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优化生态连通性，构建生态供需网络，对守护生态系统的稳定和人类福祉拥有重要道理。思虑到生态过程和生态系统服务供需之间的相互功效，该文经过确定生态供需走廊来模拟生态过程，从而将生态系统服务供需连接起来，进一步丰富和拓展了传统的生态网络分析框架，以武汉都市圈为例进行实证研究。在供给层面，该文经过生态系统重要性评估和生态用地结构连通性分析，识别区域生态源地，并按照生态用地的空间分布特征，经过增多垫脚石来优化连通网络，加强连通网络的弹性。从需要层面，经过识别生态系统需要区域来构建生态需要网络，并构建了一个长距离空间通道来加强生态系统满足人类需要的能力。科研显示，武汉都市圈生态源地空间分布特征存在明显差异，西部地区生态源地匮乏，生态连通性有待加强。基于初级生态源的生态连通性网络重点表现为树状网络特征，整体连通性和弹性不强；优化后的生态供给连通性网络形成多环网络结构。生态需要廊道重点分布在武汉都市圈中部和西部。 
科研背景
全世界气候变化和土地利用变化极重地影响了生态土地的空间构成和配置，生态系统的结构稳定性和功能完整性正面临巨大的压力。尤其是在快速城市化地区，生态用地的碎片化和岛屿化加剧，生态连通性降低，严重破坏了区域生态过程的形成和维持。都市圈城市间物质流、信息流的高度整合，加上区域间的生态流，形成为了区域性的复合社会生态系统。该科研尺度在必定程度上能够处理自然生态系统与行政区划的空间分离问题，是科研生态系统连通性的较好尺度。武汉都市圈是长江中游地区最大的都市圈，在国家战略中拥有重要的战略地位。经济一体化正在快速发展。同期亦面临着生态系统功能退化和生境质量广泛低下的问题。本文在前人科研的基本上，形成为了“生态源地识别——生态阻力面构建——生态廊道提取与优化——生态供需网络构建”的科研框架。采用多模型综合探讨了快速城市化背景下武汉都市圈生态连通性的优化与供需网络的构建。将科研框架与科研成果相结合，为生态修复规划和国土空间规划供给相应的参考。
科研区与数据
科研区域为湖北省东部的武汉都市圈(图1)，包含9个地级市。重点科研数据为LUCC，DEM，道路数据，气象数据，土壤数据，NDVI，NPP，夜间灯光数据，人口密度，水消耗数据和能源数据。 
图1 科研区土地覆盖和MSPA分析结果 
图2 科研框架
科研办法
1.生态源地识别
量化生态系统服务（ES）供给：该文按照人类需要和快速城市化地区物种繁殖发展的需要，选取了4种ES，分别是水源涵养、固碳服务、土壤保持和生境质量。运用模糊加权叠加办法来评定多种生态系统服务供给的空间分布特征。
评定生态结构连通性：基于图论法的连通性概率PC是衡量生态用地格局和连通性的重要指标，用来反映生态用地核心斑块之间的连通性水平。delta PC decomposition (dPC)暗示补丁的重要性和删除补丁后可能的连通性指数。计算公式如下： 
2.生态连通性网络的构建和优化
生态阻力面的构建与修正：该文从生态压力、生态敏锐性和生态弹性三个方面构建生态脆弱性评估体系。最后，利用夜间灯光数据和生态脆弱性指数对生态阻力面进行了修正。公式如下: 
生态廊道的提取：电路理论在随机行走理论的基本上，借鉴图论，经过电荷的随机行走特性来模拟异质景观中的生态过程流动，能够更好地模拟异质景观中的迁移扩散路径，该文利用电路模型来识别生态廊道。
生态连通性网络优化与评估：生态连通性网络的优化重点包含节点和廊道的优化。该科研经过增多垫脚石优化连通网络，加强低连通度地区生态廊道的数量和质量。按照空间均匀性和区域连通性水平，从次生生态斑块中选择若干斑块做为优化生态网络的垫脚石，从网络结构和连通性两个方面评估了连通网络的优化程度。利用网络分析指数、网络闭合指数α、线率β和网络连通性γ评估生态网络的结构优化程度。详细公式如下： 
生态系统需要评估与供需网络构建：ES需要评估的计算办法如表1所示。该科研基于ArcGIS10.2路径分析工具，以重要生态源地为源，以高生态需要斑块为目的，确定连接生态源与生态需要区的成本最低的生态需要廊道。经过ES供需网络的构建，能够达到最大限度地守护生态系统完整性，满足人类需要，减少对经济发展影响的目的。
表1 供需的计算过程 
科研结果
1.识别生态源地
将4个ES函数的空间分布图叠加，生成武汉都市区ES重要性空间分布图(图3a)。基于Guidos软件，选择拥有较高ES供给功能的林地、草地和水体面积做为前景，其他土地利用类型做为背景提取生态核心区，根据75%生态土地核心区阈值去除小斑块，而后将高ES重要性斑块叠加。最后选择面积大、ES值高的47个生态斑块做为生态源地，随后，计算了生态源地的dPC值，dPC值大于1的生态源斑块为初级生态源斑块，其他生态源斑块为次级生态源斑块(图3b)。 
图3 ES重要性空间分布(a)和生态源地(b)
2.重要生态廊道识别与连通性优化
该文基于连通性阻力面，按照拥有特定阈值的累积阻力确定生态廊道的范围。经过比较区别生境的生态廊道宽度，确定了科研区最佳生态廊道宽度。其次，利用夜间灯光指数和生态系统脆弱性指数对土地利用生态连通性阻力面进行优化，而后基于Linkage Mapper工具箱提取科研区生态廊道(图5a)。 
图4 新增生态垫脚石的空间分布
3.生态连通性网络优化
在该文中，综合思虑生态用地斑块的重要性和空间位置后，选取了11个位置于次生生态斑块连通性变化很强区域的斑块做为垫脚石，以优化生态网络(图4)。按照更新的生态源斑块，重新提取生态廊道，构建生态连通性网络(图5b)。进一步优化科研区连通网络的空间结构特征，形成以重要生态斑块为核心、覆盖全部科研区的“环状”生态网络。北部山地、中部平原、东南部山地和平原形成5个小环状网(图5c)。 
图5 生态网络与廊道的构建与优化（a.优化前; b.优化后; c.“环形”连通性网络）
4.生态系统供需连通性网络的构建
按照ES需要实测结果，采用等权叠加办法形成武汉都市圈ES需要空间分布图(图6a)，生态需要廊道重点分布在武汉市中部高阻力值地区和西部生态资源相对匮乏地区，有效地连接了生态供应区和需要区(图6b)。 
图6 ES需要(a)和ES供需网络构建(b)
讨论
1.区域生态连通性网络的构建与优化
该文引入PSR生态脆弱性评估模型，探讨了科研区生态系统的脆弱性情况。这里基本上，结合夜间灯光数据暗示的人类活动强度，对生态连通性阻力面进行修正(图7)。因为异质景观中的生物流动是随机的，利用电路理论模型来识别生态廊道能够在很大程度上模拟真实的生态流动。结合区域连通性强度的变化和区域发展的需要，增多有些生态垫脚石，优化生态用地连通性网络结构、强度和空间平衡。优化结果显示，在关键连通区域增多生态垫脚石能够有效加强生态土地连通网络的完整性和弹性。 
图7 连通阻力面构建与优化(a：基于土地利用类型的阻力面；b：生态脆弱性评估；c：夜间灯光指数；d：优化电阻面)
2.构建供需网络
以往的有些学者选取能够满足ES供需的生态用地做为重要的生态源地，并这里基本上构建生态连通网络。然则这些学者只思虑了生态用地改善生态系统和满足人类需要的能力，而无思虑重要生态环境和连通性对生态系统供需的影响。该文基于生态系统服务供给和需要的测度，经过生态供给节点、需要节点和连接廊道的识别，构建生态系统供给与服务流走廊。从而经过生态环境中的各样生物流动，在ES的供应区和需要区之间架起桥梁和纽带，从而扩展了生态供给区域的空间范围，实现生态系统服务的空间供需平衡。
3.局限性及将来科研方向
区别的ES流有区别的方向、权衡和协同功效。该科研利用生态系统服务的重要性评估和需要评估，确定生态系统服务的供需源自，识别供需走廊，构建供需网络。然而，该文无分析区别生态系统之间的供需关系和生态系统服务流的流动方向。将来有必要进一步科研区别ES供需流的空间特征，探索区别ES供需流与生态过程之间的相互功效，并进行空间制图分析。
博主思考
该科研以拥有重大战略道理的武汉都市圈做为科研区域，着重从供给和需要两个层面探讨了快速城市化背景下武汉都市圈生态连通性优化与供需网络构建。该科研结果能够为政府明晰城市化背景下区域生态系统服务供给与需要之间的功效机理，为管理者供给科学参考。然则该科研首要在生态系统服务供需的核算办法重点参考既有科研，例如计算出武汉都市圈碳储存的供给的办法，只思虑到了地上部分的碳储存量，而忽略了地下碳储存量，其核算结果与实质状况存在必定差异，怎样加强生态系统服务供需核算的精确性是将来的重要科研方向。其次，该文运用夜间灯光数据与生态脆弱性结合对生态连通性阻力面进行了修正，虽然阻力面的构建更符合社会生态耦合系统下异质性景观的生态过程，然则该办法较为依赖夜间灯光数据和生态脆弱性数据的精度，在将来应该去寻求更科学的阻力面构建办法。
策划：大花猫
举荐人：武学婷
编辑：毕凡 
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发表于 2024-8-31 11:06:28