別生態(tài)夾點28處，如圖4所示，面積共計10.80km²，生態(tài)夾點中面積最大的為1.78km²，面積最小的為0.05km²。生態(tài)障礙點指阻礙物種遷徙的區(qū)域，是構建生態(tài)安全格局需要清除的區(qū)域。研究區(qū)共識別生態(tài)障礙點20個，空間分布狀態(tài)如圖4所示，生態(tài)障礙點總面積10.08km²，其中生態(tài)障礙點最大面積為3.92 km²，最小面積為0.05km²。

4結論

秦嶺北麓西安段共識別生態(tài)源地12塊，主要分布在秦嶺山地區(qū)域。為保障研究區(qū)內(nèi)物種的流動，應對生態(tài)源地區(qū)域優(yōu)先保護，并結合生態(tài)功能區(qū)提出有針對性的保護和監(jiān)管措施。研究區(qū)提取生態(tài)廊道23條，廊道集中分布在藍田縣區(qū)域內(nèi)，說明藍田縣生態(tài)環(huán)境好，鄠邑區(qū)和長安區(qū)的淺山區(qū)受人為干擾強度大，生境破碎化嚴重，在生態(tài)保護時須重視。研究區(qū)識別生態(tài)夾點28個，生態(tài)障礙點20個。著重構建與保護生態(tài)廊道和夾點，對于增強生態(tài)斑塊間的連通性、維持區(qū)域生態(tài)功能的穩(wěn)定至關重要。物種作為生態(tài)網(wǎng)絡的核心組成部分，在規(guī)劃生態(tài)廊道時需充分考慮各類物種的遷徙需求，制定針對性的管理策略，為生物多樣性保護提供有力支撐。