基于不同网络构建方法的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

生境网络在支持物种长期存活中具有重要意义,由于受人类社会经济频繁活动的影响,迫切需要优化。选取城市化快速发展的苏锡常地区为研究区域,以湿地代表性鸟类白鹭为目标物种,利用2000、2010年土地利用/覆被数据,采用两种不同的网络构建方法,识别出恢复或新建生境节点或斑块,以及基于网络连接度并兼顾了集合覆盖问题遴选出重要新增生境节点,得到生境网络优化方案。结果表明:(1)恢复型生境节点对应的生境斑块面积在10—50 hm~2之间,以乔木林地为主;新建型生境节点对应的生境斑块是乔木林地和湖泊水库与河流兼而有之,均满足白鹭生境地类要求;优化的生境网络连接度较高、整体结构状况最好,兼顾了资源有限性下经济效益和生态效益最大化,与历史观测点实际情况较为吻合,可作为优化方案。(2)相同的生境斑块格局受生境格局时空变化、生态过程模拟方法及网络优化评判标准的影响,在采用不同网络构建方法时,会得到不同的网络结构及网络优化结果。采用时空格局变化与不同生态过程模拟相结合的网络优化方法,有助于分析格局-生态过程及网络结构变化情况,其思路为网络优化方法进一步深入研究提供了借鉴。     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。     

建设用地减量化的苏锡常地区土地利用格局优化——基于白鹭生境网络优化视角

建设用地减量化管理国家战略的本质就是土地利用格局优化,具有重要理论价值和实践意义。以建设用地减量化为背景、快速城市化苏锡常地区为研究区,采用目标物种白鹭生境网络优化为减量化依据的方法,旨在回答"建设用地怎么减?减哪里?减多少?依据是什么?"的土地利用格局优化问题。结果表明:1)白鹭核心生境斑块距离人为干扰源较远,需减量化的建设用地数量较少,但多数核心生境斑块面积小于平均值,破碎化现象较严重;白鹭迁移廊道受人为干扰严重,需减量化的建设用地数量为6542.1 hm~2,占减量化总面积的99%以上;生态核心区经过耕地占补平衡后,城乡建设用地二次减量213.7 hm~2、新增水田208.7 hm~2;研究区建设用地减量化总面积6755.8 hm~2。2)通过增加核心生境斑块面积、提高迁移廊道通达安全性,白鹭生境网络优化了。同时完成了建设用地总量减量化,实现了区域土地利用格局优化的目的。     

跨区域视角下苏锡常地区白鹭生境网络优化

打破行政界线,跨区域协同治理生态问题,是生态文明建设的必然要求。选取快速城镇化地区苏锡常为研究区域,地区优势物种白鹭为研究对象,在等量保护成本限定下,基于跨区域和分区视角,将保护成本用于生境斑块优化,通过设定不同的优化情景,确定新增生境斑块的优化顺序,计算出各情景下生态保护成本与生态收益提升值,对比不同优化方案下网络结构指数变化情况,进而探讨跨区域生境网络优化是否能够更好地实现物种保护的"最大覆盖问题"。结果表明:(1)新增生境斑块的总量和空间布局都呈现为不均匀分布,以苏州最多,无锡次之,常州最少;具有"网络连通性较高但保护成本较低"的斑块分布特征与之相同;(2)根据单位效益成本值大小对生境斑块优化排序,将保护成本优先用于"网络连通性指数较高而保护成本较低"的生境斑块。在等量保护成本限定下,跨区域生境网络优化比分区优化的网络连通性指数α、β、γ分别提升了13.17%、12.97%、13.76%,实现保护成本的生态效益提升最大化,更好地解决了物种保护的"最大覆盖问题"。     

基于景观功能性连接度的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

景观功能性连接在生境网络优化方面具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为研究区、白鹭为目标物种,采用2种景观功能性连接度测度方法相结合的方法,通过构建遴选阈值和恢复阈值、筛选功能性显著迁移廊道,识别新增生境节点及对应迁移廊道,构建出优化生境网络和优化生境干网。结果表明:1)优化生境网络的片区聚集程度及觅食地对筑巢地的依附性得到增强,优化生境干网与白鹭长距离迁移生境网络具有较高拟合度;2)优化生境网络和优化生境干网的α、β、γ3个网络结构指数值都有较大幅度增加。优化生境干网与优化生境网络相比,在生境节点和迁移廊道总数较少的情况下,具有网络结构指数值变化不明显的特性,为推荐方案。优化生境干网的提出,尤其为快速城市化地区物种多样性保护提供了一种新思路,即优化生境网络的保护底线方案,同时拓展了网络优化研究方法、强化了物种多样性保护在土地资源管理工作中的可操作性。     

土地利用变化对生境网络的影响——以苏锡常地区白鹭为例

生境网络对于物种更具有生态意义。研究土地利用变化对生境网络的影响,对破碎景观中种群的扩散和迁徙至关重要。研究结果有助于区域生境网络的恢复和完善,从物种的角度而非景观结构的角度优化生态网络。以城市化快速发展、土地利用变化明显的苏锡常地区为研究区域,优势湿地鸟类白鹭为代表物种,构建物种生境斑块约束条件概念模型,提出按照物种生活习性特征划分、选择生境斑块的方法,并从斑块和网络结构两个视角分析了土地利用变化对生境网络的影响。结果表明:(1)2000—2010年研究区白鹭生境的适宜地类总面积虽有所增加,但主要由于大量新增线性人为干扰致使白鹭生境网络质量下降;(2)白鹭生境网络在研究区不是全区覆盖的回路,基本由宜兴—溧阳片、无锡滨湖片、苏州吴中片和苏州阳澄湖片4个小片网构成,其完整程度按照宜溧片、滨湖片、吴中片、阳澄湖片降次排列;至2010年,宜溧片破坏最为严重,滨湖片和吴中片次之,阳澄湖片受破坏程度相对最弱。总体上,白鹭生境境况在10年间恶化明显,土地利用变化朝着不利于白鹭持续生存的方向发展。     

福建省自然保护区生态网络的构建与优化

自然保护区对维护物种多样性具有重要意义,但城市化的快速发展造成自然保护区不断被蚕食和破坏,保护区日益破碎,生物多样性不断减少.构建生态网络能够有效连接破碎生境,为物种保护提供空间保障.本文基于ArcGIS软件平台,在确定源地斑块和景观阻力面的基础上,采用最小耗费距离模型构建福建省自然保护区潜在生态网络,并基于连通性指数和重力模型对构建网络前后的连通性和廊道重要性进行定量分析和评价,最后提出生态网络优化的措施和对策.结果表明: 林地、草地、湿地是研究区潜在廊道的重要景观构成类型;面积大的生境斑块在网络中的重要性较高;构建网络后,景观整体连通性指数和可能连通性指数显著提高;不同斑块间的相互作用强度差异很大,但相互作用力大的斑块间的廊道在生态网络中的重要性程度较高.本研究结果可为福建省自然保护和规划提供科学参考和依据.     

基于网络效能分析的生境网络构建与优化——以苏锡常地区白鹭为例

从网络效能分析出发研究生境网络优化具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为小尺度研究区、苏锡常及周边15个城市为大尺度泛研究区、白鹭为焦点物种,通过采用引入并构建网络效能概念框架、识别和构建不同尺度生境网络、调整网络结构和转换网络结构特性相结合的方法,实现了跨尺度下白鹭生境网络优化。结果表明:1)依据大尺度迁移网络完善小尺度生境网络得到的方案一和改变方案一网络特性得到的方案二均是现状生境网络的优化方案;2)方案二与方案一相比,在平均路径长度值增加、聚类系数值减少、节点度概率分布幂次关系拟合度提高,即小世界特性减弱、无标度特性增强的基础上,测度网络连接度的α、β、γ指数值得到增加,同时新增生境节点和迁移廊道数量更少,具有更好的优化成效;3)从网络效能分析出发,有益于提高生境网络跨尺度下优化方案的可行性,其分析思路既丰富了网络优化的方法论研究,也为提高上位与下位规划空间契合度的实践提供了理论支持。但从网络效能概念框架看,如网络层级分析、其他尺度情景研究、网络质量测度指标等方面还亟待丰富与完善。     

快速城市化地区生态网络构建与优化——以北京市大兴区为例

快速城市化直接导致生境日益破碎化,景观连通性和生态系统稳定性降低,环境不断恶化。构建完善的生态网络能够有效缓解快速城市化带来的系列生态环境问题,是城市生态系统修复、生物多样性保护的重要途径。以北京市大兴区为例,基于2019年6-8月高分辨率遥感影像分类解译提取的土地覆盖数据,应用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连通性评价方法识别提取了生态源地,通过构建生态阻力面和运用最小累积阻力模型(MCR)识别了潜在生态廊道并应用重力模型对廊道系统进行了重要性分级,最后采用网络指数对研究区生态网络进行评价和优化,提出了有针对性的生态网络优化对策。结果表明:研究区核心区面积为349.42km²,占研究区总面积的33.73%;生态源地16块,总面积85.15km²,占总面积的8.2%;潜在生态廊道120条、生态节点49个,其中一级生态廊道39条、二级生态廊道81条。在生态网络优化方面,新增4块生态源地、70条规划生态廊道和17个生态节点,规划建设20处"踏脚石",识别修复72个主要生态断裂点。实施这些优化措施后,网络闭合(α)指数、点线率(β)指数、网络连接度(γ)指数均有所提高,表明生态网络连接度得到有效优化。研究区虽具备较丰富的绿地资源,但在快速城市化过程中出现了生态斑块破碎化、分布不均衡、连通性较差等生态问题,生态源地和廊道主要分布在西部、南部永定河流域绿地以及东南部平原造林区,应重点加强研究区中北部的生态建设与修复。生态网络的构建与优化对于该区域生态系统修复、生物多样性保护具有重要意义,也可为其他快速城市化地区生态建设与优化修复、生态空间可持续发展提供参考借鉴。     

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。     

Habitat preferences of tree pipit ( Anthus trivialis) and meadow pipit ( A. pratensis) at sympatric and allopatric localities

Habitat preferences of the tree pipit (Anthus trivialis) and the meadow pipit (A. pratensis; Passeriformes: Motacillidae) were observed during the years 1998–1999 at three localities in the Czech Republic; two with one pipit species only, and a third with both species present. We investigated one of the possible mechanisms allowing syntopic coexistence—different habitat selection. We characterised territories of each pipit pair by the habitats present in the territory (defined by dominant plant composition) and by quantitative parameters (territory size, height and density of the vegetation, number of look-outs of different height categories, and proportion of wet ground). Tree pipits preferred significantly higher vegetation of lower density than meadow pipits, and there was generally a higher number of high look-outs in their territories. However, in some of the preferred territories at the allopatric locality of the tree pipit, steep hill slopes could well substitute for higher look-outs, which were almost absent. The two pipit species at the sympatric locality occupied very different habitats, which was also reflected in quantitative parameters of their territories. The available data of pipit habitat at different European localities show that the two species can occupy a much wider range of habitats. The habitat separation in sympatry might therefore be one of the mechanisms allowing syntopic coexistence of both species.Communicated by F. Bairlein     

贺兰山马麝(Moschus chrysogaster)生境适宜性评价

马麝(Moschus chrysogaster)是我国特有种,在贺兰山分布数量不足百头,对贺兰山马麝进行生境适宜性评价是保护和恢复贺兰山马麝种群的前提和依据。2014—2016年通过样线法对贺兰山马麝的野外分布情况进行调查,确定了750个马麝出现位点,结合13个环境因子变量,利用最大熵(MAXENT)模型,并根据最大约登指数划分贺兰山马麝适宜生境及不适宜生境的分布区,对贺兰山地区马麝的生境适宜性进行评价。研究结果表明：在众多影响贺兰山马麝分布的环境因子中,针叶林、距水源距离、距护林点距离、海拔高度、距矿区距离和距道路距离六种环境因子影响较大;贺兰山地区适宜马麝分布的生境面积极小,仅占贺兰山地区总面积的3.27%,面积为120.24 km²,而不适宜生境面积为3 555.72 km²。利用受试者工作特征性曲线对模型进行检测,结果表明预测水平达到优秀,可以为马麝保护工作提供参考。为保护和恢复马麝种群,建议管理部门加强管理力度,严格控制人为干扰,识别和建立马麝各适宜生境之间的生态廊道,加强对零散分布的潜在适宜生境区域的利用。     

基于野外观测检验动物廊道选址模型的准确性——以白头叶猴为例

廊道构建是减少栖息地破碎化负面影响的重要策略之一。目前，已经有许多模型用于动物廊道的选址，而"选址模型是否能准确预测动物迁移的实际发生位置"一直是保护生物学最为关注的问题。最小成本路径模型（LCP）和条件最小成本廊道模型（CMTC）是两种较为常用的廊道选址模型。以白头叶猴（Trachypithecus leucocephalus）为目标物种，分别运用LCP和CMTC模拟生成白头叶猴迁移廊道，将模拟结果与野外观测廊道进行对比，检验两种方法的准确性。结果表明：与野外观测实际廊道相比，LCP模型模拟结果的完全准确率为46.7%，部分准确率为20%，完全不准确率为33.3%；CMTC模型模拟结果的完全准确率为26.7%，其余73.3%为部分准确，无完全不准确的结果；总体上看，CMTC廊道的准确率较LCP高，因而CMTC模型模拟白头叶猴实际迁移廊道位置的准确性优于LCP模型。输入"源"要素类型、阻力面栅格尺度设定、栖息地土地利用类型变化以及动物迁移行为复杂性4个因素是影响该模拟结果准确性的主要原因。     

大兴安岭南段马鹿生境适宜性分析与生态廊道构建

构建生态廊道在缓解生境破碎化对生物多样性的影响、维持濒危物种的遗传多样性、维护自然生态系统结构完整与功能稳定方面具有重要作用。以内蒙古大兴安岭南段分布的马鹿(Cervus elaphus)种群为研究对象,利用MaxEnt模型对其生境适宜性进行分析,并利用最小累积阻力模型构建潜在生态扩散廊道,探讨大兴安岭南段区域隔离马鹿种群的栖息地连通方案。结果显示,马鹿栖息地呈破碎化状态,种群有明显的隔离分布趋势,现有适宜栖息地具有海拔较低(800—1200 m)、坡度较缓(<15°)、靠近水源、植被类型多为靠近山林的灌丛或草地等特点。所构建12条生态廊道具有经过河流浅水节段、远离村落等特点,便于落实栖息地生态恢复管理措施。研究从区域尺度综合分析了大兴安岭南段马鹿栖息地现状及连通性,有助于优化适宜栖息地格局,促进马鹿扩散和栖息地连通,为该物种隔离种群及其栖息地保护规划提供现实指导和基础资料。     

Riparian buffer zones as elements of ecological networks: Case study on Parnassius mnemosyne distribution in Estonia

Territorial ecological networks (in US and some other countries known as greenways) are coherent assemblages of areas representing the natural and semi-natural landscape elements that need to be conserved, managed or, where appropriate, enriched or restored in order to ensure the favourable conservation status of the ecosystems, habitats, species and landscapes across their traditional range. An ecologically compensating areas network is a hierarchical system with the following levels: (1) core areas, (2) buffer zones of core areas, (3) corridors and stepping stones, and (4) nature development and/or restoration areas that support resources, habitats and species. Rivers form natural ecological networks and riparian buffer zones of rivers are typical elements of ecological networks. We studied the distribution of Clouded Apollo (Parnassius mnemosyne) and its habitat requirements in Estonia. Seventy-eight percent of all Clouded Apollo observations were recorded in riparian meadows along the banks of rivers with riparian strips consisting of bushes and trees. Detailed study showed that the butterfly is in most cases associated with meadows with a riparian strip of alder. This is the habitat of the food plant (fumeworth—Corydalis solida) of the larvae, the feeding and mating place of adults, and the migration and hiding site for the Clouded Apollo. The population area and number of individuals have been increasing during the last years, and a new growing South-Estonian sub-population of Clouded Apollo has also been discovered in Estonia.     

基于生态位模型的艾比湖国家级自然保护区马鹿生境评价

生境评价和预测是对濒危物种进行有效保护的基础。通过2013年9月和2014年10月对新疆艾比湖国家级自然保护区开展2次秋季野外调查共收集了92处马鹿(Cervuselaphus)出现数据,利用马鹿出现数据作为分布点数据,选取地形、植被类型和气候因子3类23种因子作为生境变量,利用MAXENT生态位模型分析了新疆艾比湖国家级自然保护区马鹿秋季生境适宜性分布特征和主要生境因子对马鹿分布的影响。结果表明:模型预测结果较高,平均AUC(area under the curve,受试工作者曲线下面值)值为0.976;Jackknife检验结果显示:最热月最高温度对马鹿生境分布的影响较大。植被类型和坡度对马鹿生境分布的影响不大。海拔、年降雨量、气温日较差和最热季平均温度是影响马鹿生境分布的主要生境因子。马鹿秋季生境划分为高适宜、次适宜、低适宜和不适宜4个等级,马鹿的高适宜生境区主要分布在研究区域的北部,次适宜及低适宜生境区则分布于高适宜生境区的边缘,而不适宜生境区主要集中在西部和东部地区。研究不仅提供了马鹿在艾比湖的实际分布状况,也为马鹿生境和生境因子的关系方面提供了一个重要的科学依据。     

栖息地荒漠化对草原沙蜥食性的影响

栖息地退化会使环境中蜥蜴的可利用食物资源发生改变。采用剖胃法对内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗和达拉特旗地区采集的草原沙蜥样本进行了食性分析。对固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘三类样地中77个实胃样本的652只(套)食物进行鉴定和分析的结果表明,这些食物主要为节肢动物,分为35类,隶属3纲11目32科;也在少部分个体(4.69%)的胃容物中发现少量(1.95%)植物碎片。上述三类栖息地中,草原沙蜥对蚁科、蚜科、瓢虫科、叶蝉科和茧蜂科昆虫均有较大的捕食比例;但相比固定沙区栖息地,草原沙蜥在半固定及流动沙丘中增减的食物种类均比较多,导致草原沙蜥在流动沙区与其他两类样地之间有较大的食物相异性。从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘,随栖息地荒漠化程度的增加,草原沙蜥捕食食物类群的丰富度逐步减少,辛普森优势度指数相应地下降,但营养生态位宽度、香农威纳多样性指数和皮洛均匀性指数却在流动沙丘栖息地上明显增大。这表明鄂尔多斯地区的草原沙蜥是以捕食昆虫等节肢动物为主、兼食极少量植物的杂食性动物。栖息地荒漠化所致的环境变化显著地影响草原沙蜥的食物组成,使其觅食的食物种类逐步减少。     

Habitat use by three Acrocephalus warblers in an intensively used farmland area: the influence of breeding patch and its surroundings

Habitat use by the sedge warbler Acrocephalus schoenobaenus, reed warbler A. scirpaceus and marsh warbler A. palustris was studied during 1998–2000 in an intensively cultivated agricultural landscape in western Poland. The birds occupied mid-field marsh patches (0.05–9.84 ha) and drainage ditches. Using logistic regression models, habitat preferences for particular patch type, characteristics of breeding patch vegetation and surrounding crop type were investigated. All habitat measurements were done within 50-m radius circles around breeding territory centers. The most important factors that influenced species distributions were the proportions of particular habitats within patch area and the type of surrounding crops. Sedge and reed warblers preferred areas with a high proportion of reeds and meadows. Marsh warblers avoided emergents other than reeds, and favored herbaceous vegetation and bushes. Open water areas positively affected reed warbler distribution. Crop type had a significant influence on within-year territory distribution and changes in between-year occupation pattern. In general, birds preferred to settle near fields of oil seed rape, while root crops and spring cereals were avoided. Breeding patch type and structure of reedbeds had relatively little influence on the distribution of breeding territories. The results obtained show that the surrounding landscape may significantly influence habitat use of species breeding in habitat islands in farmland. Depending on their structure and food resources, crops might have different value to the birds.     

水菜花种群潜在生境选择与空间格局预测

国家二级保护野生植物水菜花(Ottelia cordata)，喜生于清洁的水环境中，对环境变化极为敏感，是检验湿地环境及气候变化的关键指示物种之一，在我国仅零星分布于海南北部的火山熔岩湿地区，生存状况不容乐观。研究水菜花种群潜在生境选择及其空间格局演变，有利于加强濒危物种保护保育及湿地生态系统修复、管理。该研究基于GIS平台和MaxEnt模型，结合气候、地形和土壤因子，探究水菜花种群环境限制因子及其在气候变化背景下潜在适宜生境的演变格局。结果表明，水菜花种群对温差与降水量变化敏感，等温性、最冷季度降水量、土壤类型和年均降水量对水菜花种群分布影响显著；全新世中期-当前-2070年气候变化背景下，水菜花适宜生境面积先减小后增大，分布重心呈西南-东北-西南转移格局；未来气候情景下，水菜花种群高度和中度适宜生境缩减，低适宜生境增加，南部地区将出现新增适宜生境，东北、西北及西南部适宜生境将发生消减。该研究从气候环境角度论证了水菜花种群的潜在生境选择及空间变化特征，可为濒危物种保护保育、湿地管理及其生物多样性维护工作提供参考和指导。