基于MSPA和MCR模型的秦嶺北麓西安段生態網絡構建研究

關鍵詞：生態源地；最小累計阻力模型；電路理論；生態廊道

中圖分類號：X826 文獻標志碼：B

前言

隨著全球城市化進程的加速，導致生物多樣性下降、景觀破碎化加劇等生態問題。生態網絡構建是重要的生態保護與恢復策略。生態網絡通過連接破碎化的生態斑塊，促進物種遷移、能量流動和基因交流，對于維護區域生態平衡和生物多樣性具有重要意義。

由于不同區域之間的生態網絡構建存在差異，不能制定統一的標準和方法。文章選取秦嶺北麓西安段作為研究區。秦嶺作為中國的生物多樣性保護優先區域之一，同時也是國家重點生態功能區，具有水源涵養、生物多樣性保護及水土保持等重要生態服務功能，是國家重要生態安全屏障。秦嶺北麓（西安段）是秦嶺山脈的北坡山腳，與西安市區聯系緊密，生態環境相對脆弱，人工干擾痕跡明顯，在學術研究上具有典型的地域特點和區域特殊性。

綜上所述，此研究利用MSPA分析、MCR模型及電路理論提取秦嶺北麓西安段的生態源地和生態廊道，實現生態網絡的構建和評價，以期為秦嶺北麓西安段的生態網絡優化、生物多樣性保護提供科學依據。

1研究區概況和數據來源

1.1研究區概況

秦嶺北麓西安段是秦嶺北麓的核心地區，其區域生態及物種資源富饒，并且植被覆蓋度高，具有豐富的自然資源和獨特的生物多樣性格局。生態系統具有脆弱性和過渡性，且受人為影響較大。文章旨在選取典型區域，故以秦嶺北麓西安段作為研究區域，行政范圍包括長安區、臨潼區、灞橋區、藍田縣、鄠邑區、周至縣共6個區縣，總面積約為8771.90平方千米。

1.2數據來源

2021年土地利用數據來源于武漢大學的中國土地覆蓋數據集（CLCD），空間分辨率為30米。空間分辨率為30m×30m的DEM數據，來自地理空間數據云平臺（http：//www.gscloud.cn）；歸一化植被指數（normalized difference vegetation index，NDVI）數據來源于美國NASA數據服務中心提供的2021年MOD13Q1；研究區行政區劃及道路交通等基礎矢量數據來源于國土變更調查成果數據。

2研究方法

2.1生態源地識別

2.1.1形態學空間格局分析（MSPA）

形態學空間格局（Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA）是從形態學角度識別研究區域內對景觀連通性具有重要作用的生境斑塊，強調景觀的結構性連接。研究區的土地利用類型為耕地、林地、草地、灌木、水體、建設用地、未利用地七類，將草地、林地、水體作為前景，將其他地類均作為背景。運用Guidos Toolbox軟件，結合形態學空間格局分析方法（MSPA），提取景觀類型的核心區。其中核心區為大型自然斑塊、野生動物棲息地、森林保護區等較大的綠色斑塊，是生態源地的重要組成部分。

2.1.2景觀連通性分析

生態景觀對于物種的流通和阻礙的影響程度即為景觀連通性。文章基于Conefor2.6軟件評價核心區景觀連接度，并確定連通閥值為2000m，連通概率設定為0.5。采用整體連通性指數ⅡC和可能連通性指數PC兩個指標量化景觀中斑塊之間的連通程度。ⅡC是衡量景觀中所有斑塊間整體連通性的一個綜合指標。值域通常在0到1之間。ⅡC的值越接近于1，表示景觀中斑塊之間的連通性越好。PC是衡量景觀中某一斑塊與其他斑塊之間潛在連通可能性的指標，值越大，表示斑塊間潛在的連通性越強。通過計算核心區之間的景觀連通性，選取PC和ⅡC較大的的源地斑塊提取為生態源地。

2.2綜合阻力面確定

最小累積阻力模型（Minumum Cumulate Resist-ance，MCR模型）指物種從源頭點到目標地遷徙的過程所需克服的總阻力的模型。結合秦嶺四寶的生境狀況，文章選取高程、坡度、土地利用類型、距主要道路距離、距水體距離和歸一化植被指數NDVI共6個影響因子構建MCR模型。參考以往學者的研究成果，賦予1-9阻力系數及權重，具體數值的設定如表1所示。表1中阻力系數越高，表明擴散時物種受到的阻力值越大，阻力因子權重采用層次分析法確定。據此分別計算出單個影響因子的阻力面，再運用Arcgis的柵格計算器，根據影響因子對應的權重計算得到綜合阻力面。

2.3生態廊道構建

生態廊道是區域內生態源地間物質和能量流動的通道。生態廊道構建以生態源地和綜合阻力面構建為基礎，文章基于電路理論中電荷隨機游走特性識別生態廊道，借助Linkage pathway tool工具加以實現。當前確定廊道寬度的標準不一，文章構建寬度為1000m的生態廊道。

3結果與分析

3.1識別生態源地

文章以秦嶺林地、草地、水域為前景進行形態學空間格局分析，計算出核心區，并選取面積較大的30個斑塊作為初篩的生態源地，再通過景觀連通性分析，計算初篩的30個斑塊的連通性指數PC及整體連通性指數ⅡC，選取景觀連通性較好的斑塊最終提取12處生態源地，總面積為4649.09km²，占研究區總面積的52.99%，以林地為主。主要分布在南部的秦嶺山區和東北部的驪山區域。如圖1所示，秦嶺生態源地分布較集中，其中1號生態源地面積最大，且集中連片，約占整個生態源地總面積的98%。東北部分布次之，主要是林地；西北部沒有生態源地，主要原因是該區域受人類活動干擾較大。

文章識別生態源地12個（見圖1），結合生態源地的地理位置及其所處的生態功能服務區進行分析，對生態源地進行初步保護措施分析，見表2。

3.2構建綜合阻力面

根據高程、坡度、土地利用類型、距主要道路距離、距水體距離和歸一化植被指數（NDVI）分別構建單個影響因子阻力面，根據各影響因子阻力面所占權重構建秦嶺北麓西安段綜合阻力面。如圖2所示，研究區南部和東北部的秦嶺山區主要為林地類型，阻力值低，而研究區的北部主要是耕地和城鎮，阻力值高。且阻力高值多出現在灞橋區和長安區，位于西安市區周圍區域。

3.3構建生態網絡

基于生態源地和綜合阻力面，利用電路理論提取生態廊道，研究區共提取23條，如圖3所示。秦嶺北麓西安段生態網絡的空間分布非常不均，生態源地多分布于研究區北部和東部，且1號生態源地斑塊面積很大，源地內部可以進行物質和能量流動，所以生態廊道多分布于研究區東部，呈現出數量多、密度大且連通性較強的特點；東南部的廊道由于生態源地間距離近，均表現出長度短，整體連通性較強的特點；研究區北部和東部多為耕地和建設用地，由于沒有生態源地，且從所構建的綜合阻力面可知，該區域阻力值較高，所以沒有生態廊道。生態廊道主要分布在藍田縣和灞橋區區域內。

為構建研究區生態網絡，此研究運用Pinch-pointMapper工具識別生態夾點和生態障礙點。生態夾點是生物遷徙過程中通過可能性較高的區域，是生態保護的關鍵點。研究區共識別生態夾點28處，如圖4所示，面積共計10.80km²，生態夾點中面積最大的為1.78km²，面積最小的為0.05km²。生態障礙點指阻礙物種遷徙的區域，是構建生態安全格局需要清除的區域。研究區共識別生態障礙點20個，空間分布狀態如圖4所示，生態障礙點總面積10.08km²，其中生態障礙點最大面積為3.92 km²，最小面積為0.05km²。

4結論

秦嶺北麓西安段共識別生態源地12塊，主要分布在秦嶺山地區域。為保障研究區內物種的流動，應對生態源地區域優先保護，并結合生態功能區提出有針對性的保護和監管措施。研究區提取生態廊道23條，廊道集中分布在藍田縣區域內，說明藍田縣生態環境好，鄠邑區和長安區的淺山區受人為干擾強度大，生境破碎化嚴重，在生態保護時須重視。研究區識別生態夾點28個，生態障礙點20個。著重構建與保護生態廊道和夾點，對于增強生態斑塊間的連通性、維持區域生態功能的穩定至關重要。物種作為生態網絡的核心組成部分，在規劃生態廊道時需充分考慮各類物種的遷徙需求，制定針對性的管理策略，為生物多樣性保護提供有力支撐。