基于景觀生態(tài)風險評價的涪江流域景觀格局優(yōu)化

張雪茂,董廷旭,杜華明,廖傳露,王 飛

1 綿陽師范學(xué)院資源環(huán)境工程學(xué)院, 綿陽 621000

2 生態(tài)安全與保護四川省重點實驗室, 綿陽 621000

景觀生態(tài)風險是指在自然因素或者是人類社會因素的干擾下,不同因素相互交錯作用而對景觀生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的不利影響[1]。流域景觀生態(tài)風險評價作為區(qū)域生態(tài)風險的重要分支領(lǐng)域,日益成為“景觀格局——生態(tài)過程關(guān)聯(lián)”研究的熱點區(qū)域[2]。早期關(guān)于生態(tài)風險評價的研究主要集中于對不透水面增加,農(nóng)業(yè)污染源的擴散,土壤侵蝕等特定風險源進行評價,缺乏全局視角的研究[1, 3]。而流域生態(tài)系統(tǒng)作為一個特殊的自然綜合體,不僅受到特定景觀格局的影響,同時自然與社會因素也會對其產(chǎn)生作用,因此有必要從多維度、多級別以及多尺度對流域景觀生態(tài)風險進行綜合分析[1]。目前對于流域景觀生態(tài)風險評價的研究正在向多重受體和多樣風險源的的模式發(fā)生轉(zhuǎn)變[4],但是從“自然—社會—景觀格局”3個維度對流域景觀生態(tài)風險進行綜合評價的相關(guān)研究仍不足[5]。因此,將景觀格局指數(shù)與流域“自然—社會”多源要素進行整合,并將其涵蓋進流域景觀生態(tài)風險評價體系中,可以為后續(xù)的景觀格局優(yōu)化研究工作提供科學(xué)依據(jù)[6]。近年來,國內(nèi)外的專家學(xué)者對不同尺度上的景觀格局生態(tài)風險評價的有關(guān)內(nèi)容開展了大量的研究,研究對象包括行政區(qū)域[7]、城市用地[8]、高原[9-10]、自然保護區(qū)[11]等。研究方法囊括生態(tài)模型、數(shù)字模型、景觀生態(tài)模型和數(shù)字地形模型等[12]。這類模型方法大多數(shù)以行政區(qū)為研究單元,評價結(jié)果難以反映區(qū)域景觀生態(tài)風險的空間差異特征,更難反映區(qū)域景觀生態(tài)風險的空間鄰近關(guān)系[13]。層次分析法[14]和基于“源—匯”理論的綜合指數(shù)構(gòu)建的方法[15]也被廣泛采用,但是此類方法對于權(quán)重值的確定具有很強的主觀性,不利于在眾多影響因素中識別主要的風險要素[16]。而本研究所采用的空間主成分分析法能夠客觀的計算出每個影響因素的權(quán)重,避免多指標判斷權(quán)重的不完善性,且能夠?qū)⒅鞒煞忠蜃拥姆治鼋Y(jié)果落實在地理空間所對應(yīng)的每一個柵格上,具有良好的空間可視化效果。

景觀生態(tài)風險評價與景觀格局優(yōu)化兩者之間關(guān)系密切,進行生態(tài)風險評價能夠反映出區(qū)域生態(tài)安全狀況,可以為區(qū)域景觀格局優(yōu)化提供方向；而進行景觀格局優(yōu)化則需要借助人類對生態(tài)環(huán)境的主動干預(yù)來實現(xiàn)各要素之間的優(yōu)化配置,減弱生態(tài)風險,最終促進區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建[17]]。最小累積阻力模型(Minimum Cumulative Resistance Model MCR)最早是由Knaapen用于景觀格局優(yōu)化[6, 18]。 根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)原理,在具有異質(zhì)性特征的生物擴散過程中,物質(zhì)能量的流動、交換以及生境的維護都需要克服景觀阻力[19]。MCR模型的優(yōu)勢在于它綜合考慮了景觀單元內(nèi)部單元之間的水平聯(lián)系,而非景觀單元內(nèi)部的垂直過程,即考慮了距離和阻力兩種因素,在景觀格局優(yōu)化的過程中具有良好的適用性和延伸性[20-21]。為此,本文基于MCR模型,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分析方法,更好的體現(xiàn)區(qū)域各景觀之間的有機聯(lián)系。

流域作為特殊的一類景觀生態(tài)系統(tǒng),對特定區(qū)域的水循環(huán)、生物多樣性以及生態(tài)環(huán)境有著重要的影響[15-16]。涪江流域作為長江流域上游重要的水源地以及生態(tài)屏障,也存在一些問題,如水土流失嚴重,自然災(zāi)害頻發(fā),植被覆蓋率減弱等,維護其生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展對于整個川渝地區(qū),乃至整個長江流域的生態(tài)安全以及水源補給安全都有著重要的作用。因此,對此區(qū)域進行景觀生態(tài)風險評價以及景觀格局優(yōu)化的需要顯得尤為迫切。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

涪江為長江的二級支流,嘉陵江右岸最大支流,發(fā)源于四川省境內(nèi)的雪寶頂,流經(jīng)四川省的中部,自西北向東南斜穿過四川盆地,在重慶市合川區(qū)匯入嘉陵江,如圖1所示,整個流域介于29.10°—33.04°N,103.30°—106.30°E之間,流域總面積為3.92×104km2,流域涉及了川渝地區(qū)的30個縣區(qū)。區(qū)內(nèi)海拔高差較大,高達5300 m,上游經(jīng)過川西北丘狀高原山區(qū),地勢起伏較大；中下游流經(jīng)四川盆地盆中丘陵區(qū),地勢較為低平。主要的氣候類型為川西高原氣候和亞熱帶濕潤季風氣候,降水豐沛,雨熱同期,但時空分異特征較為顯著。整體上研究區(qū)景觀格局空間分異特征明顯,上游主要以林地為主,植被覆蓋率較高,中下游地區(qū)多以耕地和建設(shè)用地為主。由于近些年自然環(huán)境的整體變化和人類活動的頻繁的影響,流域內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā),導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)景觀格局愈加的破碎,流域所面臨的景觀生態(tài)風險問題日益嚴峻。

圖1 涪江流域概況

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)包括地表覆被數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)以及其它基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。①地表覆被數(shù)據(jù)：2020年GlobeLand 30數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m,來源于http://www. globeland30.org,總體精度為85.72%,Kappa系數(shù)0.82,滿足研究需求。②DEM數(shù)據(jù)：采用GDEMV2數(shù)字高程數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m,來源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn/)。③土壤類型數(shù)據(jù)：來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)的中國土壤數(shù)據(jù)集(http://www.fao.org/home/en/),空間分辨率為1000 m,比例尺為1∶100萬。④其它基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)：包括居民點數(shù)據(jù)、工礦用地以及水體數(shù)據(jù)等,來源于全球地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(https://www.webmap.cn/),比例尺為1∶25萬,為shp格式文件。通過ArcGIS平臺的距離計算工具進行柵格化處理,柵格大小為30 m。

1.3 研究方法

1.3.1生態(tài)風險評價因子選取

根據(jù)涪江流域的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀以及經(jīng)濟發(fā)展情況,從自然、社會、景觀格局3個維度選取了高程、坡度、土壤類型、地表覆蓋類型、距河流距離、距工礦用地距離、距居民點距離、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、植被覆蓋度指數(shù)(NDVI)等10個指標因子構(gòu)建流域景觀生態(tài)風險評價指標體系,植被覆蓋度指數(shù)(NDVI)在ENVI平臺中基于Landsat8 OLI_TIRS_2018年的遙感影像計算得出；香濃均勻度指數(shù)(SHEI)和蔓延度指數(shù)(CONTAG)通過Fragstats軟件中移動窗口法進行了可視化處理[22]。其中土壤類型的等級劃分根據(jù)所對應(yīng)的固碳能力和抗外力侵蝕能力的差異,能力越低的區(qū)域,景觀生態(tài)風險等級越高[23]；地表覆蓋類型參考文獻[6]進行分類；其余評價因子利用自然斷點法進行分級,1—5級分別表示較低、低度、中度、較高和高度風險,分級詳情見表1。生態(tài)風險評價因子等級空間分布見圖2。

表1 涪江流域景觀生態(tài)風險指標及評價分級標準

1.3.2空間主成分分析

用于評價生態(tài)風險的方法中,空間主成分分析法是將輸入的多波段數(shù)據(jù)變換到一個新的空間中,對原始空間軸進行旋轉(zhuǎn)而成新的多元屬性空間[24]。通過空間主成分分析法(Spatial principal components SPCA)計算得出空間載荷圖、各個成分的貢獻率以及累計貢獻率,將累計貢獻率超過90%的成分確定為有統(tǒng)計學(xué)意義的主成分[25],再根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計方法計算每個影響因子的權(quán)重,然后進行加權(quán)疊加,最終得到評價結(jié)果。具體的公式表達如下[26]：

(1)

式中,E表示景觀生態(tài)風險評價綜合結(jié)果；aij表示第i個柵格對應(yīng)的第j個主成分；Fj表示第j個主成分的特征貢獻率。

1.3.3景觀格局優(yōu)化

根據(jù)俞孔堅[27]、刁菲菲[28]等對于景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建的方法,本研究根據(jù)生態(tài)源地以及景觀生態(tài)風險評價的結(jié)果構(gòu)建景觀格局累積阻力表面,利用最小累積阻力模型(MCR)和網(wǎng)絡(luò)分析等建立生態(tài)廊道、識別生態(tài)節(jié)點,實現(xiàn)景觀格局優(yōu)化。公式如下：

(2)

式中,MCR表示生態(tài)源地j到任意柵格i之間的最小阻力累計值；Dij表示景觀格局阻力上第i個柵格到第j個生態(tài)源地之間的距離；Wi表示在景觀格局阻力表面上第i個柵格對生態(tài)流運行所產(chǎn)生阻礙的阻力值。

(1)“生態(tài)源地”的識別。生態(tài)源地是指對區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及人類社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用的斑塊,其能夠提供關(guān)鍵的生態(tài)服務(wù)以及防止生態(tài)系統(tǒng)退化而引發(fā)的各種生態(tài)問題[29]。本研究對于生態(tài)源地的選取為初次篩選的面積大于5 km2的林地、濕地以及水體斑塊導(dǎo)入Conefor_input,計算得出景觀一致性概率(Landscape coincidence probability LCP)、整體連通性(Integral index of connectivity IIC)、可能連通性(Probability of connectivity PC)、斑塊重要性(DI)等4個景觀格局指數(shù),閾值設(shè)為2000,連通概率設(shè)為0.5,對核心區(qū)進行連接度評價,并將核心區(qū)域重要值>1的斑塊確認為最終生態(tài)源地。

(2)生態(tài)阻力面的確定。生態(tài)阻力面是生態(tài)源地之間進行物質(zhì)交換、能量傳輸以及物種遷徙等生態(tài)過程中所受到的阻力[30]。以流域景觀生態(tài)風險評價的結(jié)果和篩選出的生態(tài)源地作為景觀格局阻力面生成的基礎(chǔ),利用成本距離(Cost distance)工具計算得到涪江流域景觀格局累積阻力表面,最后用自然斷點法將綜合阻力表面的大小分為1—5個等級：低阻力、較低阻力、中阻力、較高阻力、高阻力。景觀格局阻力表面的分級標準見表2。

表2 涪江流域景觀格局阻力分級標準

(3)生態(tài)廊道的建立。廊道是指具有通道或屏障功能的線狀和帶狀的景觀要素,是“源地”之間能量流通的重要橋梁和紐帶[31]。對于生態(tài)廊道的提取本文主要是基于選取的“生態(tài)源地”以及景觀格局累積阻力表面利用Model Builder工具進行建模,計算出每個生態(tài)源地到其余生態(tài)源地之間的最短耗費路徑,然后根據(jù)長度將其分為5個等級。(表3)

表3 涪江流域生態(tài)廊道分級標準

(4)生態(tài)節(jié)點的判別。生態(tài)節(jié)點是指在整個景觀格局中需要加以識別和保護相對脆弱的區(qū)域,利用水文分析的相關(guān)工具提取景觀格局阻力面的“山脊線”,將“山脊線”與生態(tài)廊道相交,提取生態(tài)節(jié)點[32-33]。

(5)景觀格局優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。為了進一步促進生物流在研究區(qū)流通,以構(gòu)建的生態(tài)廊道和識別的生態(tài)節(jié)點為基礎(chǔ),利用網(wǎng)絡(luò)分析法,再次計算最短路徑,形成了一條貫穿整個流域的主廊道,模擬和分析能量在生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)中的流動和分配情況。

(6)景觀格局優(yōu)化效果評估。景觀連接度可以有效的對景觀要素在景觀功能和過程上的有機聯(lián)系進行描述[6]。前人的研究大多選取景觀一致性概率(LCP)、種類一致性概率(CCP)、整體連接度指數(shù)(IIC)和可能連接度指數(shù)(PC)等對景觀格局優(yōu)化前后效果進行評估[6, 34- 36]。其中IIC和PC指數(shù)能夠較好的表現(xiàn)景觀格局斑塊與重要生態(tài)要素之間的連通情況,因此本研究選取IIC指數(shù)和PC指數(shù)對涪江景觀格局優(yōu)化前后效果進行定量分析,表達式如下[37]：

(3)

(4)

2 結(jié)果分析

2.1 流域景觀生態(tài)風險評價

2.1.1指標權(quán)重的確定

選取海拔、坡度、土壤類型、地表覆蓋類型、距河流距離等10個影響因子,通過空間主成分分析得出前7個主成分的累計貢獻率>90%(表4),即前7個主成分能夠?qū)ρ芯繀^(qū)景觀生態(tài)風險的信息進行有效的概括。根據(jù)前7各主成分的初始特征根以及貢獻率計算得出每個指標因子的權(quán)重值(表5)。從計算結(jié)果可以得出蔓延度指數(shù)(CONTAG)、距水體距離、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、坡度占比較大,分別為0.1293、0.1280、0.1197、0.1098,說明其對涪江流域景觀生態(tài)風險評價結(jié)果的影響較大。因此,從權(quán)重角度出發(fā),涪江流域景觀生態(tài)風險評價結(jié)果受自然因子和景觀格局因子影響較大,社會因子影響相對較小。

表4 各主成分特征根以及累計貢獻率

表5 涪江流域景觀生態(tài)風險評價指標因子權(quán)重

2.1.2涪江流域景觀生態(tài)風險評價結(jié)果

研究區(qū)景觀生態(tài)風險空間分布特征見圖3：①高度生態(tài)風險區(qū),風險指數(shù)為3.45—4.51,面積為5697.60 km2,占了整個流域面積的14.55%,主要位于涪江流域的上游部分地區(qū)以及中下游地區(qū)有工礦用地以及居民點分布的的區(qū)域,其主要原因是上游地區(qū)海拔較高、坡度較陡、地表起伏較大,在雨季節(jié)易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等自然次生災(zāi)害,從而導(dǎo)致面臨的景觀生態(tài)風險問題較為嚴峻；②較高生態(tài)風險區(qū),風險指數(shù)為3.12—3.44,面積為9941.48 km2,所占整個研究區(qū)面積25.38%,主要在上游高生態(tài)風險區(qū)的外圍區(qū)域分布、中下游人類活動影響較為強烈的區(qū)域有零星分布如城鎮(zhèn)建設(shè)用地和工礦用地等；③中度生態(tài)風險區(qū),風險指數(shù)為2.80—3.11,分布面積為9957.43 km2,所占整個流域面積的25.43%,在中下游區(qū)域零散分布；④低度生態(tài)風險區(qū),生態(tài)風險指數(shù)為2.44—2.79,分布面積為8117.26 km2,占流域總面積的20.72%,主要分布于中度生態(tài)風險區(qū)的外圍地區(qū),覆被類型主要以耕地、草地以及灌木為主。⑤較低度生態(tài)風險區(qū),生態(tài)風險指數(shù)為1.30—2.43,面積為5453.52 km2,占流域總面積的13.92%,占比最小,主要位于植被覆蓋度較高區(qū)域、河流流經(jīng)區(qū)域等,主要是由于該類區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高、生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定且受人類活動干預(yù)較少,有利于自然生物在此類地區(qū)聚集繁衍以及維持生態(tài)平衡。

圖3 涪江流域景觀生態(tài)風險分級

2.2 涪江流域景觀格局優(yōu)化

2.2.1流域生態(tài)源地的提取

經(jīng)過篩選,選取出15個斑塊作為最終生態(tài)源地,占地面積為11194.28 km2,占總流域生態(tài)用地面積的28.58%,以大面積分布的林地為主,河流以及濕地占比較小,主要分布于上游地區(qū)的平武、北川、安州和江油,該地區(qū)植被覆蓋度較高,生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定,生物多樣性豐富,有利于物種的擴散和維持。生態(tài)源地分布見圖5。

2.2.2流域景觀格局阻力表面

由圖4可見,涪江流域景觀格局累積阻力表面的空間分布特征為：①較低阻力地區(qū)所占整個研究區(qū)阻力面的范圍最大,面積為18143.05 km2,占了46.24%,主要分布于上游區(qū)域植被覆蓋度較高地區(qū)和涪江干流流經(jīng)區(qū)域等。②低阻力區(qū)占了21.93%,面積為8606.351 km2,占地面積較大,主要位于梓潼、涪城、中江、射洪等區(qū)縣。③中等阻力區(qū)所占面積為7189.816 km2,占了總面積的18.32%,主要分布在低阻力區(qū)域的外圍地區(qū)。④較高阻力區(qū)主要在分布研究區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地的外圍區(qū)域,占比為10.39%,面積為4077.067 km2。⑤高阻力區(qū)占比為3.11%,面積為1220.831 km2,主要分布在中下游地區(qū)城市建筑較為密集的區(qū)域。

圖4 涪江流域景觀格局阻力空間分布

2.2.3流域生態(tài)廊道的構(gòu)建與優(yōu)化

從圖5和表6可見,共識別出研究區(qū)的生態(tài)廊道41條,長度共有5229.038 km。其中原有的生態(tài)廊道29條,新添12條潛在生態(tài)廊道,根據(jù)廊道經(jīng)過的生態(tài)用地類型,將其分為綠帶型、河流型以及道路型三類[16]。其中：①一級生態(tài)廊道有3條,總長度為1079.234 km,所占比例為20.64%,最長的一條為22號廊道,從四川省的九寨溝縣一直延伸到重慶市的合川區(qū),往后依次為26號以及20號廊道。三條一級生態(tài)廊道大致貫穿了整個涪江流域,有利于物種在流域內(nèi)的遷徙和物質(zhì)能量在流域范圍內(nèi)的交換,是上下游維持生態(tài)平衡的關(guān)鍵,需要給予重點關(guān)注。②二級廊道有5條,總長為1392.163 km,占了生態(tài)廊道總長度的26.62%。分別為14號、10號13號、6號和18號生態(tài)廊道。二級生態(tài)廊道貫穿了涪江流域的中下游區(qū)域,呈閉合狀,有效的連接了中下游的生態(tài)源地,促進當?shù)匚锓N的遷移和保護,提高生物多樣性,增加生態(tài)服務(wù)價值。③三級生態(tài)廊道共有13條,總長度為1854.142 km,長度占比為35.46%,是占比最大的一類生態(tài)廊道,涉及4號、39號、19號、17號、30號、34號、9號、27號、35號、36號、28號、3號和41號廊道。三級生態(tài)廊道雖然比較破碎,但是涉及到了涪江流域的上、中、下游,有效的連接了流域內(nèi)分散分布的面積較小的生態(tài)源地,增加研究區(qū)內(nèi)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性,促進了較為完整的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成,有利于物種的保護。④四級生態(tài)廊道共有14條,其總長度為830.744 km,占所有廊道總長比例的15.89%,其中21號、15號、24號、5號、23號、25號、12號以及7號此8條廊道在平武、北川、安縣以及江油境內(nèi),在以上4個區(qū)縣內(nèi)形成了較為完整的廊道網(wǎng)絡(luò),滿足了生物溝通的需要,因此,此區(qū)域內(nèi)自然保護區(qū)眾多,生物多樣性較為豐富；其余的37號、32號、40號、2號、40號、37號和1號則較為分散的分布于下游區(qū)域,沒有形成較為完整的廊道網(wǎng)絡(luò)體系,生態(tài)連接度較差,無法滿足生物溝通的需要。⑤五級廊道有6條,總長度為72.755 km,僅占所有廊道長度的1.39%,為占比最小的廊道,分別為8號、11號、16號、29號、38號和33號廊道。

圖5 涪江流域景觀格局優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)

表6 涪江流域生態(tài)廊道分級

研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)廊道類型主要是以綠帶型和河流型廊道為主,主要受生態(tài)源地分布的影響。對于綠帶型廊道可以進一步增加林地型生態(tài)源地的面積并且增大其之間的連通性,減小景觀格局阻力。而對于河流型的生態(tài)廊道,為了進一步減少沿江一帶的景觀格局阻力,可以根據(jù)河流型廊道的寬度建立緩沖區(qū),在緩沖區(qū)邊緣設(shè)置綠化帶,促進能量流和生物流在此類型廊道中的流通。

2.2.4流域生態(tài)節(jié)點的提取

通過提取景觀格局累積阻力面“山谷線”,將其與生態(tài)廊道進行疊加分析,提取出53個生態(tài)節(jié)點(圖5)。根據(jù)其分布的具體位置可以看出,位于河流流經(jīng)區(qū)的生態(tài)節(jié)點有17個,位于生態(tài)源地中的生態(tài)節(jié)點有26個,位于生態(tài)源地之間的生態(tài)節(jié)點有10個。根據(jù)生態(tài)節(jié)點的概念,將生態(tài)節(jié)點分為了3類,分別為河流濕地區(qū)生態(tài)節(jié)點、重要生態(tài)區(qū)生態(tài)節(jié)點和生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)節(jié)點,前兩者主要位于斑塊面積較大的生態(tài)源地內(nèi)和廊道與廊道交接處,生物流的流量較大,在形成的廊道中起到了“踏腳石”的作用；而生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)節(jié)點一般距離生態(tài)源地較遠,位于前兩類生態(tài)節(jié)點之間,是研究區(qū)形成生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵,因此應(yīng)該加強對生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)節(jié)點的保護和建設(shè),讓其對周圍較為脆弱的景觀產(chǎn)生輻射作用。

2.2.5涪江流域景觀格局優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

利用網(wǎng)絡(luò)分析方法,形成了一條貫穿整個流域范圍的主廊道,長約1607.38 km(圖5)。因此優(yōu)化過后的景觀生態(tài)格局是以主生態(tài)廊道為“中軸”、識別出的現(xiàn)有的生態(tài)廊道以及潛在生態(tài)廊道為“輔助”、生態(tài)節(jié)點為“樞紐”,打通整個廊道,形成了涪江流域較為完整的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)框架。

2.2.6優(yōu)化效果評估

對比涪江流域景觀格局優(yōu)化前后的IIC指數(shù)和PC指數(shù)(表7),可以得出：在優(yōu)化之前兩個指數(shù)都維持在0.48左右。在優(yōu)化后,研究區(qū)的IIC指數(shù)和PC指數(shù)分別為0.083624、0.079675,變化率分別呈74.12%和67.87%的正增長。根據(jù)相關(guān)研究表明[6,36],景觀連通性指數(shù)較高的區(qū)域,其生態(tài)景觀格局具有更高的穩(wěn)定性。因此,進行景觀格局優(yōu)化有利于提高涪江流域整體景觀格局的穩(wěn)定性。

表7 景觀格局優(yōu)化效果評估

3 討論

當前學(xué)界對于多源景觀生態(tài)風險評價的關(guān)注逐漸增大,但是從“自然-社會-景觀格局”3個維度綜合選取評價因子對景觀生態(tài)風險進行研究的案例還相對較少[1, 4, 19]。景觀格局優(yōu)化是景觀生態(tài)風險評價的最終目標[38]。本文基于景觀生態(tài)風險評價的結(jié)果,進一步明確了涪江流域目前的景觀格局現(xiàn)狀以及所面臨的生態(tài)風險問題,為后續(xù)的景觀格局優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。在景觀格局優(yōu)化的研究中,生態(tài)節(jié)點的數(shù)量、質(zhì)量和空間分布狀況會對物種遷移的時間、周期和成功率產(chǎn)生重要的影響,加大對流域生態(tài)節(jié)點的建設(shè)和保護,能夠促進物質(zhì)、能量流在整個研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)更加流暢的循壞運轉(zhuǎn),對于整個流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提升和生物多樣性的保護具有極其重要的意義[39]。利用網(wǎng)絡(luò)分析方法構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)結(jié)構(gòu)提高了整個區(qū)域的連通度指數(shù),景觀生態(tài)流可以直接滲透到景觀格局阻力較高的區(qū)域,促進研究區(qū)生態(tài)安全水平的提高。因此應(yīng)做好上游地區(qū)如九寨溝、雪寶頂、王朗等國家級自然保護區(qū)的天然林保護工作,推進流域內(nèi)森林、草原以及河流濕地生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)工作,有效的保護和建設(shè)好生態(tài)網(wǎng)絡(luò),進一步推進研究區(qū)內(nèi)景觀生態(tài)安全格局的構(gòu)建。與常規(guī)的流域景觀格局研究方法相比較,本文創(chuàng)新之處在于：①從景觀生態(tài)風險源的選取上,綜合的從自然、社會、景觀格局三方面選取評價因子,并且利用SPCA方法計算得出每個評價因子的權(quán)重值,可以減少由于人為經(jīng)驗和判斷所賦予的權(quán)重值的主觀性,較為客觀的反應(yīng)出不同評價因子之間重要性差異,增加評價結(jié)果的準確性,進一步揭示景觀生態(tài)風險評價結(jié)果中所蘊含的生態(tài)學(xué)內(nèi)涵。②生態(tài)源地的選擇是進行景觀格局優(yōu)化的重要環(huán)節(jié),在以往的眾多研究中,生態(tài)源地僅僅只是以面積大小為決定因素,選取的林地、水域等具有生態(tài)服務(wù)功能的景觀類型作為生態(tài)源地,具有較強的主觀性[6-7, 17]。而在本研究中對于生態(tài)源地的選取以4個表示景觀連通度以及斑塊重要性的景觀格局指數(shù)作為依據(jù)(LCP、LLC、PC、DI),最終選取出15個具有較強的穩(wěn)定性和連通性的生態(tài)斑塊作為生態(tài)源地,提升對生態(tài)源地選擇的科學(xué)性。③本研究在MCR模型構(gòu)建出的生態(tài)廊道的基礎(chǔ)上,采用了網(wǎng)絡(luò)分析的方法,彌補了對于潛在廊道分析提取不足的情況,使得構(gòu)建的生態(tài)廊道具有更加豐富的層次性,提取的生態(tài)節(jié)點在空間定位中更加的清晰,并且通過計算景觀格局優(yōu)化前后得出的LCP、CP景觀指數(shù)結(jié)果可以看到,優(yōu)化后的景觀連通度得到了極大的提升。

本研究的所采用的研究方法和研究結(jié)果可為涪江流域制定景觀格局優(yōu)化措施提供具有參考意義的布局模式,并且對于整個長江流域未來景觀生態(tài)安全構(gòu)建具有一定的理論和實踐意義。但是,本研究只是得出了優(yōu)化布局的結(jié)構(gòu),對于具體的優(yōu)化措施,如構(gòu)建生態(tài)廊道的寬度,生態(tài)節(jié)點的具體保護措施等方面,在未來的研究中都將結(jié)合研究區(qū)的實際情況進行更深一步的研究和探討。

4 結(jié)論

本文基于空間主成分分析法(SPCA)評估研究區(qū)的生態(tài)風險等級,利用最小累積阻力模型(MCR)和網(wǎng)絡(luò)分析等方法對涪江流域的景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,得出以下結(jié)論：

(1)通過分析得出,涪江流域的景觀生態(tài)風險狀況在“自然—社會—景觀格局”三方面因素的共同作用下,受自然和景觀格局因子的影響較大,社會因子影響較小。

(2)從整體上來看,涪江流域的景觀生態(tài)風險等級在空間分布上大致呈西北部高于東南部,生態(tài)風險等級為中等、較高、高度的區(qū)域的面積占研究區(qū)總面積的65.35%,研究區(qū)生態(tài)環(huán)境所面臨的生態(tài)風險較高。

(3)生態(tài)源地主要以林地、河流以及濕地為主,主要分布松潘、平武、北川區(qū)縣,總面積為11194.28 km2,占流域總面積的25.58%；構(gòu)建涪生態(tài)廊道共41條,其中現(xiàn)有的生態(tài)廊道有29條,潛在的生態(tài)廊道有12條；識別出生態(tài)節(jié)點53個。

(4)構(gòu)建了以主廊道為“中軸”,現(xiàn)有廊道及潛在廊道為“輔助”,生態(tài)節(jié)點為“樞紐”的較為完整的網(wǎng)絡(luò)型生態(tài)景觀格局；對比優(yōu)化前后的連通度進行比較,優(yōu)化后景觀格局的連通度有了極大的提升。