基于鸟类边缘种行为的景观连接度研究——空间句法的反规划应用

在城市森林及其他生态景观的研究与规划中,结合特定物种(使用者)行为的景观连接度已得到业界越来越多的重视。为了给基于物种行为的景观连接度提供新的建模和分析理念,拟将建筑及城市规划学科中一种可靠的人工智能语言通过反规划思想引入景观生态学领域,通过模拟演绎展示空间句法在研究中的优越性。鉴于鸟类边缘种的栖息地景观构型特点,将空间句法轴线图借用于基于鸟类边缘种行为的景观连接度研究。首先介绍了传统景观连接度的量化方法及物种迁移模型,通过文献综述归纳出此类研究方法的局限性;接着,由反规划启蒙提出将空间句法模型引入"边缘种-栖息地"互动研究的设想;最后,以贺州城市森林规划为例,利用空间句法轴线图探究基于鸟类边缘种行为的景观连接度。模拟实验旨在展示轴线图模型能反映物种对不同景观元素非等权重的选择行为,并可根据物种邻域感知信息预测其复合尺度的行为。     

不同等级道路对生态网络的影响——以福州市为例

道路的扩张导致生态网络破碎化加剧及其景观连接度受阻,科学分析不同等级道路对景观连接度及生态网络的影响对指导道路规划和生态保护具有重要意义。本研究以福州市为研究区域,基于2020年道路网络、土地覆盖类型、数字高程模型等数据,运用形态学空间格局分析和电路理论在不同物种扩散距离(1、3、5、10 km)范围内进行生态网络构建,并在景观-斑块-廊道尺度分析不同等级道路(高速公路、城市快速路、一级公路、二级公路)对景观连接度的影响。结果表明：在景观尺度,整体景观连接度与物种扩散距离呈显著正相关,其中,高速公路、城市快速路、一级公路、二级公路均在10 km物种扩散距离范围内导致整体景观连接度的下降率最低,分别为15.6%、5.3%、1.5%、5.2%;在斑块尺度,在不同等级道路的比较中,高速公路在1、5 km物种扩散距离范围内导致斑块连接度的下降率最大,一级公路在3、10 km物种扩散距离范围内导致斑块连接度的下降率最大;在廊道尺度,城市快速路在5 km物种扩散距离范围导致整体最低成本路径的成本加权距离、整体最低成本路径的成本加权距离与其长度之比、整体有效阻力和廊道总长度的上升率最高,分别为43....     

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。     

厦门市重点保护植物空间优先保护格局研究

生物多样性保护对维持城市生态系统功能具有重要意义。以39种厦门市重点保护植物为对象,通过物种分布模型MaxENT获得物种潜在分布栅格图,利用空间保护优先化定量工具Zonation软件识别理论上既适宜重点保护植物生存又能够保证景观连通性的区域,获得本地重点保护植物景观保护等级。根据2020年全球生物多样性目标,将景观保护等级最高的17%区域视为多物种空间优先保护区,结合Zonation模型生成的随景观丧失物种加权灭绝风险曲线,将保护等级最高的8%区域划为一级保护区,保护等级在8%-17%范围内的区域划为二级保护区。利用MaxENT模型中的jackknife刀切法发现海拔是对本地重点保护植物分布影响最大的环境因子,优先保护区集中分布于海拔较低的海岸带区域。将优先保护区与自然保护地建设现状、厦门市生态功能区规划、土地利用规划、城市总体规划对比发现厦门市岛外西部、北部的优先保护区得到了较好保护;岛外的西南部及东南部、岛内的东部及南部海岸带的优先保护区被建设用地大规模占用,已纳入自然保护地范围的区域较少,存在大量的海岸带优先保护区保护空缺;岛外东南部的部分优先保护区虽未被占用,但规划中属发展备用地,缺乏生态保护。为避免优先保护区面积的进一步萎缩,应重点关注海岸带区域优先保护区的生态保护,将目前属于发展备用地的优先保护区转划为生态留白空间,针对一级、二级优先保护区分别实施刚性和弹性的生态保育措施,在保护生物多样性的同时,严控对海岸带区域优先保护区的进一步开发利用,协调优先保护区内保护与开发利用间的关系。     

基于空间优先级的福州市中心城区绿色基础设施网络构建

在城市用地极为紧张、生态环境保护遇到严峻挑战之际,如何高效构建绿色基础设施(GI)网络并识别相对重要的景观生态要素显得尤为重要。本研究以福州市中心城区为例,基于形态学空间格局分析方法与景观连通性评价对GI网络中心进行识别及优先级划分,使用最小成本路径及重力模型等方法提取各级潜在廊道,并利用密度分析和盲区分析对GI节点进行提取及优先级划分,得到优化后的GI网络。结果表明: 福州市中心城区一级网络中心主要分布于南北两侧,中部网络中心面积小且分散,景观综合阻力呈现外围低、中间高的趋势,整体连通性较差;利用现状廊道及潜在廊道构建的GI廊道体系有效增强了网络中心之间的连通性;提取GI节点为物质能量流通提供“中转站”,可改善部分区域存在基质阻力过大、连接廊道过长等问题。GI要素的空间优先级划分,使得GI网络的构建更加科学,可为未来福州市市域GI网络规划期限与建设时序提供参考。     

生物多样性保护的景观规划途径

景观规划设计在生物多样性保护中起着决定性的作用。基于不同的保护哲学,生物多样性保护的景观规划途径主要可分为两种：一是以物种为核心的景观规划途径,另一种是以景观元素为核心和出发点的规划途径。前者首先确定物种,然后根据物种的生态特性来设计景观格局,后者则以各种尺度的景观元素作为保护对象,根据其空间位置和关系设计景观格局。多种空间战略被认为有利于生物多样性的保护,包括保护核心栖息地、建立缓冲区、构筑廊道、增加景观异质性和引入或恢复栖息地。落实这些空间战略必须首先回答选择什么和在什么地方设计上述景观元素的问题。对此,目前尚没有很好的答案。传统的生物保护战略被动地强调现存濒危物种和景观元素的保护,如果将物种运动和生态过程作为一个能动的景观控制过程来对待,我们将会有一种全新的景观规划途径。其中有三个方面的概念对这种新的景观规划途径有启发意义：即景观的空间构型对生态过程的作用,生物进化空间轨迹与景观格局设计及景观阻力与潜在的生态基础设施的设计。景观生态安全格局正是在这些方向上的一个新的探索。     

GI引导下的采煤塌陷地生态恢复优先级评价

生态恢复优先级评价是恢复生态学研究的热点之一,而退化生态系统被恢复为何种类型是确定生态恢复优先级的前提和重点。以徐州市为研究区,将城市绿色基础设施(GI)作为塌陷地生态恢复的目标,在GIS技术支撑下,从塌陷斑块恢复为GI的适宜性及其对维持GI景观连接度的重要性两个方面,综合评价了采煤塌陷地生态恢复优先级。研究结果表明,徐州市超过半数的采煤塌陷斑块具有较高的GI生态适宜性,相对集中在5个片区;各塌陷斑块维持景观连接度的重要性分布不均匀,贾汪片区中部及北部塌陷斑块对维持景观连接度的作用非常显著;二者叠加后各塌陷斑块的综合适宜度具有明显差异,将其划分为5个生态恢复优先等级,较高优先等级分布于贾汪片区中部、董庄片区北部、庞庄西片区中部,建议将其纳入城市绿色基础设施予以优先恢复并立法保护。     

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。     

三江平原湿地鸟类丰富度的空间格局及热点地区保护

全球气候变化和人类的开垦开发活动使湿地生物多样性遭到严重的干扰和破坏,导致生物多样性空间分布格局及热点地区的保护成为研究的热点。在对三江平原湿地鸟类预测的基础上,利用空间自相关方法分析三江平原湿地鸟类丰富度的空间分布格局,并找出湿地鸟类多样性的热点地区及优先保护顺序。研究结果表明,三江平原湿地鸟类丰富度高高集聚区主要分布在保护区及周边地区、河流和湖泊沿岸,是新建和扩建自然保护区的最佳区域。湿地鸟类丰富度高低集聚区主要分布在农田景观中,将它们设立成微型保护地块对于区域景观生态安全具有重要意义;利用湿地鸟类物种丰富度、国家级保护湿地鸟类、生境类型和结构、距最近保护区距离、破碎度、干扰度等指标,在研究区内共找到13个热点地区,总面积为1018.7km²,占研究区总面积的8%;利用系统聚类分析,将13个热点地区划分成3种优先保护顺序。构建的小区域范围内寻找生物多样性热点地区的方法,为相关政府部门更有效地进行湿地生物多样性的保护和管理提供科学依据。     

景观连接度的概念、度量及其应用

景观连接度是指景观促进或阻碍生物体或某种生态过程在源斑块间运动的程度,反映了景观的功能特征。景观连接度理论与方法是景观评价、管理和生态规划的重要基础,对于区域可持续发展和生物多样性保护等方面的研究都具有重要指导意义。综述了国内外近10a来有关景观连接度概念、度量方法及其生态学意义的最新进展,并探讨了景观连接度与景观要素间的关系及其潜在应用前景,以期为深入开展景观空间格局与生态过程间关系的研究与应用提供参考。     

基于空间优先级的快速城市化地区绿色基础设施网络构建——以南京市浦口区为例

绿色基础设施是一个由自然区域和其他开放空间相互联系的网络。在城市空间极为有限的情况下,如何有效构建城市绿色基础设施网络并识别那些具关键性景观生态功能的网络要素显得极为重要。为了给城市绿色基础设施网络的建设和管理提供新的建模与分析理念,以快速城市化的南京市浦口区为例,采用MSPA方法并结合景观连通性指数,遴选出了对维持景观连通性贡献最大的生境斑块作为绿色基础设施网络的网络中心,进而采用最小路径方法构建了研究区潜在的绿色基础设施网络,并尝试利用空间句法分析,基于结构优化视角对绿色基础设施网络进行优先级的识别,从而使绿色基础设施网络的构建更科学。研究结果可为快速城市化地区绿色基础设施网络的构建提供一种研究思路与方法,对绿色基础设施网络要素的优先级评价也具有一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

深圳市生态用地景观连通性动态评价

生态用地是快速城市化地区敏感的土地利用类型,景观连通性是研究景观结构和景观功能互馈关系的重要途径.利用1996-2008年深圳市土地利用数据和基于图论的整体连通性指数、可能连通性指数和斑块重要值,对深圳市生态用地的景观连通性进行动态评价,试图从空间上识别出维持整体景观连通性的重要斑块,并结合深圳市基本生态控制线,评价生态控制线内外生态用地景观连通性的变化.结果表明:1996-2008年,深圳市生态用地全局连通性基本呈下降趋势,维持连通性的重要斑块的重要程度及其分布均发生变化;基本生态控制线对维持线内生态用地的景观连通性发挥了一定作用.     

Identifying spatial components of ecological and evolutionary processes for regional conservation planning in the Cape Floristic Region, South Africa

Abstract. Conservation seeks ultimately to protect and maintain biodiversity indefinitely. Most biodiversity features targeted in past conservation planning have been largely aspects of ecological and biogeographical pattern rather than process. However, the persistence of biodiversity can only be ensured through consideration of the ecological and evolutionary processes that underpin biodiversity, as well as its present spatial pattern. This paper identifies spatial surrogates of ecological and evolutionary processes for regional conservation planning in one of the world's biodiversity hotspots, the Cape Floristic Region. We identified six types of spatial components (namely edaphic interfaces, upland–lowland interfaces, sand movement corridors, riverine corridors, upland–lowland gradients and macroclimatic gradients) as surrogates for key processes such as ecological and geographical diversification, and species migration. Spatial components were identified in a GIS using published data and expert knowledge. Options for achieving targets for process components have been seriously compromised by habitat transformation. Between 30 and 75% of the original extent of the spatial components currently remain functional. Options for achieving upland–lowland and macroclimatic gradients are very limited in the lowlands where most of the habitat has been transformed by agriculture. We recommend that future studies place their research on ecological and evolutionary processes in a spatially explicit framework. Areas maintaining adaptive diversification (e.g. environmental gradients, ecotones) or containing historically isolated populations should be identified and protected. The spatial dimensions of eco-logical processes such as drought and fire refugia also need to be determined and such insights incorporated in conservation planning. Finally, connectivity within these areas should be ensured to maintain species migration and gene flow.     

A Framework to Optimize Biodiversity Restoration Efforts Based on Habitat Amount and Landscape Connectivity

The effectiveness of ecological restoration actions toward biodiversity conservation depends on both local and landscape constraints. Extensive information on local constraints is already available, but few studies consider the landscape context when planning restoration actions. We propose a multiscale framework based on the landscape attributes of habitat amount and connectivity to infer landscape resilience and to set priority areas for restoration. Landscapes with intermediate habitat amount and where connectivity remains sufficiently high to favor recolonization were considered to be intermediately resilient, with high possibilities of restoration effectiveness and thus were designated as priority areas for restoration actions. The proposed method consists of three steps: (1) quantifying habitat amount and connectivity; (2) using landscape ecology theory to identify intermediate resilience landscapes based on habitat amount, percolation theory, and landscape connectivity; and (3) ranking landscapes according to their importance as corridors or bottlenecks for biological flows on a broader scale, based on a graph theory approach. We present a case study for the Brazilian Atlantic Forest (approximately 150 million hectares) in order to demonstrate the proposed method. For the Atlantic Forest, landscapes that present high restoration effectiveness represent only 10% of the region, but contain approximately 15 million hectares that could be targeted for restoration actions (an area similar to today's remaining forest extent). The proposed method represents a practical way to both plan restoration actions and optimize biodiversity conservation efforts by focusing on landscapes that would result in greater conservation benefits .