评估不同尺度下农牧地对滇金丝猴景观连接度的影响

基于图论法原理,综合最小费用距离和猴群的最小家域,建立了滇金丝猴栖息地的潜在扩散廊道及廊道缓冲区。在此区域内,根据遗传距离与栖息地连接最小费用距离的相关性,确定了5个不同管理单元间猴群可能扩散的阈值,并根据此阈值计算获得可能连通性指数(PC)去评估不同尺度下农牧地对滇金丝猴栖息地景观连接度的影响。结果表明:在距离为2.15km的廊道缓冲区范围内,5个不同管理单元间猴群可能扩散的最小费用距离阈值为1600,在两个斑块之间的费用距离小于或等于1600时,两个斑块能够连接,猴群可能在这两个斑块进行扩散,超过费用距离1600时,两个斑块不再连接,即猴群在这两个斑块间不会扩散。景观尺度下,PC指数逐渐增加,意味着未来4种不同的农牧地改善情景(C1,C2,C3,C4)都将促进景观连接度的增加;在斑块尺度下,通过确定出的最佳距离阈值,将整个研究区域分成不同的组分,小于或等于阈值的相邻斑块被划分在同一个组分中,大于阈值则不在一个组分中,研究区域中的5个不同管理单元间的猴群被划分在3个不同的组分中,情景C1,C2中组分数量没有变化,意味着连接度没有发生改变,但在情景C3,C4中,组分数量减少,并与相邻的组分融为一个组分,意味着连接度发生改变,滇金丝猴的活动范围扩大,更有利于猴群的基因交流。研究结果将为滇金丝猴栖息地的保护、未来廊道的恢复建设提供科学依据,同时也能为类似的研究提供方法上的参考。     

基于生境斑块的滇金丝猴景观连接度分析

基于生境斑块,结合最小费用距离并运用图论法对滇金丝猴分布区进行栖息地连接度分析,研究利用猴群的现实分布结合Logistic回归模型确定了景观功能连接的最佳距离阈值,对于功能畅通的组分,以景观指数BC定量识别出作为"踏脚石"的优先保护区域;对于功能不连接的组分,绘制出最小费用路径,确定了该路径中优先恢复区域。结果表明:最佳的最小费用距离阈值为1400,该阈值下猴群主要存在于5个组分中,所有组分中猴群间的连接度优劣排序为组分3组分1组分5组分4,龙马山猴群(G15)没有"踏脚石"斑块使其与同一组分内的其他猴群相连接,应考虑优先恢复该区域的植被,研究成果对于该物种的保护和其他濒危物种的类似研究具有较强的参考价值和借鉴意义。     

基于景观遗传学的滇金丝猴栖息地连接度分析

结合景观遗传学,应用最小费用距离模型对物种栖息地进行连接度分析,能够为生物多样性保护和自然保护区管理提供更加真实准确及可实践操作的指导。选取滇金丝猴这一珍稀濒危物种,结合景观遗传学,应用最小费用距离模型对其栖息地进行了连接度和潜在扩散廊道分析。并且通过连接度的分析和制图绘制出了更为准确的种群间潜在扩散廊道,确定了受人工障碍影响的廊道及敏感区域。结果表明,研究区内的5个亚群中,仅S3亚群内的5个猴群保持着较好的连接度,总体来说,各亚群内的连接度相对于各亚群间连接度保持的较好。除S3亚群中猴群间的潜在扩散廊道较为理想外,其余种群间的潜在扩散廊道均受人工斑块的影响,多数廊道被人工障碍阻断,或面临即将被阻断的情况,对于滇金丝猴的扩散交流影响较大。敏感区域多集中在中南部的3个亚群间,这些敏感区域应作为景观恢复及保护区规划的重要优先区域。     

景观空间格局对滇金丝猴猴群分布的影响

结合景观生态学,建立研究区域景观格局分析与内部生物之间的联系,能够为生物多样性保护和自然保护区的管理提供更加真实准确及可实践操作的指导。借助遥感和地理信息系统软件,将滇金丝猴分布区内景观划分为适宜生境、次适宜生境、连接生境、天然阻碍及人为干扰5种类型,通过计算得到5种类型斑块的景观指数,并将其与滇金丝猴猴群出现概率及种群密度进行相关性分析。结果表明:(1)滇金丝猴猴群出现概率受人为干扰斑块影响较大,与人为干扰斑块面积所占比例呈负相关,与人为干扰斑块的权重边界密度呈正相关;(2)影响猴群分布密度的景观指数较多,其中除适宜生境斑块所占面积比及其权重边界密度与猴群密度呈正相关之外,其他指数均与猴群密度呈负相关;(3)现阶段对滇金丝猴生境保护最为直接的方法应该是增加适宜生境和次适宜生境斑块间的连通性,即增强这两类斑块的自然增扩潜力,同时减少人为干扰对猴群的影响;(4)对于自然保护的管理应当更加重视边界效应的作用,尽量保持适宜生境与其性质相近类型斑块的连通性,以提高景观质量。     

基于累积阻力的野生动物适宜生境斑块探测——以滇金丝猴为例

识别动物的适宜生境对野生动物保护、区域生态保护以及自然保护区的规划等具有指导意义。以滇金丝猴生存区域为例,选取7个影响滇金丝猴生境适宜性的主要因子：植被类型、海拔、坡度、坡向、距水系距离、距居民点距离、距道路距离,基于GIS技术,构建阻力面,确定累积阻力阈值,计算可达面积并据此划分斑块,结合现有猴群的栖息地分布、保护区设立对划分结果进行分析讨论。结果表明,区域内滇金丝猴的适宜生境面积整体占比较低,猴群移动受到人类活动干扰或水系阻隔的影响,其生境受到了不同程度的破坏,且生境适宜度表现出中部最高,北部次之,南部最差的规律。划分生境适宜性等级的方法,考虑到了明显地物对动物移动的较强阻隔作用,顾及到了空间连续性和斑块完整性,实验结果可反映出不同区域的生境适宜性差异。     

气候变化和人为干扰对中国三种金丝猴地理分布的未来影响

气候变化和人为干扰正成为物种多样性丧失的重要驱动力。本文基于MaxEnt模型,探讨气候变化和人为干扰对中国3种金丝猴（川金丝猴Rhinopithecus roxellana、滇金丝猴R.bieti和黔金丝猴R.brelichi）地理分布变迁的影响：（1）气候变化和人为干扰导致3种金丝猴在2000年和未来（2050年）的适宜栖息地面积减少,分布海拔升高,其中黔金丝猴适宜栖息地面积减少最大,川金丝猴在四川东北部、陕西西南部和湖北西北部的适宜栖息地,滇金丝猴在云南西部的适宜栖息地面积收缩;（2）人为干扰指数是导致金丝猴适宜栖息地面积减少的重要因素,最暖季度平均温度、降水量变异系数、最冷季度平均温度是分别影响川金丝猴、滇金丝猴、黔金丝猴适宜栖息地的最重要气候因子;（3）川金丝猴栖息地的西南部,滇金丝猴栖息地的中部具备高连通性,适合亚群之间的交流。基于上述结果,我们建议减少低海拔地区的人类活动,并加强在受气候变化和人类干扰影响严重的栖息地进行预见性保护,比如提前规划、扩大保护地范围,在栖息地连通性低的地区修建生态廊道。我们的结果为濒危动物的保护和生态廊道的修建提供了理论依据和技术支持。     

小相岭山系大熊猫廊道规划

廊道能有效地增加栖息地斑块间的大熊猫种群交流,降低种群灭绝的风险。小相岭山系是现存大熊猫种群数量最少的山系之一。通过MAXENT(Maximum Entropy)分析,发现小相岭山系存在7个相对隔离的栖息地斑块,栖息地破碎化严重。为了增加小相岭山系大熊猫种群交流,利用最小代价路径原理和电流理论,从保护管理角度出发,在该区域划定了9条连接大熊猫栖息地斑块的廊道。其中紫马-麻麻地廊道连接该区域面积最大、大熊猫痕迹点最多的两个栖息地斑块,生态意义重大,建议优先建设该廊道。此外,研究划定的多个廊道彼此邻近,甚至存在一定程度的重叠。将这些极其邻近或者重叠的廊道合并,并提出"廊道群"的概念。廊道群是两个或两个以上极其相邻的廊道构成的网状结构,廊道群作为景观上的网状结构,能同时连接多个栖息地斑块,更有效地增加多个栖息地斑块间的种群交流。由于农田的挤压,部分廊道难以达到大熊猫廊道的最低宽度需求(2230 m),制约了其生态效应的发挥,建议在以后的保护工作中探索农田区域的栖息地恢复方式。     

基于MaxEnt模型的人类干扰对滇金丝猴潜在分布的影响

滇金丝猴 (Rhinopithecus bieti) 是我国特有的濒危灵长类动物,预测其栖息地变化,评估人类活动影响,进而识别保护空缺,对该物种的保护具有重要意义。本文使用出行大数据估计人类出行密度,并将这一指标引入栖息地模型的构建;运用MaxEnt模型和空间分析技术分别构建自然环境和人类干扰两种情景下滇金丝猴的适宜栖息地模型,并分析自然环境与人类干扰两类共计11个变量对栖息地的影响。结果显示：(1) MaxEnt模型的预测精度较高,基于出行大数据的人类出行密度这一指标能很好表征人类干扰对栖息地的影响。(2) 模型预测得到滇金丝猴高适宜栖息地面积3 487.28 km²,认为影响滇金丝猴潜在分布的主要环境变量是海拔、年降水量、人类出行密度和距道路距离。(3) 人类干扰对滇金丝猴栖息地有明显的负影响 (使适宜栖息地面积相较于自然环境下减少9.32%),其中人类出行活动对滇金丝猴的栖息地干扰最为明显;同时还发现研究区78.8%的区域均受到一个或多个人类变量的较强干扰。(4) 在现有15个滇金丝猴群的活动斑块中,3个同时具有较高栖息地适宜性和较多人类干扰的斑块,可作为重点保护区域;同时发现栖息地质量在距道路和居民点约2 500 m处均出现明显拐点,可作为开展保护工作的缓冲区参考距离。降低这些区域的人类干扰强度,对滇金丝猴的生存具有更重要的现实保护意义。     

滇西北地区自然村对滇金丝猴生境质量的影响

在社会经济发展与生态环境发展逐渐失调的背景下,滇金丝猴作为中国特有的珍稀濒危物种,其生境质量的研究是平衡经济发展与物种保护的重要基础。选取滇西北地区2572个自然村的社会经济数据和344个样地运用GIS空间分析法的主成分分析和InVEST模型,研究滇西北地自然村发展对滇金丝猴分布区生境质量的影响,结果如下：(1)研究区南部自然村发展优于北部;(2)研究区北部的生境质量比南部高,北部自然村对滇金丝猴生境质量的影响比南部的自然村小;北部的生境稀缺性比南部高,生态稳定性差,需要制定优先保护策略;(3)猴群分布区内存留12个自然村,自然村发展对第3、6和14猴群(C3、C6和C14)的生境质量影响大,生境质量比较低;猴群C1、C12和C13分布区内的生境稀缺性较高,生境脆弱,需要优先加强规划;划定滇金丝猴优质生境、中等生境和低质生境区域,占比分别为26.85%、20.44%和52.71%。     

佛山市生态网络构建及优化

在快速城市化背景下,经济发达地区生境斑块破碎化问题尤为突出,生物多样性受到严重威胁,构建生态网络是连接生境斑块和保护生物栖息地的重要手段。本研究以发展较快的广东省佛山市为研究区域,利用连接度指数和形态学空间格局分析方法提取出生态源地,基于InVEST模型和最小累积阻力模型识别出潜在生态廊道,结合水文分析所提取出的辐射道,共同构建佛山市生态网络。通过增加生态源地和踏脚石、识别生态断裂点对生态网络进行优化,最后基于网络分析法和电路理论,从结构和功能两方面对优化前后的网络进行评价。结果表明: 佛山市生态网络由10个生态源地、8条重要廊道、37条一般廊道和11条辐射道构成。优化后新增生态源地7个、规划廊道17条、踏脚石13个、生态断裂点80个;优化后的生态网络闭合度指数、线点率指数、连接度指数分别为0.59、1.94、0.73,优化后的电流密度最大值由1.39升高至9.66,说明优化后的生态网络结构更加完善、连通性显著提升。     

Assessing the importance of individual habitat patches as irreplaceable connecting elements: An analysis of simulated and real landscape data

Habitat loss and fragmentation are considered to be severe threats to biodiversity, and maintaining natural levels of landscape connectivity may be one of the best responses to these issues. Graph-based habitat availability (reachability) metrics have been shown to be an appropriate method for a multifaceted but coherent landscape connectivity assessment. These metrics can be partitioned into three commensurate fractions (intra, flux, connector) that quantify the different ways in which habitat patches contribute to the overall landscape connectivity and habitat availability. In particular, the connector fraction measures the contribution of patches to the connectivity between other habitat areas as irreplaceable connecting elements or stepping stones. Because many conservation efforts and initiatives are focused on conserving or restoring corridors and other linkages between habitat areas, it is critical to understand more thoroughly the conditions under which investing in these connecting elements is an efficient management strategy. For this purpose, we analysed the contribution of the connector fraction in different simulated habitat patterns under different levels of habitat amount and fragmentation and in natural habitats for endangered forest bird species in Catalonia (Spain). We show that a prominent role of individual stepping stone patches as irreplaceable providers of habitat connectivity and availability arises only under a relatively narrow set of conditions, characterised by low habitat amount, high habitat fragmentation and modest to intermediate species dispersal abilities. We suggest that to support connectivity-related investments, it is necessary to focus on those few species or dispersal distance ranges that are likely to be both most dependent on and most benefited by the conservation or restoration of stepping stone patches. We conclude that the total amount of reachable habitat for a particular species is rarely determined by the contribution of individual connectors as the only dominant factor. Therefore, conservationists should be cautious not to overemphasise the importance of connectivity investments and to balance them with other conservation alternatives and strategies to promote species conservation in heterogeneous landscapes.     

Landscape connectivity and the role of small habitat patches as stepping stones: an assessment of the grassland biome in South America

Connectivity losses lead to a reduction of the amount of habitat resources that can be reached and used by species, and hence to a decline in the ranges and abundance of multiple taxa. Despite the recognized important role of small habitat patches for many species inhabiting fragmented landscapes, their potential contribution as stepping stones for maintaining overall landscape connectivity has received less attention. Using connectivity metrics based on a graph-theoretic approach we (i) quantified the connectivity of grassland patches in a sector of the Pampa region in Argentina, using a range of dispersal distances (from 100 to 10,000 m) representative of the scale of dispersal of different species; (ii) identified the most relevant patches for maintaining overall connectivity; and (iii) studied the importance of small patches (defined for different area thresholds of 5, 20, and 50 ha) as connectivity providers in the landscape. Although grassland patches were in general poorly connected at all distances, some of them were critical for overall connectivity and were found to play different crucial roles in the patch network. The location of small patches in the grassland network allowed them to function as stepping stones, yielding significant connectivity gains for species that move large distances (>5000 m) for the three area thresholds considered. Thus, under the spatial pattern of the studied landscape, species that move long distances would benefit from stepping stones, while less mobile organisms would benefit from, and mostly rely on the largest patches. We recommend that future management activities should (i) aim at preserving the grassland patches with the highest potential as stepping stones to promote landscape-level connectivity; and (ii) pay more attention to the conservation of key small patches, particularly given that usually they are those more vulnerable to land clearing for agriculture.     

人为干扰对神农架川金丝猴连通性及遗传多样性的影响

川金丝猴湖北种群是川金丝猴分布的最东缘,现主要分布于神农架国家公园和巴东自然保护区,其作为单独的管理单元,相对较低的遗传多样性、孤立的遗传状态和较小的种群数量,使得该种群面对环境变化脆弱性高。以神农架为研究区域,首先基于物种分布模型获得川金丝猴移动的阻力图层,利用电路理论分析适宜生境连接度;其次,设置道路和旅游两个人为干扰情景,运用最小费用距离模型与电路理论模型,分析道路和旅游活动对川金丝猴移动路径以及对不同亚群内和亚群间连通性的影响;最后,利用CDPOP软件模拟道路对川金丝猴遗传多样性的影响。结果表明:(1)神农架川金丝猴适宜生境分布较集中,生境斑块间存在多个潜在扩散区域;(2)道路改变了川金丝猴往来于南北生境间的最优路径,旅游干扰对川金丝猴移动路径无明显影响,其干扰主要在于川金丝猴对其具有回避性,回避距离为100 m;(3)道路显著降低金猴岭亚群内的连通性,并显著增加了所有亚群间的移动阻力,旅游活动对亚群内和亚群间的连通性无显著影响;(4)川金丝猴种群在150年内的遗传多样性呈下降趋势,道路的影响将加剧遗传多样性下降的程度。基于以上结果本文提出了针对性的保护建议,对于该物种的保护和其他濒危物种的类似研究具有较强的参考价值和借鉴意义。     

Improving landscape connectivity for the Yunnan snub-nosed monkey through cropland reforestation using graph theory

Habitat fragmentation is a threat to biodiversity because it restricts the ability of animals to move. Maintaining landscape connectivity could promote connections between habitat patches, which is extremely important for the preservation of gene flow and population viability. This paper aims to evaluate the landscape connectivity of forest areas as it relates to the conservation of the Yunnan snub-nosed monkey (Rhinopithecus bieti), an emblematic and endemic endangered primate species. Specifically, this study seeks to model ways to improve connectivity via cropland reforestation scenarios which incorporate graph theory and genetic distances. The connectivity improvement assessment is performed at two nested scales. At the regional scale, the aim is to quantitatively assess the gain in connectivity from different reforestation scenarios, in which croplands are replaced by different kinds of forest habitats. At the local scale, the goal is to prioritize and to locate croplands based on the gain in connectivity that they would provide if they were reforested. The results indicate that the four reforestation scenarios have different impacts on connectivity; the fourth scenario, in which reforestation is accomplished with plant species that provide optimal monkey habitat, yields the greatest increase in connectivity (+24% versus less than +2% for the others). Prioritization of the 1482 cropland patches shows that the 10 best patches increase connectivity from 0.04% to 9.1% as the isolation threshold distance increases. This kind of graph theoretic approach appears to be a useful tool for connectivity assessment and the development of conservation measures for species impacted by human activities.     

基于生态网络的江苏省生态空间连通性变化研究

经济社会高速发展背景下,人类土地利用强度加大,部分地区生境斑块趋于破碎,生物交流通道趋于阻断,研究生态空间连通性变化,有针对性的进行保护和修复,对区域可持续发展意义重大。研究以江苏省为例,采用形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）方法分析景观格局变化并识别重要生态源地破碎与新增情况,利用最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance,MCR）模型构建生态网络并分析生态空间连通性。研究选取整体连通性指数量化斑块/廊道的相对重要性;结合生态网络结构,具体分析廊道连通性的变化、原因及其影响;并运用电路理论、障碍改善方法识别廊道维护与疏通关键点,提出生态网络保护和修复建议。研究结果表明：（1）2000-2015年,江苏省生态网络呈现西密东疏的格局,局部地区生态节点破碎12处,新增5处,源地斑块整体趋于破碎;（2）新沂市马陵山风景区等6处节点的破碎使北部生态网络多条廊道结构功能下降,亟须修复;（3）因沿河防护林及道路林网建设,中部网络与北部网络间廊道连通性有所改善,但缺乏中间节点;（4）丹阳市打雁山丘陵节点的破碎使南部网络与长江湿地间联系削弱,宁镇山脉的结构重要性相对凸显;（5）东部沿海滩涂节点与其他节点间的联系尚处于薄弱状态,有待改善;（6）建议修复生态节点7处,新增生态节点7处,建设踏脚石44处,维护廊道关键点18处,疏通其中5处。     

综合模型法评估黄河三角洲湿地景观连通性

景观连通性是区域生态系统功能完整的重要表征。连通性的评估对生态系统管理和保护规划有重要意义。综合常用的景观连通性评估模型,即最小耗费距离模型与电路理论模型,根据生态网络构建的一般范式,采取两种不同阻力面赋值方案,对黄河三角洲的湿地景观连通性进行评估,并对比分析了两种模型的基本原理、工作性能、分析尺度等。结果表明：最小耗费距离模型能够识别最优生态廊道,为景观连通性评估提供基本模式。电路理论则能扩展到潜在生态廊道和关键生态点的量化识别,能确定具有生态功能的“夹点”和障碍区的空间位置。综合两种模型,可以量化评估黄河三角洲湿地景观连通性,空间化三角洲湿地保护恢复的管理目标,即潜在廊道和关键生态节点,为区域生态系统功能评估和管理提供精准的数据支持。     

生态保护区外斑块对景观连接度的影响评价

快速的城市化过程带来的生境斑块破碎化及损失会影响物种迁移、捕食等生态活动,对生物多样性构成威胁。然而,现有生态保护区可能无法覆盖其内生物的必要活动范围。生态保护区外的生境斑块对于维持生态过程也具有重要作用,因此识别生态保护区外的关键斑块并加以保护非常重要。以北京市延庆区为研究区,划分两种生境斑块,即核心生境斑块和潜在生境斑块,并基于图论构建生境网络。考虑地表覆盖类型、坡度、人类活动等因素构建生境阻力面。结合未来土地利用类型变化的模拟,研究城市化过程对区域生境网络和景观连接度的影响,选用CLUE-S模型模拟土地利用类型变化的格局。结合生境斑块特征和未来城市土地利用变化情况设计了3种未来生境变化情景。利用连接概率指数(PC)和网络连接度变化率(dI)评价不同生境变化情景下生态保护区外潜在生境斑块的景观连接度重要性,判断保护优先顺序,并分析景观格局变化对不同迁移能力物种的影响。结果表明：生态保护区外的全部潜在生境斑块对维持生境整体景观连接度有最大2.15%的影响,单个潜在生境斑块对维持景观连接度有最大0.28%的影响。此外,景观格局及其变化对不同迁移能力物种的影响差异显著,因此需针对保护物种和城市生境特征设计保护方案,研究区需要优先保护大中型斑块和位于关键位置的小型斑块。为了满足对生物多样性保护的需求,建议在区分生境斑块保护优先顺序时考虑生境斑块对景观连接度的贡献和城市化扩展过程的压力。研究为城市生物多样性保护和生境管理提供了方法参考。     

Identifying potential conservation areas in the Cuitzeo Lake basin,Mexico by multitemporal analysis of landscape connectivity

Lake Cuitzeo basin is an important ecological area subjected to strong human pressure on forest covers that are key elements for the long-term support of biodiversity. We studied landscape connectivity changes for the years 1975, 1996, 2000, 2003 and 2008 to identify potential conservation areas in the basin. We modeled potential distributions of the Mexican bobcat (Lynx rufus escuinapae) and the ringtail (Bassariscus astutus) – two terrestrial mammal focal species with contrasting dispersal capacities – and we determined their habitat availability and suitability in the basin. We then identified their optimal habitat patches and produced landscape cumulative resistance maps, estimated least-cost paths (graph theory approach), and elaborated current flow maps (circuit theory approach). For evaluation of landscape connectivity, we applied an integral index of connectivity (IIC) to each study period, and determined individual habitat patch contribution to the overall landscape connectivity. The IIC index had very low values associated with reduced availability of focal species habitat. However, our study showed the conservation importance of the surface of optimal habitat patch areas. The combined application of a graph-based approach and current flow mapping were useful, and complementary both in terms of estimating potential dispersal corridors and identifying high probability dispersal areas. This indicated that landscape connectivity analysis is a useful tool for identification of potential conservation areas and for local landscape planning.