CN113327042B - 一种区域生态系统修复需求的快速划分方法 - Google Patents
一种区域生态系统修复需求的快速划分方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113327042B CN113327042B CN202110630967.8A CN202110630967A CN113327042B CN 113327042 B CN113327042 B CN 113327042B CN 202110630967 A CN202110630967 A CN 202110630967A CN 113327042 B CN113327042 B CN 113327042B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ecological
- area
- landscape
- corridor
- plaque
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 22
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 19
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 13
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 12
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
- G06Q10/06393—Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
- G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
- G06F16/29—Geographical information databases
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/10—Services
- G06Q50/26—Government or public services
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Marketing (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,选择生态功能退化、生态系统服务供需失衡的地区作为试验区,对获取的遥感数据进行影像预处理、监督分类操作;选择能够表征贡献力的水源涵养、固碳释氧评价指标、表征恢复力的生境质量、恢复力系数评价指标、表征组织力的景观异质性、景观连通性评价指标建立生态源地识别体系;利用MCR形成累积阻力面,基于连接度模型的电路理论模型提取生态廊道、生态节点、障碍区等;结合泰森多边形、社区挖掘算法识别生态盲区,通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取实验区生态修复分区的结果。本发明能快速准确识别出实验区生态系统状况,为生态修复、美丽国土空间格局构建提供顶层设计。
Description
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域,具体是指一种区域生态系统修复需求的快速划分方法。
背景技术
加强生态文明建设,推进和落实国土空间规划体系,构建生态廊道和生态网络,统筹山水林田湖草生态保护和修复,不仅是落实生态文明建设的重大战略需求,也是顺应新时期变化的重要举措。为此如何识别能够保障生态安全、维系生态过程具有重要意义的地段?如何量化、准确划分生态系统修复需求?是本技术解决的问题。基于识别生态源地、廊道、节点等要素构建的生态网络,可以直观的把握对,能够为国土空间生态修复提供依据,是目前开展生态保护修复的有效途径。
生态系统服务是自然生态环境在承载能力范围内能够实现其自身可持续发展的前提和保证。快速识别生态受损区域,并划分生态修复分区,采取相关生态修复措施可以一定程度上缓解社会经济的高效运转带来的问题。但是目前生态修复需求划分方法尚未达到共识,本发明提出一种区域生态系统修复需求的快速划分方法。,以期能够为相关研究提供借鉴思路。
技术方案
为了满足上述需求,本发明提供了一种步骤简单,可以准确及时地了解人类活动造成生态环境变化的区域,以及生态环境受损区域,划分生态系统修复需求分区的方法。
为实现上述技术目的,本发明提供:一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,所述快速划分方法的步骤如下:
S1:选择生态功能退化、生态系统服务供需失衡的地区作为试验区,获取研究区的遥感影像数据、气象数据以及土壤数据,利用ENVI软件进行影像预处理、监督分类操作;
S2:从当地的实际情况入手,选择能够表征贡献力的水源涵养、固碳释氧评价指标、表征恢复力的生境质量、恢复力系数评价指标、表征组织力的景观异质性、景观连通性评价指标建立生态源地识别体系,并利用InVEST软件、CASA模型软件进行计算;
S3:提取生态廊道、生态节点、障碍区,利用最小累积阻力模型形成累积阻力面,基于连接度模型的电路理论模型提取生态廊道;依据通过单个像元的电流密度识别廊道中的重要要素,来判别出廊道中的夹点区域;结合研究区景观斑块的大小,确定搜索半径,利用circuitscape软件识别出对研究区修复有重要作用的障碍区域;
S4:结合泰森多边形、社区挖掘算法进行生态节点分区,通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区;在生态廊道识别的基础上,利用电路理论中障碍区分析,识别待修复障碍区;通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取实验区生态修复分区的结果。
作为改进,利用监督分类方法将预处理后影像分为耕地、水域、园林地、草地、其他土地以及建设用地六类。
作为改进,在S2中,所述贡献力的水源涵养计算公式为:
Y(x)是每个栅格单元x的年产水量,AET(x)为栅格单元x的年实际蒸散量,P(x)为栅格单元x的年降水量。水量平衡公式中,土地利用/覆被类型的植物蒸散发量AET(x)/P(x)计算。Retention为水源涵养量,单位为mm;Ksat为土壤饱和导水率,单位为mm/d,可以利用土壤传递函数得出;Velocity是流速系数,以USDANRCS提供的国家工程手册上的流速-坡度-景观表格为基准,乘以1000得到出;TI为地形指数,无量纲;
贡献力的固碳释氧计算公式为:
NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)
式中,APAR(x,t)表示栅格单元x在t月所吸收的光合有效辐射单位为gC·m-2·month-1,ε(x,t)表示栅格单元x在t月的实际光能利用率单位为gC·MJ-1。
作为改进,所述恢复力的生境质量计算公式为:
式中,Qxj是指用地类型j中栅格单元x的生境质量;Hj是用地类型j中栅格单元x的生境适宜性;Dxj是用地类型j中栅格单元x的生境受胁迫水平;k为半饱和常数,通常为Dxj最大值的一半;z为归一化常量,模型设置默认数值为2.5;
组织力的景观异质性计算公式为:
SHEI=SHDIIn(m)
JGYZX=0.5*SHDI+0.25*SHEI+0.25*D
式中,JGYZX为景观异质性,SHDI为香农多样性指数,SHEI为香农均匀度指数,D为优势度指数;m为总的物种数;pi为第i个物种占总数的比例;
将dIIC、dPC的细化分指标作为景观连通性判定依据,评价研究区斑块的连通性状况,计算公式如下:
dIICk=dIICink+dIICfluk+dIICconk
dPCk=dPCink+dPCfluk+dPCconk
式中:dIICink/dPCink表示斑块k对自身连接性的贡献,dIICfluk/dPCfluk表示斑块k自身属性的权重,dIICconk/dPCconk表示斑块k与其他斑块间的相互连接作用。
作为改进,在S3中,利用最小累积阻力模型构建生态阻力面计算公式如下:
式中,MCR为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值,Dij为物种从生态源地j到空间某一点所穿越的基面i空间距离,Ri为斑块i对生态过程或物种运动的基本阻力。
作为改进,在S3中,利用GIS工具Linkage Mapper判别生态廊道,具体判别方法为:计算综合生态阻力面上所有像元到源地的成本加权距离CWD;将CWD栅格与源地叠加后寻求源地间累积移动成本最小的路径;由路径最小值组成最小成本距离LCD,对应路径为生态廊道。
作为改进,在S3中,利用citcuitscape软件识别夹点和障碍区,具体方法如下:将研究区视为一个导电表面,导电表面上的每个网格都赋予一个反映能量消耗或移动难度的有限值,由多个网格组成的生态源地表示为一个零电阻节点。将一个栖息地接地,其他栖息地分别输入1A的电流,通过迭代运算计算出整个区域最小路径累积电流值,电流值越大区域即为区域的夹点;在构建最小成本距离LCD0的基础上,假定搜索移动窗口(直径为D)像元值降低1个单位,障碍点移除后最小成本距离的值随之下降为LCD1,则整个景观网络的潜在降低值△LCD=LCD0-LCD1,则改善系数IS=△LCD/D,将改善系数较大的区域作为障碍区。
作为改进,在S4中,结合泰森多边形、社区挖掘算法,计算模块度、功能重要性、生态重要性,进而划分生态节点区;通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区,计算公式如下:
式中,Ein为某一社团中所有路径的边权之和;Etot表示有外部节点连入该社区的所有路径边权之和;ki表示连入节点i的所有路径边权之和;ki,in为从节点i连接到该社区的所有路径边权之和;m是网络中所有路径的边权之和。
作为改进,在生态廊道识别的基础上,通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取区域生态系统修复需求的空间分布结果。
有益效果:
1)生态网络有利于改善破碎化的生态斑块,促进生境间物质、能量、基因流等运动,在保障生态系统稳定性和维持生态系统连续性方面发挥重要作用。通过构建“源地-廊道-节点”的生态网络结构范式,作为区域生态系统修复需求的快速划分识别方法,能够促进国土空间生态修复从多、乱、散向系统性、整体性、综合性转变;
2)通过构建“源地-廊道-节点”框架的生态系统修复,探讨发展过程中经济发展、生态保护对生态系统服务的影响,识别受损区域,为生态修复区域识别提供理论依据,操作简便,便于实施,能够减少人力、物力的投资,并且得到的结果更具科学性;
3)本发明最终构建一种快速识别出生态系统服务空间方法,基于此种方法可以帮助政府直观把握生态网络关键景观要素分布特征,为研究区美丽国土空间格局构建提供顶层设计。
附图说明
图1为本发明一种区域生态系统修复需求的快速划分方法的流程图。
图2为贡献力-恢复力-组织力评价结果示意图。
图3为生态网络各要素的空间分布示意图。
图4为生态修复分区结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施做进一步说明:
如图1所示,本发明一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,快速划分方法的步骤如下:
S1:选择生态功能退化、生态系统服务供需失衡的地区作为试验区,获取研究区的遥感影像数据、气象数据以及土壤数据,利用ENVI软件进行影像预处理、监督分类操作;
S2:从当地的实际情况入手,选择能够表征贡献力的水源涵养、固碳释氧评价指标、表征恢复力的生境质量、恢复力系数评价指标、表征组织力的景观异质性、景观连通性评价指标建立生态源地识别体系,并利用InVEST软件、CASA(Carnegie-Ames-StanfordApproach)模型软件进行计算;
S3:提取生态廊道、生态节点、障碍区,利用MCR(Minimum CumulativeResistance,最小累积阻力模型)形成累积阻力面,基于连接度模型的电路理论模型提取生态廊道;依据通过单个像元的电流密度识别廊道中的重要要素,来判别出廊道中的夹点区域;结合研究区景观斑块的大小,确定搜索半径,利用circuitscape软件识别出对研究区修复有重要作用的障碍区域;
S4:结合泰森多边形、社区挖掘算法进行生态节点分区,通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区;在生态廊道识别的基础上,利用电路理论中障碍区分析,识别待修复障碍区;通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取区域生态系统修复需求的空间分布图,具体见图2、图3和图4中各个步骤识别结果示意图。
具体步骤为:
步骤1:选择生态功能退化、生态系统服务供需失衡的地区作为试验区,获取研究区的遥感影像数据、气象数据以及土壤数据,利用ENVI软件进行影像预处理、监督分类等操作;
具体的选择徐州市贾汪区作为研究区,遥感影像数据类型多,不受限制,可以采用Landsat、QuickBird、sentinel-2、Worldview、SPOT等数据。在本实施例中,以Landsat 8OLI影像为例进行详细描述,过程主要包括步骤1-1至步骤1-2。
步骤1-1:首先对遥感图像进行影像数据预处理操作,包括投影转换、大气校正、辐射定标、融合镶嵌、裁剪,得到预处理后影像。
步骤1-2:遥感影像中地物的形状、颜色等,采用监督分类中的最大似然分类方法和目视解译方法,将土地利用类型归并解译为耕地、水域、园林地、草地、其他土地以及建设用地六类。
步骤2:贡献力的量化以水源涵养、固碳释氧为主
步骤2-1:水源涵养是指在一定的时期范围内,生态系统在自然条件下对水分的保持能力。其计算公式为:
Y(x)是每个栅格单元x的年产水量,AET(x)为栅格单元x的年实际蒸散量,P(x)为栅格单元x的年降水量。水量平衡公式中,土地利用/覆被类型的植物蒸散发量AET(x)/P(x)计算。
步骤2-2:土地利用/覆被类型的植物蒸散发量AET(x)/P(x)计算。其计算公式为:
式中,PET(x)为像元x的年潜在蒸散量(mm),ω(x)表示自然气候-土壤性质的非物理参数。
步骤2-3:由于计算得到的产水量结果没有考虑地形、土壤因素等的影响,因此需要进行修正,其修正的公式如下:
Retention为水源涵养量(mm);Ksat为土壤饱和导水率(mm/d),可以利用土壤传递函数得出;Velocity是流速系数,以USDANRCS提供的国家工程手册上的流速-坡度-景观表格为基准,乘以1000得到出;TI为地形指数,无量纲。
步骤2-4:固碳释氧是生态系统提供的一种重要服务功能,选择改进的CASA模型对实验区固碳释氧进行量化计算。其计算公式如下:
NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)
式中,APAR(x,t)表示栅格单元x在t月所吸收的光合有效辐射(gC·m-2·month-1),ε(x,t)表示栅格单元x在t月的实际光能利用率(gC·MJ-1)。
步骤3:生境质量可以在一定程度上表征区域的恢复能力。依据胁迫因子对不同土地利用类型的敏感性、对外界胁迫情况的强度,考虑到受胁迫因子影响的辐射距离、空间权重等因素,计算出生境质量指数,其计算公式如下:
式中,Qxj是指用地类型j中栅格单元x的生境质量;Hj是用地类型j中栅格单元x的生境适宜性;Dxj是用地类型j中栅格单元x的生境受胁迫水平;k为半饱和常数,通常为Dxj最大值的一半;z为归一化常量,模型设置默认数值为2.5。
步骤4:景观异质性是指景观生态系统在时空方面上呈现出的不均匀性和复杂的程度,选取香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)、优势度指数(D)来定量描述景观异质性特征。其计算公式如下:
SHEI=SHDIIn(m)
JGYZX=0.5*SHDI+0.25*SHEI+0.25*D
式中,JGYZX为景观异质性,SHDI为香农多样性指数,SHEI为香农均匀度指数,D为优势度指数;m为总的物种数;pi为第i个物种占总数的比例。
步骤5:将dIIC、dPC的细化分指标作为景观连通性判定依据,评价研究区斑块的连通性状况,计算公式如下:
dIICk=dIICink+dIICfluk+dIICconk
dPCk=dPCink+dPCfluk+dPCconk
式中:dIICink/dPCink表示斑块k对自身连接性的贡献,dIICfluk/dPCfluk表示斑块k自身属性的权重,dIICconk/dPCconk表示斑块k与其他斑块间的相互连接作用。
步骤6:利用最小累积阻力模型构建生态阻力面计算公式如下:
式中,MCR为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值,Dij为物种从生态源地j到空间某一点所穿越的基面i空间距离,Ri为斑块i对生态过程或物种运动的基本阻力。
步骤7:利用GIS工具Linkage Mapper判别生态廊道,具体判别方法为:1)计算综合生态阻力面上所有像元到源地的成本加权距离CWD;2)将CWD栅格与源地叠加后寻求源地间累积移动成本最小的路径;3)由路径最小值组成最小成本距离LCD,对应路径为生态廊道。
步骤8:利用citcuitscape软件识别夹点和障碍区,具体方法如下:将研究区视为一个导电表面,导电表面上的每个网格都赋予一个反映能量消耗或移动难度的有限值,由多个网格组成的生态源地表示为一个零电阻节点。将一个栖息地接地,其他栖息地分别输入1A的电流,通过迭代运算计算出整个区域最小路径累积电流值,电流值越大区域即为区域的夹点;在构建最小成本距离LCD0的基础上,假定搜索移动窗口(直径为D)像元值降低1个单位,障碍点移除后最小成本距离的值随之下降为LCD1,则整个景观网络的潜在降低值△LCD=LCD0-LCD1,则改善系数IS=△LCD/D,将改善系数较大的区域作为障碍区。
步骤9:结合泰森多边形、社区挖掘算法,计算模块度、功能重要性、生态重要性,进而划分生态节点区;通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区,计算公式如下:
式中,Ein为某一社团中所有路径的边权之和;Etot表示有外部节点连入该社区的所有路径边权之和;ki表示连入节点i的所有路径边权之和;ki,in为从节点i连接到该社区的所有路径边权之和;m是网络中所有路径的边权之和。
步骤10:在生态廊道识别的基础上,通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取区域生态系统修复需求的空间分布图。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:所述快速划分方法的步骤如下:
S1:选择生态功能退化、生态系统服务供需失衡的地区作为试验区,获取研究区的遥感影像数据、气象数据以及土壤数据,利用ENVI软件进行影像预处理、监督分类操作;
S2:从当地的实际情况入手,选择能够表征贡献力的水源涵养、固碳释氧评价指标、表征恢复力的生境质量、恢复力系数评价指标、表征组织力的景观异质性、景观连通性评价指标建立生态源地识别体系,并利用InVEST软件、CASA模型软件进行计算;
所述贡献力的水源涵养计算公式为:
Y(x)是每个栅格单元x的年产水量,AET(x)为栅格单元x的年实际蒸散量,P(x)为栅格单元x的年降水量,水量平衡公式中,土地利用/覆被类型的植物蒸散发量AET(x)/P(x)计算;
Retention为水源涵养量,单位为mm;Ksat为土壤饱和导水率,单位为mm/d,可以利用土壤传递函数得出;Velocity是流速系数,以USDANRCS提供的国家工程手册上的流速-坡度-景观表格为基准,乘以1000得到出;TI为地形指数,无量纲;
所述贡献力的固碳释氧计算公式为:
NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)
式中,APAR(x,t)表示栅格单元x在t月所吸收的光合有效辐射,单位为gC·m-2·month-1;ε(x,t)表示栅格单元x在t月的实际光能利用率,单位为gC·MJ-1;
所述恢复力的生境质量计算公式为:
式中,Qxj是指用地类型j中栅格单元x的生境质量;Hj是用地类型j中栅格单元x的生境适宜性;Dxj是用地类型j中栅格单元x的生境受胁迫水平;k为半饱和常数,通常为Dxj最大值的一半;z为归一化常量,模型设置默认数值为2.5;
所述组织力的景观异质性计算公式为:
SHEI=SHDI/In(m)
JGYZX=0.5*SHDI+0.25*SHEI+0.25*D
式中,JGYZX为景观异质性,SHDI为香农多样性指数,SHEI为香农均匀度指数,D为优势度指数;m为总的物种数;pi为第i个物种占总数的比例;
将dIIC、dPC的细化分指标作为景观连通性判定依据,评价研究区斑块的连通性状况,计算公式如下:
dIICk=dIICink+dIICfluk+dIICconk
dPCk=dPCink+dPCfluk+dPCconk
式中:dIICink表示斑块k对自身内部整体连接性的贡献,dIICfluk表示以斑块k起始点或终点时,通过k时最大流通量,dIICconk表示斑块k与其他斑块间的相互连接作用的大小;dPCink表示斑块k对自身内部可能连接性的贡献,dPCfluk表示以斑块k起始点或终点时,通过k时最大流通量,dPCconk表示斑块k与其他斑块间的相互连接作用的大小;
S3:提取生态廊道、生态节点、障碍区,利用最小累积阻力模型形成累积阻力面,基于连接度模型的电路理论模型提取生态廊道;依据通过单个像元的电流密度识别廊道中的重要要素,来判别出廊道中的夹点区域;结合研究区景观斑块的大小,确定搜索半径,利用circuitscape软件识别出对研究区修复有重要作用的障碍区域;
利用最小累积阻力模型构建生态阻力面计算公式如下:
式中,MCR为生态源斑块j扩散至某点的最小累积阻力值,Dij为物种从生态源地j到空间某一点所穿越的基面i空间距离,Ri为斑块i对生态过程或物种运动的基本阻力;
S4:结合泰森多边形、社区挖掘算法进行生态节点分区,通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区;在生态廊道识别的基础上,利用电路理论中障碍区分析,识别待修复障碍区;通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取实验区生态修复分区的结果;
结合泰森多边形、社区挖掘算法,计算模块度、功能重要性、生态重要性,进而划分生态节点区;通过计算生态节点的生态功能与结构比值,识别待修复生态盲区,计算公式如下:
式中,Ein为某一社区中所有路径的边权之和;Etot表示有外部节点连入该社区的所有路径边权之和;ki表示连入节点i的所有路径边权之和;ki,in为从节点i连接到该社区的所有路径边权之和;m是网络中所有路径的边权之和。
2.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:利用监督分类方法将预处理后影像分为耕地、水域、园林地、草地、其他土地以及建设用地六类。
3.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:在S3中,利用GIS工具Linkage Mapper判别生态廊道,具体判别方法为:计算综合生态阻力面上所有像元到源地的成本加权距离CWD;将CWD栅格与源地叠加后寻求源地间累积移动成本最小的路径;由路径最小值组成最小成本距离LCD,对应路径为生态廊道。
4.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:在S3中,利用citcuitscape软件识别夹点和障碍区,具体方法如下:将研究区视为一个导电表面,导电表面上的每个网格都赋予一个反映能量消耗或移动难度的有限值,由多个网格组成的生态源地表示为一个零电阻节点;将一个栖息地接地,其他栖息地分别输入1A的电流,通过迭代运算计算出整个区域最小路径累积电流值,电流值越大区域即为区域的夹点;在构建最小成本距离LCD0的基础上,假定搜索移动窗口,直径为D,像元值降低1个单位,障碍点移除后最小成本距离的值随之下降为LCD1,则整个景观网络的潜在降低值△LCD=LCD0-LCD1,则改善系数IS=△LCD/D,将改善系数较大的区域作为障碍区。
5.根据权利要求1所述的一种区域生态系统修复需求的快速划分方法,其特征在于:在生态廊道识别的基础上,通过叠加道路,识别生态廊道断裂区域,最终获取研究区生态修复划分的空间分布。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110630967.8A CN113327042B (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种区域生态系统修复需求的快速划分方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110630967.8A CN113327042B (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种区域生态系统修复需求的快速划分方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113327042A CN113327042A (zh) | 2021-08-31 |
CN113327042B true CN113327042B (zh) | 2023-09-29 |
Family
ID=77421124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110630967.8A Active CN113327042B (zh) | 2021-06-07 | 2021-06-07 | 一种区域生态系统修复需求的快速划分方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113327042B (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113822779A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-12-21 | 广东省科学院广州地理研究所 | 生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法和装置 |
CN114219293A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-22 | 重庆地质矿产研究院 | 一种矿区生态保护修复效益评价方法 |
CN114386816B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-04-18 | 四川农业大学 | 一种国土空间生态修复关键区识别系统 |
CN114677045B (zh) * | 2022-04-19 | 2023-09-01 | 重庆地质矿产研究院 | 一种基于生态评价的生态保护修复规划分区方法 |
CN115907096A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-04-04 | 四川师范大学 | 乡镇级国土空间规划中廊道划定方法 |
CN115759883B (zh) * | 2023-01-05 | 2023-07-18 | 武汉大学 | 基于网络群组特征的生态管理分区方法 |
CN116362939B (zh) * | 2023-02-17 | 2024-03-22 | 深圳大学 | 一种生态网络断裂影响指标的获取方法、系统及相关设备 |
CN115840761B (zh) * | 2023-03-01 | 2023-04-14 | 自然资源部第三地理信息制图院 | 一种卫星影像像元值修改方法、系统、设备及介质 |
CN116307400A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-06-23 | 吉林省林业科学研究院 | 生境廊道的识别方法、装置、电子设备及介质 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106228610A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-14 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 结合主导生态功能与生态退化程度的生态修复分区方法 |
CN109543950A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-29 | 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 | 一种基于gis的海绵城市规划区生态适宜性评价分析方法 |
CN110298411A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-01 | 中国城市建设研究院有限公司 | 一种城市群生态空间受损识别评价方法 |
CN111784201A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-16 | 中南林业科技大学 | 基于InVEST模型评估生态退杨对水源涵养功能影响的方法 |
CN111882245A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-03 | 中国环境科学研究院 | 一种基于生态系统服务视角的生态修复空间识别方法 |
-
2021
- 2021-06-07 CN CN202110630967.8A patent/CN113327042B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106228610A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-14 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 结合主导生态功能与生态退化程度的生态修复分区方法 |
CN109543950A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-29 | 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 | 一种基于gis的海绵城市规划区生态适宜性评价分析方法 |
CN110298411A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-01 | 中国城市建设研究院有限公司 | 一种城市群生态空间受损识别评价方法 |
CN111784201A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-16 | 中南林业科技大学 | 基于InVEST模型评估生态退杨对水源涵养功能影响的方法 |
CN111882245A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-03 | 中国环境科学研究院 | 一种基于生态系统服务视角的生态修复空间识别方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
肖杨 ; 周旭 ; 蒋啸 ; 张继 ; 李洪广 ; .基于生态系统服务功能评价的贵阳市生态安全格局维护研究.生态科学.2020,(04),247-254. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113327042A (zh) | 2021-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113327042B (zh) | 一种区域生态系统修复需求的快速划分方法 | |
Xie et al. | Sustainable land use and management research: A scientometric review | |
Huang et al. | Quantifying the seasonal contribution of coupling urban land use types on Urban Heat Island using Land Contribution Index: A case study in Wuhan, China | |
Li et al. | An integrated approach to constructing ecological security patterns and identifying ecological restoration and protection areas: A case study of Jingmen, China | |
Chen et al. | An evaluating system for wetland ecological health: Case study on nineteen major wetlands in Beijing-Tianjin-Hebei region, China | |
Nie et al. | Simulating future land use by coupling ecological security patterns and multiple scenarios | |
Yang et al. | Impact of LUCC on landscape pattern in the Yangtze River Basin during 2001–2019 | |
Yan et al. | Many-objective robust decision making for water allocation under climate change | |
CN109241221A (zh) | 一种基于3s技术探究城墙对城市景观格局演化影响的量化评价方法 | |
Jin et al. | Co-ordination of land exploitation, exploitable farmland reserves and national planning in China | |
Wang et al. | Spatial-temporal variations of surface urban heat island: An application of local climate zone into large Chinese cities | |
Ma et al. | Local climate zones mapping using object-based image analysis and validation of its effectiveness through urban surface temperature analysis in China | |
Zhang et al. | Analysis of spatial variability in factors contributing to vegetation restoration in Yan'an, China | |
Yuan et al. | Changes in wetland landscape patterns on Yinchuan Plain, China | |
CN114925974A (zh) | 一种面向市县国土空间规划的分类逐步双评价方法 | |
Xiong et al. | Long time-series urban heat island monitoring and driving factors analysis using remote sensing and geodetector | |
Sui et al. | Spatiotemporal variation of cultivated land ecosystem stability in typical regions of Lower Liaohe Plain China based on stress-buffer-response | |
CN115496146A (zh) | 城市生态修复优先顺序识别方法、装置及电子设备 | |
Guo et al. | A multilevel statistical technique to identify the dominant landscape metrics of greenspace for determining land surface temperature | |
Xu et al. | Construction of international important wetland White-headed crane ecological corridor in Chongming Dongtan, China | |
Wang et al. | Vegetation structural shift tells environmental changes on the Tibetan Plateau over 40 years | |
Li et al. | Ecological security warning in Central Asia: Integrating ecosystem services protection under SSPs-RCPs scenarios | |
Yu et al. | On the intensity and type transition of land use at the basin scale using RS/GIS: a case study of the Hanjiang River Basin | |
Shi et al. | Slope climbing of urban expansion worldwide: Spatiotemporal characteristics, driving factors and implications for food security | |
Deng et al. | Assessing urban wetlands dynamics in Wuhan and Nanchang, China |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |