持续的社会经济发展和城市化不断对生态系统产生威胁[1],如景观破碎化和生物多样性减少等，在很大程度上影响了生态环境的可持续性发展[2-3]。现有的受法律保护的生态保护和恢复区域为自然保护区、国家森林公园和国家地质公园等所组成的生态保护红线[4]。然而，这种法律保护区体系不能完全满足生态保护需要，因为保护生态网络比保护生态源地更重要。许多生态源地分散，缺乏连接廊道，未考虑整体性的生态保护[5],构建区域生态网络已成为目前解决该问题的方法之一。

19世纪末，生物学家Forbes首次提出了生态网络的概念，指出动植物存在于一个有机复合系统中，彼此之间的相互作用对整个生态系统的运行产生影响[6]。随后，研究人员将生态网络定义为一个线性自然网络，其是由生物群落中各物种间的相互作用关系所形成的[7]。我国学者将生态网络定义为在特定地域范围内，通过建立生境连通性、物种迁移和基因流动通道，将生态源地、生态廊道和生态节点相互连接起来的一种生态系统模式[8]。经过长时间的发展，国内学者针对不同空间尺度、典型地域空间等开展了广泛的生态网络研究，形成了以“源地识别、阻力面构建、廊道提取、节点识别、网络构建”为主要理论框架的生态网络构建范式。生态源地识别与生态廊道提取是构建区域生态网络的关键步骤。识别生态源地的方法主要有3种：①直接选取自然保护区或生态保护红线作为生态源地[9];②基于生态系统服务重要性或生态敏感性提取生态源地[10];③基于形态学空间格局分析(MSPA)识别生态源地[11]。生态廊道提取可采用最小累计阻力(MCR)模型，该方法能综合考虑自然和人为等多种因素，从而更好地反映景观格局与生态过程之间的相互作用关系。

文山壮族苗族自治州(以下简称文山州)位于我国西南喀斯特岩溶区，是石漠化发育核心区域之一，生态系统十分脆弱。近年来，随着文山州社会经济的发展，局部地区呈现石漠化面积不断扩大、生态环境恶化的趋势。今以识别生态源地的3种方法为基础，结合生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型和MSPA,充分考虑生态系统服务功能和形态学空间属性，科学地识别生态源地。利用MCR模型和电路理论提取生态廊道和生态节点，构建文山州区域生态网络，明确文山州在开发建设过程中应优先保护和修复的区域(源地、廊道和节点),实现保护与发展的平衡，推动生态文明建设。

1、材料与方法

1.1 研究区概况

文山州地处我国西南边陲云南省东南部(E103°35′ ～ E106°11′,N22°24′ ～ N24°48′),下辖1市7县，国土面积共计31 407.77 km2,是云南省通往华南和沿海地区，以及越南和东南亚的交通要道。文山州地处滇东岩溶高原南部边缘，地形以山地高原为主，大部分区域为滇东南岩溶丘原地貌，中、西部地势较高，向北、东、南部边缘逐渐降低。

1.2 数据来源

年降水量数据来源于国家地球系统科学数据中心；潜在蒸散发量数据来源于MOD16A3产品；DEM数据来源于地理空间数据云；土壤数据来源于国家冰川冻土沙漠科学数据中心；土地利用数据来源于文山州自然资源和规划局。所有栅格像元均采用30 m×30 m的空间分辨率，投影坐标统一设置为CGCS2000 GK Zone 18。

1.3 研究方法

按照“源地识别、阻力面构建、廊道提取、节点识别、网络构建”的研究范式，构建文山州生态网络，具体流程见图1。

图1区域生态网络的构建流程

1.3.1 生态源地识别

生态源地是构建区域生态网络的基础，其通常是生物多样性热点、重要的栖息地或关键的生态系统功能区。生态网络以生态源地为源点，通过建立廊道使其连接起来形成生态系统网络。因此，生态源地识别的准确性至关重要，仅依靠单一方法可能得到的结果不全面，有必要从多个角度出发构建综合的生态源地识别框架。本研究生态源地的识别包括3个部分：①应用InVEST模型评估文山州生境维持服务[12]、固碳服务[13]、产水服务[14]和土壤保持服务[15],并叠加提取生态系统服务高值区域；②基于土地利用数据，利用MSPA分析获取核心区范围；③将生态系统服务高值区域与核心区叠加，综合选取生态源地。

1.3.2 生态阻力面构建

生物在生态环境变化和威胁到自身生存的情况下进行物种迁徙，在迁徙中会受到自然或人为的阻碍，所有阻碍在空间集成为生态阻力面，表明对生态过程的阻力水平和景观异质性对物种群落的影响[16]。本研究利用生境维持服务的计算结果生境质量指数的倒数生成生态阻力面。因为生境维持服务好，所以生物多样性丰富，对物种的抗性低，阻力值低，利用该方法提取的生态阻力面更具有生态意义。

1.3.3 生态廊道与生态节点提取

生态廊道是生态源地之间的连通走廊，其通过连接生态源地和绕过高生态阻力区域为生物迁移和物质能量交换提供通道。利用Linkage Mapper工具的Linkage Pathways Tool提取生态廊道。Linkage Mapper工具核心原理与MCR模型相同，能通过核心源地斑块数据和阻力栅格识别并提取生态廊道[17],预测和优化生物迁移的路径，反映真实的生物迁移过程。

生态节点是生态廊道的关键区域，也是生态网络的重要组成部分，包括生态夹点和生态障碍点。利用基于电路理论的Circuitscape软件和夹点映射器(Pinchpoint Mapper)工具[18],创建电流密度图提取高值区域作为生态夹点，即物种迁徙通过的可能性较高或无可代替路径的区域[19]。生态障碍点指斑块间对生物运动阻力较大的区域，移除该类区域可显著提高廊道内生物流动和景观连通性[20],本研究利用障碍点映射器(Barrier Mapper)工具计算累积电流恢复值进行提取。

2、结果与讨论

2.1 生态源地的识别分析

2.1.1 生态系统服务评估

文山州生态系统服务评估结果分别见图2(a)—(f)。由图2可见，生态系统服务高值区域主要分布在文山州东部，面积为10 680.20 km2,占国土总面积的34.00%,以广南县、富宁县、西畴县、麻栗坡县分布最密集，土地利用类型以林地为主；低值和较低值区域主要分布在西部，面积为8 935.20 km2,占国土总面积的28.45%,地类现状以耕地和建设用地为主。文山州的生态系统服务存在两极分化，且空间分布东高西低，可能是由于位于文山州西部区域的文山市与砚山县社会经济发展较快，城镇化率较高，生态环境质量较差，生态系统服务功能较差；位于东部区域的麻栗坡县、富宁县、广南县拥有大面积的生态林地，生态环境质量较好，生态系统服务功能较好。

图2生态系统服务评估结果

2.1.2 基于MSPA的核心区提取

MSPA分析可消除初始生态源地中的边缘效应、距离效应和岛屿效应，分析结果和核心区分别见图3(a)(b)。由图3可见，文山州核心区主要分布在东部，面积为10 846.02 km2,占国土总面积的34.53%。虽然从整体上看东部核心区分布集中且连接紧密，但统计结果显示核心区斑块共计59 897个，斑块破碎化严重。此外，桥接区有助于提升生态连通性，文山州桥接区面积为5 244.32 km2,仅占国土总面积的16.70%,表明斑块连通性相对较低。

图3基于MSPA的分析结果和提取的核心区

2.1.3 综合生态源地识别

将生态系统服务高值区域与核心区进行叠加，提取重叠部分作为候选斑块。考虑到小面积的斑块生态辐射功能弱，不具备作为生态源地的条件[21],采用最小面积阈值法对细碎斑块进行剔除，最终识别生态源地143个(见图4),其主要分布在文山州东部，面积为5 092.74 km2,占国土总面积的16.21%,地类现状以林地为主，植被覆盖度高，生态基底好，具备生物栖息的条件。生态源地的空间分布、数量影响着生态网络的覆盖范围、生物多样性及复杂程度。文山州生态源地在东部分布较密集，而中西部的丘北县、砚山县、文山市和马关县则分布较为稀疏，表明这些区域生态系统服务功能、景观连通性、生态环境质量较差。因此，对于该区域应重点保护和修复，对于现有的生态源地应制定严格的土地保护政策限制土地的开发和利用，并将其纳入生态保护红线；以城市绿地为基础，进行植被再造，连接破碎的绿地斑块形成新的生态源地，改善城市生态环境。

图4生态源地、生态廊道的空间分布

2.2 生态阻力面的构建分析

文山州生态阻力值介于1.01 ～ 10之间，平均阻力值为1.78,总体较低；在空间上存在差异，西高东低，见图5。西部高阻力值区域主要分布在丘北县、砚山县、文山市和马关县的城市建成区，这些区域经济发展较快、城市化率较高，大面积的不透水面产生了大范围、高等级的生态阻力，未来应合理规划和管理土地，在土地开发和利用过程中考虑生物的活动需求和生境要求。东部低阻力值区域的地类现状以林地为主，植被覆盖度高，对生物流动的阻力较小。由于生境维持模块的计算结果存在零值，零没有倒数，因而在使用栅格计算器进行倒数计算时会自动将其赋为空值，表明物种流动的生态阻力是无限的。值得注意的是，阻力值只反映阻力的相对趋势，并不是绝对的。

图5生态阻力面的空间分布

2.3 生态廊道的提取分析

共计提取生态廊道346条，廊道总长度为2 694.52 km(见图4)。由图4可见，文山州生态廊道的空间分布明显，东部、南部分布较为密集，整体呈东西走向；西部分布较为稀疏，整体呈南北走向。虽然生态廊道基本遍布整个文山州，但在丘北县、文山市和砚山县境内相对较少，尤其是砚山县中西部，仅两条廊道从境内穿过。丘北县南部、砚山县及广南县中部的生态廊道可连接文山州北部与中部相距过远的生态源地，廊道长度较长，且经过人类活动频繁区域，易发生断裂。作为生态网络的大动脉，有必要加强对生态廊道的保护，应在现有廊道周边设置保护带，减少人为因素对廊道的干扰，保障廊道的连接性不被割裂。

2.4 生态节点的识别分析

文山州生态夹点、生态障碍点的空间分布分别见图6(a)(b)。由图6(a)可见，文山州生态廊道的电流密度值最高为0.45,共识别生态夹点118处，总面积为10.45 km2,夹点面积最大为1.01 km2,最小为0.01 km2。生态夹点大多分布在文山州东部，其中广南县和富宁县最多，共占生态节点总数的47.46%,其次为文山市。生态夹点是维持和促进生态廊道功能的区域，充当着生物活动、迁徙的暂歇点，其地类现状以林地和耕地为主，林地占比较大，应重点保护夹点区域，防止夹点消失，并增加林地覆盖，扩大夹点范围。

由图6(b)可见，文山州生态廊道的累积电流恢复值最高为10.12,共识别生态障碍点41处，其中文山市分布最多，共计12处。生态障碍点总面积为301.75 km2,最大障碍点面积为57.48 km2,最小障碍点面积为0.28 km2。生态障碍点是生物流动过程中的高阻力区，既需要降低人为因素对生物流动的阻碍，提高源地之间的连通性，又需要进行生态修复和环境改善。文山州生态障碍点的土地利用类型主要是耕地和建设用地，应开展退耕还林还草，并在生态障碍点周围建立生态过渡区，帮助生物在活动、迁移过程中适应环境变化。

图6生态夹点、生态障碍点的空间分布

2.5 区域生态网络构建

将识别的生态源地、提取的生态廊道、识别的生态节点进行叠加，构建文山州区域生态网络。区域生态网络是维护区域生态系统服务完整性的基本生态框架，相较于生态保护红线，区域生态网络包含的生态保护和恢复要素更系统、全面。在文山州的开发建设过程中，应优先重视关键结构要素的保护和修复，并遵循优先考虑保护自然环境的发展政策，合理利用土地、水资源，控制城乡居住区无序扩张，优化生态廊道网络，提高城乡生态景观质量，协调区域经济发展。

3、结论

(1)采用InVEST模型和MSPA识别生态源地共143个，面积为5 092.74 km2,地类现状以林地为主，植被覆盖度高，生态基底好。部分生态源地位于文山州经济发展较快的西部，为了使生态源地最大程度发挥其生态效益，在后续文山州的开发建设过程中应避免对生态源地的侵占。

(2)利用MCR模型提取生态廊道346条，空间分布明显，尤其是西部区域连接文山州北部与中部的廊道，其分布稀疏且长度较长，易发生断裂，说明文山州源地斑块的连通性不高，主要原因在于文山州中部地区缺少大型的生态源地。因此，在该区域应着重进行生态保护和修复，使区域内逐步形成生态源地，增强文山州生态网络的连通性和稳定性。

基于电路理论识别生态夹点118处，其承载着重要的景观连通性功能，应对其采取有效保护措施；识别生态障碍点41处，主要分布在文山州的西部区域，严重影响了源地之间的物质交换与生物流动，应将其作为生态修复的优先区域。

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基金资助:国家自然科学基金资助项目(41761081); 云南省社会科学规划办公室重点基金资助项目(ZD202218);

文章来源:黄杰,黄义忠.基于InVEST-MSPA的文山州区域生态网络构建[J].环境监测管理与技术,2024,36(05):41-46.