基于MSPA与电路理论的赣州市绿色基础设施网络构建

摘要 以基于形态学空间格局分析法（MSPA）和景观连通性指数识别确定生态核心区斑块，通过最小累积阻力模型（MCR）创建生态源地间的连接廊道，并且根据电路理论识别连接廊道中的生态夹点，由生态源地、生态廊道和生态夹点共同构建赣州市绿色基础设施网络。结果表明，MSPA能够依靠土地利用数据将研究区分成不同景观功能的景观要素类型，基于Conefor软件计算的各斑块的斑块重要性指数可以有效地筛选出重要的核心斑块作为生态源地，使生态源地的识别更符合景观生态学意义。最终筛选出共12个生态源地，总面积1 421 307.54 hm2，生成生态廊道25条。结合景观学和电路理论，以GIS平台为基础构建的绿色基础设施网络能够为赣州市绿色基础设施完善、物种多样性保护与生态空间合理规划提供科学依据。

关键词 形态学空间格局分析；景观连通性；绿色基础设施；电路理论

中图分类号 TU984  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）12-0015-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.12.003

Construction of Green Infrastructure Network in Ganzhou City Based on MSPA and Circuit Theory

YUAN Yi-min，LI Pei-hong，XIONG Fan

（School of Civil and Surveying & Mapping Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi 341000）

Abstract The patches in the ecological core area were identified based on morphological spatial pattern analysis （MSPA） and landscape connectivity index， and the connecting corridors between ecological sources were created through the minimum cumulative resistance model （MCR）. The ecological pinch points in the connecting corridors were identified according to the circuit theory， and the green infrastructure network of Ganzhou City was constructed by ecological sources， ecological corridors and ecological pinch points.The results showed that MSPA analysis method could divide the research into landscape elements with different landscape functions based on land use data， the patch importance index of each patch calculated by Conefor software could effectively screen out the important core patches as ecological sources，which made the identification of ecological sources more consistent with the significance of landscape ecology.Finally，a total of 12 ecological sources were screened，with a total area of 1 421 307.54 hm2，and 25 ecological corridors were generated.Combining landscape science and circuit theory，the green infrastructure network constructed based on GIS platform can provide scientific basis for improving green infrastructure，protecting species diversity and rational planning of ecological space in Ganzhou City.

Key words Morphological spatial pattern analysis （MSPA）;Landscape connectivity;Green infrastructure;Circuit theory

基金项目 国家级大学生创新创业训练计划项目（202010407010）。

作者简介 袁逸敏（1998—），女，安徽铜陵人，硕士研究生，研究方向：绿色基础设施规划。*通信作者，教授，硕士生导师，从事工程测量、遥感影像处理研究。

收稿日期 2022-07-07

随着我国经济的不断发展，资源开发、工业生产中产生的生态问题也逐渐突显出来。生态斑块面积减小和破碎化造成了景观连通性降低，不利于保护生物多样性与生态系统的稳定性。近年来，国家强调绿水青山就是金山银山的理念，要求努力做到生态优先、绿色发展［1］。生态网络优化成为可持续发展的有效途径。

绿色基础设施（green infrastructure，GI）是指一个相互联系的绿色空间网络，由各种开敞空间和自然区域组成，包括绿道、湿地、雨水花园、森林、乡土植被等，这些要素组成一个相互联系、有机统一的网络系统。该系统可为野生动物迁徙和生态过程提供起点和终点。国外已将GI网络作为维持生态平衡、保护生态安全格局的重要方法［2-3］。

国内围绕GI构建方法进行了许多研究，如许峰等［4］根据形态学空间格局分析法（MSPA）和最小累积阻力模型（MCR）构建了巴中西部新城GI网络，为高度破碎化地区的生态网络建设提供了重要的参考；李怡等［5］基于InVEST模型进行生态源地及其缓冲区识别，并以奉新县为例，从县域尺度上对生态安全格局建设和生态保护红线优化设计提出了合理建议；李瑾等［6］基于ArcGIS水文分析工具，以常州市金坛区为例，构建生境网络和游憩网络相结合的复合网络［6］。也有学者从各区域不同的土地利用情况角度出发对GI网络构建方法进行探索，如邓金杰等［7］针对如今高度城市化的城市提出了如何优化GI网络以保证城市对于绿色空间的生态服务功能的需求；赵万民等［8］以重庆九龙坡区新城为例，从生态文明的角度出发对山地城市的GI规划给出了新的管控思路。当前对绿色基础设施网络构建的方法日益丰富，但在生态源地的筛选上对景观生态学的意义考虑较少。该研究利用MSPA分析法，结合景观连通性评价、MCR模型和电路理论，基于多源地理信息数据，掌握了赣州市绿色空间分布现状，识别出赣州市关键生态保护源地并构建潜在生态廊道，为赣州市的绿色基础设施规划提供合理依据，同时探索了生态源地识别和GI网络构建方法的优化与创新。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

赣州市是江西省面积最大的地级市，总面积39 379.64 km2。地形以山地、丘陵、盆地为主，如图1所示。赣州市山地多平原少，土地利用类型具有较强的地域性，以林地居多，占地25 820.05 km2，约占赣州市总面积的65.57%，植物与动物资源丰富。赣州市虽然拥有丰富的自然资源和生态资源，但随着对自然资源开发利用的强度不断提升，生态环境问题也逐渐突显出来，例如矿山开采导致环境恢复难度大，森林质量不高导致生物多样性保护形势严峻、水土流失严重等。

1.2 数据来源与预处理

该研究数据主要有赣州市30 m分辨率土地利用数据，来自GlobeLand30，根据研究需要和《土地利用现状分类》，将数据重分类为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地共6类；DEM数据为30 m空间分辨率，来自地理空间数据云平台；路网数据、水系数据和居民地数据来源于OpenStreetmap平台，并根据研究区边界提取和裁剪获得。

1.3 研究方法

1.3.1 基于MSPA的景观类型分析。MSPA区别于传统的直接将自然保护区或其他生态要素作为生态源地进行GI

网络构建，它是一种结合了腐蚀、膨胀、开运算、闭运算等数

学形态学原理的像元级景观要素分析方法。MSPA可以基于研究区土地利用栅格数据，通过ArcGIS将其重分类为前景与背景，并在GuidosToolbox软件中对二值化的栅格图像进行分析。该研究将研究区的土地利用栅格数据中的林地和水域作为前景，耕地、草地、建设用地和未利用地作为背景，采用八邻域分析方法，根据土地利用栅格数据像元大小设置栅格单元大小为30 m×30 m，边缘宽度1（30 m），最终得到互不重叠的8类景观类型要素，包括核心区、桥接区、环道、支线、岛状斑块、边缘区、孔隙和背景。

1.3.2 生态阻力面的构建。

物种迁徙以及自然能量交换与流通过程中，自然环境的异同和人类活动的干扰都会造成不同程度的影响，在不同的景观单元或生境斑块中移动会受到不同程度的阻力。该研究基于前人的研究成果［9-13］，结合研究区自身的情况，选择了高程、坡度、地形起伏度、与水系距离4个生态风险因子，土地利用类型和MPSA景观类型作为土地覆被因子，与铁路距离、与高速公路距离、与其他道路距离、与居民地距离作为人为干扰因子，共10个阻力因子。生态阻力系数反映了生态过程中景观异质性的影响，基于改进的层次分析法，对阻力因子赋予适宜的权重，通过栅格叠加获得研究区综合生态阻力面。结合以上10个因子与改进的层次分析法得到的生态阻力系数能够更加客观地表现不同类型斑块之间物质流、信息流和生态流的生态过程。各阻力因子阻力值与阻力系数如表1所示。

1.3.3 绿色基础设施网络构建。

1.3.3.1 景观连通性分析。

生态源地的识别是绿色基础设施网络构建最重要的步骤。该研究以景观连通性指数作为识别生态核心区的重要指标。景观连通性是指景观促进或阻碍物种在生境斑块间运动的程度，对生态系统服务、动植物基因交流的保护以及景观规划等都具有重要影响作用。该研究首先将MSPA得到的核心区斑块进行筛选，删去细碎斑块，再基于Conefor2.6软件，计算各斑块的景观连通性指数。该研究利用景观连通性指数中的可能连接性指数（PC）、整体连接性指数（IIC）和斑块重要性指数（dPC）来评价研究区各斑块的景观连接度。选择dPC作为识别生态源地的标准。相关计算公式如下［14］：

PC=（ni=1nj=1pijaiaj）/A2L（1）

IIC=（ni=1nj=1aiaj1+nlij）/A2L（2）

dPC=（PC-PCremove）/PC×100%（3）

其中，pij是物种在斑块i和j之间扩散的最大可能性；ai和aj是斑块i和j的面积；AL是包括景观要素和非景观要素的总面积；n为斑块总数，lij是斑块i和斑块j之间的连接数量；PCremove是斑块移除后的可能连接性指数。