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论文|综合区域内和跨区域方法识别生态安全格局(含PDF原文)

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论文信息

标题:Integrating regional and interregional approaches to identify ecological security patterns
期刊:Landscape Ecology(SCI一区)
时间:2021
作者:Jianquan Dong
一句话总结:综合3种生态系统服务(栖息地质量、土壤保持和森林游憩),基于区域内和跨区域识别生态源地,构建生态安全格局,并对高生态系统服务重要性的范围变化进行分析

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创新点

(1)提出了一种结合区域内和跨区域方法识别生态源地,从而构建生态安全格局
(2)探究了范围变化对生态安全格局影响

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研究意义

(1)以景观规划和地理设计的理论和方法为基础,构建可持续景观格局(SLP)是实现景观可持续性的有效途径之一。生态安全格局(ESP)为实现土地利用模式的空间优化以改善生态系统质量提供了有效途径;
(2)然而,大多数涉及SLP的问题研究仍然集中于空间分辨率变化对可持续景观管理的影响,很少关注尺度变化的影响;
(3)在确定ESP时,通常考虑区域视角(与目标保护范围相一致的分析规模),并且此类范围主要基于行政边界,即省、州或县级边界。然而,很少考虑跨区域视角(分析范围比目标保护范围更广),也很少进行研究来探讨空间范围变化对生态源地和廊道识别的影响。

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研究区与数据

3.1 研究区
潍坊市(北纬35°41′–37°26′,东经118°10′–120°01′)位于中国山东省东部,北临渤海,毗邻东营市、淄博市、临沂市、日照市、青岛市和烟台市六个城市。近几十年来,随着社会经济的发展,潍坊市逐渐成为山东省重要的沿海开放城市。与此同时,建设用地的扩张与生态用地的保护之间的矛盾日益突出,潍坊市的生态安全问题不容忽视。
研究区图
3.2 数据
将潍坊市及周边城市的土地利用类型分为13类,即水田、旱地、林地、灌丛地、高覆盖草地、低覆盖草地、海洋、河流、湖泊、水库、湿地、建设用地和未利用土地。此外,应用ANUSPLIN软件实现了空间分辨率为30m×30m的降水插值。

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方法

4.1 ESI评估
(1)根据研究区域的自然背景和先前的研究案例,在潍坊市和周边城市考虑并评估了三个重要的生态系统服务(栖息地质量、土壤保持和森林游憩),并将三个生态系统服务的标准化评估结果进一步重叠,以确定高ESI区域;

(2)InVEST模型用于评估潍坊及周边城市的栖息地质量;

(3)采用修订后的通用土壤流失方程(RUSLE)测量潍坊市及周边城市的实际土壤侵蚀和潜在土壤侵蚀,并进一步评估土壤保持力;

(4)森林游憩服务被选为潍坊市及周边城市生态资源识别的重要组成部分。

4.2 高ESI地区范围变化的影响分析
以潍坊市为中心,以900m(约30个网格)为半径向外扩展,形成其他30个不同的研究范围。然后分别以潍坊市10%—50%的分位数阈值(区域法)和30个扩展范围(区域间法)提取高ESI区域,计算重叠面积比(即生态系统服务功能重要性高区域之间的重叠面积)在每个范围和潍坊市,除以潍坊市生态系统服务功能重要性高区域的面积)在不同的分位数阈值。其目的是找到一个适用于区域内方法和跨区域方法的分位数阈值。
4.3 生态源地识别
(1)通过区域内和跨区域的方法进行生态源地识别。首先重点确定8个生态源地的空间范围,即跨区域方法的潍坊市全域及周边城市的范围,区域内方法的每个城市的7个空间范围。根据对高生态系统服务功能重要性区域范围变化的影响分析确定识别阈值,斑块区域设置为不小于20 km 2,避免生态安全格局碎片化;
(2)整合区域内和跨区域方法来识别生态源地。由于生态系统服务功能重要性的空间异质性,区域内方法和跨区域方法确定的生态源地位置。通过前8个范围确定的生态源地,按照合并的原则进行组合,以保证生态用地的完整性和连通性。由于潍坊市是本研究的目标城市,位于潍坊市边界内或与潍坊市边界相交的生态源地为中心生态源地,其他生态源地为周边生态源地。
4.4 生态廊道识别
(1)MCR模型被用于确定生态走廊;

(2)参考先前的研究,将生态阻力系数分配给潍坊市和周边城市的不同土地利用类型;

(3)此外,还应用电路理论评估了生态廊道的连通性,利用分位数方法将生态廊道根据累积流向(即关键生态廊道、一般生态廊道和脆弱生态廊道)划分为三个层次。

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研究结果

5.1 生态系统服务重要性
对3种生态系统服务的空间分布与不同等级的面积以及行政区划间的差异进行分析与描述。

潍坊市及周边城市生态系统服务重要性的空间格局

5.2 高ESI区域的范围变化影响
(1)不同分位数阈值下高生态系统服务功能重要性区域的重叠面积比如图所示 。当分位数阈值固定时,不同程度提取的高生态系统服务重要性区域重叠面积比例存在较大差异。
在高ESI的不同分位数阈值下变化范围的覆盖面积比率
(2)分析不同分位数阈值下所有范围的重叠面积比的平均值,可以发现,当分位数阈值为10%和20%时,平均重叠面积比最低,为0.83。即在10%或20% 分位数阈值下,高 ESI 区域识别主要受范围变化的影响;
(3)本研究在保证生态源面积大小的基础上,选取20%作为提取高生态系统服务重要性区域的分位数阈值。这也说明,在识别生态源时,要更加注意区域内方式与跨区域方式的比较。
5.3 生态源地
(1)两种方法提取处的生态源地存在差异,如图所示。
生态源地空间分布
(2)最终生态源地通过区域间整合方法的空间进行确定。总体来看,潍坊市及周边城市的生态资源主要分布在西部山区和北部沿海地区。
4.4 生态安全格局
本研究以潍坊市界线包含或相交的生态源为中心生态源,提取周边生态源,通过生态廊道连接中心生态源地。基于MCR模型和电路理论,识别了的关键生态廊道、一般生态廊道和脆弱生态廊道。潍坊市通过整合区域和跨区域方法的生态安全格局如图所示 。共确定11个中心生态源地,通过22条生态廊道相互连接。
研究区生态安全格局

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讨论

6.1 通过不同方法识别的生态安全格局对比
(1)一方面,由于潍坊市的当地ESI相对低于周边城市的平均水平,区域间方法可能只关注更广泛的生态保护实施,从而导致生态源面积的急剧减少;
(2)通过整合方法确定的ESP不仅可以保持生态源的栖息地完整性,即避免因行政边界而导致的栖息地碎片化,还可以通过与周围生态源的连接来改善局部生态源离散斑块的连通性;
(3)对不同方法构建的生态安全格局进行对比:
6.2 范围变化对生态安全格局影响的原因
(1)目前很少有研究对同一目标区域不同范围的生态安全格局进行比较和整合;
(2)用于识别生态源地的阈值差异很大,通常在10%到50%之间。当使用不同的阈值来识别区域和区域间的生态源地时,两种识别结果不可比较。在这项研究中,20%的阈值被用于检测区域方法和区域间方法之间的最大差异,并探索综合方法在实现生态保护中的不同空间目标方面的潜在有效性。
6.3 局限和未来方向
(1)应进一步评估和验证更多反映研究区域自然和社会特征的生态系统服务;
(2)关于生态廊道,人们关注的只是方向和连通性的变化,但这种变化的程度是否会影响生态廊道的宽度?这种影响达到了什么程度?应进一步探讨这些相关问题;
(3)这项研究探讨了在识别ESP时整合区域内和跨区域方法的前景,这可以进一步考虑用于识别和优化其他SLP。

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结论

确定了11个中心生态源地和21个周边生态源地,70%的关键生态廊道是潍坊市和其他城市的区域间生态廊道。不同的研究范围将导致潍坊市高生态系统服务重要性地区的差异高达24%,本研究弥补了在单一空间范围内识别可持续景观格局的不足,以及通过区域间方法忽视的地方生态土地保护。

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https://pan.baidu.com/s/1Mw_Qeuf9n3S0UlfQEWBUqQ?pwd=7i69,提取码:7i69 。
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