《Land》：Construction of Dynamic Ecological Networks in Large-Scale Open-Pit Mining Areas on the Loess Plateau
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摘要专业翻译
黄土高原是典型的生态脆弱区，长期高强度露天开采引发了严重的植被丧失、生境破碎化及生物多样性下降。尽管融合电路理论与复杂网络拓扑的生态网络分析已成为主流连通性评估工具，但现有研究主要聚焦于城市群、自然保护区和山区，考虑采矿与复垦双重作用的长期动态网
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黄土高原是典型的生态脆弱区，长期高强度露天开采引发了严重的植被丧失、生境破碎化及生物多样性下降。尽管融合电路理论与复杂网络拓扑的生态网络分析已成为主流连通性评估工具，但现有研究主要聚焦于城市群、自然保护区和山区，考虑采矿与复垦双重作用的长期动态网络在大型煤田中仍缺乏充分认知。以平朔矿区为案例，本研究结合MSPA（形态学空间格局分析）、MCR（最小累积阻力）模型、电路理论及复杂网络方法，利用1985、1995、2005、2015、2025年五期遥感影像、DEM及道路数据，分析了41年时空变化并提出了2025年优化方案。生态源地占比由1985年的6.17%降至2015年的3.56%，随后回升至2025年的9.79%，以林地和草地为主导。廊道长度由150.90 km缩减至99.32 km，2025年网络平均度为1.82、平均路径长度为1.45，表明网络结构脆弱。在提出的优化情景下，节点连通性与网络稳定性预计将显著提升。本研究揭示了采矿与复垦如何共同塑造生态网络，为类似脆弱矿区生态安全规划提供了基于模型的理论框架。
论文解读
一、研究背景与问题
黄土高原作为典型的生态脆弱区，长期面临严重的水土流失和植被退化问题。大规模露天开采活动进一步加剧了景观破碎化，导致生态源地收缩与空间离散，道路和排土场等基础设施对生态廊道形成切割或阻断，显著削弱了物种迁移能力和区域景观连通性。现有生态网络研究多聚焦于城市群、自然保护区和山区等区域，对大型煤田在持续开采与渐进复垦双重压力下网络组分的长期动态演化缺乏充分认知。静态、单时相的生态网络分析无法捕捉采矿活动持续时间长、干扰强度高、空间覆盖广所产生的累积生态效应，难以支撑精准的生态修复策略制定。因此，开展跨越数十年采矿影响周期的动态生态网络研究具有重要的科学价值和实践意义。
二、研究内容与结论
本研究以平朔矿区为案例，该矿区位于山西省朔州市，面积380 km2，包含安太堡、安家岭和东露天三座超大型露天煤矿，采矿活动损毁土地面积占研究区总面积的42%。研究采用“边采边复”模式，选取1985、1995、2005、2015和2025年五期Landsat遥感影像，结合DEM、道路和河流数据，构建了跨越41年的动态生态网络，并基于2025年网络拓扑特征提出了情景化优化方案。
研究得出以下主要结论：生态源地占比从1985年的6.17%下降至2015年的3.56%，2025年回升至9.79%，以林地和草地为主导类型；生态廊道数量从71条减少至64条，总长度从150.90 km缩减至99.32 km；2025年网络平均度为1.82，平均路径长度为1.45，表明网络结构脆弱、整体连通性差。在基于低介数中心性优先加边的优化策略下，节点连通性和网络稳定性预计将显著提升。
三、关键技术方法
研究人员采用以下主要技术方法：一是MSPA（形态学空间格局分析），利用GuidosToolbox 3.3将林地与草地设为前景，识别核心区斑块作为备选生态源地；二是景观连通性分析，通过Conefor 2.6软件计算IIC（整体连通性指数）、PC（连通概率指数）和LCP（景观巧合概率指数），筛选面积大于1800 m2且连通性综合排名前30的核心斑块为最终生态源地；三是MCR（最小累积阻力）模型，基于LUCC、NDVI、高程、坡度、水系密度、道路密度、居民点密度和采矿点密度8个阻力因子，采用信息熵权重法构建综合生态阻力面；四是电路理论，通过Linkage Mapper工具箱和Circuitscape软件提取生态廊道、识别生态夹点和障碍点；五是复杂网络分析，利用Gephi 0.9.2软件将生态夹点和廊道抽象为节点和边，计算度、介数中心性、平均路径长度、聚类系数等拓扑指标。
四、研究结果
生态源地的时空演化。 通过MSPA和景观连通性分析发现，生态源地主要由林地和草地构成。1985年生态源地面积23.67 km2，占6.17%；随着采矿推进，2015年降至最低13.65 km2，占3.56%；2025年增至37.55 km2，占9.79%。空间分布上，生态源地由1985年的西北集中、东西向分布，转变为2025年的西南和北部集中、南北向分布，中部主要为露天采矿区。LUCC分析显示耕地持续减少，主要流向林地，采矿用地自1995年起持续扩张。
生态阻力面的构建。 基于8个阻力因子和信息熵权重法构建的综合阻力面显示，LUCC权重最高（0.216），是控制物种迁移阻力的主导因子。高阻力区集中于三大露天采矿区、排土场及西部城镇周边，低阻力区主要分布于植被覆盖良好的林地和草地。1985年阻力分布较为分散，1995年后中部和东部出现明显阻力聚集区，2015年整体阻力值升高，2025年虽局部有所缓解但总体仍处于高水平。
生态廊道与生态夹点的分布格局。 1985年识别出71条生态廊道，总长150.90 km，55个生态夹点；2005年廊道数量降至70条但总长增至188.75 km，生态夹点降至32个；2015年廊道数量回升至72条但总长骤降至122.44 km，夹点增至63个；2025年廊道减至64条，总长进一步缩减至99.31 km，夹点降至34个。高密度廊道主要分布于矿区外围植被覆盖良好的山地和林区，三大露天采矿区、排土场及西部城镇周边长期为廊道稀疏区或断裂带。
生态网络的拓扑特征。 将2025年生态网络抽象为复杂网络后，计算结果显示：平均度为1.82，网络整体复杂度低、结构简单、稳定性差；介数中心性大于0的节点仅7个，占20.59%，主要分布于研究区中部和北部；79.41%的节点介数中心性为0，主要位于林地与矿区交界处；平均聚类系数为0.147，表明局部聚集程度弱，缺乏紧密连接的稳定功能群落。网络直径为3，平均路径长度为1.45，具有一定小世界特征。偏心率显著低于网络直径的11个节点（占32.35%）位于东北部，构成网络核心区；偏心率接近或等于直径的2个节点位于南北边缘，连通性最差。
生态网络优化。 基于低介数中心性优先（LBF）加边策略，识别出8个加边节点（3、5、7、11、18、27、29、34），新增5条廊道（3–27、5–18、5–29、5–34、7–11），总长21.37 km。优化后生态夹点从34个增至42个，廊道从64条增至69条，平均度从1.824升至3.740，景观连通性从0.294升至0.489，聚类系数和平均最短路径长度均有所提升，网络连通性和稳定性显著增强。
五、讨论与结论
讨论部分。 研究指出，生态源地面积在1985至2015年间持续下降，反映了露天开采等人类活动的负面影响；2025年达到峰值，体现了国家对矿山生态修复的重视和修复项目的成效。林地成为主要生态源地类型，而草地因多为采矿后人工复垦、生态质量尚未达到核心栖息地标准，未被识别为主要源地。廊道长度与源地空间分布密切相关：源地分散时廊道加长，源地集中时廊道缩短。研究还发现，尽管后期生态修复取得初步成效，但廊道网络重建滞后于源地恢复，整体连通性仍较弱。研究局限性包括：阻力因子选取的全面性有待验证；十年间隔可能无法完全解析年内和十年内的生态网络变化；研究区以行政区划界定，未充分考虑地理单元的完整性；缺乏对未来生态网络状态的预测。
结论部分翻译。 （1）1985至2015年，平朔矿区生态源地占比从6.17%降至3.56%，2025年达到峰值9.79%。2025年生态源地主要集中于西部地区，南北之间连通中断。采矿及其他人类活动严重阻碍了矿区内的生态流动，破坏了整体生态平衡。（2）研究期间，生态廊道总数从71条减少至64条，总长度从150902.82 m缩减至99315.15 m。源地相距较远区域间廊道稀缺，整体连通性较差。（3）研究区中北部为核心区，景观连通性高，是重要廊道的交汇枢纽，需重点保护；南北两端为边缘区，物质和能量交换受阻，需加强廊道建设以提升生态网络整体连通性。（4）平朔矿区生态网络是采矿活动、矿山修复和自然因素共同作用的结果。实施矿区生态修复时，须统筹考虑采矿活动与自然因素，重视景观要素间的生态连通性，以提升整体修复成效。
