【生态安全格局】基于“重要性-敏感性-连通性”框架的怒江地区生态安全格局
添加时间:2024-01-24 10:37:23 作者:罗梦怡
来源:FEW record
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相关概念
生态安全格局是由不同生态系统组成的相互联系的生态网络。它既是支撑生物生存、维持自然生态过程、提高和维护区域生态安全的有效途径,也是在区域范围内识别保护、加强连通性和管理有效性的重要方法。
生态源地被定义为提供高水平生态系统服务的关键区域,对生态流起关键作用的景观部分。
生态阻力面是指生物在不同景观单元或生境斑块间移动时的困难或受干扰程度。
生态廊道是在一个区域内传递生态流、生态过程和生态功能,并有效连接生态系统要素的廊道。
生态节点是指在生态流运输、交换和物种迁移中起关键作用的位置,对生态安全格局的构建具有重要意义。
研究方法
1.识别源地,构建生态阻力面-首先从生态系统服务重要性、生态环境敏感性、景观连通性、生态源识别等方面对怒江州生态安全进行综合评价;
2.提取生态廊道-其次,基于生态源和生态阻力面,利用MCR模型识别怒江地区的生态廊道;
3.提取生态节点-最后,通过水文分析和生态廊道确定生态节点。
图2.构建生态安全格局的技术路线
生态安全综合评价
1.生态系统服务重要性评估
使用INVEST模型从产水(包括水源涵养)、碳存储(包括固碳)、土壤保持、生境质量四个方面进行评估。水源涵养、土壤保持和碳固存通过净初级生产力( NPP )获得。公式如下。
2.生态环境敏感性评估
生态环境敏感性是指生态系统对外部压力或干扰的适应性以及相应破坏后的恢复力。大量研究表明,生态环境敏感性是衡量生态系统在压力下的自我调节和恢复力的有效综合指标。由于怒江地区的水土流失以水力侵蚀为主。生态敏感性从土壤侵蚀敏感性和地质灾害易发性进行了评价。
采用修正的普通土壤侵蚀方程(RUSLE)模型评估研究区土壤侵蚀的敏感性。
式中R为降雨侵蚀因子,单位为[MJ·mm/(hm2·h·a)];Pi,j是2001-2020年i年j月的降雨量,单位为[mm];N 是年数。K为土壤侵蚀因子,单位为[t·h/MJ·mm];Wg,Wp,Wc和Wo分别是土壤中沙子、淤泥、粘土和有机碳的百分比含量。A为单位面积年平均土壤侵蚀模量,单位为[t/hm2·A],LS为边坡长度和边坡因子,C为植被覆盖和管理因子,P为水土保持因子。
地质灾害易发性的计算是基于收集的历史灾害数据,综合考虑地质灾害的发生特征和过程,选取坡度、坡向、高程、河流、地层岩性、断裂构造等作为内导因素,选择NDVI、道路距离、土地利用类型和降雨量作为外部环境触发因子。公式如下:
式中CF为确定性系数;Pa是评价因子A类(级)中地质灾害事件发生的条件概率;Ps是研究区 S 发生地质灾害事件的先验概率。CF的取值范围为[−1,1],其中CF>0表示地质灾害的可能性高。
3.景观连通性
景观连通性可以定义为景观斑块促进或阻碍现有物种或其他生态流动之间流动的程度,是评估生态过程的重要指标。基于Conefor Sensinode 2.6,选取连通性积分指数(IIC)、连通性概率(PC)和斑块重要性值(PI)指数作为分析指标,评价研究区景观连通性。各景观指数的公式如下。
4.生态安全综合评价
基于“重要性-敏感性-连通性”进行生态安全综合评价。根据怒江州生态安全综合评价结果,选取生态安全程度最高、较高的斑块作为一级和二级生态源。
构建生态安全格局
1. 生态源和点的识别 根据生态安全综合评价结果,一级来源为最高等级区域,次级来源为较高等级区域。由于大多数生态源的破碎化,其数量过大,并且随着最小面积阈值的增加,生态源斑块的数量迅速减少。因此,需要设置源斑块的阈值,以识别关键生态源,然后利用ArcGIS中的筛选工具提取关键生态源的质心,即生态点。
2. 生态阻力面的构造
首先,根据各土地利用类型对怒江生态环境的影响,对怒江各土地利用类型数据进行抗性系数赋值(表3),构建基本生态阻力面。针对怒江州不同土地利用类型和典型山峡谷地貌受到人为干扰程度不同的情况,基于夜光遥感数据和高程数据修正生态阻力系数,最后得到怒江州生态阻力面。
3. 生态廊道的识别 Knaapen等人在1990年代提出了最小累积电阻模型(MCR)。本研究基于MCR模型,利用ArcGIS中的成本距离工具和成本路径,将已确定的生态源作为源数据,将生态抗性面识别为成本数据的生态廊道。 4. 生态节点的识别 本研究利用ArcGIS中的水文分析工具对山脊线进行识别,并将生态廊道及其交汇处定义为研究区的生态节点。这些进一步分为战略点、断裂点和暂歇点。 战略点是指生态廊道中最脆弱的地方。本研究采用水文分析方法提取生态阻力面“脊线”,并将其与生态廊道的交点作为战略点。 大型交通设施或大型河流系统隔离了原有的完整栖息地,对陆生生物的迁徙和扩散造成了障碍。考虑到怒江没有铁路,国道、省道、三大江河、怒江生态廊道的交汇处被视为生态断裂点。 暂歇点是“垫脚石”,可以促进物种的迁移和扩散,提高研究区的整体连通性。本文以生态阻力面“谷线”与生态廊道的交点为暂歇点。
结论 该研究通过构建“重要性-敏感性-连通性”框架,评估了怒江地区的生态安全状况,并确定了生态来源。然后,利用MCR模型识别生态廊道和节点,构建生态安全格局。本研究的结论如下。 (1)生态系统服务的重要性在西部较高,在东部较低。怒江生态环境的特点是,怒江、兰桑河两岸分布较多、最敏感的区域数量较少,且分布不连续,生态环境高度敏感区分布在怒江、兰桑河两岸。景观连通性高的区域分布在高黎贡山自然保护区和碧罗雪山,景观连通性高的区域主要分布在巩山县高海拔冰雪覆盖地和怒江、兰桑河两岸人口密集区。 (2)生态安全总体处于良好状态。整个怒江州生态安全水平差异较大,西部地区明显高于东部地区。低生态安全区主要分布在兰屏县和泸水市东南部地区,高生态安全区主要分布在自然保护区。 (3)通过构建怒江州生态安全格局,一级和次级生态源总面积为3281.35 平方公里和 4224.64 平方公里,分别占全地总面积的22.32%和28.73%。一级和次生生态源空间分布不均,主要分布在自然保护区和自然风景名胜区。研究确定了11个一级生态点、17个二级生态点、26条生态廊道,总长755.40 km,二级生态廊道39条,总长929.26 km。此外,还确定了3条河流廊道,总长度为550.472 km,共计82个生态节点,包括26个战略点、36个断裂点和20个临时点。 该研究为高寒峡谷区生态安全研究提供了新的思路。生态安全格局的构建为怒江地区的生态保护、修复和城市建设提供了借鉴,为支持改进山区国土空间生态规划提供重要参考。
不足与展望 基于GIS和RS构建并分析了怒江州生态安全格局,对怒江州生态环境保护具有参考价值。然而,由于研究的局限性,仍存在不足。 首先,由于数据的可获取性和量化性,在地质灾害敏感性评价中仅选取了坡度、海拔、降雨量等10个因子,可能存在不完善性。后续研究可能会增加更多的评价指标,以提高评价结果的准确性和全面性。 其次,可以进一步分析影响怒江州生态安全的主要因素,如地质灾害、水土流失、人类活动、生态系统服务、景观格局等。 最后,采用MCR模型对怒江地区的生态廊道进行识别,在不考虑廊道宽度设置的情况下,得到了线性廊道及其空间位置分布,后续研究将对此进行进一步探讨。