《Scientific Reports》：Construction and optimization of ecological security patterns in Chinese black soil areas considering ecological importance and vulnerability
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为解决中国黑土区生态问题，吉林师范大学研究人员开展 “Construction and optimization of ecological security patterns in Chinese black soil areas considering ecological importance and vulnerability” 研究。结果表明生态源区等发生变化，据此提出优化策略，为生态保护和区域可持续发展提供科学指导。
中国东北黑土区，这片广袤的大地是世界闻名的三大黑土区之一，也是我国重要的商品粮生产基地，堪称国家粮食安全的 “定海神针”。然而，多年来，过度的农业开发、不合理的土地利用等问题让这片土地不堪重负，水土流失、土壤盐碱化、生物多样性锐减等生态问题接踵而至，严重威胁着农业的可持续发展和生态安全。在全球气候变化的大背景下，极端天气事件愈发频繁，黑土区的生态环境更是雪上加霜。为了守护这片珍贵的土地，探寻其生态安全格局的奥秘并找到优化之策迫在眉睫。
吉林师范大学的研究人员肩负重任，开启了这项意义非凡的研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为黑土区的生态保护和可持续发展点亮了希望之光。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。数据来源广泛，涵盖了温度、降水、土地利用等多方面的数据。通过综合分析这些数据，构建了生态安全格局的评估体系。在确定生态源区时，从生态系统服务需求和生态敏感性两方面选取指标构建评价体系；利用最小累积阻力（MCR）模型和电路理论，识别生态走廊、节点和屏障，进而构建生态安全格局 。
下面来详细看看研究结果：
生态源区分布格局的演变
生态系统服务重要性的空间格局演变 ：研究发现，从 2002 年到 2022 年，研究区域的水源涵养能力不断提升，尤其是长白山和大兴安岭地区，水源涵养能力从分散逐渐变得集中。这一变化得益于退耕还林等政策的实施，使得该地区的植被覆盖增加，水源涵养能力增强。土壤保持方面，重要的水土保持区域面积不断扩大，主要集中在大兴安岭和长白山地区。这些地区植被覆盖率的提高，有效减少了土壤侵蚀。碳固存和释氧能力也在逐步增加，高值区域同样集中在长白山和大兴安岭，不过由于长期开垦，土壤有机碳稳定性下降，导致碳固存能力的最大值呈下降趋势。生物多样性保护能力与碳固存和释氧能力相似，也在不断增强，高值区域集中在长白山南部，这表明森林和自然生态环境的保护对维持物种多样性至关重要。总体来看，生态系统服务功能呈现出从东向西逐渐递减的趋势。生态敏感性的空间格局演变 ：2002 - 2022 年，研究区域的生态敏感性呈现出明显的时空差异。整体空间格局为 “东低西高”，极敏感区域面积呈 U 型变化。西部的极敏感区域在 2012 年后向中度敏感转变，这与 “三北” 防护林工程和草原禁牧政策的实施密切相关。不同类型的生态敏感性分布也各有特点，栖息地高敏感区域集中在自然保护区，体现了生物多样性热点地区的脆弱性；水土流失极敏感区域与地形密切相关，集中在大兴安岭的陡坡地带；沙漠化呈现西高东低的梯度变化，主要是由于耕地扩张导致森林、草原和湿地减少，加剧了草原荒漠化；盐渍化核心区域位于中部平原和西南部。生态源区的空间格局 ：通过对生态系统服务重要性和生态敏感性进行加权，确定了生态源区。2002 年、2012 年和 2022 年，提取的生态源区斑块数量逐渐减少，但实际面积却有所增加，主要集中在研究区域东西两侧受人类活动影响较小的地区，如大兴安岭和长白山山脉。而在中部松嫩平原和城市集中区域，生态源区斑块较少。 阻力面构建的空间格局演变 ：利用熵权法和层次分析法确定相关阻力因素的权重，得到整体阻力。2002 年和 2012 年，阻力值范围为 1 - 3.901，到 2022 年，最大值增加，范围扩大到 1.0137 - 4.0835，平均阻力也有所上升。低阻力区域主要分布在水源丰富、植被覆盖高的河流沿线和森林集中区域；高阻力区域则主要出现在人口密集的城市中心和现代化程度高的地区。生态安全格局的构建
生态走廊提取和节点识别 ：结合 MCR 模型和电路理论，生成廊道和累积电流图，确定生态节点。2002 年至 2022 年，生态走廊数量减少，总长度先增后减，这与生态源区的斑块动态变化有关。生态节点数量先增后减，与走廊变化呈负相关，主要集中在东北、西北和中部地区。生态屏障的空间格局 ：高值屏障区域从 2002 年的西南部迁移到 2012 年的北部，2022 年显著减少。这与不同阶段的土地利用政策有关，如退耕还林和耕地扩张等。同时，耕地在高值屏障区域的比例持续增加，这表明农业活动对生态流既有提供迁移廊道的一面，也有增加扩散阻力的一面。踏脚石规划 ：通过热点分析和缓冲区分析确定踏脚石。2002 年至 2022 年，热点数量增加，位于 4 - 5 级生态走廊缓冲区的热点比例也有所上升，但热点在中部和东北部的空间聚集表明干旱西部地区等边缘栖息地仍缺乏有效干预。
在研究结论和讨论部分，研究人员构建的生态安全格局框架具有重要意义。该框架整合了生态系统服务重要性和生态敏感性两个视角，选取多个影响因素，提取优先保护斑块和生态源区，并基于踏脚石理论优化生态安全格局。在识别生态走廊时，结合 MCR 模型和电路理论，去除冗余并明确走廊范围。与其他相关研究相比，该研究的评估结果在空间分布上总体一致，但由于研究方法的差异，具体强度值有所不同。此外，研究人员还提出了生态分区管理和加强生态安全的措施及建议，如建设生态走廊、加强生态屏障建设、恢复节点和走廊的连通性、恢复缓冲区和核心区的生态功能等。
然而，这项研究也存在一些不足之处。比如，对未来不同情景下生态安全格局的动态变化讨论不足；虽然考虑了土地利用变化对生态系统的影响，但对人类活动和政策干预的长期动态影响探讨不够深入；在生态保护规划中，对气候变化的不确定性处理不够深入。未来的研究可以针对这些不足，加强对区域经济发展和政策变化的动态监测，优化生态走廊和节点保护策略，进一步探索气候变化的情景模拟。
总的来说，这项研究为中国黑土区的生态安全格局构建提供了新的分析框架和优化路径，有助于改善黑土区的生态环境质量，增强区域生态系统的韧性和适应性，促进区域可持续发展，也为其他面临类似生态挑战的地区提供了理论和方法借鉴。
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