1、基于 MSPA 与 MC 的生态廊道构建及优化研究 以南昌市新建区为例杨学龙1，2，叶秀英3，赵小敏2，聂兵兵1，饶继发1(1 时空云科技有限公司，南昌 330013;2 江西农业大学江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，南昌 330045;3 南昌市土地储备中心，南昌 330013)摘要:以南昌市新建区为例，总体按照“源地识别廊道构建生态网络优化”的主线展开，综合运用形态学空间格局分析(MSPA)、景观连通指数模型分析、最小累积阻力模型(MC)、重力模型等方法进行廊道构建，并对生态网络格局进行布局优化。结果表明:(1)核心区、岛状斑块、孔隙、边缘区、环岛区、桥接区、支线七类景观空间用地中
2、核心区面积最大，为 880 62 km2，占自然景观面积的 73 99%;(2)生态源地共 18 处，总面积为 750 60 km2，占核心区的 85 24%，主要分布为北部鄱阳湖区域、中西部梅岭国家森林公园及其周边区域，源地类别上主要分为水域和林岭，生态源地之间连通性较好、生境质量较好;(3)阻力呈现由中部向北部、南部减少的趋势，中部阻力最大，由于城市开发建设人类活动以及山体高程影响，对于生物物种的流动产生一定的阻力作用;(4)构建 153 条生态廊道，总体分布于中部、西南以及北部区域，其中重要生态廊道为 52 条，基本串联各重要生态源地;(5)构建“2+7”生态核以及“蓝绿”双带，实现山水
3、环抱、山水共融的生态网络格局。关键词:MSPA;MC;生态廊道;生态网络优化;南昌市新建区中图分类号:X321文献标志码:A文章编号:1003-2363(2023)03-0085-07doi:10 3969/j issn 1003-2363 2023 03 014收稿日期:2022 08 05;修回日期:2022 09 02基金项目:国家自然科学基金项目(41361049);江西省赣鄱英才“555”领军人才项目(201295)作者简介:杨学龙(1990 )，男，辽宁法库县人，工程师，硕士，主要从 事 土 地 资 源 利 用、保 护 与 规 划 方 面 的 研 究，(E-mail)9073504
4、26 qq com。通信作者:赵小敏(1962 )，男，江西上高县人，教授，博士生导师，博士，主要从事土地利用与规划，资源环境，遥感与地理信息系统等方面的研究，(E-mail)zhaoxm889126 com。0引言山水林田湖草是生命共同体，要像对待生命一样对待生态环境。以城市生态资源优势本底为基础，构建、优化生态网络格局，对于改善生境质量、缓解生态保护与建设之间的冲突矛盾、促进生产生活空间与生态功能空间的耦合发展具有非常重要的意义。近年来，国内外学者通过不同角度对生态廊道体系的构建进行了研究。研究尺度以流域1、经济带2、城市群3、超大城市4、城市5 及中心城区6 居多。在研究方法上，多以形态
5、学空间格局分析(morphological spa-tial pattern analysis，MSPA)与最小累积阻力(minimumcumulative resistance，MC)模型为基础，构建由“源廊点”组成的生态网络7 8。研究视角以生境适宜性9、生 态 风 险 评 价10、生 态 供 需 关 系11、生 态 价值12、生态韧性13、生态系统服务权衡协同14 等为主。研究区域地形以平原8、丘陵15 居多。理论研究方面，左莉娜等16 通过国内外生态理论发展与建设实践，提出国外主要基于绿色开发空间及物种保护为目的构建生态廊道;高吉喜等17 探讨了生态空间网络格局构建的相关理论与要点，提
6、出以生态功能维护、生物多样性保护、人居环境优化为主体 构 建 生 态 格 局 的 思 路;C BAndrey18 认为生态廊道的概念类似于绿色廊道，是支撑生态系统健康的重要组成部分;N M Haddad 等19、SJohnston 等20、K Peter 等21 分别从缓解自然景观破碎化、保障生态可持续、提升水涵养功能方面研究了生态廊道的重要性。在廊道构建方面，T T Forman22 将廊道划分为带状、线状以及河流廊道等;T Turner23 通过构建累积耗费距离模型对生态网络进行优化;B HMcrae 等24 利用电路理论引导生态廊道的设计与构建;L Manuel 等25 通过构建阻力面划
7、定生态廊道。在生态廊道构建方面的研究成果丰硕，但也存在以下问题:(1)在构建方法上，对于生态景观之间的连通性、阻力因素、重力引力因素等方面考虑欠佳。(2)在阻力面选取上，对于人为干扰及生境质量方面考虑较少。(3)在研究区域特征上，对于城乡二元结构明显的县区尺度、区域形态呈条带分布且跨度较大、兼具丘陵与平原特征的研究较少。南昌市新建区作为南方丘陵与滨湖平原区域的典型代表，拥有丰富的山、水资源本底。撤县设区后的新建区肩负着保护与发展双重职责与压力，承担南昌市重要的产业转移以及城市“绿肺”功能。本研究按照“源地识别廊道构建生态网络优化”的主线展开。首先，基于形态学空间格局分析判别生态核心区域;其次，
8、基于景观连通指数模型分析提取重要的生态源地;再次，基于最小累积阻力模型构建生态廊道;最后，基于重力模型提取重要廊道，并对生态网络格局进行布局优化，为国土空间规划中生态格局以及生态系统保护提供参考借鉴。第 42 卷第 3 期2023 年6 月地域研究与开发AEAL ESEACH AND DEVELOPMENTVol 42No 3Jun 20231研究区域、数据来源与研究方法1 1研究区域南昌市新建区位于江西省中部偏北、赣江下游西岸，位于大南昌都市圈核心区，是南昌城区西进的主要拓展区域(图 1)。新建区地处东经 11531 11625，北纬2820 2910，呈长条状，东西宽约23 km，南北长约
9、 112 km。东临赣江，西连西山山脉，北至鄱阳湖，南与丰城市、高安市接壤，研究区域总面积 2 407 43 km2。2021 年全区实际管辖区域年末户籍总人口为 64 29 万人，实现地区生产总值39338 亿元，按可比价格计算，比上年增长 8 8%。区域内拥有鄱阳湖国家级自然保护区，南矶、三湖省级湿地公园，梅岭国家森林公园，象山、梦山省级森林公园以及赣江、锦江等自然资源。图 1研究区域及其土地利用现状Fig 1Study area and its present situation of land use1 2数据来源高清遥感影像数据、土地利用现状数据来源于 2021年度国土变更调查成果数
10、据，行政区划数据来源于民政部门公布数据，自然保护区、森林公园等来源于自然保护地及网络区域概况数据，高程、坡度数据来源于南昌市新建区全生命周期管理平台建设成果数据，人口数据、社会经济数据来源于新建区2021 年国民经济和社会发展统计公报。经统计，区域内耕地为 770 27 km2，占比为3200%;林地为53393 km2，占比为2218%;草地为 2426 km2，占比为 1 01%;水体为 626 43 km2，占比为2602%;建设用地为33589 km2，占比为1395%;其他用地为 11665 km2，占比为 485%。1 3研究方法131形态学空间格局分析(MSPA)。MSPA 是指
11、从像元角度判别、识别研究区域内对景观连通性具有重要作用的生境斑块26，强调景观的结构性连接。利用 ArcGIS分类提取耕地、林地、草地、水体、建设用地、其他用地六大类用地，转换为 Tiff 栅格数据，结合区域范围及显示尺度效应，将像元设为 30 cm 30 cm27。利用 ArcGIS 重分类工具对 Tiff 栅格数据重分类，将草地、林地、水体字节设为 2，作为前景;将耕地、建设用地、其他用地字节设为 1，作为背景;如有丢失则设字节为 0，如此形成 2 值Tiff 栅格图。运用 Guidos Toolbox 28 软件，导入2 值 Tiff栅格数据，图像分析(image analysis)选择
12、 MSPA，设置参数前景连接(foreground connectivity)为8、边线宽度(edgewidth)为 1、过渡(transition)为 1、内部文本(intext)为 1，经 MSPA 分析后得到核心区(core)、岛状斑块(islet)、孔隙(perforation)、边缘区(edge)、环岛区(loop)、桥接区(bridge)、支线(branch)共七大类景观类型。核心区为较大的绿色斑块，是生态源地的重要组成部分;岛状斑块为互不相连的破碎、孤立的较小斑块，能量交流与传递的可能性较小;孔隙为核心区与非绿色斑块间的过渡区域，孔隙越大，内部受干扰的程度就越大;边缘区为核心区与
13、非绿色重要斑块间的过渡区域;环岛区为连接核心区的廊道;桥接区为连接斑块的通道，对能量流动、迁移等具有较为重要的意义;支线为仅一端与桥接区、边缘区等连接，表示廊道中断。132景观连通性分析(基于连通性景观指数模型)。生态源地的规模大小与景观连通性具有正相关关系，即规模越大，则其连通性也会越高。根据研究区域的大小以及其他连通因素综合考虑，通过多方案设置并进行比选，确定合理的连通阀值28，经对比本研究将连通阀值设定为 1 500 m，概率设定为 05，运用 Conefor 软件构建可能连通性指数(PC)、整体连通性指数(IIC)模型计算核心区之间的景观连通性29。将 PC 0 1、IIC 0 1 的
14、源地斑块提取为生态源地。公式如下:PC=ni=1nj=1P*ijaiajA2L;IIC=ni=1nj=1aiaj1+nlijA2L。式中:n 为核心区总数量;ai，aj分别为核心区 i，j 的贡献值(结合实际，分别取 i，j 核心区的面积);AL为所含景观类型总面积;nlij为核心区i与j的最短路径连接数量;P*ij为物种在核心区 i 与 j 之间扩散的最大概率。133生态廊道分析(基于 MC 模型)。MC 模型是表示生物物种从源点到达目的地流动过程中需要消费、损耗代价的模型30，能够反映流动的潜在可能性以及流动趋势，通过最小累积阻力来判断不同评价单元之间的连通性。根据影响生态阻力的因素及已有
15、文献27，31，选取景观类型、坡度、高程、距铁路距离、距高速距离、距县乡及以上主要道路距离、距水体距离、植被覆盖率八类阻力因子6。根据 ArcGIS 邻近分析，测算评价单元与阻力因子之间的距离，通过频率分析法选取自然断点作为分级的区间标准值，将各阻力因子等级分别赋分值为 1，2，3，4，5，分值越低表示阻力越小。根据德尔菲法以及各阻力因子的重要程度，合理确定阻力因子权重32(表1)，通过单因子阻力评价构建阻力面(图 2)。68地域研究与开发第 42 卷表 1阻力指标因子权重Tab 1Weight of resistance index factors阻力因子阻力分值12345权重景观类型草地园
16、、林地耕地水体其他用地0 10坡度/()2(2，6(6，15(15，25250 20高程/m100(100，300(300，500(500，7007000 20距铁路距离/m4 000(3 000，4 000(2 000，3 000(1 000，2 0001 0000 12距高速距离/m4 000(3 000，4 000(2 000，3 000(1 000，2 0001 0000 12距县乡及以上主要道路距离/m800(600，800(400，600(200，4002000 10距水体距离/m800(600，800(400，600(200，4002000 08植被覆盖率09(07，09(05，07(03，050 30 08图 2研究区域单因子阻力评价分布Fig 2Distribution of single factor resistance evaluation in the study area利用最小累积阻力模型计算生态源地到目标源地之间的最小耗费路径1。并运用 ArcGIS 生成生态源地路径分布图，即潜在生态廊道。公式如下:MC=fmini=mj=n(Diji)。式中:MC 为