生态源地是维护区域生态健康的重要生境斑块,对保护生物多样性和生态稳定性意义重大^[1,21],在满足人类活动所需的生态环境质量方面也有重要地位^[22]。本文结合形态学空间格局分析和景观连通性分析获得生态源地,同时将自然保护区作为生态源地的补充。

表1 生态敏感性评价指标体系

(1)基于MSPA方法的景观格局分析。形态学空间格局分析通过腐蚀、膨胀、开闭运算等数学形态学原理分辨栅格图像结构^[23-26],能将前景分为互不重叠的7类景观。该方法强调数据的结构特征,能很好地体现生态斑块在生态过程中的作用,有助于生态源地的选取^[24-25]。

(2)景观连接度评价。景观连接度是指景观适宜某种生态过程发生的程度^[27-28],通过对不同生态斑块的连通性来判断其重要性,能够较好选取生态源地^[29]。本文采用可能连通性指数(PC)评价区域景观连通性,并采用斑块重要性指数(d_PC)衡量斑块重要程度并提取源地。

式中:i≠j,P^*_ij为斑块i和j之间所有路径的最大乘积概率; a_i,a_j分别为斑块i和j的面积; A_L为景观总面积; PC取值范围为[0,1],PC值越小,斑块之间连通性越低。PC_remove为去除某斑块后剩余斑块的整体指数值。d_PC通过PC的变化分析斑块在维持景观连通性的重要程度。

借鉴相关研究^[30-32],基于Conefor 2.6软件,将连通概率设为0.5,同时选取500,1 000,1 500,2 000 m 4个距离阈值进行比较,最终选择1 000 m的距离阈值进行南昌市斑块连接度分析。使用自然断点法分别将斑块重要性值划分为非常高、高、一般和低4种类型,将非常高、高两个等级作为生态源地。

依据生态安全格局理论,物种迁移和能量流动在空间上活动会受到外界干扰,阻力最低的通道即可为生态廊道^[33-34]。基于相关研究成果^[34-36],考虑南昌市发展现状,从地形、景观和人类活动干扰等方面选择10项指标作为生态源地扩张的阻力因素并分等赋值,阻力值大小与阻力强弱呈正相关。根据阻力因子影响生态过程发生的强弱,采用层次分析法获得相应权重(表2)。

表2 研究区生态阻力面评价体系

生态廊道作为生物迁移和物质能量流动的最佳路径,是不同生态源地相互联系的通道。本文在构建的阻力面的基础上,利用最小累积阻力模型获得生态廊道。

式中:D_ij为源地i与j之间的距离; f为最小累积阻力和生态过程的正相关函数; n,m为源地总数; R_i是源地i对生态过程发生的阻力系数。

生态节点是指衔接相邻源地的区域,对物种迁移扩散有着至关重要的影响^[14],与生态源地和生态廊道共同构成城市生态网络。借鉴相关研究成果,本文将生态廊道间的交点^[37]、以邻近“源”为中心的等阻力线切点^[38]作为生态节点。

(1)MSPA与景观连通性分析。结合图2和表4发现,核心区占总面积的22.47%,为161 693.91 hm²,表明研究区生态底蕴深厚,主要分布在湾里区、进贤县、上新建东北部、下新建西部、安义县北部等地区。桥接区作为连通景观单元的关键区域,其仅占总面积的0.37%,表明核心区间联系较为薄弱。孔隙和边缘区为核心区的内外部边缘,面积分别为1 699.40,21 742.19 hm²,共占总面积的3.26%,表明核心区抵御外界干扰能力较强。支线具备一部分连接功能,占总面积的0.55%。岛状斑块在生物迁徙运动时具有踏脚石的功能,占总面积的0.24%。作为核心区斑块内部物种迁移扩散和物质流动循环通道的环道区占总面积的0.18%。

(2)生态源地的确定。将景观连通性评价结果与自然保护地等相结合得到12个生态源地斑块,总面积为120 871.31 hm²。从图3中可以看出,生态源地主要为安义县、湾里区等生态基础较为良好、物种资源充裕的林地区域以及鄱阳湖、军山湖等大面积湖泊及河流,这些区域作为生物的重要栖息地,是维持南昌市生物的繁衍以及生态系统健康不可或缺的部分。

图2 基于MSPA的景观要素分类

表4 景观要素分类统计

图3 生态源地分布

利用ArcGIS 10.2软件得到各阻力因素阻力值分级(图4),并在此基础上得到研究区综合阻力面和最小累积阻力面。从图5可以看出,综合阻力呈现南北低、中部高的特征,高阻力区主要位于现状建设用地及其周边地区,低阻力区主要为人类活动强度较低的林地与河流湖泊; 从最小累积阻力面结果可以看出,中部区域对物种的迁移扩散和物质流动有较大的阻碍作用,南北区域之间的连通性较差,需要加强中部地区林地与湿地景观的保护,控制好建设用地的扩张。

基于生态源地和综合阻力面,运用Linkage Mapper工具模拟生态廊道(图6),结合已有研究^[38],将廊道宽度设为1 km。由表5可知,生态廊道总面积为45 304.66 hm²。由于研究区耕地面积大、分布广泛,且耕地对生态过程发生的影响较小,使得生态廊道中耕地占44.85%,为20 321.15 hm²; 林地和水体在生态廊道中面积分别为10 192.88,7 703.51 hm²,共占生态廊道总面积的39.5%,这是因为生态源地主要为生态基础较为良好、物种资源充裕的林地区域以及鄱阳湖、军山湖等大面积湖泊及河流,生态源地间发生生态过程时需要穿越周边林地及水体; 建设用地占生态廊道总面积的11.45%,表明研究区城镇建设用地、村庄以及交通用地对生态过程发生的阻碍作用较为突出,生态廊道的稳定性较低,因此在未来的发展建设,应尽量避免占用生态廊道,以保护区域内生态系统稳定与生物多样性。

构建生态安全格局的目的在于缓解城市建设和生态安全保护两者的冲突,为城市发展与土地资源科学合理利用提供有力支撑。本文结合生态敏感性综合评价与生态网络研究结果构建南昌市生态安全格局,将极高敏感区与生态源地作为低生态安全格局,高敏感区与中敏感区作为中生态安全格局,轻敏感区和低敏感区作为高生态安全格局(图7)。基于生态安全格局,分别将高、中、低的生态安全格局划为适宜建设区、限制建设区和禁止建设区。在未来发展规划中,适宜建设区内建设用地应尽可能避免占用生态廊道,留有一定的空间作为生态廊道与外界的缓冲区,保护廊道的稳定性,充分发挥生态廊道的连接功能; 限制建设区内的开发活动应该以生态保护优先,对维护生态环境以及生态稳定性的活动应该严格控制; 建设区中除了国家规划必须要开发建设的项目外,禁止开展任何建设项目。

3.4.1 加强生态源地保护

生态源地是区域生态安全格局中最基础、最核心的区域,是生物生存繁衍的重要场所,能够维护区域生态环境及生态过程,所以保护生态源地环境及其重要。针对大型林地生态源地应加强该区域现有动植物资源的保护力度,有效保护区域生态多样性稳定健康的发展,使各类生物有较为良好的生存环境。针对水体生态源地,加强湖泊污染防治,实施水土保持等项目,尽量降低人类活动对生态源地带来的干扰。

图4 生态阻力面评价指标因子分级

图5 综合阻力面和最小累积阻力面情况

表5 潜在廊道的景观组成类型统计

3.4.2 加强生态廊道建设

根据区域实际情况设置不同宽度的廊道缓冲区,减少外界的干扰; 探索“廊道长制”工作机制,明确工作职责。通过加强廊道建设可以促进不同“源”间以及“源”与基质间的生物迁移和物质能量流动,进一步改善生态质量和生态环境。

3.4.3 加强生态节点建设

生态节点能够促进区域物种的迁移扩散,加强其建设能够提升生态廊道的稳定性,增强景观间的功能联系,对维系破碎的生境斑块有着重要作用。一方面可通过提高生态节点来有效发挥其“踏脚石”的功能; 另一方面应控制生态节点及其周边地区人类活动强度,并对已经遭到破坏的生态节点进行重点保护与恢复。

图6 生态网络构建结果

图7 南昌市生态安全格局构建