
基于三生空间耦合的生态安全格局构建与优化——以扬州市为例
郭天威, 陆春锋, 王君櫹, 刘瑞程, 周生路
南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2021, Vol. 45 ›› Issue (5) : 133-142.
基于三生空间耦合的生态安全格局构建与优化——以扬州市为例
Construction and optimization of ecological security pattern based on the coupling of ecological-production-living spaces: taking Yangzhou City as an example
【目的】 充分考量生态、生产和生活空间(三生空间)的相互影响,为生态安全格局优化提供新的思路,并为扬州市在保护生态安全前提下优化空间开发格局提供决策参考。【方法】 以扬州市为例,基于1:5 000土地利用变更调查数据,综合考虑未来城镇扩张和生产空间缓冲作用对生态安全格局的影响,借助多情景基础方案冲突协调评价和环形梯度分析的方法,从三生耦合角度对区域生态安全格局进行构建并优化。【结果】 构建了“三生主体功能量化-多情景基础方案冲突协调评价-基于三生规律分析分区协调情景评价”三生耦合优化框架,扬州市生态安全格局网络优化后,生态源地与廊道面积共计2 444.63 km2,占全域面积的36.85%;研究区生态安全格局网络由底线功能用地、缓冲功能用地、连通功能用地组成,占全域的面积比例分别为23.16%、12.01%和1.68%。【结论】 本研究形成的三生耦合优化框架,可以为区域生态安全格局优化提供新思路,进而有效指导相关规划。
【Objective】 By considering the interactions among ecology, production and living spaces, this paper provided a new idea for the optimization of ecological security patterns, as well as a decision reference for Yangzhou City to optimize its spatial development pattern under the premise of protecting ecological security.【Method】 This study uses Yangzhou as an example and is based on survey data of land use change at a scale of 1:5 000. This study has taken into consideration, future urban expansion and the impact of production space cushions on the ecological security pattern. From the perspective of good coupling, multi-scenario-based conflict coordination program evaluation and circular gradient analysis method are used to build and optimize regional ecological security patterns.【Result】 The ecological-production-living coupling optimization framework of “Ecological-production-living main function quantification-Multi-scenario basic scheme conflict coordination evaluation-Analysis of sub-region coordination scenario evaluation based on the ecological-production-living rule” was formed. Based on the coordination plan, the results showed that after the optimization of the ecological security pattern network, the area of ecological sources and corridors of Yangzhou City was 2 444.63 km2, accounting for 36.85% of the total area. The ecological security pattern network in the research area comprised the baseline function land, buffer function land, and connection function land, and their corresponding area proportions of the whole area were 23.16%, 12.01% and 1.68%, respectively.【Conclusion】 In this study, the ecological-production-living coupling optimization framework could provide new ideas for regional ecological security pattern optimization and effectively guide relevant planning.
生态安全格局 / 生态空间 / 生活空间 / 机器学习 / 耦合模型 / 协调规划 / 扬州市
ecological security pattern / ecospace / living space / machine learning / coupled model / coordination plan / Yangzhou City
[1] |
|
[2] |
车通, 罗云建. 量化社会经济发展对城市景观破碎化的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2020, 44(1):154-162.
|
[3] |
金贵, 邓祥征, 张倩, 等. 武汉城市圈国土空间综合功能分区[J]. 地理研究, 2017, 36(3):541-552.
以武汉城市圈为典型案例区开展国土空间综合功能分区实证研究。首先基于县域土地利用数据、社会经济数据和补充调查数据,从生产、生活和生态(三生)功能角度遴选出表征国土空间不同主题要素的24个指标因子,构建基于“要素—功能”的评价指标体系;然后从评价单元开始对10类空间二级功能进行比例关系表达,并通过BP神经网络方法评价三生功能承载力;最后引入双约束聚类法划定国土空间综合功能区,并匹配相应的调控政策。研究表明:基于统一的功能分类和指标体系实现功能比例表达在不同尺度间传递;武汉城市圈国土空间可划分为3个一级综合功能区和7个二级综合功能区。研究成果可为武汉城市圈国土空间格局优化提供参考。
|
[4] |
|
[5] |
李月辉, 胡志斌, 高琼, 等. 沈阳市城市空间扩展的生态安全格局[J]. 生态学杂志, 2007, 26(6):875-881.
|
[6] |
陈昕, 彭建, 刘焱序, 等. 基于“重要性-敏感性-连通性”框架的云浮市生态安全格局构建[J]. 地理研究, 2017, 36(3):471-484.
生态安全格局构建是保障城市生态安全,实现城市可持续性发展的重要途径,也是景观生态学研究的热点领域之一。生态源地识别与空间阻力面构建一直是生态安全格局构建中的技术难点。以广东省云浮市为例,从生态系统服务重要性、生态敏感性与景观连通性三个方面识别生态源地,利用DMSP/OLS夜间灯光数据修正基本生态阻力面,并运用最小累积阻力模型判定生态廊道,从而综合构建云浮市生态安全格局。研究表明:云浮市生态源地占全市总面积的36.47%,主要分布在西部与南部的山林地。云浮市生态廊道总长度为508.87 km,其中景观廊道总长度为315.58 km,组团廊道总长度为193.29 km,呈环状辐射分布于植被覆盖相对较好的山区地带。全市16个自然保护区基本都位于生态源地范围内。构建的“重要性—敏感性—连通性”框架可以为区域生态安全格局构建提供新思路,从而有效指引相关空间规划。
Construction of ecological security patterns is an important approach to protecting urban ecological security and achieving urban sustainable development, which is one of key topics in the research of landscape ecology. The identification of ecological sources and the construction of spatial resistance surface have been the technical difficulties in the study of ecological security pattern. Yunfu city is the significant ecological hinterland of Guangdong Province with the backward economy, which is facing the pressure of ecological conservation as well as economic development. Thus, construction of ecological security pattern in Yunfu city can guide urban development and is also meaningful for protecting provincial ecological security. Based on GIS, ecological sources were identified from the aspects of ecosystem services' importance, ecological sensitivity, and landscape connectivity. On the basis of DMSP/OLS Nighttime Light data, ecological resistance surface was modified, and using minimum cumulative resistance model, ecological corridors were identified. The ecological sources with corridors constituted regional ecological security patterns. The results showed that, the area of ecological sources accounted for 36.47% of the total area, mainly distributed in mountainous area in western and southern Yunfu, which took forest as the main land cover type. The length of ecological corridors was 508.87 km, including 315.58 km landscape corridors and 193.29 km cluster corridors. It was also found that all the 16 nature reserves were in the range of ecological sources, and the constructed ecological security patterns and the layout of urban master planning complemented each other. The framework of importance-sensitivity-connectivity can provide a new method for the construction of regional ecological security patterns, and the study results can provide related planning with effective spatial guidance. |
[7] |
俞孔坚. 景观生态战略点识别方法与理论地理学的表面模型[J]. 地理学报, 1998, 53(S1):11-20.
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
俞孔坚. 与自然和谐共生的城市规划设计理念与方法[J]. 人民论坛·学术前沿, 2019:1-19.
|
[11] |
钟太洋, 黄贤金, 王柏源. 经济增长与建设用地扩张的脱钩分析[J]. 自然资源学报, 2010, 25(1):18-31.
|
[12] |
彭建, 郭小楠, 胡熠娜, 等. 基于地质灾害敏感性的山地生态安全格局构建:以云南省玉溪市为例[J]. 应用生态学报, 2017, 28(2):627-635.
|
[13] |
汤旭, 冯彦, 王慧, 等. 湖南省县域森林生态安全评价与时空分析[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2018, 42(4):61-67.
|
[14] |
张雅琦. 三峡水库中长期来水水量平衡模型研究[J]. 中国农村水利水电, 2017(2):90-93.
|
[15] |
钱大文, 曹广民, 杜岩功, 等. 2000—2015年祁连山南坡生态系统服务价值时空变化[J]. 生态学报, 2020, 40(4):1392-1404.
|
[16] |
刘婵, 刘冰, 赵文智, 等. 黑河流域植被水分利用效率时空分异及其对降水和气温的响应[J]. 生态学报, 2020, 40(3):888-899.
|
[17] |
廖启林, 刘聪, 许艳, 等. 江苏省土壤元素地球化学基准值[J]. 中国地质, 2011, 38(5):1363-1378.
|
[18] |
刘瑞程, 沈春竹, 贾振毅, 等. 道路景观胁迫下沿海滩涂地区生态网络构建与优化:以盐城市大丰区为例[J]. 生态学杂志, 2019, 38(3):828-837.
|
[19] |
奉婷, 张凤荣, 李灿, 等. 基于耕地质量综合评价的县域基本农田空间布局[J]. 农业工程学报, 2014, 30(1):200-210.
|
[20] |
戴文举, 王东杰, 卢瑛, 等. 华南地区县域耕地质量和产能评价研究:以广东吴川为例[J]. 农业资源与环境学报, 2019, 36(4):419-430.
|
[21] |
蔡雪娇, 吴志峰, 程炯. 基于核密度估算的路网格局与景观破碎化分析[J]. 生态学杂志, 2012, 31(1):158-164.
|
[22] |
陈凯, 刘凯, 柳林, 等. 基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟:以佛山市为例[J]. 地理科学进展, 2015, 34(8):937-946.
本文提出一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展(RF-CA)模型。通过在多个决策树的生成过程中分别对训练样本集和分裂节点的候选空间变量引入随机因素,提取城市扩展元胞自动机的转换规则。该模型便于并行构建,能在运算量没有显著增加的前提下提高预测的精度,对城市扩展中存在的随机因素有较强的容忍度。RF-CA模型可进行袋外误差估计,以快速获取模型参数;也可度量空间变量重要性,解释各空间变量在城市扩展中的作用。将该模型应用于佛山市1988-2012年的城市扩展模拟中,结果表明,与常用的逻辑回归模型相比,RF-CA模型进行模拟和预测分别能够提高1.7%和2.6%的精度,非常适用于复杂非线性特征的城市系统演变模型与扩展研究;通过对影响佛山市城市扩展的空间变量进行重要性度量,发现对佛山城市扩张模拟研究而言,距国道的距离与距城市中心的距离具有最重要的作用。
|
[23] |
吴榛, 王浩. 扬州市绿地生态网络构建与优化[J]. 生态学杂志, 2015, 34(7):1976-1985.
|
[24] |
张豆, 渠丽萍, 张桀滈. 基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化:以长三角地区为例[J]. 生态学报, 2019, 39(20):7525-7537.
|
[25] |
|
[26] |
李广东, 方创琳. 城市生态-生产-生活空间功能定量识别与分析[J]. 地理学报, 2016, 71(1):49-65.
土地利用多功能性识别是城市用地组织,协调与配置的基础信息源,是判定城市用地内在功能形态,功能组合模式和功能之间动态权衡的关键,具有重要的理论和实践意义,但长期以来并未构建一套可行的识别方法体系.本文从土地功能,生态系统服务和景观功能综合的视角构建城市生态--生产--生活空间功能分类体系,并以生态系统服务价值评估为基础系统整合空间功能价值量核算函数群,通过纵横对比的方法确定空间功能主导类型.研究区实证分析表明,城市生态--生产--生活功能分类体系较好反映了不同地类的功能类型;空间主导功能的识别也与不同地类的功能匹配;同时也发现三生空间的整体毗邻性较低,空间功能的互补和融合性较差的问题;三生空间功能存在一定的空间集聚性.
|
[27] |
廖李红, 戴文远, 陈娟, 等. 平潭岛快速城市化进程中三生空间冲突分析[J]. 资源科学, 2017, 39(10):1823-1833.
|
[28] |
柯新利, 唐兰萍. 城市扩张与耕地保护耦合对陆地生态系统碳储量的影响:以湖北省为例[J]. 生态学报, 2019, 10(2):672-683.
|
[29] |
昌亭, 周生路, 戴靓, 等. 金坛市土地生态质量的城乡梯度规律研究[J]. 水土保持研究, 2014, 21(3):130-135.
|
[30] |
许萍萍, 赵言文, 陈颢明, 等. 江苏省农田生态系统碳源/汇、碳足迹动态变化[J]. 水土保持通报, 2018, 38(5):238-243.
|
[31] |
尹鑫, 沙海飞, 张海滨, 等. 基于分区分类功能的江苏省河湖空间管控框架[J]. 水资源保护, 2020, 36(6):86-92.
|
/
〈 |
|
〉 |