生物多样性保护廊道构建方法研究进展

生物多样性保护廊道对遏制生态系统退化及生物多样性丧失,改善生态系统服务功能,消除生境破碎化对生物多样性的影响,恢复珍稀濒危物种的种群数量,维护自然生态系统平衡稳定具有极为重要的作用。在近20年(1997—2017)国内外生物多样性保护廊道的相关研究分析的基础上,对廊道的概念、构建理论及方法应用进行了系统总结与探讨,分析了廊道构建理论的发展过程及适用性,分类总结了现有的廊道构建方法和17种廊道构建模型工具。研究分析表明,廊道作为一种新的生物多样性保护模式,已成为目前国际生态领域研究的热点之一,随着对物种景观运动过程认识的加深,廊道构建理论逐渐趋于成熟,与之匹配的廊道构建方法及模型工具进展迅速。借助遥感与地理信息技术,大范围,高精度的获取廊道模拟数据,并集成综合模型实现目标物种廊道的构建、保护和管理是今后生物多样性保护廊道构建研究的发展方向。最后,对当前该领域的研究现状和不足展开讨论并展望了未来发展,为我国生物多样性保护廊道的应用与实践及国家生态廊道体系的建设完善提供借鉴与参考。     

生物多样性保护廊道构建方法研究进展

生物多样性保护廊道对遏制生态系统退化及生物多样性丧失,改善生态系统服务功能,消除生境破碎化对生物多样性的影响,恢复珍稀濒危物种的种群数量,维护自然生态系统平衡稳定具有极为重要的作用。在近20年(1997—2017)国内外生物多样性保护廊道的相关研究分析的基础上,对廊道的概念、构建理论及方法应用进行了系统总结与探讨,分析了廊道构建理论的发展过程及适用性,分类总结了现有的廊道构建方法和17种廊道构建模型工具。研究分析表明,廊道作为一种新的生物多样性保护模式,已成为目前国际生态领域研究的热点之一,随着对物种景观运动过程认识的加深,廊道构建理论逐渐趋于成熟,与之匹配的廊道构建方法及模型工具进展迅速。借助遥感与地理信息技术,大范围,高精度的获取廊道模拟数据,并集成综合模型实现目标物种廊道的构建、保护和管理是今后生物多样性保护廊道构建研究的发展方向。最后,对当前该领域的研究现状和不足展开讨论并展望了未来发展,为我国生物多样性保护廊道的应用与实践及国家生态廊道体系的建设完善提供借鉴与参考。     

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。     

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.     

遥感在生物多样性研究中的应用进展

随着人口的持续增长, 人类经济活动对自然资源的利用强度不断升级以及全球气候变暖, 全球物种正以前所未有的速度丧失, 生物多样性成为了全球关注的热点问题。传统生物多样性研究以地面调查方法为主, 重点关注物种或样地水平, 但无法满足景观尺度、区域尺度以及全球尺度的生物多样性保护和评估需求。遥感作为获取生物多样性信息的另一种手段, 近年来在生物多样性领域发展迅速, 其覆盖广、序列性以及可重复性等特点使之在大尺度生物多样性监测和制图以及评估方面具有极大优势。本文主要通过文献收集整理, 从观测手段、研究尺度、观测对象和生物多样性关注点等方面综述了遥感在生物多样性研究中的应用现状, 重点分析不同遥感平台的技术优势和局限性, 并探讨了未来遥感在生物多样性研究的应用趋势。遥感平台按观测高度可分为近地面遥感、航空遥感和卫星遥感, 能够获取样地-景观-区域-洲际-全球尺度的生物多样性信息。星载平台在生物多样性研究中应用最多, 航空遥感的应用研究偏少主要受飞行成本限制。近地面遥感作为一个新兴平台, 能够直接观测到物种的个体, 获取生物多样性关注的物种和种群信息, 是未来遥感在生物多样性应用中的发展方向。虽然遥感技术在生物多样性研究中的应用存在一定的局限性, 未来随着传感器发展和多源数据融合技术的完善, 遥感能更好地从多个尺度、全方位地服务于生物多样性保护和评估。     

跨界保护区网络构建研究进展

跨界保护区网络是生物多样性保护网络的一种特殊形式,对保护国家或地区边界线附近丰富的生物多样性具有重要意义。构建跨界保护区网络已被列为《生物多样性公约》(Convention on Biological Diversity)框架下"保护区工作组"的一项战略任务,涉及生态、环境、经济、政治等多个领域,成为全球保护区研究领域的热点问题之一。然而,目前我国对跨界保护区的研究尚处于起步阶段,在如何构建不同尺度的跨界保护区网络等方面的研究仍有待进一步加强。在分析了全球、洲际、两个或多个国家和地区之间等不同尺度跨界保护区网络研究的基础上,综述了国内外基于"节点"-"廊道"模式的跨界保护区网络构建研究进展,并结合我国跨界保护区网络建设的实际情况,对我国未来跨界保护区网络构建研究进行了展望。     

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.     

喜马拉雅山哺乳动物物种多样性垂直分布格局

生物多样性的空间分布及其相关机制一直是生态学、生物地理学和保护生物学研究的热点问题。山地生态系统生境异质性和生物多样性高, 适合研究生物多样性空间分布及其相关机制。喜马拉雅山脉位于青藏高原南缘, 是全球生态热点区域。其地形复杂, 海拔落差大(100-8,844 m), 具有明显的垂直气候带。本研究通过整合野外调查和文献资料, 系统地分析了10目23科160属313种喜马拉雅山地区哺乳动物物种多样性的垂直分布格局, 发现该区域哺乳动物总体及其子集的物种多样性垂直分布格局都为左偏倚的中峰格局, 物种多样性在海拔900-1,400 m之间最高, 不同物种子集的物种多样性垂直分布格局的模式有所不同。UPGMA聚类分析表明, 喜马拉雅山地区哺乳动物群落沿海拔梯度可以划分为5个聚类簇(海拔100-1,500 m、1,500-2,000 m、2,000-3,000 m、3,000-4,200 m以及4,200-6,000 m的地区), 大致与该地区植被的垂直带分布相吻合。喜马拉雅山地区哺乳动物物种多样性在中低海拔最为丰富, 可能跟东洋界与古北界生物群扩散后的交汇地带相关。喜马拉雅山区贯通南北的沟谷是生物扩散和迁移的通道, 沟谷内水热资源较好, 气候稳定性高, 为高山生态系统内各种生物创造了栖息条件。综上, 喜马拉雅山沟谷地区是生物多样性热点地区, 也是生物扩散和交流关键的“生态走廊”, 应加强对喜马拉雅山沟谷地区的保护, 以维系该区域较高的生物多样性。     

宏生态尺度上景观破碎化对物种丰富度的影响

生物多样性的地理格局及其形成机制是宏生态学与生物地理学的研究热点。大量研究表明,景观尺度上的生境破碎化对物种多样性的分布格局具有重要作用,但目前尚不清楚这种作用是否足以在宏生态尺度上对生物多样性地理格局产生显著影响。利用中国大陆鸟类和哺乳动物的物种分布数据,在100 km×100 km网格的基础上生成了这两个类群生物的物种丰富度地理格局,进一步利用普通最小二乘法模型和空间自回归模型研究了物种丰富度与气候、生境异质性、景观破碎化的相关关系。结果表明,景观破碎化因子与鸟类和哺乳动物的物种丰富度都具有显著的关联关系,其方差贡献率可达约30%—50%(非空间模型)和60%—80%(空间模型),略低于或接近于气候和生境异质性因子。方差分解结果显示,景观破碎化因子与气候和生境异质性因子的方差贡献率的重叠部分达20%—40%。相对鸟类而言,景观破碎化对哺乳动物物种丰富度的地理格局具有更高的解释率。     

基于野牛生境选择的生物多样性保护廊道设计:来自西双版纳的案例

景观破碎化阻碍了物种在生境斑块间的扩散,阻断了物种的基因交流,增加了物种局部灭绝的风险,是生物多样性丧失的主要原因之一。通过建立生物多样性保护廊道,将分离的自然保护区连接起来,形成一个自然保护区网络,有利于提高生物抵抗局部干扰的能力。同时,也为生物多样性的长期保存提供了重要保障。本文结合亚洲发展银行大湄公河次区域（Greater Mekong Subregion）生物多样性保护行动计划的实施,在西双版纳州境内,以野牛（Bos gaurus）为对象,在2个自然保护区之间进行生物多样性保护廊道的设计,对生物多样性保护廊道的设计方法进行了一些有益的探讨。     

A river-based approach in reconstructing connectivity among protected areas: Insights and challenges from the Balkan region

Global efforts to halt biodiversity loss mandate the establishment of protected areas. In the face of habitat loss and climate uncertainty, large-scale networks of protected areas connected by corridors are needed to increase the dispersal and persistence potential of biota. For example, the recent European Biodiversity Strategy for 2030 defines clear targets for identifying, establishing and integrating ecological corridors, as part of a Trans-European Nature Network. Here, we examined whether rivers could serve as such corridors, facilitating landscape connectivity (i.e. extent to which landscape facilitates or impedes species movement, exchange of genes, natal dispersal and metapopulation dynamics) among protected areas hosted within different countries in the Balkan Peninsula, southeastern Europe. To quantitatively address this question, we calculated the proportion of the river network enclosed within a protected area per country to detect patterns of protection coverage and explored the degree to which spatial connections between 1878 protected areas are supported by the river network. Acknowledging that dams hinder instream continuity, we further quantified potential loss of connections between protected areas caused by the existence of already implemented or planned dam projects upon critical river habitats of endangered fish species. Our results highlight that Balkan rivers have great potential in providing the spatial connections needed to establish landscape connectivity between most of protected areas in the region. Still, heedless hydropower growth and dissimilarities in river protection between neighboring countries remain key challenges for the evolution of a relative framework. Transnational cooperation and systematic planning of infrastructure development could be the only efficient steps towards supporting the establishment of a river-based network to reconstruct connectivity between protected areas and meet biodiversity goals.     

The importance of blue and green landscape connectivity for biodiversity in urban ponds

The negative impact of urbanization on biodiversity can be buffered by blue (e.g., rivers, ponds) and green (e.g., parks, forests) spaces. However, to prevent biodiversity loss and reduce the risk of local extinctions, blue and green spaces need to be connected by corridors, so that organisms may disperse between sites. Landscape connectivity affects local community composition and metacommunity dynamics by facilitating dispersal. The goal of this study was to test the relative roles of pond environmental properties, spatial structure, and functional landscape connectivity on differentiation of invertebrate metacommunities in urban ponds in the city of Stockholm, Sweden. We characterized functional connectivity as blue connectivity (distance to water bodies), green connectivity (land use), and combined blue-green connectivity. We estimated functional connectivity by using electrical circuit theory to identify dispersal corridors. Interestingly, while circuit theory is often used in single-taxon studies, this method has rarely been applied to multiple taxa forming a metacommunity, as we have done in this study. Indeed, our study contributes toward an increased focus on the role of dispersal at the metacommunity level. We determined that functional connectivity was the most important factor in explaining community differentiation, with the local environment contributing comparatively little, and spatial structure the least. Combined blue-green functional connectivity had a major influence on structuring urban pond communities, explaining 7.8% of the variance in community composition across ponds. Furthermore, we found that increased functional connectivity was associated with an increase in the number of species. In summary, our results suggest that to preserve biodiversity in urban ponds, it is important to enhance functional connectivity, and that open green spaces could augment blue corridors in maintaining functional connectivity in urban pond metacommunities. To generalize these findings, future urban biodiversity studies should compare how functional connectivity affects metacommunities across multiple major cities.     

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。     

武汉城市圈生态网络时空演变及管控分析

武汉城市圈正历经城乡发展转型升级和空间格局调整,生态用地受到一定挤压和切割占用,生态系统功能和景观生态格局受到一定程度的扰动,为贯彻生态文明建设和绿色低碳环保发展的要求,构建以生态廊道、生态节点所组成的整体城市圈的生态网络空间体系。基于形态学空间格局方法和最小累积阻力模型构建4个时期（1990、2000、2010和2018年）的生态网络,利用景观连通性指数和重力模型对源地和廊道进行重要性评价,并提出武汉城市圈生态网络管控的建议。结果表明：（1）1990-2018年,武汉城市圈生态源地总体上表现为逐渐减少的趋势,从16个减少为10个;从空间上看,大型源地斑块并未发生变化,主要分布在研究区南部和北部,林地和水域是生态源地的主要组成景观,但细碎斑块大量减少对区域生态网络具有较大影响。（2）4个时期研究区的生态廊道分别为66条、120条、99条和45条,廊道数量呈现减少的趋势;重要廊道主要分布在研究区北部和东南部,对南北之间的物质和能量交换具有重要作用。（3）景观连通性南北高东西低,中部地区受人类活动干扰综合阻力大,东西部生态节点较少,物种迁移阻碍较大。（4）通过建设踏脚石、修复生态断裂点和廊道差异化保护策略以增强区域景观连通性,促进生物多样性保护,提升生态网络的稳定性。"两型社会"试验区设置后武汉城市圈生态网络水平呈现优化态势,但生态源地之间的相互作用关系还有待增强。研究结果为城市圈未来的国土空间规划和重要生态系统保护和修复工程提供科学参考。     

Impact of landscape and corridor design on primates in a large-scale industrial tropical plantation landscape

Tropical plantations are rapidly expanding as a source of industrial wood. In Indonesia, such large-scale industrial plantations are generally made of large mono-specific blocks interspersed with natural forest remnants. The extent and biodiversity value of these remnants vary as laws and regulations on their design and management are either unclear, without solid scientific basis or left to the interpretation of private companies responsible for the plantations. Our study area comprises of three Acacia mangium plantations, which have on average 18% of their total area set aside from production and conserved as natural forests. These remnant natural forests may, if appropriately designed and managed, be used to mitigate the negative impact of plantations on biodiversity by providing some degree of connectivity with and between remaining natural forest patches (such as the Tesso Nilo conservation area). We sampled natural vegetation in one and primate diversity in all three plantation sector and examined patterns of primate species richness and abundance with relation to spatial arrangement and dimensions of conservation area, which has been set aside from plantation production. We demonstrate unambiguously the critical importance of a well-connected network of natural forest corridors in the plantation landscape to maintain primates and discuss the potential biodiversity value of natural forest remnants in broad-scale industrial landscapes.     

Evaluating population connectivity for species of conservation concern in the American Great Plains

Habitat loss and fragmentation are widely recognized as among the most important threats to global biodiversity. New analytical approaches are providing an improved ability to predict the effects of landscape change on population connectivity at vast spatial extents. This paper presents an analysis of population connectivity for three species of conservation concern [swift fox (Vulpes velox); lesser prairie-chicken (Tympanuchus pallidicinctus); massasuaga (Sistrurus catenatus)] across the American Great Plains region. We used factorial least-cost path and resistant kernel analyses to predict effects of landscape conditions on corridor network connectivity. Our predictions of population connectivity provide testable hypotheses about the location of core habitats, corridors, and barriers to movement. The results indicate that connectivity is more sensitive to a species’ dispersal ability than variation in landscape resistance to movement. Thus, it may prove difficult to optimize conservation strategies to maintain population connectivity for multiple species with disparate dispersal abilities and independent distributions.     

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。     

Urbanization reduces genetic connectivity in bobcats (Lynx rufus) at both intra– and interpopulation spatial scales

Urbanization is a major factor driving habitat fragmentation and connectivity loss in wildlife. However, the impacts of urbanization on connectivity can vary among species and even populations due to differences in local landscape characteristics, and our ability to detect these relationships may depend on the spatial scale at which they are measured. Bobcats (Lynx rufus) are relatively sensitive to urbanization and the status of bobcat populations is an important indicator of connectivity in urban coastal southern California. We genotyped 271 bobcats at 13,520 SNP loci to conduct a replicated landscape resistance analysis in five genetically distinct populations. We tested urban and natural factors potentially influencing individual connectivity in each population separately, as well as study–wide. Overall, landscape genomic effects were most frequently detected at the study–wide spatial scale, with urban land cover (measured as impervious surface) having negative effects and topographic roughness having positive effects on gene flow. The negative effect of urban land cover on connectivity was also evident when populations were analyzed separately despite varying substantially in spatial area and the proportion of urban development, confirming a pervasive impact of urbanization largely independent of spatial scale. The effect of urban development was strongest in one population where stream habitat had been lost to development, suggesting that riparian corridors may help mitigate reduced connectivity in urbanizing areas. Our results demonstrate the importance of replicating landscape genetic analyses across populations and considering how landscape genetic effects may vary with spatial scale and local landscape structure.     

江苏省自然遗产地生态网络的构建与优化

自然遗产地是生物的重要栖息场所,而生态网络是连接自然遗产地的有效途径,如何有效和合理地构建自然遗产地之间的生态廊道,连接破碎生境,对保护自然遗产地生物多样性和区域生态安全具有重要意义。在Arc GIS 9.3的技术支持下,通过合理估算阻力阈值,采用最小耗费距离模型分析方法,构建江苏省省域范围内的自然遗产地生态网络保护体系,并在网络连通性指数分析方法的基础上对生态网络的连通性和有效性进行评价,针对性地提出自然遗产地生态网络的优化措施。研究结果表明:78.28%的林地、88.70%的滩涂滩地、94.37%的草地是自然遗产地生态网络的主要景观组成结构;自然遗产斑块本身对生态网络的构建有较大影响,其中面积较大、长条型的斑块对维持景观连通性的重要性程度贡献较大;研究区现状整体生态连通性指数仅0.001—0.003,连通性水平较差,通过构建生态网络,整体连通性水平可提高到0.044—0.046,可能连通性水平可达到0.074,表明自然遗产廊道的构建可提高景观的连通性水平;在现有生态网络结构的基础上,增加破碎斑块间的生态连接是优化生态网络体系的可行性策略。