江蘇省自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與優(yōu)化

謝慧瑋, 周年興, 關(guān) 健

(南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023)

江蘇省自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與優(yōu)化

謝慧瑋, 周年興*, 關(guān) 健

(南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023)

自然遺產(chǎn)地是生物的重要棲息場(chǎng)所，而生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是連接自然遺產(chǎn)地的有效途徑，如何有效和合理地構(gòu)建自然遺產(chǎn)地之間的生態(tài)廊道，連接破碎生境，對(duì)保護(hù)自然遺產(chǎn)地生物多樣性和區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。在ArcGIS 9.3的技術(shù)支持下，通過合理估算阻力閾值，采用最小耗費(fèi)距離模型分析方法，構(gòu)建江蘇省省域范圍內(nèi)的自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)體系，并在網(wǎng)絡(luò)連通性指數(shù)分析方法的基礎(chǔ)上對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性和有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，針對(duì)性地提出自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化措施。研究結(jié)果表明：78.28%的林地、88.70%的灘涂灘地、94.37%的草地是自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的主要景觀組成結(jié)構(gòu)；自然遺產(chǎn)斑塊本身對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建有較大影響，其中面積較大、長(zhǎng)條型的斑塊對(duì)維持景觀連通性的重要性程度貢獻(xiàn)較大；研究區(qū)現(xiàn)狀整體生態(tài)連通性指數(shù)僅0.001—0.003，連通性水平較差，通過構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，整體連通性水平可提高到0.044—0.046，可能連通性水平可達(dá)到0.074，表明自然遺產(chǎn)廊道的構(gòu)建可提高景觀的連通性水平；在現(xiàn)有生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加破碎斑塊間的生態(tài)連接是優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系的可行性策略。

自然遺產(chǎn)地；生態(tài)廊道；生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；江蘇省

聯(lián)合國(guó)教科文組織《保護(hù)世界文化和自然遺產(chǎn)公約》將自然遺產(chǎn)定義為：“從審美或科學(xué)角度看具有突出的普遍價(jià)值的自然和生物形態(tài)、或這些形態(tài)所組成的自然物；從科學(xué)或保護(hù)角度看具有突出的普遍價(jià)值的地質(zhì)和自然地理形態(tài)、以及明確劃定的瀕危動(dòng)植物棲息地；從科學(xué)、保護(hù)或自然美角度看具有突出的普遍價(jià)值的自然地或明確劃分的自然區(qū)域[1]。”自然遺產(chǎn)地具有豐富的生物物種資源，也是重要的生物棲息地，與其他生態(tài)系統(tǒng)一起構(gòu)成了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，維持著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的有效發(fā)揮。由于人類活動(dòng)和自然威脅的不斷加強(qiáng)，自然遺產(chǎn)地的完整性受到破壞，棲息地作用得不到有效發(fā)揮，使生物多樣性受到威脅[2- 4]。而孤立的自然遺產(chǎn)地易被其他異質(zhì)環(huán)境包圍，使物種受到不同程度的隔離，不利于自然遺產(chǎn)地的生物多樣性保護(hù)[5]。世界自然保護(hù)運(yùn)動(dòng)已經(jīng)經(jīng)歷了將自然保護(hù)地從點(diǎn)到面，從面到網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程[6]。如何對(duì)自然遺產(chǎn)地進(jìn)行合理規(guī)劃，將孤立的自然遺產(chǎn)地有效合理地連接起來，構(gòu)建區(qū)域自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)體系是當(dāng)前生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的重點(diǎn)。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)通過廊道、連接區(qū)和緩沖區(qū)將其中的核心區(qū)域連接起來，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)、能量流動(dòng)[7- 8]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)作為一種戰(zhàn)略性措施已引起規(guī)劃者、土地管理者的高度重視，被世界各地廣泛接受和認(rèn)同，在多尺度空間規(guī)劃實(shí)踐中具有較好的實(shí)用性[6,9- 10]。近年來，不少學(xué)者進(jìn)行了多目標(biāo)多尺度的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和自然遺產(chǎn)地研究，取得了一定的成果[11- 16]。對(duì)于快速城市化地區(qū)，將自然遺產(chǎn)地作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū)域，開展具有生物保護(hù)功能的自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與應(yīng)用研究尤其重要。規(guī)劃和建立省域尺度的自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，減少生境破碎化的影響，有利于促進(jìn)區(qū)域內(nèi)自然遺產(chǎn)地的健康發(fā)展和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提高。

江蘇省國(guó)土面積較小，但人口密度大，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)平衡干擾強(qiáng)度大，對(duì)自然遺產(chǎn)地影響深刻。江蘇省自然遺產(chǎn)地(主要包括自然保護(hù)區(qū)、森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)和地質(zhì)公園等自然區(qū)域)空間分布不均，亟需通過合理的自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，有效整合自然遺產(chǎn)地資源，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，維持區(qū)域的生物多樣性。本研究以省域范圍為研究尺度，基于景觀生態(tài)學(xué)、保護(hù)生物學(xué)和景觀規(guī)劃等相關(guān)理論，在ArcGIS 9.3的技術(shù)支持下，篩選區(qū)域內(nèi)核心自然遺產(chǎn)斑塊，采用耗費(fèi)距離模型分析方法構(gòu)建江蘇省自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)狀廊道的基礎(chǔ)上探討省域內(nèi)主要自然遺產(chǎn)廊道的構(gòu)建及優(yōu)化措施，為江蘇省自然遺產(chǎn)地可持續(xù)發(fā)展和生物多樣性保護(hù)提供參考意見，為政策部門開展自然遺產(chǎn)地保護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

江蘇省位于中國(guó)大陸東部沿海，位于東經(jīng)116°18′—121°57′，北緯30°45′—35°20′之間，東臨黃海，與上海市、浙江省、安徽省接壤，是我國(guó)長(zhǎng)三角洲城市群的重要組成部分。江蘇省地勢(shì)低平，大部分地區(qū)海拔在50 m以下，平原面積7×104km2，占全省面積的68%以上。省內(nèi)河湖眾多，水網(wǎng)密布，有大小河流和人工河道2900多條，湖泊300多個(gè)。江蘇屬于溫帶向亞熱帶的過渡性氣候，以淮河、蘇北灌溉總渠一線為界，北部屬溫帶季風(fēng)氣候，南部是亞熱帶季風(fēng)氣候，各地平均氣溫介于13—16 ℃，年降水量800—1200 mm。江蘇省自然遺產(chǎn)資源豐富，共有3處國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、16處國(guó)家級(jí)森林公園、5處國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)、3處國(guó)家級(jí)地質(zhì)公園等。省內(nèi)有540多種野生動(dòng)物，其中有麋鹿、揚(yáng)子鱷、白鰭豚、中華鱘、丹頂鶴等國(guó)家一、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物18種。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)包括1∶25萬(wàn)江蘇省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，2008年1∶10萬(wàn)江蘇省土地利用數(shù)據(jù)集以及江蘇省數(shù)字高程數(shù)據(jù)。自然遺產(chǎn)地信息主要來自于中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部、國(guó)土資源部及中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒。論文所需的其他數(shù)據(jù)來自相關(guān)文獻(xiàn)資料[12,17]、專家訪談以及實(shí)地調(diào)查。

2.2 研究方法

本文采用耗費(fèi)距離模型分析方法構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。首先識(shí)別研究區(qū)范圍內(nèi)的自然遺產(chǎn)源地，其次計(jì)算景觀阻力面，確定最小耗費(fèi)路徑，從而獲得自然遺產(chǎn)地生態(tài)廊道的空間位置，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性進(jìn)行分析。

2.2.1 自然遺產(chǎn)源地的識(shí)別

通過對(duì)江蘇省自然遺產(chǎn)地的調(diào)查，將省域范圍內(nèi)的自然保護(hù)區(qū)、國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)、國(guó)家級(jí)或省級(jí)地質(zhì)公園、國(guó)家級(jí)森林公園和其他重要自然斑塊確定為重要自然遺產(chǎn)源地[18]。為保持景觀整體性與連通性，不考慮行政界線，合并相鄰較小自然斑塊，將研究區(qū)內(nèi)面積>3 km2的自然斑塊篩選出來作為自然遺產(chǎn)源地，共篩選出18個(gè)自然遺產(chǎn)源地(表1，圖1)。

表1 主要自然遺產(chǎn)源地名稱

圖1 江蘇省自然遺產(chǎn)源地分布圖Fig.1 The geographic location of natural heritage core-areas in Jiangsu Province

2.2.2 景觀阻力面的確定

物種在不同源地間運(yùn)動(dòng)要克服一定阻力才能實(shí)現(xiàn)，一般可以通過單元累積阻力大小判斷生態(tài)斑塊在空間上的連通性[19- 20]。確定斑塊的阻力值是耗費(fèi)距離模型的一個(gè)難點(diǎn)，不同的阻力賦值對(duì)潛在廊道的模擬具有重要影響[12]。本文考慮植被覆蓋率、植被類型、綠地單元建立時(shí)間和人為干擾程度等因素，參考文獻(xiàn)資料[12,17]、咨詢相關(guān)專家，確定各景觀阻力值(表2)，生成景觀阻力面(分辨率30 m×30 m)(圖2)。

表2 不同土地利用類型的景觀阻力值

圖2 研究區(qū)景觀阻力面Fig.2 The cost surface of the study area

2.2.3 潛在自然遺產(chǎn)廊道的構(gòu)建

在識(shí)別自然遺產(chǎn)源地和確定景觀阻力面的基礎(chǔ)上，基于ArcGIS 9.3空間分析技術(shù)，獲得從某一自然遺產(chǎn)源地出發(fā)，到達(dá)另一自然遺產(chǎn)源地的最小耗費(fèi)路徑。計(jì)算從18個(gè)自然遺產(chǎn)源地出發(fā)的所有最短路徑，去除重復(fù)路徑，獲得江蘇省省域范圍內(nèi)的潛在自然遺產(chǎn)廊道。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)連通性的分析

景觀連通性是描述廊道、網(wǎng)絡(luò)或基質(zhì)在空間上如何連接和延續(xù)的一種測(cè)定指標(biāo)[21- 22]。景觀的連通性水平不僅取決于自然斑塊的面積大小，還與斑塊間的空間距離和耗費(fèi)阻力等因素有關(guān)[23]。整體連通性指數(shù)IIC和可能連通性指數(shù)PC綜合考慮景觀中各個(gè)因素對(duì)生態(tài)過程的承載能力，可以直接反映景觀連通性的動(dòng)態(tài)變化，識(shí)別各斑塊對(duì)生態(tài)連接度的相對(duì)重要程度[24]。本文采用IIC和PC指數(shù)分析研究區(qū)現(xiàn)狀廊道及潛在自然遺產(chǎn)廊道的景觀連通性水平及各斑塊對(duì)景觀連通性的重要程度[24]。計(jì)算公式如下：

(1)整體連通性指數(shù)IIC

(1)

式中，n表示景觀中斑塊總數(shù)，ai和aj分別表示斑塊i和斑塊j的面積，nlij表示斑塊i和斑塊j之間的連接數(shù)，AL表示整個(gè)景觀的面積。0≤IIC≤1，IIC=0，生境斑塊之間沒有連接；IIC=1，整個(gè)景觀都為生境斑塊。

(2)可能連通性指數(shù)PC

(2)

式中，n表示景觀中斑塊總數(shù)，ai和aj分別表示斑塊i和斑塊j的面積，pij*表示物種在斑塊i和斑塊j直接擴(kuò)散的最大可能性，AL表示整個(gè)景觀的面積。0

(3)斑塊的重要值dI

(3)

式中，I為景觀中所有斑塊的整體指數(shù)值，Iremove是去除單個(gè)斑塊后剩下斑塊的整體指數(shù)值。

通過軟件Conefor Sensinode 2.2[25]和ArcGIS 9.3計(jì)算整體連通性指數(shù)IIC和可能連通性指數(shù)PC時(shí)，需要指定景觀中生境斑塊連通的阻力距離閾值。只有當(dāng)斑塊間成本值小于閾值時(shí)才認(rèn)為它們是連通的。根據(jù)研究區(qū)范圍、自然遺產(chǎn)地分布格局，參考已有研究成果[23-26]，設(shè)定2，4，8，12，16，20，25，30 km為距離閾值。為了與IIC結(jié)果具有可比性，將距離閾值斑塊之間連通的可能性設(shè)為0.5。在計(jì)算斑塊重要值dI時(shí)，選擇不同的指數(shù)類型I，計(jì)算得到的各斑塊重要值是不同的。本文選擇的變量I為整體連通性指數(shù)IIC和可能連通性指數(shù)PC，分別用dIIC和dPC表示，計(jì)算斑塊在維持景觀連通性的作用強(qiáng)度。

3 結(jié)果與分析

3.1 潛在自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的景觀組成結(jié)構(gòu)

基于最小耗費(fèi)距離模型生成的潛在自然遺產(chǎn)廊道如圖3所示。以圖1和圖3為依據(jù)，計(jì)算生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的不同景觀組成(表3)。分析表3得出，研究區(qū)39.74%的林地面積、47.83%的灘涂灘地、43.70%的草地是自然遺產(chǎn)源地的主要用地類型；38.54%的林地面積、40.87%的灘涂灘地、50.67%的草地是自然遺產(chǎn)潛在廊道的主要用地類型?？梢姡值?、灘涂灘地、草地是生物的重要棲息場(chǎng)所，也是生物物種遷移的重要生境斑塊。

江蘇省面積廣闊的濕地為豐富的濕地鳥類和魚類資源提供了適宜的生存環(huán)境。太湖等湖泊水域支持了大量的魚類、浮游動(dòng)植物及底棲動(dòng)物資源。隨著近年來江蘇省建設(shè)用地與農(nóng)村居民點(diǎn)的過度擴(kuò)張，用地矛盾突出、土地結(jié)構(gòu)不合理，對(duì)自然遺產(chǎn)地保護(hù)造成了強(qiáng)烈沖擊。從表3中可見，在計(jì)算得出的潛在廊道景觀組成中，城鎮(zhèn)建設(shè)、村莊用地及其他建設(shè)用地占到了廊道面積的16%，但事實(shí)上城鎮(zhèn)等建設(shè)用地植被覆蓋率低，受人為干擾強(qiáng)，是阻礙生物擴(kuò)散的主要因素，只有鳥類可以在空中飛越建設(shè)用地，因而這類廊道在實(shí)踐中很難實(shí)施。

表3 自然遺產(chǎn)廊道的景觀組成

Table 3 Structure analysis of the potential natural heritage corridor

土地利用類型Landusetypes總面積/km2Totalarea源地的景觀組成/km2Areaincore-areas潛在廊道的景觀組成/km2Areainecologicalnetworkascorridors林地forest3309.111314.921275.43灘涂灘地Beach2848.221362.471164.00草地Grassland1277.69558.38647.39耕地Cultivatedland64471.4141.458948.46水域Water11951.525332.591198.20城鎮(zhèn)用地Urbanland5510.090.00515.44村莊用地Residentialland12449.000.001754.67其它建設(shè)用地Otherconstructionland1719.870.00334.69其它Others32.850.4214.95總計(jì)Total103569.769829.2315853.23

圖3 江蘇省潛在自然遺產(chǎn)廊道 Fig.3 The potential natural heritage corridor of the study area

通過分析現(xiàn)狀廊道(圖1)與潛在自然遺產(chǎn)廊道(圖3)可以得出：(1)江蘇省現(xiàn)狀廊道以植被帶、河流為主。全省大部分河道水系四通八達(dá)，相互溝通，形成較為發(fā)達(dá)的河流廊道體系。其中，京杭大運(yùn)河縱貫全境，由北向南溝通了微山湖、駱馬湖、洪澤湖、高郵湖及太湖，是全省主要骨干河道。但在區(qū)域尺度上綠地分布不均，且河流兩岸缺少綠地斑塊，沿河流形成的潛在自然遺產(chǎn)廊道較少，空間連接度不高。(2)構(gòu)建的江蘇省潛在自然遺產(chǎn)地廊道，可以形成初步的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系，為物種棲息和擴(kuò)散、遷移提供良好的生態(tài)廊道，提高了生態(tài)連接性。其中，揚(yáng)州和鹽城交界處的濕地斑塊、長(zhǎng)江沿岸的綠地小斑塊，在潛在廊道中起到了“踏腳石”的作用，是物種遷移的基本保障。但是，南京鐘山風(fēng)景區(qū)被城市建設(shè)用地包圍，不利于物質(zhì)能量交流，潛在廊道沿著周邊的濕地斑塊，通過迂回曲折的路徑與其他自然遺產(chǎn)斑塊連接?？梢娊ㄔO(shè)用地對(duì)物種遷移的阻礙作用較強(qiáng)。

3.2 自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的景觀連通性

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)整體連通性

根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀綠地和潛在廊道的景觀連通性指數(shù)(表4)。整體連通性指數(shù)和可能連通性指數(shù)呈現(xiàn)出隨著閾值增大而增大的趨勢(shì)，較大的距離閾值有利于斑塊連通性。目前研究區(qū)不同距離閾值范圍內(nèi)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體連通性水平僅0.001—0.003，處于較低水平，綠地斑塊間缺少連接。通過構(gòu)建江蘇省潛在自然遺產(chǎn)廊道，景觀連通性指數(shù)明顯提高。隨著距離閾值的增大，連通性指數(shù)緩慢增長(zhǎng)，潛在廊道的整體連通性指數(shù)可達(dá)到0.044—0.046，可能連通性指數(shù)可達(dá)到0.073—0.074，此時(shí)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性基本達(dá)到較高水平。因此，構(gòu)建自然遺產(chǎn)廊道，可以提高生境適應(yīng)性和增加景觀連通性。

表4 景觀連通性指數(shù)

3.2.2 斑塊重要性

基于式(3)計(jì)算出不同距離閾值下所有自然遺產(chǎn)地及綠地斑塊的重要程度。經(jīng)過多次計(jì)算比較，得出隨著閾值變化，dIIC和dPC值也隨之變化。在一定范圍內(nèi)，dIIC和dPC所反映的斑塊重要性排序相對(duì)一致。本文以距離閾值30 km為例，把不同重要性的自然遺產(chǎn)斑塊進(jìn)行分級(jí)處理，將連通性重要值dIIC和dPC分為7個(gè)等級(jí)(圖4)。分析圖4可知，在斑塊重要性程度評(píng)價(jià)中，洪澤湖濕地自然保護(hù)區(qū)和高郵湖濕地自然保護(hù)區(qū)斑塊面積較大，位于研究區(qū)中部，較好地連接蘇北、蘇南自然景觀，具有較高的重要性。鹽城濕地珍禽、大豐麋鹿及海安沿海防護(hù)林自然保護(hù)區(qū)是較寬較長(zhǎng)的濕地斑塊，形成了天然的沿海廊道。這些斑塊減小了物種遷移和擴(kuò)散的景觀阻力，有利于物質(zhì)能量的流動(dòng)，在物種生境斑塊和連接性廊道方面起著重要的作用。太湖風(fēng)景名勝區(qū)位于江蘇南部，面積較大，作為核心斑塊，是大量魚類和浮游動(dòng)植物的生活環(huán)境，其作為景觀基質(zhì)，對(duì)爬行類和哺乳類動(dòng)物阻力較大，而其周圍較豐富的綠地資源，具有向其他綠地斑塊擴(kuò)散的潛力，說明良好的濱水濕地環(huán)境能夠增強(qiáng)景觀的連通性。上述結(jié)果表明，大面積斑塊，較長(zhǎng)較寬廊道、或者是邊界較為復(fù)雜的斑塊重要程度較高，生境適應(yīng)性相對(duì)較好。

圖4 距離閾值為30 km時(shí)斑塊重要性Fig.4 Importance value of patches under 30 km threshold

3.3 自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

通過對(duì)潛在自然遺產(chǎn)廊道和現(xiàn)狀河流的分析，提出江蘇省“三橫兩縱”的主要自然遺產(chǎn)廊道結(jié)構(gòu)。

“三橫”分別是：(1)長(zhǎng)江自然遺產(chǎn)廊道。從西到東連通南京珍珠泉—老山森林公園—鐘山風(fēng)景名勝區(qū)—湯山方山地質(zhì)公園—寶華山自然保護(hù)區(qū)—鎮(zhèn)江三山風(fēng)景名勝區(qū)—長(zhǎng)江豚類自然保護(hù)區(qū)，沿長(zhǎng)江兩岸建設(shè)帶狀公園或者濱水公園綠地等形式，保證這些自然斑塊的生態(tài)完整性，建立景觀間的連接，形成一條綠帶，對(duì)維持長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。(2)淮河自然遺產(chǎn)廊道。沿著淮河入海水道及蘇北灌溉總渠構(gòu)建綠道，連接洪澤湖濕地自然保護(hù)區(qū)—鹽城珍禽自然保護(hù)區(qū)。(3)蘇北自然遺產(chǎn)廊道。連接徐州環(huán)城森林公園—駱馬湖濕地自然保護(hù)區(qū)—連云港云臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)。通過適當(dāng)增加生態(tài)建設(shè)用地以優(yōu)化空間布局和改善區(qū)域內(nèi)的生態(tài)連通性水平。

“兩縱”分別是：(1)京杭大運(yùn)河自然遺產(chǎn)廊道。京杭大運(yùn)河是重要的文化和自然遺產(chǎn)，是貫通江蘇南北的骨干河道，是連通省內(nèi)自然遺產(chǎn)地的重要廊道。沿運(yùn)河兩側(cè)保留自然生態(tài)用地，規(guī)劃為風(fēng)景區(qū)，形成一條沿京杭大運(yùn)河的主要生態(tài)廊道和綠色緩沖帶。尤其是對(duì)運(yùn)河沿岸水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，保護(hù)好湖泊動(dòng)植物的生存環(huán)境。(2)沿海自然遺產(chǎn)廊道。結(jié)合研究區(qū)沿海灘涂濕地的保護(hù)與利用，將廊道向北延伸至連云港云臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)，形成江蘇省防風(fēng)固堤、防災(zāi)減災(zāi)的生態(tài)防護(hù)體系。此外，在不同遺產(chǎn)地之間還應(yīng)該構(gòu)建“踏腳石”生態(tài)斑塊，構(gòu)建及強(qiáng)化連接性廊道，為物種遷移提供良好的生境。與此同時(shí)，廊道交叉處是影響生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性的關(guān)鍵區(qū)域，是生態(tài)優(yōu)化的首選對(duì)象，可以適當(dāng)擴(kuò)大已有生態(tài)斑塊面積，增加新的生態(tài)斑塊以提高自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性，或是提供專門的通道以降低城市建設(shè)用地和對(duì)外交通用地對(duì)野生動(dòng)物遷移的阻隔作用。

4 結(jié)論與討論

建立和優(yōu)化連接自然遺產(chǎn)地之間的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)維持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文基于耗費(fèi)距離模型分析方法構(gòu)建了江蘇省省域范圍內(nèi)的自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上采用連通性指數(shù)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀廊道和潛在自然遺產(chǎn)廊道的連通性水平，提出了自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化措施。研究結(jié)果表明：林地、濕地、草地是自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的主要景觀組成結(jié)構(gòu)；自然遺產(chǎn)體系中面積較大或者形狀較長(zhǎng)、較寬斑塊的重要性程度較高；江蘇省省域范圍內(nèi)的現(xiàn)狀生態(tài)連通性水平較低，通過自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建可以有效地提高生態(tài)連通性水平，有利于促進(jìn)研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)能量流動(dòng)、生物多樣性保護(hù)以及區(qū)域生態(tài)安全。

研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建主要受以下幾個(gè)方面影響：

(1)不同土地利用類型景觀阻力值的影響

對(duì)于不同物種，遷移阻力值是不同的，基于不同阻力值計(jì)算模擬的潛在生態(tài)廊道也差異明顯[11]。已有研究表明植被群落特征以及人為干擾強(qiáng)度對(duì)生物遷移和生境適宜性起著決定性作用[27]。本文在有限的數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上，確定阻力值時(shí)考慮植被覆蓋率、植被類型、綠地單元建立時(shí)間和人為干擾程度等因素，一定程度上符合區(qū)域尺度上構(gòu)建生態(tài)廊道的要求。

此外，影響物種遷移的阻力因素不僅和土地類型有關(guān)，還與地形坡度等因素有關(guān)。但本文所選區(qū)域地處長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)，地形平坦，研究區(qū)95%的面積都處于海拔50 m以下，所以在本研究中未作討論。

(2)廊道寬度選擇的影響

廊道結(jié)構(gòu)及功能的復(fù)雜程度使廊道寬度隨著物種生活習(xí)性、廊道結(jié)構(gòu)、連接度以及土地利用方式的變化而變化[28]。比如鳥類在短距離內(nèi)甚至不需要廊道，而大型哺乳動(dòng)物遷移廊道的寬度需要幾公里甚至幾十公里。為滿足研究區(qū)內(nèi)生物的長(zhǎng)久遷移，經(jīng)過多次嘗試，選擇較為合理的2 km作為自然遺產(chǎn)地生態(tài)廊道寬度。在今后研究中可以結(jié)合目標(biāo)物種調(diào)整廊道寬度。

(3)社會(huì)文化因素的影響

自然要素與文化要素之間的關(guān)系緊密。在未來生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施中需要綜合考慮人類對(duì)生態(tài)結(jié)構(gòu)的影響及自然與文化之間的相互作用，構(gòu)建復(fù)合型生態(tài)網(wǎng)絡(luò)更有利于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。在現(xiàn)實(shí)景觀中，生態(tài)功能的發(fā)揮并不局限于某一固定空間，生態(tài)流會(huì)延伸至研究區(qū)以外區(qū)域。因此在今后研究中應(yīng)該進(jìn)一步深化多尺度、多維度的自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究。

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The construction and optimization of ecological networks based on natural heritage sites in Jiangsu Province

XIE Huiwei, ZHOU Nianxing*, GUAN Jian

SchoolofGeographicScience,NanjingNormalUniversity,Nanjing210023,China

Natural heritage sites are important habitats for fauna and flora, and assist in maintaining ecosystem service functions. Often however, human activities and natural threats have damaged the integrity of such sites, and large habitats have become increasingly fragmented. As a result, regional biodiversity conservation has been seriously threatened. To change this situation, ecological networks are being considered as an effective way to re-connect important natural heritage sites. Within a rational ecological network, the flow of material, energy and information among various areas can be ensured and the quality of natural ecosystems can be improved. The effective setting up of ecological corridors and connecting fragmented habitats are crucial actions in the protection of the biodiversity of natural heritage sites, and in the maintenance of regional ecological security. This is especially true in rapidly urbanizing areas: taking natural heritage sites as the core of an ecological network, constructing these networks and undertaking research on ecological values are particularly important actions in this type of developing area. Jiangsu province is located in the coastal area of eastern China where land resources are limited, and has a high population density and a well-developed economy. Human activities have however disturbed the ecological balance seriously, so there is a need to implement regional ecological networks, to integrate natural heritage resources, and to promote the sustainable development of regional ecosystems. For the present study, natural heritage core-areas were firstly selected based on the theory and principles of Landscape Ecology and Conservation Biology, and the different cost values of different landscape types decided with the help of GIS technology. Second, taking Jiangsu Province as an example allowed quantitative simulation of the establishment of natural heritage sites for potential ecological networks using a minimum cumulative resistance model, and the analysis of network connectivity using an integral index of connectivity and probability of connectivity. Third, the main natural heritage corridors in Jiangsu Province were studied, which allowed the determination of suitable optimization measures on the basis of the current corridors. The results show that, in Jiangsu Province, about 78.28% of the forested area, 88.70% of the beach area, and 94.37% of the grassed area together make up the major part of the natural heritage ecological network. These ecological cores have great influence on the establishment of ecological networks. The study also found that the habitats with larger area and greater length have a higher degree of importance in maintaining landscape connectivity. However, the current integral index of connectivity of the study area ranges between 0.001 and 0.003, which indicates poor connectivity. These values would increase to between 0.044 and 0.046, and the possibility of connectivity could go as high as 0.074, if the construction of the proposed ecological networks were achieved. The increment of these values indicates that the construction of natural heritage ecological corridors improves the level of landscape connectivity significantly. Based on the existing ecological network structure, increasing connections between fragmented ecological sites is thus a feasible strategy to optimize the overall ecological network system. Lastly, suggestions on how to achieve optimization of the ecological network are put forward. Overall, the results in this paper provide an important reference point for the sustainable development of natural heritage and biodiversity protection, and also provide useful information for the implementation of natural heritage protection measures.

natural heritage; ecological corridor; ecological network; Jiangsu Province

國(guó)家自然科學(xué)基金(41271150)；江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)基金(08SJD7900029)；江蘇省社科聯(lián)文化精品研究課題(12SWC-017)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

2014- 01- 08; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2014- 04- 22

10.5846/stxb201401080058

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhounianxing@263.net

謝慧瑋, 周年興, 關(guān)健.江蘇省自然遺產(chǎn)地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與優(yōu)化.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(22):6692- 6700.

Xie H W, Zhou N X, Guan J.The construction and optimization of ecological networks based on natural heritage sites in Jiangsu Province.Acta Ecologica Sinica,2014,34(22):6692- 6700.