基于多源數(shù)據(jù)的山地縣域綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及修復策略
——以重慶市萬州區(qū)為例

汪子茗，呂 梁，汪 峰

（1.重慶交通大學 建筑與城市規(guī)劃學院，重慶400074；2.重慶大學 建筑城規(guī)學院，重慶400044）

面對快速城鎮(zhèn)化遺留的城鄉(xiāng)發(fā)展質(zhì)量問題，生態(tài)修復作為恢復城鄉(xiāng)生態(tài)系統(tǒng)的重要手段，為城市修補、城市更新、城市再生、城市復興等建設(shè)方式奠定了人與自然和諧共處的可持續(xù)發(fā)展基礎(chǔ)（李曉暉 等，2017）。隨著地理信息技術(shù)和景觀生態(tài)學方法的廣泛應(yīng)用，構(gòu)建區(qū)域?qū)用娴木G地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為國土空間規(guī)劃提供保障區(qū)域生態(tài)安全的基本方案，成為當前生態(tài)修復發(fā)展的主流技術(shù)方向（Hermoso et al., 2020；王永衡 等，2022）。綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Infrastructure, GI）的研究體系是在人們對“綠色空間”功能和價值認知不斷深入的情況下，綜合人居環(huán)境、生物保護和綠色技術(shù)等三大主題而逐漸形成的?？绯叨?、多層次的特征使縣域?qū)用娴腉I網(wǎng)絡(luò)在重新組織生境、連接破碎斑塊和減少物種遷移阻礙的同時，能夠銜接兼顧人的使用需求的城區(qū)GI體系，為城市發(fā)展與生物保護提供共享的基礎(chǔ)性空間框架（欒博 等，2017；Grabowski et al.,2022）。尤其在生態(tài)資源極豐富、生態(tài)環(huán)境極復雜、生態(tài)系統(tǒng)極脆弱、生態(tài)服務(wù)需求極旺盛的山地城鎮(zhèn)，充分考慮地形因素影響下的生態(tài)底線要求，科學構(gòu)建安全穩(wěn)定、綜合多效的縣域GI網(wǎng)絡(luò)，對提升生態(tài)質(zhì)量、護衛(wèi)城鎮(zhèn)發(fā)展具有突出的現(xiàn)實意義和研究價值。

GI 網(wǎng)絡(luò)主要由網(wǎng)絡(luò)中心（hubs）和連接廊道（links）構(gòu)成。其中，“網(wǎng)絡(luò)中心”是自然過程和動物的來源地、目的地；“連接廊道”是構(gòu)建系統(tǒng)的景觀廊道、保護性廊道和綠道等連接組件（Benedict and Mcmahon, 2006；王永衡 等，2022）。構(gòu)建GI網(wǎng)絡(luò)的方法主要有4類，即以麥克哈格生態(tài)規(guī)劃理論為基礎(chǔ)研究垂直生態(tài)過程的“千層餅”疊加分析法（麥克哈格，2006）；以最小累積阻力模型（或最小費用距離模型，Minimum Cumulative Resistance, MCR）為主要技術(shù)手段研究水平生態(tài)過程的空間分析法（Li et al., 2022）；基于圖論以網(wǎng)絡(luò)閉合度、環(huán)通度和連接度為衡量標準的分析方法（Grafius et al., 2018）；以及基于幾何形態(tài)學按二進制圖像類型建立結(jié)構(gòu)性空間連接的形態(tài)學空間格局分析方法（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）（王越 等，2017；Wei et al., 2022）。

由于數(shù)據(jù)量要求少，國內(nèi)外學者常運用MSPA方法構(gòu)建區(qū)域、市域和縣域的GI網(wǎng)絡(luò)，將“核心”和“橋接”區(qū)域分別視為源地和廊道。但因其側(cè)重表達空間形態(tài)屬性，缺少對功能連接和生境質(zhì)量的考慮，于是一些學者嘗試結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評價與權(quán)衡模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs, InVEST）、空間句法、網(wǎng)絡(luò)分析等方法進行綜合構(gòu)建（于亞平 等，2016；陳炯臻 等，2022；丁金華 等，2022）。實際上，相比MSPA方法，MCR模型能更加科學地模擬物種在網(wǎng)絡(luò)中心之間遷移時選擇廊道的真實情況（蒙吉軍等，2016）。該模型通過構(gòu)建土地利用類型的基礎(chǔ)阻力面，并綜合其他自然、社會、人為干擾因素進行阻力修正，提取潛在生態(tài)廊道（楊志廣 等，2018）。當前引入的修正因子包括TDVI/NDVI數(shù)據(jù)（邵潤鈺 等，2023）、不透水面數(shù)據(jù)（王回茴 等，2020）、夜間燈光數(shù)據(jù)（朱捷 等，2020）、隱形阻力面（方瑩 等，2020）、人類居住合成指數(shù)（周璟等，2022）等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，多源數(shù)據(jù)的應(yīng)用愈發(fā)成熟，納入更多能直觀地反映人類活動的時空分布特征及其對生物流動的干擾影響的數(shù)據(jù)，如POI數(shù)據(jù)、人口密度、路網(wǎng)密度等，以建立綜合生態(tài)阻力面的方式，相比個別因子的修正作用，其靈活性和適應(yīng)性更好。若再結(jié)合重力模型或圖論評價潛在廊道的相對重要性，則更有利于分級制定保護和修復策略（王越 等，2017）。此外，電路理論（Circuit Theory）也越來越多地出現(xiàn)在GI 網(wǎng)絡(luò)的研究中，其將物理學中電子在電路隨機游走的特性類比生物流在異質(zhì)景觀組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中遷移運動的規(guī)律，從而模擬計算物種從某一路徑成功遷移的概率（Dutta et al., 2016；李久林 等，2020）。通過把隨機遷移理論和圖論相結(jié)合，電路理論彌補了過去最小成本路徑方法（Least-Cost Path method, LCP）在判斷與保護GI 網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵區(qū)域，如源地和廊道等級、生態(tài)節(jié)點等方面的不足（潘竟虎 等，2021）。

重慶市萬州區(qū)具有典型的山地城鎮(zhèn)特征，境內(nèi)山丘起伏、水系縱橫，平壩和臺地極少，且零散分布。在最新編制的《萬州區(qū)國土空間總體規(guī)劃（2021—2035）》（公示版）①《萬州區(qū)國土空間總體規(guī)劃（2021—2035）》（公示版）.http://www.wz.gov.cn/hdjl_266/yjzj/detail.html?id=2062。中，萬州區(qū)作為“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展示范區(qū)”亟需建立全區(qū)總體保護格局，系統(tǒng)開展生態(tài)保護、修復和綜合治理工作。而構(gòu)建區(qū)域性生態(tài)格局需要大幅保留原生自然環(huán)境，這對于土地資源本就緊缺的萬州城鎮(zhèn)建設(shè)而言，無疑是一項潛在限制因素。因此，如何在資源有限的情況下，以生態(tài)底線為原則，建立契合“兩山理論”②“兩山理論”，即綠水青山就是金山銀山，強調(diào)經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護雙贏，構(gòu)建經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)同共進的地球家園。的縣域GI網(wǎng)絡(luò)，并識別關(guān)鍵位置，從而針對具體問題有的放矢地開展生態(tài)保護與修復工作，是生態(tài)優(yōu)先原則下以萬州區(qū)為代表的山地城鎮(zhèn)發(fā)展亟待解決的重點問題。目前關(guān)于山地城鎮(zhèn)生態(tài)修復技術(shù)的研究較多（金云峰 等，2018；王云才等，2019；薛建輝 等，2022），但基于區(qū)域GI網(wǎng)絡(luò)視角開展修復工作的研究還較欠缺，且針對山地縣域的生態(tài)阻力面構(gòu)建研究也亟待優(yōu)化。為此，本文以山地城鎮(zhèn)萬州區(qū)全域為例，運用MSPA方法和基于多源數(shù)據(jù)的MCR 模型，識別潛在的GI網(wǎng)絡(luò)中心和連接廊道，構(gòu)建縣域GI網(wǎng)絡(luò)，同時結(jié)合圖論、電路理論及幾何形態(tài)學判斷相對重要性，并分析廊道上的生態(tài)夾點，最后針對山地城鎮(zhèn)的典型生態(tài)問題提出對應(yīng)的精細化保護與修復策略。以期為復雜地形中的山地城鎮(zhèn)在未來開展統(tǒng)籌發(fā)展的生態(tài)修復工作提供實際有效的理論支持和實踐參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

萬州區(qū)是重慶市渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群的區(qū)域中心城鎮(zhèn)，地處四川盆地東緣，位于30°23′50″-31°00′18″ N，107°52′22″-108°53′52″ E，海拔106～1 762 m，面積3 456.41 km2，轄14個街道、27個鎮(zhèn)、11個鄉(xiāng)，常住人口城鎮(zhèn)化率70.00%（重慶市萬州區(qū)統(tǒng)計局 等，2022）（圖1）。區(qū)內(nèi)山地、丘陵為主要地貌，間有河流階地和淺平壩，其中，低山和丘陵面積約占1/4，低中山和山間平地面積約占1/4，平壩和臺地數(shù)量極少且分布零散，加上“一干九支”③“一干”指長江，“九支”指普里河、苧溪河、大周溪、五橋河、新田河、瀼渡河、石橋河、磨刀溪、泥溪河等主要長江支流。的河流資源，總體呈現(xiàn)典型的西南山地特征，較具代表性。作為三峽庫區(qū)腹心，萬州具有特殊而重要的生態(tài)地位，但其生態(tài)系統(tǒng)脆弱，仍存在水土流失、城市熱島、綠地破碎化、抗干擾能力降低等山地城鎮(zhèn)生態(tài)問題。在新的國土空間規(guī)劃中，生態(tài)保護和修復依舊是萬州區(qū)城鄉(xiāng)發(fā)展的緊要任務(wù)④詳見《萬州區(qū)國土空間總體規(guī)劃（2021—2035）》（公示版）.http://www.wz.gov.cn/hdjl_266/yjzj/detail.html?id=2062。。

圖1 研究區(qū)區(qū)位及土地利用現(xiàn)狀Fig.1 Location and land use status of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

主要數(shù)據(jù)包括：1）用于MSPA 景觀格局和MCR 模型阻力面分析的萬州區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，包含耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體和人造地表等7種用地類型；2）ASTER 第三代30 m 分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，用于分析地形相關(guān)因素；3）Landsat 8 OLI_TIRS 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，用于計算歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI），反映植被覆蓋度；4）此外，還有用于MCR 模型阻力面修正的路網(wǎng)數(shù)據(jù)、夜間燈光數(shù)據(jù)、POI數(shù)據(jù)，以及行政邊界數(shù)據(jù)。其中，燈光數(shù)據(jù)用插值法重采樣為30 m×30 m的柵格數(shù)據(jù)，行政邊界的圖冊類柵格數(shù)據(jù)需進行矢量化預處理（表1）。

表1 研究中的多源數(shù)據(jù)精度及來源Table 1 Multi-source data accuracy and source in the research

2 研究方法

2.1 研究框架

針對萬州區(qū)因自然山地環(huán)境和人為城鎮(zhèn)建設(shè)而產(chǎn)生綠色空間網(wǎng)絡(luò)破碎的問題，依循“網(wǎng)絡(luò)中心-連接廊道”的GI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建途徑，結(jié)合生態(tài)夾點保護和修復思路，提出的研究框架如圖2所示，共包含3個部分：1）運用MSPA方法提取研究區(qū)的“核心（core）”景觀要素，并篩選網(wǎng)絡(luò)中心，同時以電路理論為指導，使用多源數(shù)據(jù)建立研究區(qū)綜合阻力面，然后運用MCR模型，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中心的識別結(jié)果，識別連接廊道；2）依據(jù)圖論和幾何形態(tài)學理論方法，結(jié)合研究區(qū)電阻、電流的分析結(jié)果，分別計算網(wǎng)絡(luò)中心和連接廊道的相對重要性，并劃分等級；3）結(jié)合電流密度與連接廊道，識別GI網(wǎng)絡(luò)中的生態(tài)夾點及其屬性特征。綜合上述分析結(jié)果，針對性地提出分區(qū)、分級和精準化生態(tài)保護與修復策略。

2.2 網(wǎng)絡(luò)中心的識別與分級方法

MSPA 是由Soille 和Vogt（2009）提出的一種基于數(shù)學形態(tài)學原理的柵格圖像處理技術(shù)，可以利用腐蝕、膨脹、開啟、閉合等運算序列將二值柵格圖像分割為核心（core）、孤島（islet）、孔隙（perforation）、邊緣（edge）、橋接（bridge）、環(huán)道（loop）及支線（branch）等7個互斥類別，在研究區(qū)生態(tài)斑塊的識別上表現(xiàn)優(yōu)秀（寧琦 等，2021）。參照已有研究，利用ArcGIS平臺將研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)中的林地、灌木地、草地、濕地和水體等具有良好生態(tài)服務(wù)功能的5種用地類型作為分析“前景”，其他類型作為“背景”，運用Guidos Toolbox（v 3.0）進行MSPA分析，得到7類景觀要素數(shù)據(jù)（周媛，2019；丁金華 等，2022）。提取面積較大、影響生物多樣性更多的核心區(qū)域及其緊鄰的邊緣、孔隙等其他類型景觀要素作為生態(tài)源地，即研究區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中心。

由“哥尼斯堡七橋”問題開創(chuàng)的圖論用直觀圖形和數(shù)學方法研究圖和網(wǎng)絡(luò)的組合關(guān)系，其促生的景觀連接度指數(shù)常被運用于判斷源地和廊道的生態(tài)重要性（Diniz et al., 2020; Petsas et al., 2021）。隨著計算機運算能力的增強，Carroll等（2012）基于圖論的中介中心性指數(shù)（Betweenness Centrality,BC），結(jié)合電路理論，提出用電流中心性指數(shù)（current-flow BC, BCCF）替代連接度指數(shù)能強調(diào)每個源地對整個網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)流動的影響程度，避免過度關(guān)注個別核心斑塊之間的路徑關(guān)系，其對單一或多物種生境連通性的研究具有很好的適配性。本文利用Linkage Mapper工具中的Centrality Analysis模塊，計算研究區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心的電流中心性指數(shù)，并以自然斷裂點法進行分級，作為網(wǎng)絡(luò)中心生態(tài)修復的分區(qū)依據(jù)。

2.3 連接廊道的識別與分級方法

連接廊道是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心之間的連通性和維護GI網(wǎng)絡(luò)整體生態(tài)功能的核心要素。由Knaapen等提出的MCR 模型主要通過分析物種由生態(tài)源地到目的地或在生態(tài)源地之間移動時需要克服的阻力，尋找最小成本路徑（LCP）。因其具有較好的實用性和擴展性，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)修復和生態(tài)規(guī)劃等領(lǐng)域（Knaapen et al., 1992；王越 等，2017）。

式中：MCR 是源地j移動至源地i需要克服的阻力值；f是一個反映最小累積阻力與生態(tài)過程之間的正相關(guān)關(guān)系的未知函數(shù)；Dij是從源地j到源地i的空間距離；Ri是源地i的生態(tài)阻力系數(shù)。

生態(tài)阻力面的構(gòu)建是MCR 模型的一個重點。McRae于2006年率先將電路理論應(yīng)用于景觀生態(tài)學分析中，將景觀阻力面比作電阻面，視生態(tài)流為電流，把有利于生態(tài)流動的景觀類型看作低電阻，反之則是高電阻，通過模擬計算節(jié)點之間的電流密度值表征物種沿該路徑遷移的概率，為建立生態(tài)阻力面提供了有效途徑（Mcrae, 2006）。結(jié)合已有關(guān)于山地城市的阻力因子研究，在選取土地利用類型和植被覆蓋度、人口密度、路網(wǎng)密度和夜間燈光密度等因子的基礎(chǔ)上，加入山地城市的代表性阻力因子——地形坡度和起伏度，以及能直觀反映人為干擾強度的POI 數(shù)據(jù)，構(gòu)建研究區(qū)綜合阻力面（李政等，2020；范春苗 等，2022；陶培峰 等，2022）（表2）。其中，路網(wǎng)密度因子相較以往研究選取的距道路距離因子，一方面可以不考慮道路等級而只關(guān)注空間分布特征，從而降低對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求，另一方面可以減少因山地地形起伏導致水平距離錯誤反映真實距離的情況（鄔志龍 等，2022；張啟斌 等，2022；仇實 等，2023）。運用AHP 法和Yaahp 軟件的權(quán)重矩陣調(diào)查并計算各阻力評價因子權(quán)重（表3），一致性比例0.026 6<0.1，具有較好一致 性。利 用Linkage Mapper （V 3.0） 工 具 中 的Linkage Pathways Tool 模塊將網(wǎng)絡(luò)中心及綜合阻力面相結(jié)合以識別連接廊道。隨后，基于幾何形態(tài)學、電路理論和圖論，使用Linkage Priority 模塊，將廊道的滲透性和鄰近度，以及包括平面幾何特征、電流中心性和景觀類型阻力在內(nèi)的相連網(wǎng)絡(luò)中心的平均價值等因子綜合起來計算每條連接廊道的相對重要性，作為其保護與修復的分級依據(jù)（Dutta et al., 2016）。

表2 不同土地利用類型的基準阻力值Table 2 Baseline resistance values for different land use types

表3 研究區(qū)生態(tài)阻力因子及權(quán)重Table 3 Ecological resistance factors and weights in the study area

2.4 生態(tài)夾點的提取方法

將電路理論應(yīng)用于GI網(wǎng)絡(luò)，可以基于綜合阻力面，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中心的提取結(jié)果，統(tǒng)計累積電流密度的分布情況。其中，電流密度大的區(qū)域正是現(xiàn)狀情況下影響全局生物流動的關(guān)鍵區(qū)域，被視作廊道中的生態(tài)夾點（pinch point）區(qū)域。在該區(qū)域中，即便是小塊要素的消失也會對GI網(wǎng)絡(luò)的整體連通性造成不成比例的損害（Mcrae et al., 2008；宋利利 等，2016）。利用Linkage Mapper（V 3.0）工具調(diào)用Circuitscape（v 4.07）程序，結(jié)合使用Pinchpoint Mapper 模塊，輸出研究區(qū)的累積電流密度圖，疊加連接廊道識別結(jié)果確定GI網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)夾點區(qū)域，作為后續(xù)開展精準生態(tài)保護的對象。

3 結(jié)果分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)中心的等級分布

運用MSPA方法劃分萬州區(qū)景觀要素類型（圖3、表4）。根據(jù)島嶼生物地理學理論，斑塊的面積大小通常與物種承載力和景觀連通性成正比，所以基于不同面積核心區(qū)域占核心區(qū)域總面積的累積比例關(guān)系篩選1 km2以上的核心區(qū)域，結(jié)合緊鄰的邊緣、孔隙、支線、橋接和環(huán)道區(qū)域，構(gòu)成研究區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中心（朱捷 等，2020；劉學 等，2023；曾真 等，2023）。由42塊生態(tài)源地組成，面積共計996.35 km2，占“前景”類型面積的69.95%，占研究區(qū)總面積的28.83%，總體上形成“一屏三帶，散點分布”的空間格局。“一屏”是由萬州區(qū)東南部的“方斗山-七曜山”山脈群盤踞而成的生態(tài)屏障；“三帶”是西南-東北走向的南山、鐵峰山和長江等帶狀區(qū)域；此外，區(qū)內(nèi)依托水庫和山體的林地形成少量“散點分布”的獨立斑塊，主要位于中部地區(qū)。

表4 MSPA劃分景觀要素的分類統(tǒng)計Table 4 Classification statistics of landscape elements classifiedby MSPA method

圖3 研究區(qū)MSPA景觀格局Fig.3 MSPA landscape pattern in the study area

計算網(wǎng)絡(luò)中心的電流中心性指數(shù)（BCCF），運用自然斷裂點法將GI 網(wǎng)絡(luò)中心分為3 級（圖4）。BCCF<140 的斑塊劃為至Ⅲ級，面積約144.91 km2，占研究區(qū)總面積的4.19%，重要性相對較低，零星散布于全區(qū)；140500的斑塊劃分至第Ⅰ級，面積約679.78 km2，占研究區(qū)總面積的19.67%，重要性較高，集中分布在長江一帶與東南山脈群區(qū)域。

圖4 研究區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心的分級分布Fig.4 Hierarchical distribution of network hubs in the study area

3.2 連接廊道的等級分布

1）綜合阻力面的構(gòu)建 根據(jù)表2和3的參數(shù)分別統(tǒng)計研究區(qū)各生態(tài)阻力因子的歸一化阻力值，并利用ArcGIS 柵格計算器計算研究區(qū)的綜合阻力面（圖5）。由圖可知，阻力高值區(qū)域位于受人為干擾最多的城區(qū)沿江發(fā)展部分；研究區(qū)中部因耕地廣布，也具有較大的生態(tài)流動阻力。

圖5 研究區(qū)各項阻力因子統(tǒng)計（a.土地利用類型；b.植被覆蓋度NDVI；c.地形坡度；d.地形起伏度；e.路網(wǎng)密度；f.人口密度；g.夜間燈光密度；h.POI密度）和綜合阻力面（i）Fig.5 Statistics of each resistance factor (a.land-use type; b.NDVI; c.slope; d.topographic relief; e.road density; f.population density;g.light density; h.POI density) and integrated resistance surface (i) in the study area

2）連接廊道的識別與分級 基于MCR 模型，利用Linkage Pathways Tool 模塊，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中心和綜合阻力面識別連接廊道。共得到連接廊道80條，總長度為292.97 km，以研究區(qū)中北部最為密集，其中靠西的連接廊道路徑長，靠東的廊道路徑短。

使用Linkage Priority 模塊計算各廊道的滲透性、鄰近性及相連網(wǎng)絡(luò)中心的平均價值，綜合判斷廊道性對重要性，并以自然斷裂點法進行劃分。連接廊道總體呈現(xiàn)“東強西弱、東短西長”的分布特征（圖6），Ⅰ級廊道有33條，總長度24.34 km，占總廊道長度的8.31%，廊道總體較短，平均長度為0.74 km，主要分布于東部網(wǎng)絡(luò)中心密集的區(qū)域；Ⅱ級廊道有22條，總長度49.21 km，占總廊道長度的16.80%，平均長度為2.24 km，多為Ⅱ與Ⅰ級網(wǎng)絡(luò)中心之間的連接廊道；Ⅲ級廊道有25 條，總長度219.42 km，占總廊道長度的74.90%，廊道較長，平均長度為8.78 km，主要位于西部，連接Ⅱ級與Ⅲ級網(wǎng)絡(luò)中心，具有較高的可替代性。

圖6 研究區(qū)連接廊道的分級分布Fig.6 Hierarchical distribution of links in the study area

3.3 生態(tài)夾點的分布與類型

基于ArcGIS 平臺調(diào)用Circuitscape 程序，結(jié)合Pinchpoint Mapper 模塊，使用成對模式（Pairwise）得到研究區(qū)的電流密度分布，經(jīng)自然斷裂點法分級的電流密度形成由高到低Ⅰ～Ⅴ級區(qū)域（圖7）。Ⅰ級區(qū)域為生態(tài)夾點所在區(qū)域，面積約10.89 km2，占研究區(qū)總面積的0.32%，其中耕地和林地的占比最高，分別占Ⅰ級區(qū)域的63.83%和27.93%。將Ⅰ級區(qū)域與連接廊道疊加，獲得研究區(qū)現(xiàn)狀連接廊道的生態(tài)夾點區(qū)域，共計142 段，總長28.14 km，占連接廊道總長的9.60%（圖8）。其中，35段位于Ⅰ級廊道，38段位于Ⅱ級廊道，69段位于Ⅲ級廊道。所屬土地利用類型中，耕地占比最高，達55.89%；林地次之，為35.71%；其他類型包括草地（6.32%）、人造地表（1.51%）和水體（0.46%）。圖8 顯示，生態(tài)夾點主要位于破碎斑塊之間，分布最為集中的是東部黃柏鄉(xiāng)、太龍鎮(zhèn)、白羊鎮(zhèn)、長嶺鎮(zhèn)和太安鎮(zhèn)一帶，其物種遷移頻繁，是保障縣域GI網(wǎng)絡(luò)生態(tài)服務(wù)功能的重點區(qū)域。還有其他散布的夾點區(qū)域，都需要根據(jù)土地利用類型采取相應(yīng)的生態(tài)保護和修復措施。

圖7 研究區(qū)電流密度分布Fig.7 Current-flow density distribution in the study area

圖8 研究區(qū)生態(tài)夾點區(qū)域Fig.8 Ecological pinch point areas in the study area

4 保護修復策略

網(wǎng)絡(luò)中心和連接廊道是構(gòu)建GI 網(wǎng)絡(luò)的核心要素，對區(qū)域生態(tài)保護和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響較為突出，而位于連接廊道關(guān)鍵地段的生態(tài)夾點區(qū)域更是處在生態(tài)保護的戰(zhàn)略地位，需全面開展保護與修復工作。為此，首先要在資金和制度保障上夯實基礎(chǔ)，如拓寬生態(tài)保護與修復的資金渠道，包括破壞方的責任賠償、政府設(shè)立的專項資金、增收相關(guān)環(huán)境成本稅收和激勵社會資本的廣泛參與；再如完善生態(tài)修復的制度體系，包括資金保障制度、修復監(jiān)督制度和績效評價制度等。而在技術(shù)層面，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)的識別及分級、分類結(jié)果，制定網(wǎng)絡(luò)中心分區(qū)修復、連接廊道分級修復和生態(tài)夾點精準修復等生態(tài)優(yōu)化策略。

4.1 網(wǎng)絡(luò)中心分區(qū)修復

因地形起伏，山地生態(tài)環(huán)境在人口增長和經(jīng)濟發(fā)展的影響下更易產(chǎn)生水土流失、土地貧瘠化和荒漠化等生態(tài)問題，因此應(yīng)大面積增加植被，穩(wěn)固生態(tài)功能。根據(jù)相對重要性分級結(jié)果，將網(wǎng)絡(luò)中心劃分為連綿涵養(yǎng)區(qū)、重點保護區(qū)和獨立修復區(qū)。其中，連綿涵養(yǎng)區(qū)為骨架山水林區(qū)；重點保護區(qū)為槽谷、坪壩內(nèi)集中分布的林地斑塊；獨立修復區(qū)為散布其間的小型林、草地斑塊。

1）作為Ⅰ級網(wǎng)絡(luò)中心的連綿涵養(yǎng)區(qū)是萬州區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)保障生態(tài)安全的底線區(qū)域，包括依托長江及兩岸林、草地形成的高連接度帶狀生態(tài)源地和依托方斗山-七曜山山脈群形成大規(guī)模、高連接度的生態(tài)源地，為萬州區(qū)大型物種提供重要棲息地。應(yīng)結(jié)合生態(tài)紅線勘界定標，封山育林，守護山地城市的生態(tài)本底；在山麓和水岸設(shè)置必要的生態(tài)緩沖空間，嚴控毀林墾荒行為；在低丘緩坡地帶加強治理，防控水土流失，以全面涵養(yǎng)河流和山林生態(tài)環(huán)境的延續(xù)與恢復能力。

2）作為Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)中心的重點保護區(qū)是構(gòu)成GI網(wǎng)絡(luò)的次重要區(qū)域，規(guī)模略小于連綿涵養(yǎng)區(qū)，均位于萬州區(qū)的北部，包括鐵峰山山脈、登豐水庫，以及太龍鎮(zhèn)、白羊鎮(zhèn)和長嶺鎮(zhèn)交界的低山林區(qū)，應(yīng)以人工植樹、飛播造林等干預手段涵養(yǎng)水源、提升現(xiàn)有林地質(zhì)量，提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，結(jié)合Ⅰ和Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)中心分布情況，萬州區(qū)西南部斑塊少且破碎程度高，應(yīng)依托響水鎮(zhèn)、甘寧鎮(zhèn)和分水鎮(zhèn)的自然保護地與河流，逐步培養(yǎng)新的林地斑塊。

3）作為Ⅲ級網(wǎng)絡(luò)中心的獨立修復區(qū)是一些小型林、草地斑塊，也包括南、北邊緣的山體林地，能在Ⅰ和Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域之外有效補充GI網(wǎng)絡(luò)中的“種源地”。由于此類型斑塊規(guī)模較小，且常?？拷擎?zhèn)、村莊等建設(shè)用地，較易受開發(fā)建設(shè)活動的影響，需要加強保護，并以補綠、增綠等方式優(yōu)化斑塊形狀，強化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高生態(tài)功能。

4.2 連接廊道分級修復

萬州區(qū)當前GI連接廊道的分布受網(wǎng)絡(luò)中心“東密西疏”的影響，東部廊道重要性高且可替代性低，西部廊道重要性低、距離遠且可替代性高。結(jié)合山地生態(tài)環(huán)境特征，還需兼顧水土涵養(yǎng)功能，并綜合考慮廊道的持久性、穩(wěn)定性以及廊道寬度。根據(jù)相對重要性分析結(jié)果，將連接廊道劃分為關(guān)鍵廊道、重要廊道和一般廊道。

1）關(guān)鍵廊道屬于Ⅰ級連接廊道，是物種在Ⅰ和Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)中心之間進行短距離遷移的高概率路徑，重要性較高，對維系縣域GI網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵地段的生態(tài)連通性影響較大。應(yīng)以生物多樣性恢復和地質(zhì)災害防治為目標加強邊坡植被管理，同時應(yīng)劃定廊道保護控制區(qū)，清退開發(fā)建設(shè)活動，退耕還林、退建還生，增加廊道上的林草種類，適當優(yōu)化周邊土地利用類型，以確保關(guān)鍵廊道的空間連通性、生境穩(wěn)定性以及物種通行的必要寬度。

2）重要廊道屬于Ⅱ級連接廊道，是連接Ⅱ級網(wǎng)絡(luò)中心的中等距離物種遷移的較高概率路徑，具有一定的可替代性，對GI網(wǎng)絡(luò)的影響僅次于關(guān)鍵廊道。原則上應(yīng)確保其空間連通性，但對于難以實現(xiàn)自然恢復或新建成林的廊道地段，可以通過因地制宜保留或新建一些散置的小型自然植被斑塊來提供廊道功能，以達到廊道的連通性和寬度要求。當廊道路徑處于發(fā)展林地成本過高且生態(tài)敏感性較低的農(nóng)業(yè)耕種區(qū)時，可借助樹籬或林帶網(wǎng)以保持廊道的基本連通性。

3）一般廊道屬于Ⅲ級連接廊道，主要為Ⅱ和Ⅲ級網(wǎng)絡(luò)中心之間的物種遷移提供路徑空間，且可替代性較高。應(yīng)順應(yīng)地形選擇生態(tài)阻力小、修復成本低的路徑構(gòu)建廊道或改善廊道的生境質(zhì)量和連續(xù)性，從而提高物種遷移概率，增強GI網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。一般廊道常穿越建設(shè)用地，應(yīng)結(jié)合人工生態(tài)廊道、立體綠化技術(shù)提高空間連接性，減少道路對景觀的切割。此外，由于西南部GI網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)比較薄弱，還應(yīng)配合網(wǎng)絡(luò)中心的優(yōu)化進程，提高局部地段的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通度。

4.3 生態(tài)夾點精準修復

生態(tài)夾點是縣域GI 網(wǎng)絡(luò)中的高質(zhì)量生境連接處，同時也是連接廊道容易斷裂、需要強化保護和重點維育的地段。為避免成為物種遷移的瓶頸，同時給野生動物提供必要的臨時棲息地，生態(tài)夾點區(qū)域應(yīng)實行嚴格的生態(tài)保護政策，禁止開發(fā)建設(shè)及其他人為活動，并且應(yīng)選擇更加持久、穩(wěn)定和具有較廣泛的物種適宜性的林種和樹種進行保護和修復。

萬州區(qū)生態(tài)夾點區(qū)域的主要用地類型包括耕地、林地、草地，以及少量人造地表和水體，應(yīng)針對不同的用地類型組合方式，制定精準化生態(tài)保護與修復策略。以林地類型為主的生態(tài)夾點區(qū)域，應(yīng)建立森林保護機制和定期監(jiān)測機制，禁止不適宜的林木開采行為，適時增補栽植，持續(xù)跟進森林植被的生長和構(gòu)成情況。以耕地和草地類型為主的生態(tài)夾點區(qū)域，應(yīng)嚴令禁止當?shù)鼐用駥σ吧鷦游锏牟稓⑿袨?，控制農(nóng)藥用量，逐步置換出林地斑塊。毗鄰人造地表土地類型的夾點區(qū)域，應(yīng)植樹造林，并增設(shè)生態(tài)緩沖帶。以水體類型為主的生態(tài)夾點區(qū)域，要涵養(yǎng)水岸植被，必要時采取技術(shù)手段以避免阻礙陸生生物遷移。

5 結(jié)論與討論

1）以林地、灌木地、草地、濕地和水體為“前景”進行MSPA 分析，得到構(gòu)成萬州區(qū)縣域GI網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中心共42塊，總面積約996.35 km2，占研究區(qū)總面積的28.83%，形成“一屏三帶、散點分布”的格局。以BCCF為依據(jù)判斷網(wǎng)絡(luò)中心的相對重要性，形成3級區(qū)域，重要性由高到低依次為依托長江和方斗山-七曜山形成的連綿涵養(yǎng)區(qū)、依托鐵峰山、登豐水庫和東部山林形成的重點保護區(qū)，以及包括南、北緣山林和一些小型斑塊的獨立修復區(qū)，分別采用涵養(yǎng)、穩(wěn)固和修復等不同級別和方式的生態(tài)保護與修復策略。

2）綜合土地利用、植被覆蓋、地形、人口和路網(wǎng)，以及POI 數(shù)據(jù)等阻力因子建立綜合阻力面，阻力高值區(qū)域位于長江中段的城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)，運用MCR 模型計算最小累積阻力路徑，識別出連接廊道80 條，總長度為292.97 km。總體呈現(xiàn)“東強西弱、東短西長”的分布特征，與網(wǎng)絡(luò)中心一同構(gòu)建萬州區(qū)縣域GI網(wǎng)絡(luò)。以集成廊道的滲透性和鄰近性以及網(wǎng)絡(luò)中心價值的相對重要性指數(shù)為依據(jù)，將連接廊道劃分為關(guān)鍵、重要和一般3 個等級，分別采用嚴控、修補和擴增等分級生態(tài)保護與修復策略。

3）基于電路理論，分析萬州區(qū)生物流密度分布情況，結(jié)合連接廊道提取生態(tài)夾點區(qū)域，即對于維持縣域GI網(wǎng)絡(luò)連通性具有戰(zhàn)略意義或瓶頸作用的關(guān)鍵地段，共計142 處，累積長度約28.14 km，占連接廊道總長度的9.60%。其中，最主要的土地利用類型是耕地，占比達到55.89%，其次包括林地（35.71%）、草地（6.32%）、人造地表（1.51%）和水體（0.46%），需根據(jù)類型組合情況，分別制定以森林維育、耕地置換、控制開發(fā)和水岸植被恢復為主的精準化生態(tài)保護與修復策略。

本文從生態(tài)連通性出發(fā)，兼顧山地城鎮(zhèn)的典型生態(tài)問題，結(jié)合使用多源數(shù)據(jù)，綜合應(yīng)用MSPA方法、MCR 模型、電路理論和圖論，識別網(wǎng)絡(luò)中心和連接廊道并予以相對重要度分級，同時提取連接廊道上的生態(tài)夾點區(qū)域，由此構(gòu)建萬州區(qū)縣域GI網(wǎng)絡(luò)，并針對性提出具有分區(qū)、分級和精細化組合特點的生態(tài)保護與修復策略。與以往研究相比，1）本文在GI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中，強調(diào)生物流動性需求是對現(xiàn)有GI 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法的優(yōu)化（欒博 等，2017）；2）在建立生態(tài)阻力面上，除土地利用類型因子外，基于多源數(shù)據(jù)篩選有關(guān)自然、地形和人為干擾的7項因子進行綜合評價，從而提高阻力評價的客觀性，其中，地形坡度和起伏度因子能提高對山地環(huán)境的適應(yīng)性，POI密度和夜間燈光密度能直觀反映人為干擾情況（范春苗 等，2022；陶培峰 等，2022；鄔志龍 等，2022）；3）在保護與修復方面，基于網(wǎng)絡(luò)中心和連接廊道的重要性分析結(jié)果以及生態(tài)夾點的識別，制定分區(qū)、分級和精準化的策略，更有利于在土地資源極其緊缺的山地城鎮(zhèn)遵循保護與發(fā)展協(xié)調(diào)并進的生態(tài)優(yōu)先原則。但本文運用AHP法對生態(tài)阻力面評價因子進行賦權(quán)存在主觀成分，需要在后續(xù)研究中優(yōu)化。另外，受到研究尺度和數(shù)據(jù)精度的限制，對于GI網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)保護與修復策略停留在比較宏觀的戰(zhàn)略層面，對于GI在中、微觀層面有關(guān)人居環(huán)境和工程技術(shù)的具體實施策略，有待進一步研究。