基于MSPA和MCR模型的秦岭北麓西安段生态网络构建研究

关键词：生态源地；最小累计阻力模型；电路理论；生态廊道

中图分类号：X826 文献标志码：B

前言

随着全球城市化进程的加速，导致生物多样性下降、景观破碎化加剧等生态问题。生态网络构建是重要的生态保护与恢复策略。生态网络通过连接破碎化的生态斑块，促进物种迁移、能量流动和基因交流，对于维护区域生态平衡和生物多样性具有重要意义。

由于不同区域之间的生态网络构建存在差异，不能制定统一的标准和方法。文章选取秦岭北麓西安段作为研究区。秦岭作为中国的生物多样性保护优先区域之一，同时也是国家重点生态功能区，具有水源涵养、生物多样性保护及水土保持等重要生态服务功能，是国家重要生态安全屏障。秦岭北麓（西安段）是秦岭山脉的北坡山脚，与西安市区联系紧密，生态环境相对脆弱，人工干扰痕迹明显，在学术研究上具有典型的地域特点和区域特殊性。

综上所述，此研究利用MSPA分析、MCR模型及电路理论提取秦岭北麓西安段的生态源地和生态廊道，实现生态网络的构建和评价，以期为秦岭北麓西安段的生态网络优化、生物多样性保护提供科学依据。

1研究区概况和数据来源

1.1研究区概况

秦岭北麓西安段是秦岭北麓的核心地区，其区域生态及物种资源富饶，并且植被覆盖度高，具有丰富的自然资源和独特的生物多样性格局。生态系统具有脆弱性和过渡性，且受人为影响较大。文章旨在选取典型区域，故以秦岭北麓西安段作为研究区域，行政范围包括长安区、临潼区、灞桥区、蓝田县、鄠邑区、周至县共6个区县，总面积约为8771.90平方千米。

1.2数据来源

2021年土地利用数据来源于武汉大学的中国土地覆盖数据集（CLCD），空间分辨率为30米。空间分辨率为30m×30m的DEM数据，来自地理空间数据云平台（http：//www.gscloud.cn）；归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）数据来源于美国NASA数据服务中心提供的2021年MOD13Q1；研究区行政区划及道路交通等基础矢量数据来源于国土变更调查成果数据。

2研究方法

2.1生态源地识别

2.1.1形态学空间格局分析（MSPA）

形态学空间格局（Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA）是从形态学角度识别研究区域内对景观连通性具有重要作用的生境斑块，强调景观的结构性连接。研究区的土地利用类型为耕地、林地、草地、灌木、水体、建设用地、未利用地七类，将草地、林地、水体作为前景，将其他地类均作为背景。运用Guidos Toolbox软件，结合形态学空间格局分析方法（MSPA），提取景观类型的核心区。其中核心区为大型自然斑块、野生动物栖息地、森林保护区等较大的绿色斑块，是生态源地的重要组成部分。

2.1.2景观连通性分析

生态景观对于物种的流通和阻碍的影响程度即为景观连通性。文章基于Conefor2.6软件评价核心区景观连接度，并确定连通阀值为2000m，连通概率设定为0.5。采用整体连通性指数ⅡC和可能连通性指数PC两个指标量化景观中斑块之间的连通程度。ⅡC是衡量景观中所有斑块间整体连通性的一个综合指标。值域通常在0到1之间。ⅡC的值越接近于1，表示景观中斑块之间的连通性越好。PC是衡量景观中某一斑块与其他斑块之间潜在连通可能性的指标，值越大，表示斑块间潜在的连通性越强。通过计算核心区之间的景观连通性，选取PC和ⅡC较大的的源地斑块提取为生态源地。

2.2综合阻力面确定

最小累积阻力模型（Minumum Cumulate Resist-ance，MCR模型）指物种从源头点到目标地迁徙的过程所需克服的总阻力的模型。结合秦岭四宝的生境状况，文章选取高程、坡度、土地利用类型、距主要道路距离、距水体距离和归一化植被指数NDVI共6个影响因子构建MCR模型。参考以往学者的研究成果，赋予1-9阻力系数及权重，具体数值的设定如表1所示。表1中阻力系数越高，表明扩散时物种受到的阻力值越大，阻力因子权重采用层次分析法确定。据此分别计算出单个影响因子的阻力面，再运用Arcgis的栅格计算器，根据影响因子对应的权重计算得到综合阻力面。

2.3生态廊道构建

生态廊道是区域内生态源地间物质和能量流动的通道。生态廊道构建以生态源地和综合阻力面构建为基础，文章基于电路理论中电荷随机游走特性识别生态廊道，借助Linkage pathway tool工具加以实现。当前确定廊道宽度的标准不一，文章构建宽度为1000m的生态廊道。

3结果与分析

3.1识别生态源地

文章以秦岭林地、草地、水域为前景进行形态学空间格局分析，计算出核心区，并选取面积较大的30个斑块作为初筛的生态源地，再通过景观连通性分析，计算初筛的30个斑块的连通性指数PC及整体连通性指数ⅡC，选取景观连通性较好的斑块最终提取12处生态源地，总面积为4649.09km²，占研究区总面积的52.99%，以林地为主。主要分布在南部的秦岭山区和东北部的骊山区域。如图1所示，秦岭生态源地分布较集中，其中1号生态源地面积最大，且集中连片，约占整个生态源地总面积的98%。东北部分布次之，主要是林地；西北部没有生态源地，主要原因是该区域受人类活动干扰较大。

文章识别生态源地12个（见图1），结合生态源地的地理位置及其所处的生态功能服务区进行分析，对生态源地进行初步保护措施分析，见表2。

3.2构建综合阻力面

根据高程、坡度、土地利用类型、距主要道路距离、距水体距离和归一化植被指数（NDVI）分别构建单个影响因子阻力面，根据各影响因子阻力面所占权重构建秦岭北麓西安段综合阻力面。如图2所示，研究区南部和东北部的秦岭山区主要为林地类型，阻力值低，而研究区的北部主要是耕地和城镇，阻力值高。且阻力高值多出现在灞桥区和长安区，位于西安市区周围区域。

3.3构建生态网络

基于生态源地和综合阻力面，利用电路理论提取生态廊道，研究区共提取23条，如图3所示。秦岭北麓西安段生态网络的空间分布非常不均，生态源地多分布于研究区北部和东部，且1号生态源地斑块面积很大，源地内部可以进行物质和能量流动，所以生态廊道多分布于研究区东部，呈现出数量多、密度大且连通性较强的特点；东南部的廊道由于生态源地间距离近，均表现出长度短，整体连通性较强的特点；研究区北部和东部多为耕地和建设用地，由于没有生态源地，且从所构建的综合阻力面可知，该区域阻力值较高，所以没有生态廊道。生态廊道主要分布在蓝田县和灞桥区区域内。

为构建研究区生态网络，此研究运用Pinch-pointMapper工具识别生态夹点和生态障碍点。生态夹点是生物迁徙过程中通过可能性较高的区域，是生态保护的关键点。研究区共识别生态夹点28处，如图4所示，面积共计10.80km²，生态夹点中面积最大的为1.78km²，面积最小的为0.05km²。生态障碍点指阻碍物种迁徙的区域，是构建生态安全格局需要清除的区域。研究区共识别生态障碍点20个，空间分布状态如图4所示，生态障碍点总面积10.08km²，其中生态障碍点最大面积为3.92 km²，最小面积为0.05km²。

4结论

秦岭北麓西安段共识别生态源地12块，主要分布在秦岭山地区域。为保障研究区内物种的流动，应对生态源地区域优先保护，并结合生态功能区提出有针对性的保护和监管措施。研究区提取生态廊道23条，廊道集中分布在蓝田县区域内，说明蓝田县生态环境好，鄠邑区和长安区的浅山区受人为干扰强度大，生境破碎化严重，在生态保护时须重视。研究区识别生态夹点28个，生态障碍点20个。着重构建与保护生态廊道和夹点，对于增强生态斑块间的连通性、维持区域生态功能的稳定至关重要。物种作为生态网络的核心组成部分，在规划生态廊道时需充分考虑各类物种的迁徙需求，制定针对性的管理策略，为生物多样性保护提供有力支撑。