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。     

基于MSPA与最小路径方法的巴中西部新城生态网络构建

目前快速城市化导致了生境斑块的日益破碎化,景观之间的连通性不断降低。构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,增加绿地景观的连通性,对生物多样性保护具有重要意义。以高度景观破碎化的四川省巴中西部新城为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,提取出对研究区生态网络构建具有重要生态意义的核心区和桥接区两类景观要素,并选用整体连通性(IIC)、可能连通性(PC)和斑块重要性(d I)等景观指数,分别对核心区和桥接区进行景观连接度评价,遴选出对维持景观连通性贡献最大的10个核心区生境斑块作为生态网络的源地,并根据斑块对维持景观连通的重要性程度将其他核心区和桥接区进行类型划分,以此作为景观阻力的赋值依据,融入消费面模型中,最后采用最小路径方法构建了研究区潜在的生态网络,并基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。研究结果表明,MSPA方法能够科学的辨识出研究区内对生态保护具有重要意义的结构性要素,例如作为物种栖息地的核心区和物种迁移通道的桥接区,这些要素是生态网络的重要组成部分;景观连通性的计算,明确了研究区景观要素的保护重点,为最小路径方法中的景观阻力赋值提供了重要的参考信息;基于MSPA与最小路径方法的生态网络分析框架综合了现有景观结构性要素识别、连通性分析以及物种潜在迁移路径分析等方法,将景观中潜在的生态源地和结构性廊道的连通性作为构建生态网络的重要基础和主要依据,从而使得生态网络的构建更科学。研究结果可为高度破碎化地区生态网络的构建提供重要的参考与依据,对其他地区生态网络的构建也具有一定的借鉴意义。     

东江源区陆域生态网络构建与评价

构建生态网络,加强破碎生境间的连接是生物多样性保护的重要措施之一。本研究以江西东江源区为研究区,利用最小累积阻力模型构建生态网络,并利用整体连通性指数、可能连通性指数以及形态学空间格局分析方法对生态网络的连通性和景观功能进行评价。结果表明:东江源区生态网络由15个生态源地、14条重要生态廊道和9个踏脚石组成;本研究所构建的生态网络能够提升东江源区生态源地间的连接度,提高绿色景观的完整性。研究结果可为东江源区生态网络的构建提供指导。     

白头叶猴(Trachypithecus leucocephalus)栖息地景观格局的时空变化

运用3S技术,以1973年MSS影像和1999年TM影像为主要数据源,研究了白头叶猴(Trachypithecus leucocephalus)栖息地26a间景观格局的变化特征,并探讨了景观格局的变化及其对白头叶猴的影响.结果表明:1973年至1999年间白头叶猴栖息地景观格局变化剧烈,九重山、咘遵和弄官山3片区域内景观斑块平均面积平均减少了34.89%,聚集度平均下降了12.23%;同时景观多样性指数平均增加了14.15%,景观形状指数平均增加了31.08%,边界密度平均增加了36.39%,破碎度指数平均增加了64.17%;林地景观类型面积平均减少了18.50%,而农田、居民点等人为景观面积则大幅增加.栖息地景观格局的剧烈变化和环境质量的降低,改变了白头叶猴原始的生存环境,将会对白头叶猴的生存产生严重的影响.     

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。     

白头叶猴（Trachypithecus leucocephalus）栖息地景观格局的时空变化

运用3S技术,以1973年MSS影像和1999年TM影像为主要数据源,研究了白头叶猴（Trachypithecus leucocephalus）栖息地26a间景观格局的变化特征,并探讨了景观格局的变化及其对白头叶猴的影响。结果表明：1973年至1999年间白头叶猴栖息地景观格局变化剧烈,九重山、咘遵和弄官山3片区域内景观斑块平均面积平均减少了34.89%,聚集度平均下降了12.23%;同时景观多样性指数平均增加了14.15%,景观形状指数平均增加了31.08%,边界密度平均增加了36.39%,破碎度指数平均增加了64.17%;林地景观类型面积平均减少了18.50%,而农田、居民点等人为景观面积则大幅增加。栖息地景观格局的剧烈变化和环境质量的降低,改变了白头叶猴原始的生存环境,将会对白头叶猴的生存产生严重的影响。     

生态网络视角下武汉市湿地生态格局分析

城市湿地是城市发展的重要生态保障。快速城市化进程导致湿地景观破碎化,威胁湿地生态系统安全。生态网络通过廊道连接重要生境斑块,基于生态网络分析城市湿地生态格局,不仅可了解湿地的空间分布情况,还可反映湿地系统的结构与连通性特征。以武汉市为研究区,利用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)方法识别湿地源地,结合地表景观类型、地形坡度及人类活动强度因素构建综合阻力面,采用最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance, MCR)提取生态廊道构建湿地生态网络,最后对网络进行重要性分级。分析网络的结构及区域特征,结果表明:武汉市湿地规模较大,但破碎化严重且空间分布不均;网络空间结构不完备但景观结构良好,重要廊道多位于城市边缘斑块间且集中分布在南部地区;各区域湿地格局特征不同,江夏区及汉南区湿地资源丰富且斑块质量高,廊道分布多且景观结构较好但重要性不高,黄陂区及东西湖区湿地总量少且形态破碎,区内廊道少、重要性低且景观结构有待改善,新洲区湿地规模小,廊道分布较少且景观结构不完善,但湿地及廊道重要性均较高。研究结果将为武汉市湿地保护与建设工作提供科学依据。     

基于景观格局与过程的云南省典型地区道路网络生态效应

利用概率连接度指数的量化分析方法,分析了云南省典型地区道路网络对景观格局、生态过程以及景观功能的影响.结果表明：研究区道路网络加剧了区域景观的破碎化程度;道路网络对不同生态过程的迁移路径结构、数目以及分布的影响有所不同,影响程度随迁移扩散能力的增加而增加;道路网络总体上降低了景观维持生态过程连续性的功能（不同情景平均下降超过10%）,使各个斑块在景观中的功能退化（平均下降超过40%）,影响程度随迁移扩散能力的增加而增加.     

基于景观功能网络概念的景观格局优化——以台湾地区乌溪流域典型区为例

景观格局连通度与景观功能联系程度息息相关,不论维持生态稳定或促进城市社会经济发展,都必须提升景观结构的空间联系。选择台湾地区乌溪流域典型区为研究区,面对台湾地区城市发展所造成的生态环境品质降低及自然栖息地破碎化等问题,期望通过生态功能网络构建,维护生态稳定及制约建成区的无序蔓延。基于景观功能与结构相互作用理论,景观功能的空间强度受景观类型、空间结构及相对距离的影响而产生差异,利用耗费距离模型,结合景观类型、景观格局特征、景观功能相互作用以及生态系统服务功能价值等分析方法,分析了台湾地区乌溪流域典型区的生态功能空间差异,进而基于最小累积耗费算法构建生态廊道,提出景观格局优化方案,以作为台湾地区未来景观生态建设的参考。     

三峡沿库城镇生态网络构建与优化——以重庆开州新城为例

生境破碎化是城市生物多样性保护和生态系统完整性面临的主要威胁。构建生态网络,提高生境斑块间的连接水平,可以有效缓解城市生态环境问题。在当前三峡库区快速城镇化、栖息地破碎与部分生境消失不可避免的背景下,本文以库区开州新城为例,从有利于乡土树种扩散定居过程为切入点,以GIS技术为支撑,应用最小费用模型模拟潜在路径,构建城市生态网络;并结合图论功能连接度指数验证网络连接的最优阈值,评价并划分斑块/连接的重要等级,从而确定新城栖息地/廊道保护、恢复的优先顺序。本研究筛选得到75个生境源斑块;乡土树枫杨种子传播的最远距离300 m是网络模拟、评价的适宜阈值。在该距离条件下,识别出98条路径连接,其中重要性高的路径主要分布在澎溪河-汉丰湖沿岸,包括规划院附属绿地与湖滨公园连接,跨江高速大桥两侧的湖滨绿地连接;若这两条连接被移除,网络整体连接度将下降19.1%。此外,研究发现,网络路径连接的重要性与其两端的斑块重要性不存在显著相关,但与斑块所处的空间位置及其自身形状特征有关。针对网络现状与模拟空白区存在的问题,本文提出了相应的网络优化对策。研究结果可为三峡库区城市/镇开展生态网络规划提供参考依据。     

景观历史对物种多样性的影响: 以内蒙古伊敏露天煤矿为例

矿产开采等人类活动极大地改变着生态环境和景观格局, 景观变化又是导致区域和全球物种多样性丧失的主要原因之一。然而, 物种多样性对周边景观变化响应的时间尺度问题往往被人们忽略。作者以内蒙古草原区伊敏露天煤矿为例, 从物种和功能群两个层次上, 探讨了不同的空间范围(1 km、2 km、3 km、4 km、6 km、8 km、10 km)内在不同时期(1975年、1990年、2000年、2010年)的景观格局(景观优势度指数、生境综合连接度指数和生境连接度概率指数)与生物多样性之间的关系。结果显示: 当前物种多样性与开矿前和开矿初期周边景观格局之间的相关性更高, 而且与4–8 km缓冲区范围内景观格局之间的关系更加密切。不同功能群物种丰富度与景观格局之间的关系不同, 其中, 多年生根茎禾草物种丰富度和当前小尺度(1–3 km)景观格局之间呈显著相关; 多年生杂类草和开矿前和开矿初期大尺度(4–10 km)景观格局之间相关显著; 多年生丛生禾草与景观格局的相关性并未达到显著水平, 但是随着空间尺度的增加出现单峰趋势, 在6 km范围上最高; 灌木、半灌木与景观格局的相关关系随着空间尺度的增加而增加; 一二年生草本与景观格局的相关性始终最低。为此, 本文得出如下结论: (1)物种多样性对周边景观格局变化的响应存在一定时间的滞后, 人类当前不合理的土地利用方式可能引起未来一段时间内该地区一些物种的消失; (2)区域种库决定小尺度物种多样性的大小, 研究区4–8 km范围内具有连通性的生境斑块是主要的种库资源; (3)植物的繁殖策略及种子传播方式是破碎化生境中物种多样性维持的重要机制。     

基于不同视角与方法的北京市密云区生境规划对比

由快速城市化导致的生境破碎化严重影响了生态系统的服务功能。因此,保护与规划城市生境尤为重要。然而目前科学的生境规划设计方法仍有待探索,因为生境的定义具有不同的视角与内涵。基于保护生物学与景观生态学理论,对比了物种视角与景观视角下的2种规划思路,并结合北京市密云区的生境规划,分析对比2种方法的规划结果。在物种方法中,首先选取承担多种生态作用的豹猫为目标物种,运用HSI模型并结合专家赋值法和层次分析法确定每个评价因子的权重,最后通过ArcGIS计算选取高适宜性源地并建立生态网络。景观方法则基于ArcGIS、Guidos、Conefor等软件平台,采用MSPA和景观连通性分析方法,选取重要核心区源地并建立景观生境网络。研究结果表明,2种方法的源地分布差异较大。因此生境规划不能盲目选择一种方法,需有机结合2种方法得到源地与廊道结果。根据地块承载的生境生态功能重要程度确定源地核心保护区,以实现最佳的生境规划和有效的生态系统服务。     

河口三角洲湿地健康生态圈构建:理论与方法

河口三角洲湿地生态环境保护和区域开发的矛盾突出,对湿地生态圈健康和栖息地生态功能产生直接而强烈的影响.健康的河口三角洲湿地生态圈是由自然过程的连续性、生态系统的连通性、生境的异质性以及食物网的多样性等多种因素共同决定的.本文讨论了健康湿地生态圈构建的基础理论,综述了景观生态网络构建、水文连通性网络构建、食物网构建以及生境异质性栖息地营建的理论与方法.在区域和景观尺度上,以土地利用-生态系统完整性为主线,阐明了湿地破碎化对湿地生态功能的影响,特别强调景观完整性、水文连通性对湿地栖息地的影响;在生态系统和群落尺度上,以食物网-生态系统稳定性为主线,强调食物网多样性、生境异质性对湿地生物圈构建的支撑作用.基于景观完整性、水文连通性、生境异质性和食物网多样性构建健康湿地生态圈,可为湿地生态环境保护和建设提供科学依据和技术支撑.     

Landscape connectivity dynamics based on network analysis in the Xishuangbanna Nature Reserve,China

Lack of landscape connectivity and habitat loss is major threats to biodiversity and ecosystem integrity in nature reserves aimed at conservation. In this study, we used structural pattern and functional connectivity metrics to analyze the spatial patterns and landscape connectivity of habitat patches for the Shangyong sub-reserve of the Xishuangbanna Nature Reserve from 1970, 1990, and 2000. On the basis of vegetation and land cover data, we applied the equivalent connected area ECA(PC) indicator to analyze the changes in forest connectivity. Four distance thresholds (2, 4, 8, 12 km) were considered to compare the patch importance of connectivity by dECA values. The results showed the declining trends of landscape connectivity measured by ECA(PC) index from 1970 to 2000. The importance of connectivity in each forest patch varied with the increment of dispersal distances at the patch level, and some important habitat patches, which exhibit a potential to enhance landscape connectivity, should be given more attention. The least-cost pathways based on network structure were displayed under four dispersal distances in three periods. The results showed that the number of paths among the fragments of forest patches exhibited radical increases for larger dispersal distances. Further correlation analyses of AWF, ECA (IIC), and ECA (PC) showed the weakest and least-frequent correlations with the structural pattern indices, while H presented more significant correlations with the PD fragmentation metric. Furthermore, Kendall's rank correlations between the forest patch area and functional connectivity indicators showed that dECA (PC) and dAWF indicators should provided the area-based prioritization of habitat patches. Moreover, the low-rank correlations showed that dF and dLCP can be considered as effective and appropriate indicators for the evaluation of habitat features and network patterns.     

景观生态网络研究进展

作为生态学重要的概念与方法,生态网络是景观生态学研究的热点问题,也是耦合景观结构、生态过程和功能的重要途径。景观生态网络对于保护生物多样性、维持生态平衡、增加景观连接度具有重要意义。从景观生态网络的相关理论、研究进展、研究方法模型等进行分析,并对其应用前景进行展望,主要介绍了传统景观格局分析、网络分析、模型模拟等方法的适用性与特点,并分析了景观生态网络在城市景观格局优化、自然保护区规划、生物多样性保护、土地规划等领域的应用,最后提出了研究的主要问题。     

城市化背景下景观破碎化及连接度动态变化研究——以昆明市为例

城市化不仅改变景观类型和组成,也导致空间形态变化与自然生境连接度的降低,刻画不同城市化过程中人工表面、耕地与自然生境的空间关系对于研究其景观生态效应,尤其是对不同景观之间的相互作用以及结构和功能的变化具有重要意义。以云南省昆明市为研究区,分析了1990—2015年城市扩张导致的破碎化与形态变化对景观连接度的影响。利用城市破碎指数(UFI)刻画景观破碎水平,进一步基于形态学空间格局分析(MSPA)得到耕地和自然生境的七类景观形态要素(核心、岛状斑块、桥接、环岛、孔隙、边缘和支线),选取了3种边缘宽度比较边缘宽度对景观形态的影响差异,然后通过概率连接度指数(PC)和斑块重要值(dPC)评估景观连接度的变化。在4 km×4 km的网格基础上计算平均UFI和dPC,利用三维曲面分析不同变量之间的相关性。结果表明:过去25年间,昆明市人工表面不断扩大,占用大量耕地并导致景观破碎度的增加,速率呈逐年增加的趋势;MSPA结果显示,耕地表现出持续稳定的消减,自然生境景观形态类型前期变化不大,2010年后有较大幅度改变,表现出从稳定、波动到破碎的过程,不同边缘宽度下存在显著差别,边缘宽度越大则连接度变化越为明显,表明城市化对小型绿色斑块影响较大;斑块重要值与UFI的变化表现出一致性,变化集中于东部地区,随着UFI的增加景观连接度逐年降低;相关性分析显示,随着破碎度的增加,景观连接度经历了从波动到稳定下降的过程。总体上,昆明市城市化造成耕地的持续减少,虽未造成大面积自然生境丧失,但在一定程度上降低了连接度,需要从空间格局上加以管控,避免对整体景观连接度产生负面影响。     

Developing a functional connectivity indicator to detect change in fragmented landscapes

Biodiversity indicators are increasingly used to assess progress towards conservation targets. Particular indicators are required to assess the impacts of habitat fragmentation on landscape connectivity and biodiversity value. This paper recognises that connectivity is best defined by the interaction between species and the landscape in which they occur, and proposes a functional approach to assess connectivity. The approach utilises an incidence function model (IFM) as a spatially explicit method to assess potential species-level connectivity. The standard IFM connectivity measure is modified to account for the influence of the surrounding landscape matrix on edge impacts (through a weighted internal edge buffer) and ecological isolation (through an assessment of least-cost distance to account for landscape permeability). It has been recognised that such patch-based connectivity measures can provide misleading results when used to examine change, as they only focus on between patch movements. As a result, a modified hybrid IFM, based on a combination of patch and cell-based approaches, is developed to account for both within (intra) and between (inter) patch connectivity. The resulting probability of functional connectivity (PFC) indicator was evaluated, alongside a patch-based connectivity measure, through the application to four model landscapes based on changes (2 negative and 2 positive) to a control landscape. The four model landscapes illustrate the impact of landscape change on habitat area, edge impacts and matrix permeability. The proposed PFC indicator successfully discriminated between the two negative and the two positive changes to the control landscape, whereas, the patch-based connectivity measure detected change successfully within three of the four landscapes. The PFC indicator predicted a decrease in intra and inter-patch connectivity following habitat loss and fragmentation (negative change 1), whereas patch-based connectivity measures indicate an increase in connectivity between fragmented patches. The proposed PFC indicator offers the opportunity to take the necessary species-based perspective to examine functional connectivity, incorporating habitat preference, dispersal probability, edge impacts and ecological isolation/permeability. The urgency to assess changes in connectivity and support conservation policy means that there is little time to wait for more complete data. We believe the proposed approach provides a robust balance between the data required and the biologically meaningful indicator produced.