基于“源地-廊道”范式的秦巴山地生态安全格局研究

作     者：卢荣旺 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱连奇;朱文博

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：生态安全格局 生态源地 生态廊道 生态系统服务 秦巴山地 

摘      要：生态安全格局的构建旨在对已存在或潜在的维护、控制特定生态过程的关键生态要素实行合理有效保护和调控,进而保障生态系统服务和功能的可持续供给,促进人与自然和谐共生。山地作为国土空间的特殊地理单元,具备生态敏感性、资源梯度性和灾害多发性等特点,而我国作为山地大国,山地地区人地关系复杂,在生态文明思想的指导下,聚焦山地生态空间,强化自然生态保护,维护区域生态安全,开展生态源地综合识别和生态安全格局研究显得尤为重要。本文以中国南北过渡带主体-秦巴山地为研究区,依据“生态源地识别-阻力面构建-生态廊道构建生态安全格局构建逻辑范式,基于生态系统服务重要性和景观连通性选取生态源地,通过地理探测器和相关性分析探索生态源地内生态系统服务的演变机制以及权衡协同关系。采用空间主成分对生态源地扩张阻力因子赋予权重并结合地形起伏度进行修正,进而得到生态源地扩张阻力面。使用最小累计阻力模型(MCR)和重力模型提取潜在生态廊道并进行廊道重要性分析。最后通过采用对比分析和图论法对秦巴山地生态安全格局进行合理性评价。主要结论如下:(1)2000-2020年期间,秦巴山地生境维持、气候调节和土壤保持服务呈倒“U形的先增长后下降趋势,而水源涵养服务在20年间呈不断下降的趋势。秦巴山地综合生态系统服务以极重要区为主,空间分异特征明显。选取综合生态系统服务极重要区的斑块作为潜在生态源地,设定生态源地斑块最小面积阈值为40 km,此时斑块数和斑块面积占比开始趋于稳定。将景观连通距离阈值设定为8 km,此时潜在生态源地斑块的整体可能连通性和组分数开始保持稳定,能够较好反映各斑块之间的细微关系,符合实际生态环境状况。2000-2020年间,秦巴山地潜在生态源地斑块的整体可能连通性在逐步增长。结合综合生态系统服务重要性和景观斑块重要性,识别2000年、2010年、2020年生态源地数量分别为17个、20个、26个,生态源地数量在不断增加而总面积呈先增长后下降的趋势。(2)2000-2020年间,在秦巴山地生态源地内,以DEM、降水和GDP对生境维持服务的解释力最大;DEM、温度、GDP对气候调节服务的解释力最大;而降水和地形起伏度对水源涵养服务具有较显著影响;地形起伏度、降水和坡度对土壤保持服务影响最大。从因子交互探测来看,生态源地内四种生态系统服务受多种环境要素的相互影响,两种环境因素的组合作用对生态系统服务的影响都大于单个环境要素的独立作用。从秦巴山地生态源地的全域尺度来看,2000-2020年间生境维持-水源涵养、生境维持-土壤保持、水源涵养-土壤保持三对生态系统服务始终为协同关系,生境维持-气候调节、气候调节-水源涵养、气候调节-土壤保持三对生态系统服务逐渐由权衡关系转为协同。目前四种生态系统服务之间主要以协同关系为主。从双变量局部空间自相关结果来看,2000-2020年间,秦巴山地生态源地内生态系统服务双变量空间自相关以高-高集聚的协同关系为主。其中生境维持-气候调节高高集聚协同区逐渐由西向东转移,生境维持-水源涵养高高集聚协同区分布相对分散,气候调节-水源涵养高高集聚协同区从西南部地区向西北部扩大范围,而气候调节-土壤保持、水源涵养-土壤保持两对生态系统服务高高集聚协同区逐渐由东向西转移。(3)秦巴山地生态源地扩张阻力面总体上以中、低阻力地区为主;在空间上呈“西高东低的布局特征,嘉陵江以西地区阻力值偏高,其次在秦巴山地东北部河南省区域内存在高值区集聚。识别325条生态廊道,总长度达51263.54 km,提取89个生态节点;在空间分布上生态廊道呈“西密东疏、北密南疏的网状分布格局。获取一级廊道6条、二级廊道16条、一般廊道303条,一、二级廊道分布以秦巴山地中、东部地区为主。(4)通过比对秦巴山地内自然保护区和生态源地空间分布和面积重合率,两者集中分布的区域特征基本一致,59个自然保护区与生态源地重合的面积高达73.28%。此外,秦巴山地生态安全格局网络闭合度值为0.63、线点率达到1.86、网络连接度γ为0.74,综合对比分析和网络结构量化评价表明,秦巴山地生态安全格局构建结构具有一定合理性,网络连接及其结构相对比较复杂。