Construction and optimization of ecological network of the Heihe River Basin （Gansu section）

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00107

Journal of Desert Research ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (2): 61-70.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00107

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Construction and optimization of ecological network of the Heihe River Basin （Gansu section）

Aokang Xu¹^,²(), Tianqi Ji³(), Jing Shi²

^1.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Department of Geology，Northwest University，Xi′an 710069，China
^2.College of Geography and Environmental Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China
^3.College of Earth and Environmental Science，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China

Received:2024-04-29 Revised:2024-11-11 Online:2025-03-20 Published:2025-03-26
Contact: Tianqi Ji

Abstract

Abstract:

Ecological network identification and optimization is an important research method to ensure regional ecological security pattern and carry out territorial ecological protection and restoration. Especially for the ecologically fragile inland river basin， the optimization of ecological network is of great significance to ensure regional ecological security and promote the virtuous cycle of ecosystem. Based on the ecosystem services and circuits theory， this study constructs the ecological network of Gansu section of Heihe River Basin， and puts forward the corresponding strategies for the existing problems and protection of the region. The results indicate that：（1） 10 important ecological source areas were identified with an area of 17 649.16 km²， accounting for 90.11% of the total area of the source area， mainly distributed in the southern Qilian Mountain area and the middle and lower reaches of the oasis area. 51 common ecological sources were identified， with an area of 1 936.83 km²， accounting for 9.89% of the total area of the source， mainly distributed in the radiating grassland area of the important source. （2） Twenty-seven first-level ecological corridors were extracted， with a total length of 204.86 km， mainly distributed in the transition zone between mountain and oasis in the basin. There are 105 secondary ecological corridors with a total length of 1 260.68 km， which are the main components of the framework of regional ecological network. 103 and 31 ecological pinch points and barriers were identified by consensus， with a total area of 28.48 km² and 87.39 km²， respectively， mainly distributed in the western Qilian Mountains and the desert area with serious desertification. （3） The low supply and high demand of the basin account for 8.2% of the total area of the basin， which is mainly distributed in the desert oasis transition zone， and its protection and optimization can reduce the degradation risk of the ecological network to a certain extent.

Key words: ecological network, circuit theory, ecosystem services, Heihe River Basin

CLC Number:

Q148

Aokang Xu, Tianqi Ji, Jing Shi. Construction and optimization of ecological network of the Heihe River Basin （Gansu section）[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(2): 61-70.

Figures/Tables 8

Fig.1 Overview of the study area

Table 1 Specific data sources and related descriptions

数据类别	数据格式	数据来源
土地利用	栅格，30 m×30 m	中国科学院资源环境科学数据中心（http://wwwresdc.cn）
DEM	栅格，30 m×30 m	中国科学院资源环境科学数据中心（http://wwwresdc.cn）
人口密度	栅格，1 000 m×1 000 m	中国科学院资源环境科学数据中心（http://wwwresdc.cn）
GDP	栅格，1 000 m×1 000 m	中国科学院资源环境科学数据中心（http://wwwresdc.cn）
土壤属性	栅格，1 000 m×1 000 m	世界土壤数据库(HWSD)中国土壤数据集
NDVI	栅格，250 m×250 m	美国地质调查局(USGS)
气温、降水	栅格，1 000 m×1 000 m	中国气象科学数据共享平台(http://data.cma.cn/)
雪盖因子数据	栅格，1 000 m×1 000 m	国家冰川冻土沙漠科学数据中心(http://wwwncdc.accn/portal/)
社会经济统计数据	表格统计	《中国统计年鉴》《甘肃发展年鉴》《甘肃农村年鉴》《甘肃省水资源公报》《张掖市年鉴》

Table 2 Ecosystem services assessment

类型	理论依据	计算公式	变量释义
食物供给	以归一化植被指数对农牧业产值空间化处理，农业产值以栅格NDVI值与耕地NDVI值的比分配，牧业产值以栅格NDVI值与草地NDVI值的比分配，水产品产值以栅格NDVI值与水域NDVI值的比分配，以表征各栅格的食物供给能^[28-29]	$G i = G s u m × N D V I i N D V I s u m$	$G i$ 为栅格i分配的粮食、肉类、奶类和水产品的产量； $G s u m$ 为流域粮食、肉类、奶类和水产品的产量； $N D V I i$ 为栅格x的归一化植被指数； $N D V I s u m$ 为流域耕地、草地和水域的 $N D V I$ 之和
碳固存	运用InVEST模型中的Carbon模块计算，土地利用类型碳密度系数根据Alam等^[30]和陈光水等^[31]的研究方法进行修正	$C s u m = ∑ i = 1 n (C i - a b o v e + C i - b e l o w +$ $C i - s o i l + C i - d e a d) × A i$	i为土地利用类型数量； $C s u m$ 为生态系统碳储量总和；C_i_-above，C_i_-below，C_i_-soil和C_i_-dead分别是第i类土地利用中地上、地下、土壤和死亡有机碳密度（单位：t·hm^-2）;A_i 为第i类土地利用类型的面积
防风固沙	通过植被的固沙量进行计算，裸土条件下的潜在风蚀量与植被覆盖条件下的实际风蚀量的差值^[32]	$S L s v = S L s - S L v$ $S L = Q y / y$	$S L s v$ 为潜在防风固沙量（kg·m^-2）； $S L s$ 为潜在土壤风蚀量（kg·m^-2）； $S L v$ 为实际土壤风蚀量（kg·m^-2）；SL为土壤风蚀模数（kg·m^-2）；y为地块长度； $Q y$ 为地块长度y处的沙通量（kg·m^-1）
产水	运用InVEST模型中的产水模块计算，即栅格的年降水量减去年实际蒸散量^[29,33]	$W x j = 1 - A E T x j P x × P x$	$W x j$ 为第j类土地利用、栅格x的产水量； $A E T x j$ 为第j类土地利用、栅格x的年实际蒸散量； $P x$ 为栅格x的年降水量

Table 2 Ecosystem services assessment

类型	理论依据	计算公式	变量释义
食物供给	以归一化植被指数对农牧业产值空间化处理，农业产值以栅格NDVI值与耕地NDVI值的比分配，牧业产值以栅格NDVI值与草地NDVI值的比分配，水产品产值以栅格NDVI值与水域NDVI值的比分配，以表征各栅格的食物供给能^[28-29]	$G i = G s u m × N D V I i N D V I s u m$	$G i$ 为栅格i分配的粮食、肉类、奶类和水产品的产量； $G s u m$ 为流域粮食、肉类、奶类和水产品的产量； $N D V I i$ 为栅格x的归一化植被指数； $N D V I s u m$ 为流域耕地、草地和水域的 $N D V I$ 之和
碳固存	运用InVEST模型中的Carbon模块计算，土地利用类型碳密度系数根据Alam等^[30]和陈光水等^[31]的研究方法进行修正	$C s u m = ∑ i = 1 n (C i - a b o v e + C i - b e l o w +$ $C i - s o i l + C i - d e a d) × A i$	i为土地利用类型数量； $C s u m$ 为生态系统碳储量总和；C_i_-above，C_i_-below，C_i_-soil和C_i_-dead分别是第i类土地利用中地上、地下、土壤和死亡有机碳密度（单位：t·hm^-2）;A_i 为第i类土地利用类型的面积
防风固沙	通过植被的固沙量进行计算，裸土条件下的潜在风蚀量与植被覆盖条件下的实际风蚀量的差值^[32]	$S L s v = S L s - S L v$ $S L = Q y / y$	$S L s v$ 为潜在防风固沙量（kg·m^-2）； $S L s$ 为潜在土壤风蚀量（kg·m^-2）； $S L v$ 为实际土壤风蚀量（kg·m^-2）；SL为土壤风蚀模数（kg·m^-2）；y为地块长度； $Q y$ 为地块长度y处的沙通量（kg·m^-1）
产水	运用InVEST模型中的产水模块计算，即栅格的年降水量减去年实际蒸散量^[29,33]	$W x j = 1 - A E T x j P x × P x$	$W x j$ 为第j类土地利用、栅格x的产水量； $A E T x j$ 为第j类土地利用、栅格x的年实际蒸散量； $P x$ 为栅格x的年降水量

Table 3 Threat source data for different habitat types

威胁源	权重	敏感水平				最大威胁距离	衰减类型
威胁源	权重	耕地	林地	草地	水域	最大威胁距离	衰减类型
建设用地	1.0	0.50	0.70	0.65	0.70	8	指数
公路	0.8	0.30	0.20	0.35	0.40	5	指数
铁路	0.6	0.25	0.20	0.35	0.45	3	指数
未利用地	0.3	0.25	0.30	0.40	0.20	3	线性
耕地	0.2	0.20	0.40	0.45	0.50	1	线性

Fig.2 Spatial distribution of ecosystem service importance classification

Fig.3 Spatial distribution of ecological sources and resistance surface

Fig.4 Spatial distribution of ecological corridors， ecological pinch points and barriers

Fig.5 Spatial distribution of ecosystem service supply and demand

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