基于Linkage Mapper與粒度反推法的太行山中北段生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別與分析: 以河北省阜平縣為例

張美麗，齊躍普，張 利，陳 影 ，周亞鵬，陳亞恒，王樹濤① (.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 07000;.石家莊師兄弟土地環(huán)境技術(shù)服務(wù)有限公司，河北 保定 07000;.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源學(xué)院，河北 保定 07000)

生態(tài)安全是21世紀(jì)人類面臨的一個(gè)新主題，由于人類對(duì)資源的不合理利用，造成生態(tài)問題日益嚴(yán)重，在一些典型的生態(tài)脆弱區(qū)景觀破碎化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，而生態(tài)網(wǎng)絡(luò)能夠通過廊道和節(jié)點(diǎn)連接破碎的生境，維護(hù)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，保證整個(gè)區(qū)域的生態(tài)安全[1]。如何有效構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)，保障生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整性，顯得尤為重要。生態(tài)節(jié)點(diǎn)是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的關(guān)鍵，其空間分布對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體連通性、穩(wěn)定性起重要作用[2]。生態(tài)節(jié)點(diǎn)不同，識(shí)別方法也不盡相同。從節(jié)點(diǎn)自身功能的角度出發(fā)，生態(tài)節(jié)點(diǎn)為區(qū)域中有重要生態(tài)功能或者生態(tài)敏感斑塊的幾何中心點(diǎn)，識(shí)別方法為多因素評(píng)價(jià)法。從生態(tài)節(jié)點(diǎn)所處的空間位置角度出發(fā)，生態(tài)節(jié)點(diǎn)為區(qū)域景觀中對(duì)于生物遷徙或其移動(dòng)過程起關(guān)鍵作用的位置， 此類節(jié)點(diǎn)多通過構(gòu)建累積阻力面模型識(shí)別生態(tài)廊道，并進(jìn)一步根據(jù)所處位置判斷節(jié)點(diǎn)類型。如有學(xué)者用最小累積阻力(MCR)模型[3]構(gòu)建累積阻力面，識(shí)別生態(tài)廊道，選取廊道交點(diǎn)即生態(tài)廊道中易受損害的區(qū)域作為生態(tài)薄弱點(diǎn)；也有學(xué)者運(yùn)用ArcGIS中的Linkage Mapper插件識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)[4]，Linkage Mapper分析中的Barrier Mapper工具可識(shí)別出生態(tài)障礙點(diǎn)，即阻礙生物間移動(dòng)或交流的區(qū)域，Pinchpoint Mapper工具則可識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)，即生物遷徙過程中的必經(jīng)地[5]。該研究將生態(tài)節(jié)點(diǎn)分為生態(tài)薄弱點(diǎn)、生態(tài)夾點(diǎn)和生態(tài)障礙點(diǎn),在得出生態(tài)節(jié)點(diǎn)空間位置后運(yùn)用粒度反推法與主成分分析法識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)最佳建設(shè)粒度[5]，依據(jù)節(jié)點(diǎn)所處空間位置和廊道走勢(shì)，選用ArcGIS中的水文分析模塊[6]和空間網(wǎng)絡(luò)分析模塊探討生態(tài)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模及其建設(shè)形式。

生態(tài)源地作為節(jié)點(diǎn)識(shí)別基礎(chǔ)，其識(shí)別分為以下2種：直接篩選出林地、水域、園地、濕地等類型中面積較大的斑塊;綜合多因素評(píng)價(jià)斑塊重要度[7]。但強(qiáng)調(diào)源地在生態(tài)格局中的空間位置及其與周邊生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究較為缺乏，一種偏向測(cè)度連接性的形態(tài)學(xué)空間格局分析(MSPA)模型進(jìn)入源地識(shí)別領(lǐng)域[8]。如曹珍秀等[9]以?？谑泻０稁檠芯繉?duì)象，將海岸帶景觀類型劃分為建設(shè)用地、園林地、耕地、濕地、水域、未利用地，直接選擇生態(tài)功能較高的水域、園林地生態(tài)斑塊作為生態(tài)源地；孔陽等[10]以北京市延慶區(qū)作為研究區(qū)，將林地、水域作為前景，草地、耕地、建筑用地、其他用地作為背景，采用MSPA模型得到7類景觀類型，選其核心區(qū)作為生態(tài)源地；王慧[11]以江蘇省沛縣為例，將研究區(qū)分為水域、林園地、水田、耕地、建設(shè)用地5種類型，選取水域、林園地、水田作為前景，其他用地類型作為背景，采用MSPA模型分析選取核心區(qū)作為初步生態(tài)源地。

阜平縣位于太行山中北段，屬國家級(jí)貧困縣， 為燕山—太行山國家集中連片特困地區(qū)，山體穩(wěn)定性差，山體崩塌、滑坡、泥石流等多種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻繁，是典型的生態(tài)型貧困縣。因此，阜平縣建設(shè)開發(fā)的迫切性、生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和特殊性使得該縣進(jìn)行生態(tài)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別既十分必要又面臨挑戰(zhàn)?；诖?，該研究采用MCR模型構(gòu)建生態(tài)阻力面，運(yùn)用MSPA模型識(shí)別生態(tài)源地，借助ArcGIS平臺(tái)中的Linkage Mapper插件識(shí)別不同類型生態(tài)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)空間位置，采用粒度反推法及主成分分析法確定節(jié)點(diǎn)最佳建設(shè)粒度，運(yùn)用水文分析法進(jìn)行生態(tài)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的建設(shè)，最終得出各個(gè)類型節(jié)點(diǎn)的規(guī)模、形狀及其組成形式。研究可為促進(jìn)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

河北省阜平縣(38°39′～39°08′ N，113°45′～114°37′ E)位于河北省西部，縣域面積2 527.14 km2(圖1)，主要包括亞高山、中山、低山、丘陵河谷和洪沖積物地貌5種地貌類型。森林覆蓋率達(dá)41.07%，植被覆蓋率在80%以上，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫12.6 ℃，常年積溫801.9 ℃，年均降水量550～790 mm，無霜期140～190 d?？h域西部及北部地區(qū)多中山、高山，中南部和東部主要為低山和丘陵，荒山面積較大，水土流失現(xiàn)象發(fā)生較為頻繁。縣內(nèi)水系發(fā)達(dá)，有“九山半水半田”之稱。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究使用的土地利用數(shù)據(jù)來源為阜平縣2018年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫，高程數(shù)據(jù)來源為在地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)所下載的數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)，空間分辨率為 30 m。

圖1 研究區(qū)高程圖

2 研究方法

2.1 基于MSPA模型的生態(tài)源地識(shí)別

MSPA模型是在腐蝕、膨脹、開運(yùn)算、閉運(yùn)算等一系列數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理的基礎(chǔ)上對(duì)柵格圖像的空間進(jìn)行度量、識(shí)別與分割的一種圖像處理方法，將柵格土地利用類型圖分為前景和背景，經(jīng)過圖像處理將前景依據(jù)形態(tài)分為互不重疊的7類，即核心區(qū)、背景、支線、邊緣區(qū)、孔隙、孤島、連接橋和環(huán)線區(qū)[12]。此模型優(yōu)勢(shì)在于可較精確細(xì)致地評(píng)價(jià)幾何連通性、數(shù)據(jù)需求量小(僅依靠土地利用數(shù)據(jù))、結(jié)果直觀、可視。核心區(qū)為前景像元中較大的生境斑塊，主要為生物物種提供棲息地，保障物種安全生存，因此核心區(qū)多為斑塊面積較大的自然保護(hù)區(qū)、國家森林公園[13]。該研究以2018年阜平縣第2次土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，并按照土地利用現(xiàn)狀分類體系的2級(jí)地類分類法，將土地合并為林地、草地、水域、園地、耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、其他土地，選取林地、水域、園地作為前景數(shù)據(jù)[14-15]，其余景觀類型作為背景。采用Guidos 2.6 軟件和八鄰域分析法進(jìn)行MSPA分析(表1)。

2.2 累積阻力面構(gòu)建及廊道識(shí)別

采用MCR模型(式1)構(gòu)建阻力面過程如下：選取土地利用類型、坡度、高程、距水域距離、距城鎮(zhèn)用地距離作為阻力因子，分別賦予各個(gè)阻力因子不同的阻力值[16-17](表2)。土地利用類型、坡度、高程、距水域距離、距城鎮(zhèn)用地距離消費(fèi)面權(quán)重依次為0.5、0.15、0.15、0.1、0.1，將5類消費(fèi)面采取疊加分析，利用ArcGIS中的成本距離工具生成最小累積阻力面。

表1 MSPA景觀類型及生態(tài)學(xué)含義[18]

表2 研究區(qū)阻力因子賦值

(1)

式(1)中，RMC為最小累積阻力值；f為未知正函數(shù)，表示最小累積阻力與區(qū)域生態(tài)安全格局中生態(tài)過程的正相關(guān)關(guān)系；Dij為從生態(tài)源地j到任意一柵格單元i的距離；Ri為柵格單元i對(duì)生態(tài)過程運(yùn)動(dòng)的阻力值。生態(tài)廊道基于阻力面運(yùn)用ArcGIS中的成本路徑工具進(jìn)行構(gòu)建。

2.3 生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別

2.3.1生態(tài)薄弱點(diǎn)識(shí)別

國內(nèi)外研究者多認(rèn)為生態(tài)薄弱點(diǎn)位于生態(tài)廊道最為薄弱之處[19]，比如2條或多條廊道匯合處、廊道與道路的相交處、不同道路的相交處等。該研究基于已構(gòu)建的生態(tài)阻力面，用ArcGIS中的cost path工具識(shí)別廊道后，選擇廊道交點(diǎn)作為生態(tài)薄弱點(diǎn)。

2.3.2生態(tài)障礙點(diǎn)識(shí)別

障礙點(diǎn)及夾點(diǎn)識(shí)別時(shí)采用ArcGIS軟件中的Linkage Mapper插件[20]。采用Barrier Mapper工具進(jìn)行生態(tài)障礙點(diǎn)的識(shí)別有2種模式[20]：勾選改進(jìn)得分相對(duì)于最小成本路徑百分比選項(xiàng)時(shí)，當(dāng)最小成本距離耗費(fèi)的累計(jì)阻力值越小時(shí)，改進(jìn)分?jǐn)?shù)的百分比則越大，選擇改進(jìn)分?jǐn)?shù)百分比較大的位置，此類位置處原本的景觀連通性就較好，即這些區(qū)域有一定障礙但不完全阻礙[21]；不勾選此項(xiàng)，即可得到最大改進(jìn)分?jǐn)?shù)，其值越大，則代表修繕此類區(qū)域的價(jià)值越大，廊道中將會(huì)顯示出研究區(qū)內(nèi)的最大的改進(jìn)分?jǐn)?shù)，當(dāng)分?jǐn)?shù)越高時(shí)，修復(fù)此區(qū)域?qū)?huì)對(duì)研究區(qū)整體的景觀連通性的貢獻(xiàn)越大，這種模式意在找出影響區(qū)域內(nèi)生態(tài)流運(yùn)行的障礙點(diǎn)，通過對(duì)障礙點(diǎn)進(jìn)行一定的修復(fù)來增強(qiáng)區(qū)域內(nèi)景觀連通性。該研究選擇2種模式綜合進(jìn)行分析，既可找出完全的障礙，又能找出妨礙但不完全阻止生態(tài)流運(yùn)行的障礙。

2.3.3生態(tài)夾點(diǎn)識(shí)別

生態(tài)夾點(diǎn)識(shí)別過程中將景觀格局抽象為導(dǎo)電表面，其生物即為游走者，有利于生物遷徙流動(dòng)的景觀類型則賦予較低電阻，反之阻礙生物遷徙流動(dòng)的類型則賦予較高電阻值。當(dāng)某一景觀斑塊電阻值較小時(shí)，其電流密度較大，即生物遷徙過程中流經(jīng)此地區(qū)的可能性較高或極為頻繁，亦或是此類地區(qū)為生物流動(dòng)必經(jīng)之地，無其他可以替代的路徑，若移除或者破壞夾點(diǎn)，會(huì)對(duì)生態(tài)穩(wěn)定造成較大影響，此類區(qū)域即為生態(tài)夾點(diǎn)地區(qū)。采用Pinchpoint Mapper工具識(shí)別夾點(diǎn)區(qū)域，此工具有 adjacent pair(相鄰生態(tài)源地間單通道電流夾點(diǎn)區(qū)域)和raster centrality(所有生態(tài)源地間電流夾點(diǎn)區(qū)域即光柵中心)2種模式[22]，但相關(guān)研究表明adjacent pair模式下所求區(qū)域?qū)坝^格局整體無太大價(jià)值，生物可以繞道其他核心區(qū)，在2個(gè)核心區(qū)之間進(jìn)行移動(dòng)，因此該研究采用raster centrality識(shí)別夾點(diǎn)，此模式又分為成對(duì)(pairwise)、多對(duì)一(all-to-one)2類模式[23]，pairwise模式指有效電阻(即生物運(yùn)動(dòng)過程中的阻礙程度)在所有的成對(duì)斑塊之間進(jìn)行的一系列的迭代運(yùn)算；all-to-one模式則是將一個(gè)斑塊連接地面，遍歷景觀中所有的生態(tài)斑塊。

2.4 粒度反推法

粒度反推法主要借鑒反證法思維體系，假定區(qū)域內(nèi)已具有不同的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，從而反選最佳節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)[24]。因?yàn)榫坝^生態(tài)系統(tǒng)受其整體性及連通性2個(gè)方面影響，所以以整體連通性為出發(fā)點(diǎn)，確定景觀指數(shù)，依據(jù)各類型指數(shù)變化綜合確定生態(tài)節(jié)點(diǎn)規(guī)模。阜平縣生態(tài)景觀類型為林地、園地、水域，以50～800 m為分析尺度，以50 m為增加尺度，生成16種不同粒度柵格圖。采用Frgasta軟件在整體性及連通性方向選取最大組分斑塊數(shù)(NC)、平均臨近距離(PROX-MN)、鄰接比率(PLADJ)、連通性(CONNECT)、聚合度(AI)、內(nèi)聚力(COHESION)、分維度(DIVISION)、連通性增加百分率作為分析指標(biāo)[24]。

2.5 主成分分析法

此方法利用降維的原理，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^少的綜合性指標(biāo)，且讓綜合指標(biāo)能夠保留原始特性[25]。確定節(jié)點(diǎn)位置后，先采用粒度反推法確定不同粒度下的景觀指數(shù)，再運(yùn)用主成分分析法分析各景觀指數(shù)值。根據(jù)累積貢獻(xiàn)率>80%、特征值>1提取主成分，構(gòu)造評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算整體連通性評(píng)分，根據(jù)其綜合得分確定最佳粒度，進(jìn)而確定生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)規(guī)模，以此達(dá)到客觀且定量評(píng)價(jià)研究對(duì)象的目的。

2.6 空間網(wǎng)絡(luò)分析法

ArcGIS空間網(wǎng)絡(luò)分析模塊中的子模塊服務(wù)區(qū)可依據(jù)位置點(diǎn)以及最佳尺度構(gòu)建多邊形進(jìn)行分析，此原理綜合了網(wǎng)絡(luò)的空間分布狀況及其可達(dá)性，與計(jì)算生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)規(guī)模原理高度一致[26]。因此參考陸禹等[27]對(duì)生態(tài)節(jié)點(diǎn)規(guī)模建設(shè)的研究，采用服務(wù)區(qū)分析進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的規(guī)模計(jì)算，由于此方法是依據(jù)已識(shí)別出的生態(tài)節(jié)點(diǎn)所處的位置以及廊道走勢(shì)進(jìn)行多邊形的構(gòu)建，其原理與圓的幾何特征相似，所以在計(jì)算生態(tài)節(jié)點(diǎn)面積及其形狀時(shí)類比圓的幾何公式來計(jì)算。具體步驟為：基于最佳粒度面積的1/2以及圓面積公式得出生態(tài)節(jié)點(diǎn)最小搜索半徑，采用ArcGIS中的服務(wù)區(qū)分析，將節(jié)點(diǎn)作為設(shè)施點(diǎn)，將廊道作為網(wǎng)絡(luò)，分析得出各類型生態(tài)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確面積及其形狀。

2.7 水文分析法

確定生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)規(guī)模后則需確定節(jié)點(diǎn)組成形式。為保證生態(tài)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，選擇水域、林地、園地3種既有較高生態(tài)服務(wù)價(jià)值又有較為穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)的景觀類型作為建設(shè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)的景觀類型。依據(jù)DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)過填洼、計(jì)算其水流方向以及匯流累積量、不斷設(shè)定閾值提取河網(wǎng)等操作，對(duì)河網(wǎng)分級(jí)并計(jì)算研究區(qū)集水規(guī)模[28]，以此作為建設(shè)為水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)的理論依據(jù)。確定生態(tài)節(jié)點(diǎn)組成形式時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮以下方面：建設(shè)水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)時(shí)應(yīng)具備一定規(guī)模的集水盆地。只有集水盆地存在且水量充足，才可保證節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)期存在。水域節(jié)點(diǎn)應(yīng)處于較高河網(wǎng)等級(jí)上。河網(wǎng)等級(jí)較高處不易受人類干擾，穩(wěn)定性好。節(jié)點(diǎn)應(yīng)位于集水盆地出水口才可保證積水工作的完成。節(jié)點(diǎn)建設(shè)中涉及土地利用類型變換時(shí)應(yīng)注意盡量不要破壞其原有的生態(tài)景觀類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)阻力面及源地分析

由圖2可知，生態(tài)阻力面高值區(qū)主要位于史家寨鄉(xiāng)、砂窩鄉(xiāng)、阜平鎮(zhèn)、大臺(tái)鄉(xiāng)，阜平鎮(zhèn)作為縣內(nèi)主城區(qū)，人為活動(dòng)最為劇烈且海拔最低，因此其生態(tài)阻力值較大，而其他3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔均處于500 m以下，農(nóng)村居民點(diǎn)分布也比其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中，與研究區(qū)實(shí)際情況相符合。研究區(qū)內(nèi)核心區(qū)景觀面積共34 170.83 hm2，占總面積的13.70%。由圖3可看出生態(tài)源地主要分布在西部與東部，由于核心區(qū)景觀破碎化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此選取核心區(qū)中面積大于100 hm2的作為生態(tài)源地，共得到37個(gè)生態(tài)源地，總面積為25 863.97 hm2，源地類型以林地和水域?yàn)橹鳌?/p>

3.2 生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別

3.2.1生態(tài)薄弱點(diǎn)

如圖4所示，該研究共識(shí)別出生態(tài)薄弱點(diǎn)75個(gè)，西部明顯多于東部，其主要原因?yàn)楦菲娇h西部生態(tài)保護(hù)區(qū)較多，森林覆蓋率高于東部。

3.2.2生態(tài)障礙點(diǎn)

生態(tài)障礙點(diǎn)分布較分散，多位于生態(tài)源地之間或是源地邊緣地區(qū)，共識(shí)別出25處生態(tài)障礙點(diǎn)，占生態(tài)節(jié)點(diǎn)總數(shù)量的20.83%〔圖5(a)〕，其中11處為高障礙區(qū)域，14處為低障礙區(qū)域。圖5(b)為高障礙節(jié)點(diǎn)分布狀況，節(jié)點(diǎn)在砂窩鄉(xiāng)、史家寨鄉(xiāng)、城南莊鎮(zhèn)、北果園鄉(xiāng)顏色最深，得分較高；在大臺(tái)鄉(xiāng)及阜平鎮(zhèn)顏色較淺。

圖2 生態(tài)阻力面

圖3 MSPA模型分析

圖4 生態(tài)薄弱點(diǎn)分布

圖5(c)為低障礙節(jié)點(diǎn)分布狀況，主要集中分布于龍泉關(guān)鎮(zhèn)、夏莊鄉(xiāng)、吳王口鄉(xiāng)，在城南莊、北果園鄉(xiāng)、王林口鎮(zhèn)、平陽鎮(zhèn)以及大臺(tái)鄉(xiāng)與史家寨鄉(xiāng)交界處、臺(tái)峪鄉(xiāng)與大臺(tái)鄉(xiāng)交界處零星分布。低障礙節(jié)點(diǎn)為原本景觀連通性較好的區(qū)域，因此主要集中分布于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量高處，而高障礙節(jié)點(diǎn)區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量較差、阻礙較大區(qū)域，在主城區(qū)阜平鎮(zhèn)仍有小面積分布。

圖5 生態(tài)障礙點(diǎn)分布狀況

3.2.3生態(tài)夾點(diǎn)

在pairwise模式下的高電流密度區(qū)較多，最大電流密度為5.96，all to one模式下高電流區(qū)域較少，最大電流密度為 20.82。該研究選擇高電流區(qū)域作為生態(tài)夾點(diǎn)，共識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)20個(gè)，占研究區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)的16.67%(圖6)。夾點(diǎn)主要位于生態(tài)源地附近或生態(tài)源地間，由于研究區(qū)西部位于太行深處，多為自然保護(hù)區(qū)及生態(tài)旅游區(qū)，因此夾點(diǎn)主要分布在此類區(qū)域，如龍泉關(guān)鎮(zhèn)、天生橋鎮(zhèn)、夏莊鄉(xiāng)、吳王口鄉(xiāng)；東部的低海拔區(qū)有少量夾點(diǎn)出現(xiàn)，如史家寨及城南莊鄉(xiāng)；而中部地區(qū)未出現(xiàn)夾點(diǎn)區(qū)，如阜平鎮(zhèn)。

圖6 生態(tài)夾點(diǎn)分布

3.3 生態(tài)節(jié)點(diǎn)分析

3.3.1生態(tài)節(jié)點(diǎn)規(guī)模確定

各粒度景觀指數(shù)如表3所示，采用主成分方法共得到2個(gè)主成分(表4～5)。主成分1上AI、COHESION、PLADJ、PROX-MN載荷較高，表征格局總體狀況，因此選為整體性指標(biāo)；主成分2上連通性以及連通性增加百分率載荷較高，表征格局內(nèi)各要素連接狀況，因此選為連通性指標(biāo)?；谥鞒煞志仃囍械臄?shù)據(jù)，得到研究區(qū)不同粒度下的整體連通性綜合評(píng)分(圖7)。隨粒度增加，景觀組分結(jié)構(gòu)綜合得分整體表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但在400 m粒度時(shí)綜合得分猛然升高，繼而呈下降趨勢(shì)。在400 m粒度時(shí)由于生態(tài)節(jié)點(diǎn)的引入，增加了生態(tài)系統(tǒng)連通性，所以使得此粒度下整體連通性明顯高于其他粒度。以400 m粒度為最佳建設(shè)粒度，其面積的1/2為8 hm2，節(jié)點(diǎn)最小建設(shè)半徑大概為160 m(圖8)。生態(tài)節(jié)點(diǎn)共形成118個(gè)區(qū)域，總面積約2 043.80 hm2，最大為25.92 hm2，節(jié)點(diǎn)類型為生態(tài)薄弱點(diǎn)，位于龍泉關(guān)鎮(zhèn)；最小為7.81 hm2，節(jié)點(diǎn)類型為生態(tài)薄弱點(diǎn)，位于大臺(tái)鄉(xiāng)。生態(tài)節(jié)點(diǎn)中，生態(tài)薄弱點(diǎn)共75個(gè)，形成區(qū)域75個(gè)，生態(tài)障礙點(diǎn)共25個(gè)，形成區(qū)域24個(gè)，生態(tài)夾點(diǎn)共20個(gè)，形成區(qū)域19個(gè)。

表3 景觀格局指數(shù)

表4 方差貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

表5 成分矩陣

連通性得分

3.3.2生態(tài)節(jié)點(diǎn)組成形式確定

研究區(qū)沿海村與蒼山村共同構(gòu)成22.70 hm2的水庫，與生態(tài)節(jié)點(diǎn)面積大小相適應(yīng)，其集水盆地面積為1 131.72 hm2，以此當(dāng)作集水盆地合適規(guī)模研判的參照；研究區(qū)河網(wǎng)共分為6個(gè)等級(jí)，而較高河網(wǎng)等級(jí)(4級(jí)及以上)的節(jié)點(diǎn)方具有建設(shè)水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)的可能性。綜上，75個(gè)生態(tài)薄弱點(diǎn)中，38個(gè)區(qū)域可建設(shè)為林地生態(tài)節(jié)點(diǎn)，33個(gè)區(qū)域可建設(shè)為水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)，4個(gè)區(qū)域可建設(shè)為園地生態(tài)節(jié)點(diǎn)；生態(tài)障礙點(diǎn)中，3個(gè)區(qū)域可建設(shè)水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)，21個(gè)區(qū)域可建設(shè)為林地生態(tài)節(jié)點(diǎn)；生態(tài)關(guān)鍵點(diǎn)中,7個(gè)區(qū)域可建設(shè)水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)，12個(gè)區(qū)域可建設(shè)為林地生態(tài)節(jié)點(diǎn)(圖8)。

4 討論

4.1 生態(tài)節(jié)點(diǎn)保護(hù)策略

分布最為廣泛的生態(tài)薄弱點(diǎn)應(yīng)實(shí)行維護(hù)策略，防止此類易受損害區(qū)再次遭受破壞，若此類區(qū)域維護(hù)不當(dāng)，則會(huì)切斷生態(tài)流的正常運(yùn)行。運(yùn)用Linkage Mapper分析中的Barrier Mapper分析找到生態(tài)障礙點(diǎn)，低障礙節(jié)點(diǎn)區(qū)域?yàn)樵具B通性較好區(qū)域，若修復(fù)此類區(qū)域可使區(qū)域生態(tài)連通性明顯提高，應(yīng)秉承保護(hù)為主，修復(fù)為輔的策略。高障礙節(jié)點(diǎn)區(qū)域則為完全阻礙區(qū)域，應(yīng)以修復(fù)為主，加大綠地建設(shè)，提升研究區(qū)內(nèi)的植被覆蓋情況。識(shí)別出的生態(tài)夾點(diǎn)區(qū)為動(dòng)物遷徙必經(jīng)地，應(yīng)當(dāng)實(shí)行嚴(yán)格的保護(hù)政策，嚴(yán)禁人為活動(dòng)及建設(shè)。

4.2 生態(tài)節(jié)點(diǎn)組成形式探討

利用ArcGIS生成不同粒度下的生態(tài)景觀類型，采用景觀格局指數(shù)法分析不同粒度下的景觀指數(shù)值，將粒度反推法與主成分分析法相結(jié)合，分析所得最佳粒度更為客觀。在ArcGIS中確定節(jié)點(diǎn)面積時(shí)，考慮節(jié)點(diǎn)自身生態(tài)功能的同時(shí)也考慮了各類型生態(tài)節(jié)點(diǎn)對(duì)于廊道的依附性，既能夠使研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提高，還能保護(hù)相應(yīng)的廊道。探究其組成形式時(shí)，提出了4條節(jié)點(diǎn)建設(shè)的可能性依據(jù)，為后續(xù)探究此區(qū)域生態(tài)節(jié)點(diǎn)具體規(guī)模及其景觀組成提供了較為合理的理論依據(jù)。

依據(jù)生態(tài)節(jié)點(diǎn)組成形式可知，每個(gè)生態(tài)薄弱點(diǎn)中均含有一定林地或水域等生態(tài)景觀類型，但也存在大量其他土地，因此其生態(tài)功能易受損害，這與研究區(qū)的用地類型狀況相符合；生態(tài)夾點(diǎn)為生物遷徙必經(jīng)之地，多位于生態(tài)紅線及銀河山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，且含有的生態(tài)景觀斑塊最多，建設(shè)用地及其他土地面積較少，景觀連通性最好；針對(duì)每個(gè)生態(tài)障礙點(diǎn)，與研究區(qū)實(shí)際用地狀況分析對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)中含有大量其他土地及建設(shè)用地等受人類干擾程度大的景觀類型，這也是其景觀連通性較差的主要原因。為提高研究區(qū)整體生態(tài)連通性，生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)過程中需進(jìn)行一定的景觀類型轉(zhuǎn)換。

4.3 不足與展望

以典型生態(tài)型貧困縣為例，在識(shí)別各類型節(jié)點(diǎn)空間位置基礎(chǔ)上，初步探討了阜平縣生態(tài)節(jié)點(diǎn)的面積、形狀以及其組成形式，對(duì)各類型節(jié)點(diǎn)的未來發(fā)展提出了較為具體的規(guī)劃方案，對(duì)今后節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃與建設(shè)提出了較為實(shí)際可操作性的建議。鑒于生態(tài)節(jié)點(diǎn)對(duì)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)影響巨大，對(duì)生態(tài)穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用，今后可在該研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)原有景觀類型和土地利用狀況，對(duì)阜平縣生態(tài)節(jié)點(diǎn)建設(shè)作進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論

(1)運(yùn)用MSPA模型識(shí)別生態(tài)源地，總計(jì)25 863.97 hm2，其土地利用類型以水域、林地為主。

(2)將生態(tài)節(jié)點(diǎn)分為生態(tài)薄弱點(diǎn)、生態(tài)障礙點(diǎn)、生態(tài)夾點(diǎn)，其中生態(tài)廊道交點(diǎn)為生態(tài)薄弱點(diǎn)，共75處，運(yùn)用Linkage Mapper中的Barrier Mapper識(shí)別生態(tài)障礙點(diǎn)25處，運(yùn)用Pinchpoint Mapper識(shí)別生態(tài)夾點(diǎn)20處。

(3)基于各類型生態(tài)節(jié)點(diǎn)所處空間位置，對(duì)其提出相應(yīng)宏觀建議的基礎(chǔ)上明確其規(guī)模、組成形式，進(jìn)一步提出具體的建設(shè)意見。共識(shí)別75個(gè)生態(tài)薄弱點(diǎn)，總面積1 431.20 hm2，其中38個(gè)可建設(shè)為林地生態(tài)節(jié)點(diǎn)，33個(gè)可建設(shè)為水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)，4個(gè)可建設(shè)為園地生態(tài)節(jié)點(diǎn)；25個(gè)生態(tài)障礙點(diǎn)，總面積355.12 hm2，其中3個(gè)可建設(shè)為水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)，21個(gè)可建設(shè)為林地生態(tài)節(jié)點(diǎn)；20個(gè)生態(tài)關(guān)鍵點(diǎn)，總面積257.49 hm2，其中7個(gè)可建設(shè)為水域生態(tài)節(jié)點(diǎn)，12個(gè)可建設(shè)為林地生態(tài)節(jié)點(diǎn)。