邊緣效應(yīng)與生態(tài)綠道寬度關(guān)系研究*

岳曉雷 徐文輝 陳青紅 黃一成

浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院 浙江臨安 311300

綠道是近年來(lái)景觀生態(tài)學(xué)的重要概念，在總結(jié)Little［1］、Ahern［2］和 Fabos［3］相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，可將其定義為:沿自然廊道 (河谷、山脊等)或游憩道路延伸，連接生態(tài)景觀斑塊或者文化旅游景觀的線性、帶狀綠地結(jié)構(gòu)。狹義的綠道專指內(nèi)設(shè)可供行人和騎車者進(jìn)入的景觀游憩線路;廣義的綠道還包括生態(tài)綠道，即物流、能流移動(dòng)通過(guò)的線路通道。綠道的最小與最適寬度是規(guī)劃設(shè)計(jì)的難題。寬度過(guò)窄對(duì)敏感物種不利，邊緣效應(yīng)會(huì)降低內(nèi)部種數(shù)量，影響綠道中物種的分布和遷移［4］。

雖然朱強(qiáng)、達(dá)良俊等相關(guān)專家已對(duì)生態(tài)廊道寬度作出一定研究［5－10］，但目前國(guó)內(nèi)外還不存在系統(tǒng)、全面的寬度規(guī)劃設(shè)計(jì)方法與技術(shù)。本文將從邊緣效應(yīng)與生物保護(hù)綠道寬度關(guān)系的角度進(jìn)行相關(guān)研究。

1 邊緣效應(yīng)的概念及其與綠道寬度的關(guān)系

1.1 邊緣效應(yīng)的概念

邊緣效應(yīng)指生態(tài)交錯(cuò)帶內(nèi)物種種類與個(gè)體數(shù)量多于鄰近生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)象。肖篤寧等將景觀斑塊的邊緣效應(yīng)定義為斑塊邊緣部分由于受到外界環(huán)境的影響而表現(xiàn)出與其中心部分不同的生態(tài)學(xué)特征［11］。

1.2 邊緣效應(yīng)特征與綠道寬度

綠道邊緣效應(yīng)區(qū)域食物鏈較長(zhǎng)，生物多樣性高，抗干擾能力較差，干擾后恢復(fù)周期較長(zhǎng)［12］。保持綠道邊緣結(jié)構(gòu)的多樣性、曲折度的適宜性、寬度和形狀的適宜性以及邊緣效應(yīng)對(duì)外部有害因素的過(guò)濾作用，對(duì)其生態(tài)功能的發(fā)揮起到重要作用。綠道邊緣的過(guò)濾功能可以提供比較穩(wěn)定的內(nèi)部生境系統(tǒng)，如生態(tài)交錯(cuò)帶可以過(guò)濾林緣外物理因素如光照、風(fēng)等、河流緩沖帶可過(guò)濾污染物。

1.3 邊緣結(jié)構(gòu)多樣與綠道寬度

綠道網(wǎng)絡(luò)與基底進(jìn)行物質(zhì)和能量強(qiáng)烈交換的區(qū)域主要集中在綠道的邊緣。邊緣效應(yīng)的程度影響著目標(biāo)物種在綠道中的分布狀況，綠道邊緣區(qū)域結(jié)構(gòu)的多樣性決定著對(duì)物種影響程度的多樣性［13］，也影響到綠道的寬度。例如，河道邊緣緩沖帶、高速公路與自然保護(hù)區(qū)生境廊道具有不同的結(jié)構(gòu)和功能，植物垂直與水平配置方式不同，綠道寬度也不同［14］。一般來(lái)講，當(dāng)綠道通過(guò)區(qū)域景觀破碎度較大、綠道邊緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，容易受到外界干擾，綠道寬度增加。

1.4 曲折度的多樣性與綠道寬度

綠道作為線性連接結(jié)構(gòu)，曲折度增加可以增加線路長(zhǎng)度，邊緣生境與外部基質(zhì)作用強(qiáng)度也會(huì)增加，更易受到外界環(huán)境干擾。綠道通過(guò)郊野山區(qū)時(shí)可以通過(guò)增加其曲折度營(yíng)造多樣的邊緣生境，增加邊緣生物多樣性。在這種情況下，可適當(dāng)減小綠道寬度，減少生物體在綠道內(nèi)部的橫向移動(dòng)。當(dāng)綠道連接城市中的綠地斑塊時(shí)，可以通過(guò)增加綠道寬度提高內(nèi)部生境面積比率，目標(biāo)物種棲息地與遷徙通道的穩(wěn)定性也會(huì)增加。

1.5 綠道通過(guò)的“墊腳石”系統(tǒng)與綠道寬度

目標(biāo)物種在綠道中的遷徙移動(dòng)過(guò)程需要有臨時(shí)棲息地。具有捕食等功能的“墊腳石”斑塊的大小與形狀對(duì)“墊腳石”功能的發(fā)揮有重要影響。一般認(rèn)為，生存面積大的肉食動(dòng)物比生存面積小的更容易滅絕，因?yàn)槠湫枰^大的“墊腳石”生態(tài)節(jié)點(diǎn)才能保證食物需求。生態(tài)節(jié)點(diǎn)的形狀決定其與基質(zhì)相互作用的強(qiáng)度，影響到物種分布穩(wěn)定性以及擴(kuò)展、收縮、遷移的趨勢(shì)等。一般情況下，當(dāng)斑塊面積不變時(shí)，斑塊形狀越簡(jiǎn)單，內(nèi)部生境面積越大，物種豐富度和種群數(shù)量也較大。

2 邊緣效應(yīng)影響因素分析

邊緣效應(yīng)受多種因素的影響。在不同的情況下，某一種或幾種因素對(duì)邊緣效應(yīng)的影響比較突出，成為綠道寬度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

2.1 目標(biāo)物種

邊緣效應(yīng)是有針對(duì)性的。在多數(shù)情況下，綠道規(guī)劃之初已經(jīng)確定好目標(biāo)物種，尤其是對(duì)邊界比較敏感，如對(duì)人類活動(dòng)、天敵、城市噪聲、道路污染等反應(yīng)比較明顯的物種。瀕危物種、大型哺乳動(dòng)物、季節(jié)性遷徙物種多成為綠道保護(hù)的目標(biāo)物種，在針對(duì)這些物種進(jìn)行格局保護(hù)規(guī)劃時(shí)，邊緣效應(yīng)寬度是進(jìn)行綠道寬度設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要因素;但多生境物種對(duì)邊緣效應(yīng)反應(yīng)并不強(qiáng)烈，對(duì)這些物種進(jìn)行保護(hù)規(guī)劃時(shí)，邊緣效應(yīng)的影響可以作為次要因素［15］。綠道寬度增加到某一目標(biāo)值后，邊緣種數(shù)量將趨于穩(wěn)定，而內(nèi)部種數(shù)量會(huì)逐漸增加［16］。

2.2 相鄰景觀適宜性

綠道邊緣效應(yīng)與其相鄰斑塊景觀適宜性有關(guān)［17］。如果綠道與周邊斑塊生境相近，則邊緣效應(yīng)較弱;如果綠道與周邊斑塊環(huán)境差異較大，則表現(xiàn)出強(qiáng)烈邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)弱的情況下，綠道寬度要求相對(duì)較低;相反，需要增加綠道寬度以保證內(nèi)部適宜的寬度和穩(wěn)定的生境。太陽(yáng)輻射角、盛行風(fēng)向、水源和坡度等都是影響邊緣效應(yīng)強(qiáng)度的景觀適宜性評(píng)價(jià)因子［18］。

2.3 特殊的寬度

綠道作為線性或帶狀生境，從橫向上可以將其劃分為一組小生境斑塊;當(dāng)綠道寬度足夠?qū)挄r(shí)，還可以從縱向上劃分為邊緣生境和內(nèi)部生境。邊緣生境寬度由邊緣物種決定，一般為當(dāng)?shù)厣锘蛐⌒蛣?dòng)物;內(nèi)部生境寬度由內(nèi)部物種決定，一般為大型哺乳動(dòng)物或季節(jié)性遷移擴(kuò)散生物種群。Harrison提出以等于平均行動(dòng)圈面積的長(zhǎng)與寬之比為2∶1的長(zhǎng)方形的寬度作為廊道的最小寬度［19］。

3 邊緣效應(yīng)分析

3.1 邊緣效應(yīng)分析基礎(chǔ)

景觀類型空間制圖分析是邊緣效應(yīng)定量分析的基礎(chǔ)。制圖分析首先要確定研究地現(xiàn)有的各種景觀類型及其空間分布特征，分析各斑塊的大小、數(shù)目、形狀和連接程度。斑塊內(nèi)容在一定程度上也影響到邊緣效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步根據(jù)綠道周邊斑塊的屬性特征，分析他們可能對(duì)目標(biāo)物種的影響［20］，評(píng)價(jià)區(qū)域的景觀適宜性，選擇合適的綠道網(wǎng)絡(luò)線路，定量分析綠道的寬度。

3.2 邊緣效應(yīng)表示方法

傳統(tǒng)的邊緣效應(yīng)研究中，僅僅基于斑塊形狀的周長(zhǎng)與面積之比 (P/A)并不適合綠道寬度設(shè)計(jì)。邊緣效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)最終目標(biāo)是確定綠道的寬度，即確定綠道邊界或邊界范圍。由于對(duì)景觀屬性特征不同的研究區(qū)域可以采用不同的研究方法，邊緣效應(yīng)的表示方法也不同。對(duì)于綠道來(lái)講，邊界的確定可以采用網(wǎng)絡(luò)人為切割的方法或移動(dòng)窗口分析的方法。

3.2.1 系統(tǒng)人為切割法

系統(tǒng)人為切割方法是把綠道網(wǎng)狀格局當(dāng)作樣地，統(tǒng)計(jì)分析網(wǎng)格內(nèi)各種要素分布情況，用聚類方法勾繪景觀單元的邊界，盡量順應(yīng)自然地形劃分多邊形。首先通過(guò)航片衛(wèi)星地圖解譯判斷邊界的大致位置，再通過(guò)計(jì)算機(jī)和實(shí)地調(diào)查進(jìn)一步確定邊界具體位置。此方法較適合用于以柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)，可用于初步的綠道線路和邊界的確定。

圖1中，土地利用類型分為林地和建設(shè)用地，林地包括A，B，C，D共4個(gè)斑塊。其中，A與B為同質(zhì)林地，通過(guò)狹長(zhǎng)林地D連接在一起;C為不同類型林地。根據(jù)土地利用情況和自然地形地貌劃分為不同斑塊，假設(shè)A與B為某個(gè)目標(biāo)物種的核心生境，如圖1所示，可選擇的生態(tài)綠道線路有2條。

圖1 綠道系統(tǒng)人為切割

3.2.2 移動(dòng)滑塊分析法

移動(dòng)滑塊分析法是從分析邊緣效應(yīng)的影響因子出發(fā)，利用地理信息系統(tǒng)中的濾波功能，以一定的窗口大小計(jì)算中心單元的景觀適宜性負(fù)荷值;然后通過(guò)比較每一個(gè)單元景觀適宜性負(fù)荷值的大小來(lái)確定該單元受到邊緣效應(yīng)影響 的 程 度［21］。如果該單元的景觀適宜性負(fù)荷值大于邊緣效應(yīng)的臨界點(diǎn)，則認(rèn)為它不屬于邊緣效應(yīng)的影響區(qū)，在進(jìn)行生態(tài)功能區(qū)劃時(shí)應(yīng)該劃歸為核心區(qū);如果其負(fù)荷值小于邊緣效應(yīng)的臨界點(diǎn)，則應(yīng)該劃為邊緣效應(yīng)的影響范圍。

圖2 移動(dòng)滑塊分析法

在實(shí)際操作過(guò)程中，需要考慮到目標(biāo)物種對(duì)不同斑塊的適宜性。例如，圖1中C斑塊對(duì)不同目標(biāo)物種適宜性的權(quán)重賦值差別較大，先計(jì)算D斑塊的適宜性問(wèn)題。在圖2，將基質(zhì)以邊長(zhǎng)為1的單元格等分，假設(shè)某目標(biāo)物種領(lǐng)域面積為R2，同時(shí)R=1.5，滑塊a，b，c邊長(zhǎng)為R。當(dāng)滑塊內(nèi)部基質(zhì)為林地且均質(zhì)時(shí)，權(quán)重賦值為1.0;完全沒(méi)有林地時(shí)賦值為0?；瑝Ka中林地面積為60%，賦值為0.6;滑塊b中林地面積為100%，賦值為1.0;滑塊c中林地面積為70%，賦值為0.7。依同理對(duì)整條綠道線路賦值。

3.3 邊緣效應(yīng)影響區(qū)域

一般情況下，斑塊邊緣效應(yīng)區(qū)域應(yīng)與該物種活動(dòng)領(lǐng)域面積相當(dāng)。確定綠道寬度一般分為以下幾個(gè)步驟:首先，確定區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物種和目標(biāo)物種移動(dòng)線路，根據(jù)活動(dòng)領(lǐng)域半徑提出參考的綠道寬度;其次，根據(jù)地形地貌和植被綠化情況人為切割土地為柵格單元，劃出多邊形邊界;最后，通過(guò)對(duì)景觀斑塊的景觀適宜性進(jìn)行賦值，分析確定綠道寬度范圍。

在圖2中，假設(shè)綠道線路適宜性達(dá)到0.7時(shí)某目標(biāo)物種可以正常遷徙，則在a、b和c滑塊中只有b和c適合物種遷移;在滑塊a處需要對(duì)土地利用情況進(jìn)行合理調(diào)配，使其適宜性賦值達(dá)到0.7。最小綠道寬度為D=0.7R=0.7×1.5=1.05。

結(jié)果表明，適合目標(biāo)物種遷徙的綠道寬度至少要達(dá)到1.05單元格寬度值，不能夠滿足次寬度的區(qū)域?qū)ξ锓N遷移會(huì)造成一定影響，需要增加綠道寬度以滿足功能需求。

3.4 案例分析

黑麂遷徙綠道寬度R一般可取180 m。綠道寬度設(shè)計(jì)中，網(wǎng)格大小適宜取1/10R～1/3R，即18～60 m，此處單元格寬度36 m，移動(dòng)滑塊寬度180 m;滑塊沿綠道線路移動(dòng)，當(dāng)某一段綠道以黑麂采食功能為主且植被覆蓋較好時(shí)，適宜性需要取0.6，則D=0.6×R=0.6×5，單元格寬度=3×36=108 m;當(dāng)以黑麂棲息與隱蔽功能為主、植被覆蓋0.7時(shí)，適宜性需要取 0.8，則 D=0.8×R/0.7=0.8×180/0.7=205.5 m;當(dāng)以黑麂遷徙功能為主、植被覆蓋0.5時(shí)，適宜性需要取0.6，則D=0.6×180/0.5=216 m。

4 結(jié)語(yǔ)

自然保護(hù)區(qū)緩沖帶寬度設(shè)計(jì)是邊緣效應(yīng)理論最直接的應(yīng)用，緩沖帶與生物保護(hù)綠道需要達(dá)到一定的寬度才能發(fā)揮其生態(tài)功能，精確度較高的定量評(píng)價(jià)有助于緩沖帶寬度的合理設(shè)置。在適宜性分析的基礎(chǔ)上通過(guò)邊緣效應(yīng)分析來(lái)確定綠道寬度，為綠道寬度規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了新思路，不再局限于生態(tài)分析層面。

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