典型高原湖泊流域生态安全格局构建——以杞麓湖流域为例

赵筱青,谭 琨,易 琦,李思楠,苗培培,普军伟



典型高原湖泊流域生态安全格局构建——以杞麓湖流域为例

赵筱青,谭 琨,易 琦*,李思楠,苗培培,普军伟

(云南大学资源环境与地球科学学院,云南 昆明 650091)

以“源”和生态环境保护为目标,引用最小累积阻力模型(MCR)对杞麓湖流域生态安全格局进行定量研究.结果表明:杞麓湖流域平均生态安全指数为2.59,生态安全以较低安全为主,占流域总面积的36.33%,中度安全和不安全次之,分别占流域总面积的23.36%和22.53%,高度安全面积最少,仅占17.77%.较低安全区主要分布在西北部、东南部和西南部,应加强对这些地区的生态环境保护建设.此外,以天然林地、重要水库和湖泊缓冲区100m以内区域作为生态源,选取坡度、海拔、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离、距道路距离等8个阻力因子,结合MCR模型与GIS的cost-distance分析模块,生成最小累积耗费距离表面,划分5个阻力等级;依据累积阻力值频率变化特点及生态服务功能,确定了生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区和人类活动区共5个生态功能区.杞麓湖流域生态源总面积为126.87km2,占流域总面积的35.74% ,生态源在面积、数量和空间分布上都存在较大的差异,呈四周连片集中,中部分散破碎的分布格局,生态廊道呈四周连续紧凑,中部分散破碎的空间格局.生态节点的空间阻力值存在较大差异,部分生态节点累积阻力比较大,位于流域景观累计阻力值最大区,对生态流的流通安全性具有较大影响.基于最小累积阻力面,结合GIS的Hydrology模块,构建了由生态源与19个生态节点、23条生态廊道共同组成的具有结构性的流域景观生态安全格局,并提出了相应的建议,对高原湖泊流域研究及生态环境保护具有一定的参考价值.

生态安全；生态安全格局；最小累积阻力模型；生态环境；杞麓湖流域

20世纪80年代以来,随着生态环境问题日益凸显,生态安全格局构建引起了广泛关注[1].杞麓湖作为云南省九大高原湖泊之一,具有多种生态功能,但随着流域内人口迅速增加,农业生产活动加剧了用水压力,加之“十二五”期间连续多年干旱等原因,加剧了流域生态安全风险,生态环境保护形势严峻.

生态安全格局的建立旨在为景观生态过程的安全和健康问题提供最优的解决方案.一个典型的景观生态安全格局由源、缓冲区、廊道、和生态节点(战略点)所组成,这些关键组分对维护和控制某些生态过程以及景观格局的形成具有重要意义[2].近年来,国内外学者对生态安全格局构建理论和方法进行了诸多研究[3-6],国外对生态安全的研究主要表现在:环境污染引发的生态风险评估、国家层面生态安全政策的制定和微观生态系统健康与质量评估3个方面,国内主要集中在对生态安全概念、内容和方法、进展等方面的研究,现今生态安全格局研究逐步转向以自然生态系统为主,与社会经济耦合的相互协同格局发展趋势.生态安全格局的划分方法主要包括基于GIS技术的适宜性评价方法、最小累积阻力模型、成本距离模型和景观生态学“源—汇”理论的空间格局分析方法等[7].最小累积阻力(MCR)模型是建立生态安全格局的重要基础,表示“源”扩展的最小累积成本距离,它可将“源”和生态过程有效的联系起来,在生态安全格局构建方面具有良好的适用性和扩展性[8].

本文以“源”和生态环境保护为目标,选择具有多功能的高原湖泊杞麓湖流域为研究区,运用MCR模型并结合GIS的cost-distance与Hydrology分析模块确定生态安全格局各基本组分,除常规生态安全格局组分构建外,研究根据累积阻力值频率变化特点及生态服务功能确定5个生态功能区,并针对各生态功能分区提出了具体的落实管理建议与措施,利于加强生态安全格局与生态过程之间的联系.大部分研究都是以某个县市或区域为对象,而对高原湖泊流域生态安全格局构建的研究较少,因此本文以典型高原湖泊杞麓湖流域为例,展开生态安全评价及生态安全格局的构建,对维护其生态系统的稳定性、高原湖泊杞麓湖及当地生态环境的保护和生态服务功能的保障,处理生态保护与社会经济发展的关系,具有重要的现实意义,同时研究思路和方法将为其流域生态安全格局构建提供参考.

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

杞麓湖流域位于云南省中部,102°33¢48²E~ 102°52¢36²E,24°4¢36²N~24°14¢2²N之间(图1).总面积354.94km2,总人口240896人.杞麓湖是通海县的主要水域,杞麓湖流域是一个典型的高原湖盆地,中部为湖泊,湖周为平坝区,主要分布在湖泊的南、西、北三面,坝区外围为中、低山,海拔高程多在1979~ 2100m之间.流域内沟壑纵横,地形复杂,气温、降雨、湿度、土质等差异较大.产业以钢铁及其制品加工行业、造纸彩印包装、食品加工、化肥制造为主,使湖泊水质持续恶化趋势,进一步激化了流域内经济—社会—生态系统的基本矛盾.

1.2 数据来源及处理

研究数据包括土地覆盖类型、植被覆盖度、DEM数据、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离等.其中土地覆盖类型数据采用美国地质勘探局(USGS)15m空间分辨率的Landsat8 OLI—TRIS遥感数据进行人机交互式室内遥感解译和野外验证得到,实地的采点验证表明,解译精度为90.32%,符合研究需要.植被覆盖度利用ENVI5.1软件从遥感影像上提取;DEM数据来源于地理空间数据云(30m´30m),主要用来提取所需坡度和海拔数据;DEM数据和遥感影像是流域边界提取的主要数据源,本流域边界矢量数据由云南省环境监测中心站提供;距水体距离、距建设用地距离和距居民点距离等数据从土地覆盖类型矢量数据中提取,结合GIS空间分析技术,建立多级缓冲区得到;社会经济统计数据来源于通海县统计年鉴;此外还有来自于环境保护局、国土资源局、通海县人民政府等部门的相关流域治理防治规划和专题报告等数据资料.

图1 研究区位置

1.3 研究方法

研究运用MCR模型,结合GIS分析模块,构建最小累积阻力面,然后识别生态源、生态廊道和生态节点等生态安全格局组分.

1.3.1 生态安全评价 运用综合指数法结合GIS加权叠加分析技术对杞麓湖流域生态安全进行评价.评价模型如下:

式中:ESI为第个栅格单元的综合生态安全指数;P为第个栅格单元的第个指标的安全指数;W为第个指标的权重.以ArcGIS中的Natural Break 法将得到的ESI值分为4级,分别对应不同级别的生态安全等级.该方法是利用统计学中的JENK最优法得出的分界点,能使各级的内部方差之和最小[10].

评价指标的选取不仅要考虑该区域自然和人文社会因素及潜在因素的影响,同时考虑流域指标数据的可获取性、代表性、全面性、综合性.因此,根据研究区实际情况,选取了海拔、坡度、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离、距道路距离等8个指标为评价因子.因子的分级赋值,参考学者蒙吉军等[22]、谢花林等[24]、李晶[26]等、李玉平等[27]、刘孝富等[28]的研究成果,并结合研究区实际情况,制定影响流域生态安全的各因子生态安全分级标准,运用熵值法确定指标权重(表1),界定各评价因子的安全等级: 4、3、2、1分别代表不安全、较低安全、中度安全和高度安全.值越小,生态环境越安全,安全性越高.

因子中海拔和坡度可以反映地表起伏程度和侵蚀强度,影响杞麓湖流域的生态安全及生态环境状况;水资源是一切生物生存和发展的基本条件,一般来说,距离水体越近生态条件越好,对生态安全性高低有较大影响.植被覆盖度和土地覆盖类型能反映生物多样性和地表的覆被状况,对流域生态环境有重要影响;道路、建设用地和居民点是杞麓湖流域人类主要活动场所,越靠近道路、建设用地和居民点,交通越便利,人类开发利用强度就越大,对流域生态环境影响越大.因此,距建设用地距离、距道路距离、距居民点距离及距水体距离可以作为流域生态安全性状况评价的指标,具有一定的科学合理性.

1.3.2 生态源的识别 “源－汇”理论指出,生态源一般是由受保护的物种、自然栖息地构成,“源”斑块其生物多样性比较丰富,“源”地的保护对生物多样性与生态环境保护和人类可持续发展的意义重大[9].本质上生态源是指对区域生态安全有重要意义具有提供生态系统服务、阻碍生态系统退化及具有辐射功能的斑块.选取天然林地面积大于0.4km2、重要水库(饮用水源地与生产生活主要水源地)、杞麓湖向外缓冲100m以内范围(实地调研,杞麓湖外围100m左右为湖滨湿地,生长着多种水生植物,对入湖污水具有一定的截污净化作用,是改善湖泊水质的重要缓冲带,其生态服务功能明显,所以可为生态源)作为“生态源”.

1.3.3 阻力面的建立 阻力面的建立是生态安全格局构建的核心,阻力因子和阻力值的确定是关键.根据研究区实际情况,选取海拔、坡度、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离、距道路距离等8个阻力因子,运用熵值法确定因子权重(表1).景观阻力指“源”向外扩展时需要克服的困难大小[10].研究中获取不同物种穿梭不同景观类型的绝对阻力值是十分困难的[11].论文通过文献查阅和专家咨询[12-15],划分因子相对阻力值.将各阻力因子分为不同等级,用4,3,2,1表示,分值越低代表阻力越小,阻力值越小,“源”越容易扩散穿越基质景观.研究采用最小累积阻力模型(MCR)建立阻力面,并用Natural Break法对阻力强度进行分级,分为低阻力、较低阻力、中等阻力、较高阻力、高阻力5级.MCR模型指物种从源到目的地运动过程中所需耗费代价的模型,它最早由Knaapen 1992年提出[14],之后被应用到多种自然生态或人文过程的研究中[16-20],如俞孔坚[21]以生态环境保护为目标,用该模型构建了一系列生态安全格局,赵筱青等[13]以常绿阔叶林和思茅松林为保护源,构建了以物种保护为目标的生态安全格局.公式如下:

式中:是反映MCR与变量D ×R之间正比关系的函数;D是物种从源穿过某景观到空间某点的距离;R是物种穿越某景观表面的阻力值.

1.3.4 生态廊道提取 生态廊道是物种迁徙的通道,是两源地之间的流动通道和联系途径[29-30].廊道可以促进物种在“源”间和“源”与基质间的流动,每两个“源”之间连接的廊道至少有一条[31].一般认为在一定的范围内廊道越多越好,多一条廊道就更有利于促进物种之间的信息交流[32].借鉴GIS水文分析方法,对洼地填充、计算无洼地的水流方向,汇流累积量.通过反复设定阈值,确定汇流累积量的值为1600,提取大于1600的值,然后矢量化及平滑处理,即得到流域生态廊道的空间位置.

表1 流域阻力因子及权重

1.3.5 生态节点 相邻“生态源”为中心的等阻力线相切点,为连接不同“源”之间的关键点,即生态节点[33],它是连通“源”之间的跳板,对生态流的运行意义重大[34].通过对这些景观生态节点的保护或改变,可以最有效地维护生态系统健康和安全.

1.3.6 生态功能区的划分 以最小累积阻力面为基础,获得累积阻力表面中各阻力等级的格点频率分布图.在分布图上,把频率发生急剧变化的点称为拐点,它反映其两侧的阻力值出现较大突然变化,显示出高度的景观异质性,将拐点处的阻力值视为临界值,根据阻力值频率变化特点、生态服务功能与实地调研分析划分出5个生态功能区:生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区、人类活动区.

2 结果分析

2.1 生态安全性分析

运用自然断点法将生态安全综合指数分为4个等级,高度安全的安全指数为1.16~2.09;中度安全为2.09~2.54;较低安全为2.54~2.97;不安全为2.97~3.86.流域平均生态安全指数为2.59,处于较低安全;流域生态安全性以较低安全为主,面积为128.15km2,占流域总面积的36.33%;其次是中度安全,面积为82.41km2,占流域总面积的23.36%;不安全区面积为79.48km2,占流域总面积22.53%;最少的是高度安全,面积为62.69km2,占17.77%.流域较低安全及以下面积占到58.86%,是遏制杞麓湖流域生态持续退化和生态环境保护的关键区,故生态安全格局的构建对该区生态环境保护意义重大.

从空间分布上来看,流域较低安全区主要分布在西北部、东南部和西南部河西镇、兴蒙蒙古族乡、九龙街道和杨广镇,中度安全区集中在中部、西部和南部的杞麓湖和林地四周,不安全主要分布在西北部和东南部的河西镇、秀山街道和杨广镇,高度安全主要分布在杞麓湖周围和流域西南部和北部的天然林地(见图2).

图2 杞麓湖流域生态安全

2.2 景观生态安全格局构建及分析

2.2.1 生态源 杞麓湖流域生态源总面积为126.87km2,占流域总面积的35.74%,共20个生态源斑块,总体呈四周连片集中,中部分散破碎的分布格局(图3).流域四周主要为天然林地,是研究区内植被覆盖度较高和生态环境脆弱性最低的区域,也是面积最大的生态源地,对维护区域生态安全、生物多样性及生态环境保护意义重大.对四周天然林地的生态建设保护是核心,根据地形调整农业用地布局结构,越接近原始林地,增加乡土植物的种植面积,降低其异质性,提高水土保持能力,保护生态环境与生物多样性;中部生态源主要由湖泊和水库构成,处于人类活动强烈和生态系统破坏严重的地区,生态斑块总体匮乏且面积较小,源间连接度低,生态流所受阻力也较大,所以较为破碎,生态系统结构完整性差,生态环境比较脆弱.杞麓湖是坝区最大的生态功能源区,在生态环境保护建设中显得尤为重要,种植区应建设绿色生态示范基地,发展生态农业,加强对其周围湖滨湿地保护和缓冲区建设,既能提高水质,又能维持湖泊生物多样性,缓解湖泊退化,维护湖泊生态系统安全,提高整个流域的生态安全性.总之,杞麓湖流域不同类型的生态源在面积、数量和空间分布上都存在较大的差异,生态源天然林地、重要水库和湖泊缓冲区面积分别为102.89,0.31,23.67km2,中部与四周“源”之间景观阻力较大,生态流难以进入生态系统服务功能较差的生态薄弱区.

图3 杞麓湖流域景观累积阻力面、生态廊道和节点分布

A~T分别表示20个生态源斑块;1~23分别表示23条生态廊道

2.2.2 生态廊道 杞麓湖流域共构建了23条生态廊道,廊道总体呈四周连续紧凑,中部分散破碎的分布格局.流域四周廊道密集且连续主要是因为该区土地利用以林地为主,阻力值低,生态廊道较短及累积阻力相对较小,利于促进生态流的流通,提高其生态安全性.中部廊道识别较困难,生态阻力值高,累积耗费距离大,从生物多样性保护和物种空间迁徙的角度来看,由于中部建设用地分布较多且极易受到人为活动影响而发生断裂,使得廊道比较分散,低阻力廊道数量较少且之间的连通性相对较薄弱,但它是维护整个流域生态系统完整性的重要通道,是流域生态安全格局构建的重点和难点,所以增强现有生态廊道的贯通性、增加廊道的数量、加强廊道保护建设力度,是提高研究区生态廊道的完整性,扩大其生态系统服务功能及生态环境保护的重要举措.生态斑块间的距离对生态廊道长度和累积阻力大小有重大影响,源之间距离越长,廊道越长,所经过的阻力等级越多,累积阻力值就越大,越不利于源间物种的信息交流和迁徙,景观生态安全格局组成就比较简单且不完整,连接度较低,从而会降低其生态系统服务功能价值,影响生态环境质量;流域“源”地越集中连片,廊道越短且较多处于低阻力区,景观生态安全格局就越复杂完整,越有利于生态流的流通,越利于流域生态安全水平的提高和生态环境保护.

2.2.3 生态节点 生态节点指景观中物种迁徙或扩散过程具有关键作用的节点,是联系相邻“源”间具有关键意义的“跳板”.本研究共识别生态节点19个,从其分布的阻力区来看,部分生态节点累积阻力比较大,位于流域景观累计阻力值最大区.根据生态节点的空间分布差异,可以采取不同的建设保护方法,对于分布在建设用地上的生态节点,可将其建设为绿地公园;而分布在坡耕地上的生态节点,可适当退耕还林进行生态建设.生态节点是生态源间物种流动的转折点,通过改善保护生态节点处的景观及其生态环境,既能在很大程度上降低其生态廊道景观阻力,又能促进廊道上物种空间流动,进一步提高整个生态安全格局的生态价值,从而有力改善景观生态系统结构功能的完整性及生态环境状况,增强其连通性,促进流域生态系统内部各组分间信息交流转换可持续进行.

2.2.4 生态功能分区 依据格点频率分布图(图4),用Natural Break法将阻力阈值划分a1,a2,a3,a4,a5, a6,a7,a8共8个区域.依据阻力值频率变化特点、生态服务功能与实地调研分析确定生态功能区(图5).

Ⅰ区:生态缓冲区 “源”的四周是低阻力等级区.随阻力值的增大,“源”地扩展面积急剧减少;如果人类对低阻力区开发利用,会使源地可发展面积大大减少.因此,这一地区无论是开发还是保护都很敏感,既不应作为生态保护区,也不应开发为耕作区.但这一区域离“源”地非常近,对维护景观连通性和保护“源”不受人类干扰具有关键作用,因此可划为生态缓冲区.主要功能是保护“源”及其生态过程的发展演替,是保护“源”地不受破坏的有效屏障.可把该区作为生态保护管理的对象,如设置“自然保护区”、“水源保护区”或“生态功能保护区”等,并设专人负责日常维护管理,禁止农业开垦和毁林开荒等人类行为,但可适当种植生态林.同时,对该区的保护最好要与土地利用规划和城市规划等衔接起来,使其纳入到规划的保护范围中去.

Ⅱ区:生态过渡区 随着缓冲区向外围扩展,虽然格点频率的趋势不变,但明显趋于缓和,反映其对开发利用的敏感性有较大程度的降低.但阻力等级已提高,阻力值较大,已不适合“源”的发展.与此同时它对“源”又有外围保护的作用,可划为生态过渡区,可作为“源”发展的储备区域.该区可发展部分生态林或生态经济林种植,注重生态廊道的保护和建设,廊道既可促进生态流通又可保护“源”地,所以加强该区的廊道保护和建设对该区和“源”地的保护意义重大.

Ⅲ区:生态边缘区 该区域频率趋势无明显变化,已处于较高阻力区,对人类活动影响的敏感性降低,“源”地发展的阻力较大,主要作为人类开发利用的区域.作为“源”与人类生产生活区隔离带,要科学规划其开发利用,可划为生态边缘区.该区应制定科学的开发利用计划,可进行人工经济林种植、园地种植及开展部分农业生产活动.同时,加大对居民的生态环境保护意识宣传教育力度,提高居民生态保护意识,这是对“源”地保护切实可行且具有重要意义的举措.

Ⅳ区:农业耕作区 随阻力等级的进一步提高,发展林业的效益将大大降低,受人类干扰程度加大,对人类开发利用活动敏感度极低.可进行各种农业种植开发利用,但必须注意地形地貌的影响,不应在陡坡上耕作,防止水土流失和土地退化;坡度<25°的区域必须保证基本农田不被占用,合理规划各类农业用地.可考虑结合其特殊气候条件和地形地貌条件发展“高原特色农业”和“生态农业”,这样既可获得较高的经济收入,又对生态环境具有一定保护作用.

图4 阻力面格点频率分布

图5 杞麓湖流域生态安全格局

Ⅴ区:人类活动区 该区阻力水平属于高值区,“源”地发展的效益几乎为零,受人类干扰最大,可作为人类生产生活、居住、商业金融和娱乐等人类活动区.人类活动区与农业耕作区有较密切的联系,一般会有交叉区域,可通过健全交通网络等方法促进两者之间的联系,进一步加强基础设施和公共服务设施建设,科学合理规划各类活动区,逐渐达到最优的空间分布格局.同时,通过公益广告、电视电影和互联网等各种媒介手段提高居民环保意识,增强全社会公民参与生态环境保护的积极性,共建生态文明.

3 讨论

3.1 基于MCR模型的生态安全格局构建

生态安全格局的建立旨在为景观生态过程的安全和健康问题提供最优的解决方案.目前,构建生态安全格局的方法包括基于适宜性构建的生态安全格局、多元素景观安全格局综合评估与识别、基于系统分析和模拟的生态安全格局构建等[35-37].MCR模型是建立生态安全格局的重要基础,它可将“源”和生态过程有效的联系起来.它是抽象的距离概念,表示“源”扩展的最小累积成本距离.换言之,它是物种在迁移扩散及信息传播过程中克服不同景观阻力因子所做的功,这是MCR模型与其他距离模型之间最显着的区别.在本文中,确定了保护的“源”,识别了生态安全格局各组分,利用MCR模型和GIS空间分析技术划分了5个阻力等级区和生态功能区.与其他方法相比,MCR模型能够将物种运动过程与生态安全格局联系起来,因此研究结果客观科学.MCR模型的弱点在于它在假设条件下,只考虑了源的位置,空间距离和景观类型.其他因素(如“源”的组成和结构,及人文驱动因子)也可能影响累积阻力表面的形成.总之,MCR模型的研究方法和框架可为保护生态环境提供有价值的参考.综上所述,认为该模型较适合本研究,同时为其他类似区域的生态环境保护和生态安全格局构建提供了理论和实践参考.

3.2 阻力因子的选择和阻力值的探讨

合理选择阻力因子和确定阻力值是构建科学合理生态安全格局的前提.许多学者对阻力因素进行了深入分析和讨论,王瑶选取道路和土地覆盖类型因子模拟文化景观可达性[38].赵筱青选择海拔、坡度和植被覆盖类型因子,建立澜沧县土地生态安全格局[10].张惠远选取植被覆盖类型、坡度和水土流失因子建立山地景观生态安全格局[39].影响“源”拓展的因素很多,如本研究未考虑的生物多样性和土壤等.因此,在接下来的研究中考虑把这些因素纳入.诸多学者对阻力值的确定进行了深入探讨[21-22].阻力值可以反映被保护的“源”对异质景观的分散趋势.而阻力值的确定通常取决于专家的经验或感官理解,因此存在一定的主观性与实际情形不符的情况.尽管该方法仍有待讨论,但它可以相对客观地反映异质景观对被保护“源”扩展的综合阻力,可以满足MCR模型的要求.

3.3 生态安全格局与生态过程的探讨

生态安全格局与生态过程密切相关,如何理解生态安全格局变化对生态过程的影响,是景观生态学的一个重要研究课题[40-41].生态安全格局的关键组分对维护和控制某些生态过程以及景观格局的形成具有重要意义.生态安全格局对各种生态过程具有限制作用(如生物和生态过程,包括物种分布与迁徙、水土流失和土地退化等).随着人类对杞麓湖流域生态环境的破坏,一方面,它直接影响了研究区生态系统结构并加速了景观的破碎化;另一方面,它改变了物质循环和能量流动,从而影响了区域生态过程[42-43].基于MCR模型的生态安全格局研究方法为揭示景观格局如何控制生态过程提供了新的方法[44-45].特别是MCR方法在物种资源管理、生物多样性保护和景观生态规划中具有重要的应用价值.在本研究中,水平生态过程被认为是格局的控制过程,通过控制生态安全格局的关键组分、空间位置和关系,确定被保护的“源”,形成安全格局,有效维护“源”生态过程的健康和安全.

4 结论

4.1 杞麓湖流域生态安全以较低安全为主,占流域总面积的36.33%,中度安全和不安全次之,高度安全面积最少,仅占17.77%;从空间分布看,较低安全区主要分布在流域西北部、东南部和西南部,应该加强对这些区域的生态环境保护和建设.

4.2 以天然林地、重要水库和杞麓湖缓冲区100m以内区域为保护“源”,选取8个阻力因子,基于MCR模型,划分低阻力、较低阻力、中等阻力、较高阻力、高阻力5级阻力等级区,识别对保护“源”具有关键作用的生态廊道和节点,并提出了相应的建设和保护措施;确定有利于生态安全的5个生态功能区:生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区和人类活动区,有利于缓和发展与保护的矛盾.

4.3 杞麓湖流域生态源总面积为126.87km2,占流域总面积的35.74% ,流域内不同类型的生态源在面积、数量和空间分布上都存在较大的差异,主要“源”间的生态廊道较少及连通性较低,生态节点空间分布差异较大,部分生态节点累积阻力比较大,位于流域景观累计阻力值最大区.

4.4 杞麓湖流域景观累积阻力的空间分布与人类开发建设活动强度紧密相关,人类开发强度越大的地区阻力值越大,建设用地和道路的大量开发利用,成为了“源”间的高值阻力区,降低了流域生态安全水平.

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Construction of ecological security pattern in typical plateau lake basin——A case of the Qilu lake basin.

ZHAO Xiao-qing, TAN Kun, YI Qi*, LI Si-nan, MIAO Pei-pei, PU Jun-wei

(College of Resource Environment and Earth Science, Yunnan University, Kunming 650091, China)., 2019,39(2)：768~777

With the goal of “source” and environment protection, the minimum accumulated resistance model (MCR) was used to quantitatively study the ecological security pattern in the Qilu lake basin. The results showed that: The average eco-safety index of the Qilu Basin was 2.59 and the ecological safety was mainly dominated by a lower degree of safety,accounting for 36.33% of the total area of the basin; Then it is followed by the levels of moderate safety and insecurity, accounting for 23.36% and 22.53% of the total basin area, respectively; the safest area was the smallest, accounting for only 17.77% of the total basin area; the lower safety zones were mainly distributed in the northwest, southeast and southwest, and ecological protection construction in these areas should be strengthened; Regarding as the ecological source, the slope, elevation, vegetation coverage, land cover type, distance from water body, distance from construction land, distance from residential area, distance from road were selected as indexes. The ecological source which was the area of the natural forest land, important reservoir and lake buffer within 100m. These factors combined with the MCR model and the cost-distance analysis module of GIS, generated the minimum cumulative distance of consumption surface and it was divided into five levels; based on the characteristics of the frequency of cumulative resistance changes, five ecological functional zones were identified: ecological buffer zone, ecological transition zone, ecological marginal zone, agricultural cultivation zone and human activity zone. The total area of ecological resources in the Qilu Lake basin was 126.87km2, accounting for 35.74% of the total area of the basin. Ecological sources have large differences in area, number, and spatial distribution. The spatial distribution pattern of ecological sources was concentrated around the corners but scattered in the middle. The ecological corridor is continuous and compact, with a scattered and fragmented space in the middle. There was a big difference in the spatial resistance values of ecological nodes, and some ecological nodes have a relatively large accumulated resistance. Those nodes are located in the area which had the largest basin's landscape cumulative resistance value and have a great influence on the flow security of ecological flows. Based on the minimum cumulative resistance surface, combined with the Hydrology module of GIS, a structured watershed landscape ecological security pattern was constructed with an ecological source, 19ecological nodes, and 23ecological corridors. Moreover corresponding suggestions were put forward. It has a certain reference value for the study of plateau lake basins and ecological environment protection.

ecological security；ecological security pattern；minimum cumulative resistance model；ecological environment；Qilu lake basin

X524

A

1000-6923(2019)02-0768-10

赵筱青(1969-),女,云南大理人,教授,博士,主要从事土地生态安全、土地利用覆被变化环境效应、土地利用优化研究.发表论文50余篇.

2018-07-03

云南大学研究生科研创新基金资助项目(YDY17117,YDY17119);国家自然科学基金资助项目(41361020,41761109);云南省科技厅—云南大学联合基金资助项目(2018FY001(-017));云南大学一流学科——地理学学科建设资助项目(C176210103,C176210215);“第二批云岭学者培养”项目(C6153001)

* 责任作者, 副教授, yiqi@ynu.edu.cn