自然资源整合视角下区域生态网络构建途径
生态网络构建是保障生态过程、维护生态安全、提升生态系统服务的有效途径,生态网络为自然要素及生境斑块间生态过程的有效调控提供了重要的空间结构,构成系统、完整的生态空间格局,实现生态服务价值的提高和生物多样性的保护。
在厘清山水林田湖草自然要素内在关系和生态过程的基础上,整合生态保护修复目标与生态保护红线划定途径,选取适宜的单因子/要素进行水平过程空间分析,得到单因子/要素生态安全格局,然后进行垂直叠加,获取综合生态安全格局。在此基础上,基于MSPAS识别潜在的重要生态廊道,构建山水林田湖草区域生态网络。
自然资源整合视角下山水林田湖草区域生态网络构建途径
泰山区域山水林田湖草自然要素识别
泰山区域作为我国第二批山水林田湖草生态保护修复工程试点,其范围包括泰安市全域与济南市大部分区域,总面积约为13 500 km2,占山东省陆地面积约8.6%。地势中部高、南北低,中部为山区,南部和北部为丘陵、平原。
泰山区域山水林田湖草生态保护修复工程区位图
泰山区域山水林田湖草生态保护修复工程根据修复任务不同分成了泰山生态区、大汶河—东平湖生态区、小清河生态区3个生态修复区域。通过遥感影像解译并结合土地利用现状(数据主要来源于30 m×30 m的LANDSAT8遥感影像、30 m×30 m的DEM高程数据),可以得到泰山区域的山水林田湖草自然要素面积数量和空间分布。
泰山区域山水林田湖草要素面积及分布情况表
泰山区域山水林田湖草自然要素分布图
泰山区域生态安全格局构建
3.1 水源涵养安全格局
本文识别了泰山区域重要区域河湖水系、湿地分布、饮用水源区等的水资源要素以及洪泛平原、自然河流、湖泊及其沿岸湿地、滩涂等用地类型。基于ArcGIS对不同等级的水资源和湿地进行缓冲分析,构建不同安全水平的水源涵养安全格局。
水源涵养安全格局建构标准
泰山区域水源涵养安全格局
3.2 地质灾害防护安全格局
泰山区域地质灾害因子主要包括地震带、滑坡、滑塌、崩塌、地面沉降和地裂缝等多种地质灾害要素。基于ArcGIS对高程和坡度的分级运算,得到地质灾害的敏感性分布,通过叠加各类地质灾害因子,识别地质灾害源的空间分布。
地质灾害防护安全格局建构标准
泰山区域地质灾害防护安全格局
3.3 生物多样性保护安全格局
本文选取白鹳(Ciconia)和雕鸮(Bubo)作为指示物种,并依据指示物种的生境需求确定源。
指示物种特征及生境条件
研究选取适宜白鹳栖息、繁殖的生境类型为源地(面积较大的水体及其200 m内的林地和草地),选择影响白鹳生存条件的土地利用类型为阻力因子,依据各类用地对白鹳运动的相对阻力大小,赋予相应的阻力值来构建阻力面。基于MCR模型,运用ArcGIS计算成本距离,模拟不同土地利用类型对白鹳从源地向外扩散过程中的阻力大小,构建白鹳保护安全格局。
雕鸮在泰山区域为留鸟,宜采用适宜性分析法构建雕鸮保护安全格局。林地是鸮类主要的栖息地类型,根据其生活习性,选择海拔高于500 m的林地为物种保护的核心斑块。雕鸮活动范围较广,土地利用类型对其影响较小,在源地周围划定适宜的缓冲区,构建雕鸮保护安全格局。对白鹳保护安全格局和雕鸮保护安全格局进行空间叠加,得到不同安全水平的泰山区域生物多样性保护安全格局。
泰山区域生物多样性保护安全格局
3.4 泰山区域综合生态安全格局
综合以上水源涵养安全格局、地质灾害防护安全格局和生物多样性保护安全格局,进行等权重空间叠加,得到不同安全水平的泰山区域综合生态安全格局。
不同安全水平的泰山区域生态安全格局面积及占比
泰山区域综合生态安全格局
泰山区域生态网络构建
4.1 潜在重要生态廊道识别
(1)生态源地选取
本文将林地、草地、水体作为MSPA分析的前景要素(值为2),建设用地、耕地作为背景要素(值为1),利用GuidosToolbox 2.8分析软件将生态要素划分成7种景观类型:核心区、孤岛(Islet)、边缘、穿孔、连接桥、环、分支。
根据岛屿生物地理学原理,在MSPA分析结果中,面积较大且景观连接度较高的核心区可作为物种栖息地,对生物多样性的保护具有重要意义。本文首先选取面积(S)≥3 km2的核心区为重要核心区,共计80个;其次运用景观连通性分析软件Conefor Sensinode2.2计算80个重要核心区的景观连接度指数(PC),利用自然段点法将景观连接度指数分为8个重要程度等级;最后,按连接度重要程度由高到低排序,将前6个等级(PC≥0.2)的重要核心区确定为最终的生态源地,共计34个。
(2)生态廊道提取与重要性分析
生态廊道的提取常通过最小累积阻力模型计算源地与目标源地间的最小耗费距离来决定。生物在不同源地斑块间运动需要克服景观阻力,阻力面设置能够确定最小阻力路径。选取土地利用类型、高程、坡度3种阻力因子,对阻力因子进行权重赋值来构建阻力面。
生态阻力值及权重
采用ArcGIS的成本距离与成本路径来计算基于生态阻力面的源地与目标源地间的潜在生态廊道。重要生态廊道选取依据多个源地与目标源地重合的潜在生态廊道与MSPA分析的具有廊道功能的桥接区、环、分支进行确定。由于泰山斑块面积与生境质量较高,重要生态廊道在研究区域主要沿南北向分布于源地间的山林地、草地和耕地。
泰山区域重要生态廊道识别
4.2 泰山区域生态网络构建
基于泰山区域的综合生态安全格局和MSPA识别的潜在生态廊道,规划泰山区域“一核三心一轴一带多节点”的生态网络结构。
泰山区域生态网络结构图
“一核”为以山、林为主的泰山生态核心区,是泰山区域规模最大、生态价值最高的生态空间,用以涵养水源、维持关键物种的生存等生态功能。
“三心”分别为东平湖湿地生态绿心、徂徕山生态绿心和莲花山生态绿心,东平湖是研究区域最大的湖泊,也是山东省第二大淡水湖,提供多种生态系统服务类型,徂徕山和莲花山是研究区域面积较大、斑块较为完整的独立山体,生态要素类型多样,在区域中发挥着重要的生态功能。
“一轴”是大汶河生态轴,东西向贯穿泰山区域南部,实现了生态斑块间信息流、能量流、物质流的东西向传递。
“一带”是连接核心区间生态过程的潜在生态廊道,基于核心区之间的山林地、河流、农田构建起生态联系。
“多节点”是生态价值较核心区低、可作为生态过程踏脚石的一般核心区,能够加强研究区域生态网络结构间的联系。
结语
山水林田湖草生命共同体的核心就是从过去的单一要素保护修复转变为以多要素构成的生态系统服务功能提升为导向的保护修复。
泰山区域的生态网络结构是国土空间中的重要结构性要素,不仅为生态过程提供空间支持和生态服务功能,还是维护区域生态安全和提升环泰山城市群人居环境质量的前提和保障。在构建完善的泰山区域生态网络结构基础上,针对性地识别生态敏感性高的生态受损空间,重点考虑山上山下、地上地下等不同生态单元的相互影响,实现系统修复和协同修复的目标。在生态修复基础上,通过复合营建的方式探索供给高质量的生态产品,实现从自然资源向自然资产的转变,打造泰山区域“山青、水绿、林郁、田沃、湖美”的山水林田湖草生命共同体。
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