生态空间结构是指由关键源、源间廊道等景观要素所组成的对维护生态系统健康、促进生态环境稳定起着重要作用的空间格局。其能够保障生态系统结构与功能的完整性，对区域生态可持续发展具有重要意义[1]。该空间结构的构建作为空间生态修复的前置性和基础性工作，有助于深化对生态系统复杂性的认知，对生态系统修复以及促进人与自然和谐共生具有重要意义[2-3]。
目前基于“源地—阻力面—廊道”的生态空间结构研究范式应用广泛[4]。源地识别主要有直接识别与间接识别两类路径：直接识别将生态保护红线、自然保护区等生态关键区域作为直接应用对象；间接识别多结合生态系统服务评估、形态学空间格局分析及景观连通性指数[5]、生态敏感性评价等方法，能够全面地体现源地在景观结构完整性与功能稳定性方面的价值，因此在生态安全规划研究中应用更为广泛。生态廊道提取方法中最小累积阻力模型、电路理论、图论方法等方法应用较广，其中电路理论更贴合生物迁徙、物质循环等生物流的实际运动规律，不仅具有多路径识别优势，还能够显著提升关键生态修复区域的识别精度。例如，潘竟虎等[6]通过贡献力—活力—组织力—恢复力（CVOR）和电路理论实现流域生态格局构建，并提出该格局的优化策略。已有相关研究表明，电路理论可以辅助识别优先修复或保护的生态要地，对于制定生态系统保护决策具有一定的依据。例如，覃彬桂等[7]通过电路理论识别生态修复关键区域，为市域空间生态修复提供依据。
松嫩平原在城市化以及农业集约化发展背景下，生态问题愈发突出。鉴于此，本研究选取松嫩平原为研究区域，耦合形态学空间格局分析法（MSPA）和电路理论构建生态空间优化结构。该综合技术框架既能整合多维度研究视角，又兼顾区域生态功能属性与景观结构特征，为构建平衡生物多样性保护与人类福祉需求的弹性生态空间结构提供科学支撑，旨在为其生态修复总体规划和生态资源可持续发展提供理论依据和参考，促进区域协同发展。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
研究区总面积约为22.35×104 km2。该区域属温带季风气候区，地势北高南低，地貌以平原和台地为主。土壤以黑土和黑钙土为主，土地利用类型以耕地、林地为主，耕地资源丰富，是重要的商品粮基地和新型农业现代化建设重点试验区[8]。
1.2 数据来源
土地利用数据与NDVI数据源自Google Earth Engine；数字高程数据源自中国科学院地理空间数据云平台；降水数据源自中国气象数据网；潜在蒸散发数据源自国家地球系统科学数据中心；土壤质地数据源自世界土壤数据库；水文数据源自中国国家地质科学数据中心平台；道路信息数据源自OpenStreetMap；行政区划数据源自国家基础地理信息中心。所有数据均通过ArcGIS10.8协调至1 000 m×1 000 m分辨率，采用Krasovsky_1940_Albers投影系统。
1.3 研究方法
1.3.1 生态源地识别方法
式中，PC为可能连通性，dPC为斑块重要性。 和 为斑块 和j的面积， 为斑块之间最大连通率， 为剩余斑块整体连通指数。
1.3.2 综合阻力面构建方法
式中， 、 、 表示土地利用类型 中栅格 的生境质量指数、生境退化指数、生境适宜性指数； 为半饱和参数。
表 1 阻力因子及权重 |
| 阻力因子 | 分类 | 阻力赋值 | 权重 |
|---|---|---|---|
| 生境质量 | 高重要 | 1 | 0.233 4 |
| 较高重要 | 2 | ||
| 中等重要 | 3 | ||
| 较低重要 | 4 | ||
| 低重要 | 5 | ||
| 土地利用 | 林地、草地 | 1 | 0.587 1 |
| 水域、沼泽地 | 2 | ||
| 耕地 | 3 | ||
| 裸地、砂石地 | 4 | ||
| 建设用地 | 5 | ||
| 高程/m | <180 | 1 | 0.118 6 |
| 180～250 | 2 | ||
| 250～350 | 3 | ||
| 350～770 | 4 | ||
| >770 | 5 | ||
| 距道路距离/km | >4 000 | 1 | 0.060 9 |
| 3 000～4 000 | 2 | ||
| 2 000～3 000 | 3 | ||
| 1 000～2 000 | 4 | ||
| <1 000 | 5 |
表2 生境威胁源权重 |
| 威胁源 | 最大影响距离 | 权重 | 衰退类型 |
|---|---|---|---|
| 耕地 | 8 | 0.5 | 线性 |
| 城镇用地 | 20 | 1.0 | 指数 |
| 农村用地 | 14 | 1.0 | 指数 |
| 建设用地 | 22 | 1.0 | 指数 |
| 砂石地 | 8 | 0.7 | 指数 |
| 裸地 | 10 | 0.8 | 指数 |
表3 土地利用类型相对敏感性 |
| 土地利用类型 | 生境适宜性 | 耕地 | 城镇用地 | 农村用地 | 建设用地 | 砂石地 | 裸地 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 耕地 | 0.4 | 0.3 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.3 |
| 林地 | 1.0 | 0.6 | 1.0 | 0.9 | 0.7 | 0.5 | 0.3 |
| 草地 | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 0.5 | 0.6 | 0.3 | 0.2 |
| 水域 | 1.0 | 0.7 | 1.0 | 0.7 | 0.8 | 0.4 | 0.3 |
| 建设用地 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 0.1 |
| 砂石地 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
1.3.3 生态廊道、夹点、障碍点与断裂点识别方法
电路理论法将生态流比作电子流，将生态流在景观中的扩散过程类比为电子在电路中的随机运动[15]。生态廊道作为生态源地间物质和能量扩散与移动的通道，对生态系统的维护具有重要意义。利用Linkage Mapper插件中的 Build Network and Map Linkages以20 000 m作为距离阈值识别生态廊道。生态夹点是景观中物质与能量交换较活跃的地带[16]，利用Linkage Mapper插件中的Pinch Point Mapper模块设定加权成本距离为8 000 m，选择“all-to-one”模式计算累计电流密度，运用ArcGIS 10.8软件中的自然断点法进行分级，选取电流密度大的区域作为生态夹点。生态障碍点是指阻碍生态源地间物质和能量交换的地带[17-18]，利用Barrier Mapper模块运用“Maximum”模式计算累计电流密度，经过多次试验，设置检测最小半径为1 000 m，最大半径为3 000 m，步长为500 m，运用ArcGIS 10.8中的自然断点法对电流密度进行分级，选取电流密度最高级作为生态障碍点。运用ArcGIS 10.8软件中的相交分析选取生态廊道与主要交通干线的交叉点作为生态断裂点，生态断裂点降低了生态斑块之间的连通性，对于生态系统的连通性构成了严重威胁。
2 结果与分析
2.1 生态源地识别
结合MSPA筛选结果，选取面积大于10 km2且dPC值排名前60的核心区与现有保护区相结合，最终识别生态源地斑块65个，总面积21 369.43 km2，占研究区总面积的9.56%。其中林地和水域面积相对较大，占比分别为78.50%、6.93%。
2.2 综合阻力面构建
2.3 生态廊道、生态夹点识别
该研究共识别133条生态廊道，总长度6 788.23 km。廊道空间分布不均，东部和北部的廊道短而密集，中部的廊道长而稀疏。共识别28个生态夹点，面积共计376.21 km2，夹点区域物质流动性强，应因地制宜对夹点地区进行修复与保护，以提高生态源地之间的连通性，促进生态系统保护。
2.4 生态障碍点、断裂点识别
该研究共识别生态障碍点31个，总面积约为224.09 km2，这些障碍点作为廊道上的高阻力区域，对于生态源地与生态廊道具有重大影响，障碍点的改善有助于提升生态斑块之间的连通性，促进物种与能量流动[18]。共识别断裂点90个，这些断裂点阻隔了物种扩散与能量的流动，因此对于断裂点应采取合理手段，因地制宜地进行修复，如建设动物迁徙“绿色桥”，促进动物进行迁徙流动。
2.5 生态空间结构构建与优化
根据提取的65个生态源地、133条生态廊道、28个生态夹点构建生态空间结构，提出“三区—四廊—多节点”的生态空间结构优化模型，制定生态恢复策略。
基于65个生态源地的空间分布特征，划分3个核心生态区，分别为林地核心生态区、自然保护生态区和南部自然生态区。其中林地核心生态区以松嫩平原东北部林地为主，生态源地数量较多且呈现带状分布格局，应加强对林地以及山地的环境保护，科学合理地规划该区域林地管理，确保林地生态安全。自然保护生态区包含扎龙自然保护区、向海自然保护区及乌裕尔河等多个湿地公园及自然保护区，是松嫩平原重要的水源地，应加强对沼泽湿地生态系统的保护，以及对湿地生态系统的监管与评估，促进区域农、林、牧、渔产业发展。南部自然生态区涵盖吉林莫莫格自然保护区、查干湖、波罗湖自然保护区、伊通火山群保护区、四平山门中生代火山地质公园等，河流资源丰富，富含河滩苔草、湿地盐沼，有助于鸟类生存，加强对区域生态系统的动态监测与维护，有助于提升保护区生态环境水平。“三区”的空间划分，有助于分析松嫩平原生态源地分布形态，为松嫩平原生态环境战略提供科学依据。
“四廊”指基于133条生态廊道，以3个核心生态区为基础，连接多个生态斑块，搭建生态斑块之间物质与能量流通交换的桥梁。作为区域生态源地的链接纽带，能够促进生态源地之间物质流通、信息交流、能量传递，是松嫩平原生态安全空间结构构建的重要保障，加强对“四廊”的生态建设与规划，对于解决区域生态用地下降、水土流失等问题具有重要意义。
“多节点”是指多个生态发展潜力区，以28个生态夹点、31个生态障碍点以及90个生态断裂点聚集地为主，这些区域对于提升区域整体的连通性至关重要，合理规划和保护“多节点”的发展，可维持区域生态系统的稳定，对于生态修复具有重要意义。
3 结论与讨论
本研究以松嫩平原为研究区，基于MSPA和电路理论最终构建“三区—四廊—多节点”的生态空间结构优化模型。从研究结果来看，识别生态源地斑块65个，面积为21 369.43 km2；识别生态廊道133条，总长度6 788.23 km；识别生态夹点28个、生态障碍点31个、断裂点90个。MSPA方法虽直观展示景观结构，但缺乏对景观功能的识别，电路理论方法侧重景观功能连通性，弥补了MSPA方法的不足，可实现基于“结构—功能”生态空间结构的构建。然而，本研究仍具有一定的局限性。首先，基于MSPA方法提取生态源地依赖区域土地利用分类情况，后续应对土地利用进行更精密的分类。其次，电路理论方法依赖阻力面的构建，阻力面的构建不仅要考虑自然要素，还应纳入社会环境要素。本研究虽已考虑一定的社会因素，但仍有部分社会因素未纳入，后续研究应注重充分考虑社会人文要素。
“三区—四廊—多节点”的生态空间优化结构在空间上实现兼顾“点、线、面”的优化策略，能够更有效地实现生态源地的连接，优化连通桥梁，为松嫩平原搭建更完善的生态网络提供基础支撑，为耕地的国土空间生态修复提供实施途径，为制定区域生态综合治理措施提供理论依据。