漫灣庫(kù)區(qū)景觀破碎化對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量的影響

劉世梁, 尹藝潔, 楊玨婕, 安南南, 王 聰, 董世魁

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875

漫灣庫(kù)區(qū)景觀破碎化對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量的影響

劉世梁*, 尹藝潔, 楊玨婕, 安南南, 王 聰, 董世魁

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875

水利工程的建設(shè)不僅改變了庫(kù)區(qū)的景觀格局,還會(huì)導(dǎo)致區(qū)域生物生境質(zhì)量的變化。以瀾滄江漫灣庫(kù)區(qū)為例,在綜合海拔高度、植被類型和水源地距離生境因子的基礎(chǔ)上,考慮生物擴(kuò)散過(guò)程,研究了建壩前后整個(gè)庫(kù)區(qū)以及典型研究小區(qū)(庫(kù)首、庫(kù)中、庫(kù)尾、對(duì)照)的重要生境斑塊空間分布變化。結(jié)果表明：漫灣水電站建成后,庫(kù)區(qū)的獼猴總體生境破碎化程度增加,景觀連接度減少且重要生境斑塊的比例也有所降低,生境質(zhì)量整體下降；4個(gè)研究小區(qū)的景觀格局變化情況同整個(gè)庫(kù)區(qū)相一致?？臻g上,生境質(zhì)量明顯退化的地區(qū)主要分布在庫(kù)區(qū)的西部和南部,尤其是庫(kù)尾地區(qū),其生境斑塊數(shù)量相較于建壩前增長(zhǎng)了9倍,而景觀連接度指數(shù)下降了81.48%。回歸分析結(jié)果表明景觀連接度指數(shù)與占景觀面積百分比指數(shù)(PLAND)呈顯著正相關(guān)(R2=0.973),與斑塊數(shù)(NP)呈顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.611)；肯德爾系數(shù)表明斑塊數(shù)(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、占景觀百分比指數(shù)(PLAND)、相似鄰近百分比指數(shù)(PLADJ)、連通度指數(shù)(CONNECT)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)7個(gè)景觀格局指數(shù)與景觀連接度指數(shù)均表現(xiàn)出顯著一致性。由此看出,庫(kù)區(qū)景觀破碎化越嚴(yán)重、區(qū)域景觀連接度越低，生境質(zhì)量退化越明顯；而提高生境主要植被類型的覆蓋率、保護(hù)連接度貢獻(xiàn)大的重要斑塊和建設(shè)生態(tài)廊道,可以有效恢復(fù)庫(kù)區(qū)生物生境質(zhì)量。

漫灣；景觀格局；景觀連接度；破碎化

我國(guó)水利工程發(fā)展迅速,在帶來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響[1-3],所產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)具有復(fù)雜性、潛在性、空間性、累積性和規(guī)模大的特點(diǎn)[4-5],不僅會(huì)改變河道內(nèi)水文、水質(zhì)、泥沙、水生生物等生態(tài)組分結(jié)構(gòu)[6-7],還會(huì)導(dǎo)致陸域景觀格局的改變[4],進(jìn)而引發(fā)棲息地退化和生物多樣性喪失等問(wèn)題[3]。目前,大尺度上水利工程的生態(tài)效應(yīng)研究主要集中于水電開發(fā)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[8]、水生生物多樣性及庫(kù)區(qū)景觀格局的影響等方面[4,9],而對(duì)庫(kù)區(qū)景觀功能和生境質(zhì)量等的研究還比較少。

對(duì)庫(kù)區(qū)的生物生境而言,現(xiàn)階段更多地是利用景觀指數(shù)來(lái)分析其破碎化格局,對(duì)于這些生物過(guò)程仍重視不足,目前景觀連接度相關(guān)方法在刻畫生物擴(kuò)散過(guò)程方面應(yīng)用廣泛,景觀連接度是促進(jìn)或阻礙生物體或某種生態(tài)過(guò)程在源斑塊間運(yùn)動(dòng)的程度[10-11],其變化會(huì)影響種子遷移擴(kuò)散、動(dòng)物遷移、基因流動(dòng)、干擾滲透等生態(tài)過(guò)程[12]。Pascual-Hortal和Saura[13]提出的連接度概率指數(shù)(Probability of Connectivity, PC)考慮了生物在景觀中的擴(kuò)散行為,能夠較好的反映景觀破碎化、識(shí)別對(duì)生物多樣性保護(hù)敏感的重要斑塊,而且能夠從功能的角度綜合評(píng)價(jià)景觀中各要素對(duì)生物擴(kuò)散過(guò)程的影響[14]。所以,作為景觀生態(tài)功能研究的重要組成部分,景觀連接度能夠較為明確地揭示區(qū)域景觀生態(tài)現(xiàn)狀,并綜合反映物種棲息地的結(jié)構(gòu)和功能[15],可用于生境質(zhì)量評(píng)價(jià)之中,并能識(shí)別對(duì)于生物擴(kuò)散具有重要貢獻(xiàn)的斑塊。目前,已有許多學(xué)者利用景觀連接度相關(guān)指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)城鎮(zhèn)擴(kuò)張、道路建設(shè)等人類干擾下的生境質(zhì)量退化及生物多樣性改變等現(xiàn)象[16-17]，但是將景觀連接度方法應(yīng)用于綜合評(píng)價(jià)水電站建壩前后庫(kù)區(qū)生境質(zhì)量變化及建壩后的生態(tài)效應(yīng)研究還鮮有報(bào)道。

瀾滄江作為國(guó)際河流,其梯級(jí)水電站開發(fā)的生態(tài)效應(yīng)引起了廣泛關(guān)注,尤其是水電站建設(shè)運(yùn)行對(duì)當(dāng)?shù)匚锓N生境質(zhì)量的影響。獼猴(Macacamulatta)廣泛分布于云南省南部與西南部地區(qū),本研究選取該保護(hù)物種作為研究對(duì)象,以漫灣庫(kù)區(qū)為研究區(qū)域,基于1974年、1991年及2006年3期遙感影像,運(yùn)用景觀格局和景觀連接度指數(shù)對(duì)漫灣水電站建設(shè)前后庫(kù)區(qū)的生境質(zhì)量變化及其空間分布進(jìn)行定量評(píng)價(jià),并識(shí)別漫灣庫(kù)區(qū)生物棲息地保護(hù)的重要斑塊。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討景觀格局變化與生境質(zhì)量的關(guān)系,為水利工程建設(shè)的生態(tài)影響評(píng)價(jià)與生物多樣性保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為云南省瀾滄江漫灣水電站庫(kù)區(qū),本研究所指庫(kù)區(qū)包括電站水庫(kù)所涉及的瀾滄江河段兩岸分水嶺以內(nèi)的區(qū)域,上游至小灣電站附近,下游至壩址所在山脊線。瀾滄江全長(zhǎng)約4500 km,在中國(guó)境內(nèi)長(zhǎng)2153 km,總落差約5060 m[4]。漫灣電站是瀾滄江水能梯級(jí)開發(fā)的第一個(gè)干流大型水電站,始建于1986年,并于1995年完成一期工程。該水電站壩長(zhǎng)418 m、高132 m,正常蓄水位994 m,總庫(kù)容10. 6×108m3,水庫(kù)面積23.6 km2,干流回水約70 km,總裝機(jī)容量為150×104kW[4]。漫灣庫(kù)區(qū)處于滇西北橫斷山系南部帚狀山脈峽谷中山區(qū),兩岸為高山峽谷地貌,峰高谷深,是典型的河道型水庫(kù)[18]。庫(kù)區(qū)所處區(qū)域氣候?yàn)楠?dú)特的河谷南亞熱帶半濕潤(rùn)氣候,年平均氣溫為18—20 ℃,年降水量為1000—1150 mm[2]。漫灣庫(kù)區(qū)動(dòng)植物資源豐富,植被類型包括河岸半落葉闊葉混交林、山地針葉林、陡坡高草稀樹林、山地常綠闊葉林、河灘灌叢和荒地灌草林[2]。研究區(qū)擁有全國(guó)26%的哺乳動(dòng)物種類,其中國(guó)家級(jí)保護(hù)獸類有25種[19]。根據(jù)庫(kù)區(qū)受干擾程度和具體地理位置的差異,分別在庫(kù)首、庫(kù)中、庫(kù)尾以及無(wú)量山自然保護(hù)區(qū)(對(duì)照組)內(nèi)各選擇一個(gè)10 km×10 km大小的區(qū)域作為研究小區(qū)(圖1)。

圖1 漫灣庫(kù)區(qū)地理位置圖Fig.1 Location of the Manwan basin

1.2 研究數(shù)據(jù)

漫灣庫(kù)區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為1974年1月4日的LANDSAT MSS影像(#141/43)、1991年2月12日和2006年12月11日的TM影像(均為#131/43),輔助數(shù)據(jù)為l：50000云南省地形圖。利用ERDAS軟件進(jìn)行人工目視解譯,并結(jié)合實(shí)地調(diào)研驗(yàn)證獲取以上3個(gè)時(shí)期的庫(kù)區(qū)景觀圖,其影像的分類精度達(dá)91%。根據(jù)研究所需,將庫(kù)區(qū)用地類型劃分為水域、林地、灌叢、草地、農(nóng)田和建設(shè)用地共6種。以漫灣水電站建設(shè)動(dòng)工時(shí)間為節(jié)點(diǎn),視1974年的分析結(jié)果作為背景數(shù)據(jù),而1991年及2006年的分析結(jié)果則為受大壩建設(shè)影響的數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 景觀格局分析

選取適宜的景觀格局變化指數(shù)來(lái)定量地表征研究區(qū)景觀破碎化程度。利用Fragstats 4.2軟件在景觀類型水平上選取了斑塊數(shù)(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、總邊緣長(zhǎng)度(TE)、占景觀百分比(PLAND)、相似鄰近百分比(PLADJ)以及連通度指數(shù)(CONNECT)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)來(lái)定量地表述研究區(qū)的景觀格局[20-21]。

1.3.2 適宜生境斑塊的選擇

適宜生境斑塊的選擇是景觀連接度分析的基礎(chǔ),在進(jìn)行生境適宜性分析時(shí),不僅要考慮景觀要素和地形要素對(duì)物種的適宜性,還要考慮生境斑塊面積以及斑塊之間的可達(dá)性[22],即能夠支持該物種的擴(kuò)散、遷徙等生態(tài)過(guò)程[23-24]。獼猴主要棲息在海拔1900 m以上的石山峭壁、溪旁溝谷和江河岸邊的密林中或疏林巖山上[25],參考已有的獼猴活動(dòng)范圍研究[26]以及其他相關(guān)的研究成果[14,27],將針葉林、闊葉林、針闊混交林及其他林地作為獼猴的生境斑塊,而不細(xì)究具體的樹木種類；并且保證斑塊面積能夠容納足夠的物種數(shù)量。本研究選取植被覆蓋度大于30%,面積大于25 hm2的林地作為有待進(jìn)一步篩選的備選生境斑塊。

同時(shí),除了生境斑塊類型和地形要素,距水源地的距離也是影響猴群分布的重要因子。因此,本研究綜合考慮海拔高度、植被類型和距水源地的距離3種不同的生境因子。根據(jù)專家意見,將庫(kù)區(qū)的土地利用類型圖和1∶50000的地形圖進(jìn)行疊加,提取備選生境斑塊,并在基礎(chǔ)上根據(jù)對(duì)不同生境因子的要求進(jìn)行相對(duì)適宜性賦值,最終得出適宜生境斑塊(表1)。

1.3.3 景觀連接度分析

利用PC指數(shù)分析景觀連接度。在景觀尺度上,該指數(shù)反映景觀的整體的連通性,PC指數(shù)越大,表示生境斑塊之間連通的可能性越大[14]；在斑塊尺度上,以移除斑塊情景下的PC指數(shù)變化得到斑塊相對(duì)重要性指數(shù)(dPC),可以衡量不同生境斑塊的重要性。PC指數(shù)及dPC指數(shù)的計(jì)算均在軟件Conefor Sensinode 2.6中進(jìn)行。由于生境斑塊之間是否連通與所設(shè)定的鄰域范圍有關(guān),因此在計(jì)算中需要做不同鄰域范圍的情景分析,根據(jù)物種的實(shí)際擴(kuò)散距離設(shè)置不同的鄰域范圍[28]。獼猴等中小型哺乳動(dòng)物的平均擴(kuò)散距離為50—1000 m[23,29-30],因此,本研究設(shè)置100,300,500,700 m和1000 m這5個(gè)鄰域范圍進(jìn)行情景分析。根據(jù)計(jì)算得到的每個(gè)生境斑塊重要性,結(jié)合ArcGIS 10軟件,可視化庫(kù)區(qū)景觀的連接度分布情況,對(duì)比建壩前后庫(kù)區(qū)生境質(zhì)量的變化。

表1 不同生境因子影響下的斑塊適宜性賦值

將計(jì)算得到的4個(gè)研究小區(qū)的所選景觀格局指數(shù)與PC指數(shù)分別進(jìn)行線性回歸分析和Kendall′s Tau-b(τb)系數(shù)分析,并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。τb的取值范圍在0到1,其值越大,說(shuō)明相應(yīng)的景觀格局指數(shù)與PC指數(shù)一致性越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)景觀格局變化

通過(guò)對(duì)海拔高度、植被類型和距水源地的距離3個(gè)圖層進(jìn)行疊加分析及生境因子賦值,獲取了漫灣庫(kù)區(qū)的適宜生境斑塊分布,并在此基礎(chǔ)上得出整個(gè)漫灣庫(kù)區(qū)的各景觀格局指數(shù)值(表2)。漫灣水電站建設(shè)前(1974年),研究區(qū)斑塊數(shù)量較少,單位斑塊面積較大,連通度均處于較高水平,植被格局總體趨于完整,空間異質(zhì)性低。而在水電站建設(shè)運(yùn)行期(1991年和2006年),庫(kù)區(qū)的景觀整體向相反方向轉(zhuǎn)變,斑塊數(shù)量及邊緣長(zhǎng)度較高,連通度處于較低水平；同時(shí),香農(nóng)多樣性指數(shù)上升趨勢(shì)明顯。通過(guò)比較1991年和2006年漫灣庫(kù)區(qū)景觀格局指數(shù)值,不難發(fā)現(xiàn)電站建設(shè)階段對(duì)庫(kù)區(qū)景觀破碎化的影響大于電站建成投入使用階段。原因可能是電站建設(shè)期間涉及移民安置、土地利用方式大幅度轉(zhuǎn)變等問(wèn)題[31]；而電站建成使用后,庫(kù)區(qū)植被的人工及自然恢復(fù)、土地利用開發(fā)放緩等現(xiàn)象使得景觀破碎化進(jìn)程減緩?？傮w來(lái)看,水電站的建設(shè)與運(yùn)行加劇了庫(kù)區(qū)的景觀破碎化程度。

表2 1974—2006年漫灣庫(kù)區(qū)總體景觀格局指數(shù)

NP:斑塊數(shù)Number of Patches; LPI:最大斑塊指數(shù)Largest Patch Index; TE:總邊緣長(zhǎng)度Total Edge Index;PLADJ:相似鄰近百分比Percentage of Like Adjacencies; CONNECT:連通度指數(shù)Connectance; SHDI:香農(nóng)多樣性指數(shù)Shannon′s diversity index

2.2 不同生態(tài)過(guò)程下景觀連接度的變化

通過(guò)對(duì)相同年份、不同遷移距離下的PC指數(shù)值,以及同一遷移距離、不同年份的PC指數(shù)值進(jìn)行兩兩比較(表3,圖2),發(fā)現(xiàn)不論物種擴(kuò)散距離如何,1974年的PC指數(shù)值均明顯高于1991年和2006年的相應(yīng)指數(shù)值。當(dāng)年份相同時(shí),不同擴(kuò)散距離下的PC指數(shù)的變化幅度不大；相比之下,同一遷移距離下的PC指數(shù)值隨著時(shí)間有著明顯波動(dòng)。PC指數(shù)從1974年到2006年,在100 m擴(kuò)散距離下降低了65.31%,在300 m擴(kuò)散距離下降低了60.00%,在500 m擴(kuò)散距離下降低了56.86%,在700 m和1000 m距離下均降低了51.92%。因此,生境面積的減少和破碎化對(duì)于擴(kuò)散距離短的物種影響比較大,遷徙距離短的物種對(duì)景觀連接度的降低更為敏感。在擴(kuò)散距離大于700 m的情況下,景觀連接度不再變化,情景分析表明,遷徙距離較長(zhǎng)的物種對(duì)于庫(kù)區(qū)棲息地生境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

表3 漫灣庫(kù)區(qū)1974,1991和2006年不同擴(kuò)散距離下的PC指數(shù)值

圖2 漫灣庫(kù)區(qū)不同擴(kuò)散距離下PC指數(shù)值隨時(shí)間的變化情況Fig.2 The changes of PC values under different dispersal distances in 1974, 1991 and 2006

2.3 適宜生境斑塊的重要性變化

大壩建設(shè)不僅會(huì)降低庫(kù)區(qū)整體的景觀連接度,也會(huì)改變單個(gè)斑塊的連接度重要性,從而影響重要生境斑塊的空間分布(圖3)。取最小擴(kuò)散距離(100 m)和最大擴(kuò)散距離(1000 m)進(jìn)行斑塊重要性變化分析,根據(jù)dPC值并參考陳利頂[32]等對(duì)大熊貓生境適宜性評(píng)價(jià)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生境斑塊的重要性進(jìn)行分級(jí),共分低(0—0.4)、中(0.4—0.7)、高(0.7—1)3個(gè)等級(jí)。以最大擴(kuò)散距離1000 m為例,水電站建設(shè)前研究區(qū)的高等重要性斑塊占生境斑塊總面積的84.46%；到2006年高等重要性斑塊的比例下降到57.96%,面積減少了317.2 km2。水電站建設(shè)后中等重要性斑塊的面積共增加了78.56 km2,比例呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),從1974年的7.93%增加到1991年的20.98%,后又減少到2006年的17.52%。不同擴(kuò)散距離的情景分析對(duì)比表明,隨著物種擴(kuò)散距離的降低,某些重要程度高的生境斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、低等?jí)的斑塊,生境質(zhì)量的變化對(duì)活動(dòng)范圍窄,遷移距離短的物種影響更大。

從空間分布上看,庫(kù)區(qū)東部無(wú)量山自然保護(hù)區(qū)境內(nèi)的適宜生境斑塊保護(hù)良好,重要斑塊數(shù)量多且分布集中。生境質(zhì)量退化現(xiàn)象主要發(fā)生在庫(kù)區(qū)的西部和南部地區(qū),這是因?yàn)槁虫?zhèn)、小灣鎮(zhèn)、忙甩鄉(xiāng)、茂蘭彝族布朗族鄉(xiāng)和腰街彝族鄉(xiāng)等庫(kù)區(qū)區(qū)域內(nèi)的幾個(gè)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)均坐落于此,當(dāng)?shù)厝丝诔砻?、農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁,對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)較大。

2.4 景觀格局變化與景觀連接度的關(guān)系

以擴(kuò)散距離為1000 m時(shí)的PC指數(shù)變化為例,結(jié)果顯示庫(kù)首、庫(kù)中、庫(kù)尾和對(duì)照小區(qū)的PC指數(shù)均呈降低的趨勢(shì),其中庫(kù)尾的景觀連接度降低幅度最為明顯,32年間減小了81.48%(表4,圖4)。漫灣電站動(dòng)工建設(shè)后,各研究小區(qū)林地的占景觀百分比(PLAND)、相似鄰近百分比(PLADJ)和連通度指數(shù)(CONNECT)也都呈下降趨勢(shì),而斑塊數(shù)(NP)、總邊緣長(zhǎng)度(TE)則大幅增加。2006年庫(kù)首和庫(kù)中斑塊數(shù)分別是建壩前的5倍,庫(kù)尾為建壩前的9倍；斑塊總邊緣長(zhǎng)度的增加也表明斑塊形狀更為復(fù)雜化,庫(kù)區(qū)生境斑塊的破碎化十分嚴(yán)重。

由表4可知，大壩動(dòng)工建設(shè)后庫(kù)中、庫(kù)首和庫(kù)尾的景觀格局及連接度變化明顯,尤其是庫(kù)尾地區(qū),原因可能在于庫(kù)尾地區(qū)同時(shí)受到小灣電站建設(shè)的影響。

表4 1974,1991和2006年4個(gè)研究小區(qū)的景觀格局指數(shù)值和PC指數(shù)值

圖4 研究小區(qū)不同年份的PC指數(shù)值比較Fig.4 The comparisons of PC values in different sub-study areas

線性回歸結(jié)果表明PC指數(shù)值與PLAND (R2=0.973,P<0.01),PLADJ (R2=0.676,P<0.01)和CONNECT(R2=0.607,P<0.01)均具有顯著的正相關(guān),其中PLAND值對(duì)PC指數(shù)的影響最大(表5)。同時(shí),PC指數(shù)與NP(R2=0.289,P>0.05)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān),但與TE相關(guān)性不顯著。Kendall系數(shù)的分析結(jié)果與線性回歸分析結(jié)果相一致,除了TE指數(shù),其余景觀格局指數(shù)均與PC指數(shù)值具有良好的正負(fù)一致性(表6)。

3 討論

本研究表明漫灣庫(kù)區(qū)的景觀破碎化明顯地影響生物的生境質(zhì)量,生境質(zhì)量與諸多因素有關(guān),可以通過(guò)考慮生態(tài)影響因子構(gòu)建適宜性模型進(jìn)行分析[33],也可利用生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)表征[34]。本研究在考慮生境適宜性的基礎(chǔ)上將景觀連接度水平、生境斑塊重要性分布情況與生境質(zhì)量相聯(lián)系,即研究區(qū)景觀連接度大、重要斑塊分布廣泛,則視該區(qū)域的生境質(zhì)量整體處于優(yōu)良狀態(tài),景觀生態(tài)功能可以得到較好的維持。

表5 景觀格局指數(shù)與連接度指數(shù)的線性回歸分析

表6 景觀格局指數(shù)與景觀連接度的肯德爾系數(shù)

* *表示相關(guān)極顯著

大壩動(dòng)工建設(shè)后,漫灣庫(kù)區(qū)林地面積由1974年的753.35 km2降低到了1991年的601.92 km2,之后隨著庫(kù)區(qū)退耕還林和封山育林等生態(tài)恢復(fù)措施的實(shí)施,到2006年當(dāng)?shù)厣指采w面積增長(zhǎng)到了639.32 km2。但是,景觀連接度研究表明,從1974年到2006年庫(kù)區(qū)生境斑塊的連接度持續(xù)下降,PC指數(shù)平均降低了54.74%。1974年到1991年的大壩建設(shè)期PC指數(shù)下降最快,平均減少了55.51%(表1)。在1991年到2006年的大壩運(yùn)營(yíng)期,雖然庫(kù)區(qū)林地面積有所增長(zhǎng),可是在100、300、500 m的擴(kuò)展距離下景觀連接度仍然略有下降。說(shuō)明在區(qū)域景觀尺度上,大壩建設(shè)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在建設(shè)期,由于大壩建設(shè)后各種生態(tài)保護(hù)措施的及時(shí)實(shí)施,使得在大壩運(yùn)營(yíng)期間其生態(tài)效應(yīng)影響并沒(méi)有加劇；然而由于當(dāng)?shù)赝烁€林的樹種主要以花椒、茶樹等經(jīng)濟(jì)林為主,仍然沒(méi)有較好的改變庫(kù)區(qū)棲息地的生境質(zhì)量和破碎化的現(xiàn)狀。雖然“退耕還林”政策的實(shí)施和無(wú)量山自然保護(hù)區(qū)的建立對(duì)漫灣庫(kù)區(qū)的生境質(zhì)量恢復(fù)和生物多樣性保護(hù)起到了一定的作用,但是從生態(tài)環(huán)境的角度出發(fā),在具體保護(hù)措施實(shí)施過(guò)程中應(yīng)該選取更多的本地天然林樹種,例如,云冷杉林和云南松等,建立更適于物種生存的棲息地。

對(duì)線性回歸方程與肯德爾系數(shù)(表5,表6)的分析進(jìn)一步表明增加林地面積,即使得PLAND指數(shù)增高,是增加景觀連接度、恢復(fù)生境質(zhì)量最有效的措施。并且,生境斑塊的形狀變化對(duì)于景觀連接度的影響不大,但是斑塊破碎化對(duì)于景觀連接度的影響明顯。因此,提高區(qū)域景觀連接度的方法除了保護(hù)重要生境斑塊、增加林地面積之外,還應(yīng)該建設(shè)生態(tài)廊道,增加生境斑塊的結(jié)構(gòu)與功能連接性,減少破碎化帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng),較好地維護(hù)景觀生態(tài)功能與生境質(zhì)量。

4 結(jié)論

水利工程建設(shè)是庫(kù)區(qū)土地利用變化的重要驅(qū)動(dòng)力之一,在導(dǎo)致區(qū)域生境面積減少、景觀破碎化的同時(shí),降低景觀連接度、影響景觀生態(tài)功能并威脅生物的生境質(zhì)量。從1974年到2006年,不同的情景下庫(kù)區(qū)的PC指數(shù)值分別均有降低；且漫灣電站建成后共有317.2 km2的高等級(jí)重要生境斑塊轉(zhuǎn)化為中、低等級(jí)的生境斑塊,庫(kù)區(qū)的生境質(zhì)量有所下降。從空間分布上看,庫(kù)區(qū)的西部和南部地區(qū)的生境質(zhì)量退化現(xiàn)象顯著,由于受到小灣電站建設(shè)的共同影響,庫(kù)尾地區(qū)的景觀連接度指數(shù)下降了81.48%,斑塊數(shù)增長(zhǎng)了9倍,景觀變化明顯。

大壩建設(shè)期的生態(tài)影響比大壩運(yùn)營(yíng)期更為顯著,1974年到1991年的漫灣電站建設(shè)期,庫(kù)區(qū)林地面積從753.35 km2降低到了601.92 km2,PC指數(shù)平均減少了55.51%；而1991年到2006年的電站運(yùn)營(yíng)期,林地面積增長(zhǎng)到了639.32 km2,只有300 m擴(kuò)散距離以內(nèi)PC指數(shù)略有下降。研究表明,優(yōu)化庫(kù)區(qū)景觀格局是實(shí)現(xiàn)水利工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào),維護(hù)庫(kù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康并保證區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要手段。大型水利工程建設(shè)運(yùn)行的生態(tài)效應(yīng)具有長(zhǎng)期性和累積性,有待更長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累和深入研究。

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Assessment of the influences of landscape fragmentation on regional habitat quality in the Manwan Basin

LIU Shiliang*, YIN Yijie, YANG Juejie, AN Nannan, WANG Cong, DONG Shikui

SchoolofEnvironment,StateKeyLaboratoryofWaterEnvironmentSimulation,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

Dam construction and the subsequent land use change have obvious impacts on regional ecosystems. Not only the landscape pattern, but also the regional habitat quality are affected by these human activities. Taking the Manwan Basin of the Lancang River as a case study, habitat quality changes and key patch distributions of the whole study area and four sub-study areas (reservoir head zone, reservoir center zone, reservoir trail zone, and control zone) before and after dam construction were determined based on remote sensing images and GIS techniques, considering multiple factors (elevation, land use, and distance from water) and the dispersal ability of the focused species. The probability of connectivity index (PC) was a proxy for habitat quality in this study. Dispersal distances were set at 100, 300, 500, 700 m and 1000 m to calculate the PC index, which was further used to identify the importance level of habitat patches. The results showed that the degree of habitat fragmentation for macaques increased in the Manwan Basin, while the landscape connectivity between habitat patches and the percentage of key patches decreased after the construction of the Manwan hydropower plant. Regional habitat quality clearly declined, and the change in landscape pattern indicators in the four sub-study areas was similar to that in the total Manwan Basin. The PC index clearly decreased over time by about 55.51% on average, and there were 317.2 km2of high-level patches converted to much lower levels from 1974 to 1991, while there were slight declines in the hydropower operation period. Habitat degradation occurred mainly in the south and west regions, especially in the reservoir tail zone, where patch number increased nine-fold while the landscape connectivity decreased by 81.48%. A linear-regression analysis indicated that the landscape connectivity index was positively associated with the percentage of landscape area index (R2=0.9729), but had a negative correlation with the patch number index (R2=-0.6106); Kendall′s tau-b (τb) coefficient indicated that, except for the total edge index (TE), all of the other landscape pattern indicators (number of patches (NP), largest patch index (LPI), percentage of landscape index (PLAND), percentage of like adjacencies (PLADJ), connectance (CONNECT), and Shannon′s diversity index (SHDI)) showed a remarkable correlation with landscape connectivity. It can be seen that the more serious the landscape fragmentation was, the more landscape connectivity and habitat quality were reduced. The percent increase in the dominant vegetation cover of habitats, which caused the PLAND to increase, can be an effective measure to restore the habitat quality. In addition, the protection of key patches and the construction of an ecological corridor, which would enhance the landscape connectivity, would contribute to the habitat quality recovery and the maintenance of landscape ecological functions.

Manwan Dam; landscape pattern; landscape connectivity; fragmentation

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571173)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAK19B06)

2015-06-29;

日期:2016-06-13

10.5846/stxb201506291339

* 通訊作者Corresponding author.E-mail: Shiliangliu@bnu.edu.cn

劉世梁, 尹藝潔, 楊玨婕, 安南南, 王聰, 董世魁.漫灣庫(kù)區(qū)景觀破碎化對(duì)區(qū)域生境質(zhì)量的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(2):619-627.

Liu S L, Yin Y J, Yang J J, An N N, Wang C, Dong S K.Assessment of the influences of landscape fragmentation on regional habitat quality in the Manwan Basin.Acta Ecologica Sinica,2017,37(2):619-627.