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。     

基于成本收益分析的生境网络优化——以苏锡常地区白鹭为例

引入经济学成本收益分析方法对于生境网络优化保护具有重要现实意义。以苏锡常地区白鹭生境网络优化为例,通过分别构建研究区生境网络保护成本与提升收益测算体系、模拟多种情景和优化方案、成本收益分析的方法,实现了满足不同约束条件的优化方案。结果表明:(1)最大收益累积情景下的方案在总收益最高的基础上,实现了保护总成本较低的目的;最佳效益累积情景下的方案在研究区土地资源有限和保护总成本最低的基础上,实现了优化成效最佳的目的;(2)最佳效益累积情景下的方案在实现成本最低的基础上,兼顾到了优化成效的最大化,适宜于土地资源稀缺且城市化快速发展地区;(3)有限效益累积情景作为最佳效益累积情景的基本模式,其优化方案在一定范围内可以兼顾到成本较低和成效较高。将经济学与生态学相结合的网络优化方法,综合考虑了研究区的生态、经济和社会等现实因素,极大的提高了网络优化方案操作的可行性,其思路和方法拓展了网络优化研究视角。但诸多实现因素也决定了成本与收益体系的构建还处于不断完善之中。     

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。     

不同鸟类生境网络复合与优化——以苏锡常地区白鹭、鸳鸯、雉鸡为例

通过复合优化不同焦点物种的生境网络表征多数物种生境网络实现物种多样性保护,具有重要理论价值和实践意义。以苏锡常地区为研究区域,以白鹭、鸳鸯和雉鸡3种鸟类为焦点物种,通过采用生境斑块约束条件模型与最小成本路径法相结合的方法识别出生境网络;从满足集合覆盖问题视角出发,通过采用网络构成要素复合的方法进行网络复合,其中廊道与廊道的复合通过采用评价生态系统服务价值的方法实现;通过采用观测数据为生境斑块和迁移廊道增补依据的方法进行复合生境网络优化。结果表明:生境网络经过复合,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值在分别减少了16%、68%和10%的情况下,保持了斑块间的连接度、兼顾到经济效益和生态效益最大化、覆盖了占总数86%以上的75处观测点;复合生境网络经过优化,覆盖了2010年及以后所有84处观测点,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值分别增加了19%、21%和27%;说明生境网络复合优化定量分析方法和思路具有可行性,为网络复合研究提供了借鉴。     

基于 InVEST 模型的东北地区土地利用变化对生境的影响研究

生境质量是区域生态文明建设的重要内容之一。以东北地区为研究区, 基于 2005、2010、2015 年三期的土地利用数据, 对土地利用演变视角下的生境变化进行分析。结果表明: (1)2005—2015 年, 耕地和建设用地分别增加0.77%和 7.51%, 林地和草地分别减少 0.30%和 0.25%, 耕地有 64.41%转入面积来自林地和草地, 建设用地有 85.21%转入面积来自耕地和草地, 后五年的地类转移程度大于前五年; (2)将生境质量由高到底划分为优等、良好、中等、较差和差 5 个等级, 优等的生境质量面积减少 0.93%, 差等的生境质量面积增加 1.34%, 区域生境质量总体呈下降趋势, 且2010—2015 年的生境质量下降幅度大于 2005—2010 年的生境质量下降幅度; (3)生境质量高低与土地利用类型空间布局的相关性明显, 研究区边缘半环状地带的主要土地利用类型是林地和草地, 生境质量较高, 中部和东北部地区耕地与建设用地集中, 生境质量较低; (4)城市周边和水域附近的生境退化度较高, 建设用地扩张和水域保护应引起重视。     

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。     

基于InVEST模型的岷江流域土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用及生境质量变化过程对维护自然系统平衡,区域社会经济可持续发展具有重大意义。借助InVEST模型生境质量模块,以岷江流域作为研究区,在分析岷江流域土地利用变化的基础上对其2000、2008、2013、2017年的生境质量变化特征进行分析。结果表明:(1)在2000—2017年,岷江流域的建设用地呈现不断增长的趋势,而耕地、林地和草地呈现缩减的趋势;耕地、林地和建设用地之间的转换较为明显,建设用地转入最大的来源主要是耕地。(2)从时间尺度上看,岷江流域生境质量属于较差和良好等级的占比总体上分别上升71.34%和2.41%;中等和优等等级的占比总体上下降了4.28%和2.61%。(3)从空间尺度上看,岷江流域上游地区的生境质量总体上高于中下游地区;建设用地大面积扩张,侵占了大量的耕地和林地,从而导致了中下游平原区域的整体生境质量下降,其中处于较差和中等等级的区域显著扩大。     

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"。     

土地利用/覆被变化对生物栖息地连接度的影响——以巩义地区黄鼬、蒙古兔和黄喉貂为例

土地利用/覆被变化通过改变生物栖息地而对物种分布产生影响。以河南省巩义市为研究区域,选取分布在该区域的哺乳动物黄鼬(Mustela sibirica)、蒙古兔(Lepus tolai)和黄喉貂(Martes flavigula)为目标物种,首先依据其生物特性和生态需求,确定了这3个物种的扩散能力;其次,基于景观连接度原理,分析了1990—2011年研究区土地利用整体变化和各类型变化情况,及其对单一物种和多物种栖息地连接度变化的影响。研究结果表明:(1)土地利用整体变化使得栖息地连接度增加,变化范围为22.22%—45.46%;(2)各土地利用类型变化对栖息地连接度的影响差异显著,连接度的升高和降低与栖息地斑块面积增加和减少密切相关;(3)基于多目标物种栖息地整体连接度空间分布图,确定了研究区目标物种保护的关键区域。     

土地利用变化对鸟类栖息地连通性的影响——以鄂州市为例

土地利用变化是造成栖息地破碎、缺失与退化的重要原因。生态网络能保护重要栖息地,促进栖息地之间的物质与能量流动,对区域土地利用规划和生物多样性保护具有重要意义。以鄂州市为研究区,基于CLUE-S模型预测现状延续、生态保护和城市扩张3种土地利用情景,将生境质量作为遴选生境斑块的依据之一,以鸟类最大迁徙距离为阈值构建生态网络,从连通概率指数PC和斑块重要性指数dPC两方面,探讨土地利用变化对鸟类栖息地连通性的影响。结果表明：(1)不同情景的地类数量和空间结构均有差异,与生态保护相比,城市扩张情景的建设用地增加11603.52 hm~2,林地、耕地和水体减少5041.8 hm~2、2540.16 hm~2、3385.8 hm~2,新城区、山地风景区与水体周边是主要变化区域;(2)现状延续和城市扩张情景的生境斑块降至235块和216块,网络出现破碎化,生态保护情景增至367块,网络结构完整但空间位置改变;(3)2004—2024年PC表现为先上升后下降再上升的趋势,生态保护的PC高于现状延续和城市扩张,且利于保护短距离迁徙鸟类;(4)生态保护情景边缘型和关键小型斑块得到保护,第一等级斑块增加,城...     

基于土地利用变化的京津冀生境质量时空演变

土地利用变化是全球变化的核心内容,评估土地利用变化引起的生境质量时空分异性是区域生态规划的基础,能为土地利用规划和土地管理政策制定提供科学依据.本文在分析京津冀2000—2010年土地利用变化的基础上,以InVEST模型对生境质量进行总体评估,并基于流域划分,借助剖面线和空间自相关深入分析了生境质量格局时空分异性.结果表明：2000—2010年,研究区主要土地利用变化类型为：耕地转为建设用地、林地和草地间的相互转换及水体转为耕地,这导致景观结构异质性的减弱和破碎度的提升.两时期生境质量格局整体表现为东南部和南部较低、北部和西部较高.其中,东南部和南部2010年生境质量明显下降,发生了一定生境退化乃至丧失现象.各流域生境质量具有明显分段特征,较多样点在2010年出现不同程度退化,但也有部分有所改善.该区生境质量格局空间分布集聚性有所增强.2000年“高高”型生境质量流域空间聚集区为滦河流域和白河流域上游地区,“低低”型聚集区集中在永定河中下游和潮白河流域部分地区.2010年“高高”型和“低低”型空间聚集区在原有基础上各自向西南方向有所扩展.     

基于生境组团化分析与景观廊道模拟的南京市白鹭生境网络构建与优化

保持生境连通性是全球生物多样性保护面临的主要挑战之一。生境网络构建与优化是一种积极主动的景观策略,但其成效取决于异质性景观背景下生境分布格局与物种响应。以南京市为例、白鹭为目标物种,开展了基于生境组团化分析与景观廊道(LSCorridors)模拟的生境网络构建与优化研究。通过整合生境适宜性评价、干扰度评价、最大熵(MaxEnt)模型模拟,实现了物种生境源地综合识别;利用景观连通性指标与核密度分析,识别了物种生境分布的组团化格局;在最小成本路径(LCPs)的基础上,定义了优化新增型与提升型两类廊道,并从物种感知与适应性变化出发,应用LSCorridors软件模拟了这两类目标优化廊道的多重随机路径及其空间范围。结果表明,南京市白鹭生境斑块共计428个,总面积达31525.75 hm²,主要是林地与水域,具有较为明显的破碎化和局部集聚特征,九大生境组团以南京长江段水域斑块为轴,沿两侧分布,彼此联系比较薄弱;最佳距离阈值4.5 km内,识别LCPs共907条,总长度1548.59 km,平均较短、分布紧凑,主要位于各生境组团内部,但仅少数连接着不同生境组团;确定的8条优化新增型廊道和10条优化提升型廊道,其LSCorridors模拟结果与LCPs存在空间偏差,前者更符合现实进而有益于避免保护低效和促进多类型、差异化的优化措施制定。研究成果能为面向生物多样性保护的南京市生境网络保护以及重点生态廊道的规划实践提供决策参考。     

气候变化对黄腹角雉潜在栖息地的影响

气候变化直接影响物种赖以生存的栖息地环境条件,进而影响物种的分布、数量和存活率。基于优化后最大熵(MaxEnt)模型预测气候变化下黄腹角雉(Tragopan caboti)过去、当前、未来时期的潜在栖息地格局。结果表明,降水量、温度、海拔是栖息地的主要影响因子。当前时期适宜栖息地面积较过去时期下降24.69%;未来2041—2060年间,共享社会经济路径(SSP)3-7.0与SSP5-8.5情景下黄腹角雉适宜栖息地面积较当前时期分别下降55.19%、58.10%。浙江、江西和福建是当前以及未来黄腹角雉核心适宜栖息地,适宜栖息地面积呈现下降的趋势,并往高纬度区域移动。     

基于土地利用变化的黄土丘陵区生境质量时空演变特征——以榆中县为例

生境质量是生态系统服务水平的重要表征,是区域生态安全保障和人类福祉提升的关键环节,评估土地利用变化引起的生境质量时空演变可为区域生态保护和土地管理提供科学依据。以典型黄土丘陵区县域——榆中县为例,基于Arc GIS平台和InVEST模型探讨了该县1995、2005和2015年生境质量空间格局及其演变特征。结论如下:(1)研究区土地类型和景观格局变化明显,主要土地利用变化是耕地转向建设用地和林地,以及草地和耕地之间的相互转变,这些变化导致景观异质性增强和破碎度上升。(2)生境质量空间格局一直表现为"南部高、中部居中、北部低"的态势。生境质量上升区域主要在北部,原因是"退耕还林"及"生态北山"工程的实施使得林地面积增加,下降区域主要在中部,主要是由建设用地扩张占用耕地造成的。(3)生境质量热点以及"H-H"型聚集区主要位于南部山区,而冷点和"L-L"聚集区主要位于北部黄土丘陵区,2015年生境质量空间集聚程度较1995年有所增强,"H-H"聚集区增加0.68%,"L-L"聚集区增加0.67%。对该类型区域生境质量优化提出了相应的政策建议。