景观生态学与生物多样性保护

景观生态学的发展为生物多样性保护提供了新理论,方法和技术手段,从景观多样性与遗传多样性,物种多样性,生态系统多样性各层次生物多样性之间的相互关系及生物多样性保护的景观规划等方面评述近年来景观生态学应用于生物多样性保护的主要内容及研究进展,阐述了生物多样性动态及反馈,生物多样性保护的地理途径（ＧＡＰ分析）,景观生态安全格局,区域和大陆尺度的生态网络等一些新的概念和方法。     

基于焦点物种的北京市生物保护安全格局规划

快速城市化进程中,城市及周边地区生物栖息地的丧失和破碎化对生物多样性保护构成严重威胁。如何在景观尺度上判别对于生物保护具有重要意义的栖息地及其空间格局成为了重要问题。选取快速城市化的典型地区——北京市作为研究对象,将焦点物种和景观安全格局方法相结合,对北京市生物保护安全格局进行判别和规划。根据焦点物种的定义和选取标准,将在栖息地类型、生物学特征等各方面具有代表性的大白鹭(Casmerodius albus)、绿头鸭(Anas platyrhynchos)、环颈雉(Phasianus colchicus)选作北京市的焦点物种,应用最小阻力模型和GIS空间分析技术,对焦点物种的栖息地适宜性进行分析,并建立物种运动的等阻力面,根据阻力面的空间特征对北京市生物保护安全格局进行规划。结果显示:规划后的安全格局的斑块数量、分离度、邻近距离显著下降,平均斑块面积和最大斑块指数显著上升;该格局用约60%的土地,保护了北京市主要生境类型及关键性空间格局,可有效缓解栖息地丧失和破碎化的问题,从而达到保护整体生物多样性的目的。这一研究方法和成果可为北京市生物多样性保护和城乡生态建设提供决策依据,也对同类研究具有借鉴价值。     

基于“三类分区框架”的黄河流域生物多样性保护策略

黄河流域生态保护与高质量发展已上升为重大国家战略, 研究黄河流域的生物多样性保护策略具有重要意义。本文将“为实现生物多样性保护和可持续利用的全球三类分区”实施框架(简称“三类分区框架”)应用于黄河流域。该框架将国土空间分为城市与农田(C1景观)、共享景观(C2景观)和大面积荒野(C3景观)三类分区。基于该框架, 首先描述了黄河流域三类分区的空间格局; 进而基于文献研究, 识别了黄河流域三类分区中5类生物多样性的直接威胁因素, 包括栖息地丧失和退化、气候变化、污染、过度开发与不可持续的利用和外来物种入侵; 最后以系统性的思路从国土空间规划、自然保护地、生态城市、生态农业、生态工程和河流生态系统6个方面, 提出黄河流域的生物多样性保护策略。本文的分析框架也有潜力应用于其他区域的生物多样性保护策略研究。     

景观遗传学：概念与方法

全球变化下的物种栖息地丧失和破碎化给生物多样性保护带来了新的问题和挑战,生物多样性保护必须由单纯的物种保护上升到栖息地景观的保护。景观遗传学是定量确定栖息地景观特征对种群遗传结构影响的一门交叉学科,在生物保护及自然保护区管理方面有巨大的潜力。从生物多样性保护的角度评述了景观结构与遗传多样性的关系,介绍了景观遗传学的基本概念,研究尺度和方法,并对景观遗传学当前的研究焦点及面临的挑战做了总结。     

基于物种分布的北京平原生态网络构建

高强度的城市化活动导致了生物栖息地破碎化、退化和消失,是生物多样性减少的主要原因。建立城市地区生态网络是保护生物多样性的重要途径。因其他物种数据可获得性差,以观测的典型鸟类群落为指示物种,探讨构建生态网络,可为城市生物多样性保护提供新思路。以北京市平原区为研究范围,重点基于86种鸟类分布大数据,通过Maxent模型掩膜生成栖息地源地并进行分级,在GIS技术的支撑下,以土地利用数据建立鸟类活动阻力面,采用最小累积阻力模型算法,模拟并形成了平原地区分级的生物多样性保护网络。研究结果表明,河湖湿地和城市公园组成了北京平原地区生态网络的优势景观类型,占平原区生态空间的81%。基于景观类型大小与物种数量的线性关系筛选出分级生物栖息地,其中一级生物栖息地58个,二级生物栖息地146个,通过模型模拟形成了平原地区生物多样性保护的一二级生态网络,共948条网络,长3760km。筛选出重要生态节点12处,关键生态廊道6条,是保护平原地区生物多样性的重要生态设施。该生态网络的实施对于提升首都平原区的生物多样性具有重要价值,研究结果可为国土生态空间优化提供重要科学依据和参考。     

基于过程视角的城市地区生物保护规划——以浙江台州为例

生境破碎化和生物过程的阻断是城市区域生物多样性面临的主要威胁。当前以物种为中心的生物保护规划对区域生境格局关注不足,而景观导向的思路缺乏生物过程考虑。随着保护生物学、景观生态学及景观规划的发展,将物种生物过程与生境格局相结合的综合方法日益得到认可。台州是中国东南沿海快速城市化区域,具备丰富的生物资源,但近年的分散城市化和大规模基础设施建设造成严重的生境破坏和物种丧失问题。本文以2种鸟类作为指示物种,将其生物过程信息与区域景观格局设计相结合:黑嘴鸥作为典型迁徙候鸟,季节性停留于当地泥质滩涂,其生物行为可视作一种垂直生境选择过程;白茎长尾雉作为本地重要留鸟,其生物过程兼有垂直生境选择和水平迁移。利用景观适宜性和景观安全格局方法从垂直和水平过程对指示物种适宜生境进行判别,并叠加构建城市区域综合生物保护基础结构,为类似地区提供参考。     

三江平原东北部湿地生态安全格局设计

以三江平原东北部为研究区域,采用"3S"技术和数学模型,根据景观尺度上生物多样性保护规划的景观生态安全格局方法,对三江平原湿地生物多样性保护进行规划设计.利用GAP分析方法预测湿地鸟类丰富度,并评价和计算了湿地鸟类干扰度,在此基础上构建物种运动阻力模型,并利用此模型计算物种运动阻力指数,建立物种运动等阻力面,在阻力面上识别战略点、辐射道和源间联接等景观组分.为了保护本区的湿地生物多样性,提出扩大保护区的面积、建立保护区与热点之间的廊道和设立微型保护地块的规划措施.提出的湿地鸟类多样性保护的景观生态安全格局技术与方法,不但为三江平原湿地及其生物多样性的保护和管理提供科学依据,而且丰富和发展了我国生物多样性保护的理论与方法.     

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。     

农业生物多样性保护的景观规划途径

农业生物多样性保护不仅关系到农业可持续发展,也是物种多样性保护的重要组成部分.近年来,生物多样性保护更加强调通过景观规划途径来实现.本文在回顾国内外关于景观结构对生物多样性影响一般性结论和研究结果的基础上,从景观、地块间、地块内3个尺度分别探讨了农业生物多样性保护的景观规划途径,并建议可以通过采取如下途径有效地保护农业生物多样性：1)在景观尺度上,维持较高比例的自然、半自然生境,注意农用地和种植作物的多样化,注重树篱等廊道生境的保护和建设;2)在地块间尺度上,构建农田边缘地带;3)在地块内尺度上,合理地规划作物种植密度、作物空间分布及采取间套作、轮作等方式.此外,大尺度景观规划途径的实施还需要诸如自然保护计划、土地利用规划及生态补偿等相关政策措施的配套与支持.     

景观生态安全格局的算法改进与应用

景观安全格局是一种有效的生物保护途径, 其构建应以生物运动的生态过程为基础。本文基于最小累积阻力模型, 运用效用公式法对景观安全格局中的缓冲区识别方法进行探索, 运用梯度算法对生态廊道(源间联结和辐射道)的识别方法进行了改进。结果表明, 在缓冲边界外的低阻力区且与源有一定距离但适合目标保护物种生存的生境孤岛可作为源的潜在区, 缓冲区边界内的高阻力区且与源距离较近但不适合目标保护物种生存的区域则可划分为生态修复区, 在生态廊道上与高阻力点交叉部分可识别为生态修复关键点。以武陵源风景名胜区为例, 构建了以猕猴(Macaca mulatta)为目标保护物种的景观安全格局, 建立了以4个离散分布的猕猴栖息地为源及其3个潜在区为补充的核心保护区域, 划定了多条辐射道和源间联结以改善栖息地之间的连通性, 并识别出了多个生态修复关键点。本文对景观安全格局中缓冲区和生态廊道的识别方法进行了改进, 在武陵源风景名胜区猕猴保护中的运用也具有生物保护上的实践价值。     

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。     

基于图论的两栖类生物栖息地网络规划——以黑斑侧褶蛙为例

生物多样性保护和生物栖息地网络建设是目前我国国土空间规划的重要内容,提升生物栖息地网络的景观功能连接度对生物多样性保护具有重要作用。目前,已有研究对生物栖息地网络规划进行了探索,但在实际规划层面仍缺乏可操作性强的技术方法支撑。本研究采用图论方法,聚焦国土空间规划中生物多样性保护和生态网络建设涉及的进行生物栖息地斑块重要性评价,以确定斑块优先保护次序;寻找最优新增斑块位置,以改善生物栖息地网络景观功能连接度;依据景观功能连接度的降低程度,判断建设项目的影响或评价规划新增建设项目的潜在影响3方面内容,在雄安新区两栖类生物黑斑侧褶蛙(Pelophylax nigromaculata)栖息地网络规划中进行应用研究。结果表明: 图论方法可以有效解决上述3方面的问题;本研究识别的5个最优新增黑斑侧褶蛙栖息地位置使栖息地网络整体景观功能连接度提升19%;通过评价G45高速公路对两栖类生物栖息地网络功能连接度的影响,找出了4个穿越通道设置以减弱G45高速公路的影响。     

Changing perspectives on biodiversity conservation: from species protection to regional sustainability

Biodiversity is the basis for ecosystem goods and services that provide for human survival and prosperity. With a rapidly increasing human population and its demands for natural resources, landscapes are being fragmented, habitats are being destroyed, and biodiversity is declining. How can biodiversity be effectively conserved in the face of increasing human pressures? In this paper, Ⅰ review changing perspectives on biodiversity conservation, and discuss their relevance to the practice of biodiversity conservation. The major points include The notion of balance of nature is a myth rather than a scientific concept; the theory of island biogeography is useful heuristically but flawed practically; the SLOSS debate is intriguing in theory but irrelevant in reality; the concept of minimum viable population and population viability analysis are useful, but technically inefficient and conceptually inadequate; metapopulation theory is mathematically elegant but ecologically oversimplistic; and integrative perspectives and approaches for biodiversity conservation are needed that incorporate insights from landscape ecology and sustainability science. Ⅰ further discuss some key principles for regional conservation planning, and argue that the long-term success of biodiversity conservation in any region will ultimately depend on the economic and social sustainability of that region. Both research and practice in biodiversity conservation, therefore, need to adopt a broader perspective of sustainability.     

景观中心度及其在生态网络规划与管理中的应用

构建连续性生态网络已成为生物多样性保护、生态环境安全管理、游憩和历史文化资源保护的重要景观规划策略,其规划与管理已受到广泛关注.关键景观组分的识别是生态网络规划与管理的重点和难点,为解决这一问题,本文借鉴图论网络分析理论提出了景观中心度的概念及度量方法,并探讨了景观中心度在生态网络规划与管理中的应用内容和框架.景观中心度方法虽然可为景观规划与管理中关键景观要素的确定和连续生态网络的构建提供新途径,但仍需从指标的生态意义、实验数据的分析和简单通用的分析软件等方面对该方法进行验证和完善.     

生物多样性保护的一个理论框架

稳定而复杂多样的自然生境有利于多样性的形成和保存,剧变并趋于简单化的干扰生境常使多样性丧失。现实中的森林破碎化使区域物种丧失。多样性保护要求具备促使物种能长久生存的生境。生物最小面积概念集中讨论物种长久生存与群落（景观）面积的关系,是多样性保护的最基本的理论基础。根据自然保护实践,提出最小景观,扩充了生物最小面积概念。讨论了生物最小面积概念在建立自然保护区的理论框架、了解被保护生物及其生境的自然特点以及建立更全面的自然保护网络等方面的应用     

Combined effects of landscape composition and heterogeneity on farmland avian diversity

Conserving biodiversity on farmland is an essential element of worldwide efforts for reversing the global biodiversity decline. Common approaches involve improving the natural component of the landscape by increasing the amount of natural and seminatural habitats (e.g., hedgerows, woodlots, and ponds) or improving the production component of the landscape by increasing the amount of biodiversity‐friendly crops. Because these approaches may negatively impact on economic output, it was suggested that an alternative might be to enhance the diversity (compositional heterogeneity) or the spatial complexity (configurational heterogeneity) of land cover types, without necessarily changing composition. Here, we develop a case study to evaluate these ideas, examining whether managing landscape composition or heterogeneity, or both, would be required to achieve conservation benefits on avian diversity in open Mediterranean farmland. We surveyed birds in farmland landscapes of southern Portugal, before (1995–1997) and after (2010–2012) the European Union's Common Agricultural Policy (CAP) reform of 2003, and related spatial and temporal variation in bird species richness to variables describing the composition, and the compositional and configurational heterogeneity, of the natural and production components of the landscape. We found that the composition of the production component had the strongest effects on avian diversity, with a particularly marked effect on the richness of farmland and steppe bird species. Composition of the natural component was also influential, mainly affecting the richness of woodland/shrubland species. Although there were some effects of compositional and configurational heterogeneity, these were much weaker and inconsistent than those of landscape composition. Overall, we suggest that conservation efforts in our area should focus primarily on the composition of the production component, by striving to maximize the prevalence of biodiversity‐friendly crops. This recommendation probably applies to other areas such as ours, where a range of species of conservation concern is strongly associated with crop habitats.     

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。