地理科学 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (10): 1685-1694.doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2022.10.001
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收稿日期:
2021-03-19
修回日期:
2021-05-24
出版日期:
2022-10-10
发布日期:
2022-12-06
通讯作者:
方世明
E-mail:zilin_wang@whu.edu.cn;fsmcug@qq.com
作者简介:
王子琳(1995−),女,广西桂林人,博士研究生,主要从事自然资源保护、规划与评价。E-mail: zilin_wang@whu.edu.cn
基金资助:
Wang Zilin1(), Li Zhigang1, Fang Shiming2(
)
Received:
2021-03-19
Revised:
2021-05-24
Online:
2022-10-10
Published:
2022-12-06
Contact:
Fang Shiming
E-mail:zilin_wang@whu.edu.cn;fsmcug@qq.com
Supported by:
摘要:
以武汉市为例,通过分析生态系统服务价值、生态敏感性、景观连通性及生态需求识别武汉市陆地和水域生态源地,利用遗传算法获取最优生态源地。在此基础上,利用最小累积阻力模型(MCR)分别提取陆地和水域生态廊道,将生态源地与生态廊道叠加构建2017年武汉市生态安全格局。研究表明:2017年武汉市生态源地总面积约为1 917.342 km2,其中陆地和水域生态源地面积分别为780.217 km2和1 137.125 km2;利用遗传算法识别的最优陆地和水域生态源地分别为65和32个,所提取的生态廊道总长度为2 305.37 km,其中陆地和水域生态廊道长度分别为1 497.86 km和807.51 km;武汉市生态安全格局呈现“三横、三纵、三团簇”特征。此外,分别新增了8个陆地和水域生态垫脚石及5个生态源地,运用图论法对比优化前后相关指标,发现优化后可构建更完善的生态安全格局,优化方案可行。该生态安全格局构建与优化方法可为高速发展的大都市的生态安全格局研究提供更科学的参考。
中图分类号:
王子琳, 李志刚, 方世明. 基于遗传算法和图论法的生态安全格局构建与优化——以武汉市为例[J]. 地理科学, 2022, 42(10): 1685-1694.
Wang Zilin, Li Zhigang, Fang Shiming. Construction and Optimization of Ecological Security Pattern Based on Genetic Algorithm and Graph Theory: A Case Study of Wuhan City[J]. SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA, 2022, 42(10): 1685-1694.
表1
武汉市生态安全格局研究主要数据来源及预处理
数据类型 | 数据子类 | 数据来源/年份/精度 | 数据预处理 |
注:① | |||
土地利用/土地覆被变化(LUCC)数据 | — | 清华大学地球系统科学中心提供的全球土地覆被数据集①/2017年/30 m×30 m | 合并、裁剪、解译 |
DEM数据 | — | 地理空间数据云GDE MDE M数字高程数据②/2017年/30 m×30 m | 合并、裁剪、提取 |
夜间灯光数据 | — | 美国国家海洋大气管理局(NOAA)③/NPP-VIIRS数据/ 2017年/500 m×500 m | 裁剪、提取 |
NDVI数据 | — | 地理空间数据云 MODIS陆地标准产品④、MOD13Q1/2017年/ 250 m×250 m | 合并、裁剪、提取 |
社会经济数据 | 粮食价格数据 | 《中国农产品价格调查年鉴》⑤/2018年/— | 进行相关计算 |
粮食单产数据 | 《武汉统计年鉴2018》⑥、《湖北统计年鉴2018》⑦/2018年/— | 进行相关计算 | |
人口数据 | 中国科学院资源环境数据中心⑧/2015年/— | 裁剪 | |
GDP数据 | 中国科学院资源环境数据中心⑧/2015年/— | 裁剪 | |
气象数据 | 降雨数据 | 中国气象数据网⑨/2017年/500 m×500 m | (取7~10月份均值)空间插值、掩膜提取 |
基础地理数据 | 水系数据 | 地理空间数据云⑩、中国内陆水体信息产品 | 裁剪、提取、缓冲区处理 |
道路数据 | OpenStreet Map开放共享数据库⑪/2017年/— | 裁剪、提取、缓冲区处理 |
表2
复合维度下的生态源地识别指标系统构建
维度和指标层 | 公式 | 测算方法 和技术 | 指标选取和 测算的依据 | |
注:①用地类型包括林地、草地、耕地、湿地、水体、建设用地(价值系数为0)、未利用地共7类;②根据Arnoldus提出的R值方程进行计算[ | ||||
生态系统服务价值(ESV) | 式中,Si表示土地利用类型①i的面积大小/hm2,VCi 是土地利用类型i的生态系统服务价值系数/(元/hm2) | ArcGIS 10.2、生态服务价值当量因子法 | [ | |
生态敏感性 | 地质灾害敏感性(GHS) | 式中,Xi为土地利用类型(0.264),植被覆盖率(0.132),坡度(0.089),距主要道路(0.058)、大面积水域(0.162)和小面积水域(0.077)的欧式距离,降雨侵蚀力②(0.218)7项指标,Wi为采用层次分析法(AHP)确定的权重(括号内值) | ArcGIS 10.2、多指标决策、层次分析法 | [ |
水污染敏感性③(WPS) | 式中,X1为人类活动强度,X2为距水域距离影响度,0.5为二者的权重 | |||
景观连通性 | 连通性指数(PC) | 式中,ai、aj分别为生境斑块i和j的面积,pij为生境斑块i与j之间最大连通路径值,A为所有斑块总面积,n为生境斑块数量 | ArcGIS 10.2、 Confor Sensinode 2.6、 Confor Inputs for ArcGIS 10.X插件 | |
[ | ||||
连通重要性值(dPC) | 式中,PCi-remove为去掉生境斑块i后的景观可能连通性指数 | [ | ||
生态需求(e) | 式中,x1是土地开发利用强度,x2为人口密度,x3为GDP | ArcGIS 10.2 | [ | |
生态用地被需求程度(E) | 式中,ei为斑块i的生态需求,emin为生态需求最小值,emax为生态需求最大值 | [ |
表3
源地斑块的面积大小和与所在分区的几何中心的距离的量化标准
陆地生态源地面积/m2 | Ls | 水域生态源地面积/m2 | Ws | 源地距所在分区中心的距离/m | Ll或Wl |
注:Ls和Ll分别为陆地生态源地的面积和位置赋分;Ws和Wl分别为水域生态源地的面积和位置赋分。 | |||||
≥1×106 | 9 | ≥2.0×105 | 9 | 0~1000 | 9 |
8×105~1×106 | 7 | 1.7×105~2.0×105 | 7 | 1000~2 000 | 7 |
6×105~8×105 | 5 | 1.5×105~1.7×105 | 5 | 2 000~3000 | 5 |
3×105~6×105 | 3 | 1.3×105~1.5×105 | 3 | 3000~5000 | 3 |
≤3×105 | 1 | ≤1.3×105 | 1 | >5000 | 1 |
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