基于文獻(xiàn)計(jì)量法的中國景觀連接度應(yīng)用研究進(jìn)展

陳春娣, 賈振毅,,*, 吳勝軍, 童笑笑, 周文佐, 陳若漪,張超林

1 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院, 重慶 400714 2 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715 3 北京林業(yè)大學(xué)國際交流與合作處, 北京 100083 4 重慶市規(guī)劃研究中心, 重慶 401121

?

基于文獻(xiàn)計(jì)量法的中國景觀連接度應(yīng)用研究進(jìn)展

陳春娣1, 賈振毅1,2,*, 吳勝軍1, 童笑笑1, 周文佐2, 陳若漪3,張超林4

1 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院, 重慶 400714 2 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715 3 北京林業(yè)大學(xué)國際交流與合作處, 北京 100083 4 重慶市規(guī)劃研究中心, 重慶 401121

景觀連接度反映了景觀對物種或某種生態(tài)過程在生境斑塊之間運(yùn)動的促進(jìn)或阻礙作用,對維持景觀格局及生態(tài)過程的完整性和連續(xù)性具有重要指示意義。在當(dāng)前全球環(huán)境變化,自然生境喪失和破碎化不可避免的情況下,景觀連接度的評價(jià)、模擬與應(yīng)用已成為景觀生態(tài)學(xué)、保護(hù)生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科的研究熱點(diǎn)?；贑NKI和Web of Science數(shù)據(jù)庫,檢索1999—2015年間國內(nèi)發(fā)表的景觀連接度期刊論文,通過文獻(xiàn)計(jì)量法,分別從年發(fā)文量、來源期刊、研究機(jī)構(gòu)、研究區(qū)域、研究目的、景觀類型、景觀尺度以及研究方法等多個(gè)視角分析國內(nèi)該領(lǐng)域應(yīng)用研究進(jìn)展以及發(fā)展趨勢。經(jīng)檢索共得到文獻(xiàn)240篇,其中英文43篇。分析發(fā)現(xiàn),近20年國內(nèi)該領(lǐng)域年發(fā)文量總體呈顯著增長趨勢；《生態(tài)學(xué)報(bào)》、《生態(tài)學(xué)雜志》和Urban and Landscape Planning為主要刊載期刊；研究力量集中分布在北京、南京等東部18所科研機(jī)構(gòu),文獻(xiàn)量占到43.75%；研究目標(biāo)區(qū)域也以東部為主(52.2%),而對中西部生態(tài)敏感脆弱區(qū)研究較少；研究目的以景觀規(guī)劃為主,但針對物種保護(hù)的研究較弱,僅占11.25%,且主要關(guān)注大熊貓等被公眾熟知的珍稀瀕危物種；城市、城鄉(xiāng)等人工景觀是常見的景觀研究類型,相比之下,自然景觀所占比例較低；研究的空間尺度集中在<5000 km2的中小尺度域,占72.5%,景觀粒度以30 m的中等分辨率居多。識別出14種具體度量方法,常用的包括最小費(fèi)用模型、基于圖論原理的功能連接度指數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù),以及景觀格局指數(shù)等；關(guān)注功能性連接和多方法的綜合應(yīng)用已成為當(dāng)前研究的趨勢；度量方法的一些參數(shù),如最小費(fèi)用模型阻力賦值或距離閾值選擇主要依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或已有文獻(xiàn),而針對目標(biāo)物種采用實(shí)證研究的則較少。最后,對國內(nèi)當(dāng)前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和不足展開討論并展望了未來發(fā)展,以促進(jìn)我國景觀連接度后續(xù)研究。

圖論；功能連接度；最小費(fèi)用模型；生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；距離閾值

連接度理論于1984年由Merriam首次引用到景觀生態(tài)學(xué)中[1],之后國內(nèi)外學(xué)者從生態(tài)學(xué)、生物行為學(xué)、數(shù)學(xué)等角度對其理論與研究方法進(jìn)行探索與擴(kuò)展[2- 5]。雖然他們的具體表述存在差異,但核心思想基本一致,即景觀連接度描述了景觀要素在空間格局或生態(tài)過程上的有機(jī)聯(lián)系。這種聯(lián)系可能是生物群體間的物種或基因流,也可能是景觀要素間物質(zhì)與能量交換,它為探索景觀空間異質(zhì)性和揭示空間格局與生態(tài)過程之間的關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法[5-6]。由于受全球環(huán)境變化和人類活動的影響,景觀破碎化和島嶼化現(xiàn)象日益嚴(yán)重,恢復(fù)或重建景觀之間的連接,促進(jìn)斑塊間物質(zhì)、能量等生態(tài)流成為維持景觀完整性和連續(xù)性,提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要手段之一[7],對區(qū)域生物多樣性保護(hù)[8-9]、棲息地重建[10]、自然保護(hù)區(qū)[11]和城市規(guī)劃[12]等具有重要指導(dǎo)意義。

景觀連接度研究通常包括結(jié)構(gòu)性連接和功能性連接[13]。結(jié)構(gòu)性連接主要測定景觀的結(jié)構(gòu)特征,如生境斑塊的大小、形狀和位置,而不考慮生態(tài)過程,反映的是景觀斑塊在空間格局上的物理聯(lián)系,多用各種指數(shù)來描述[14]。而功能性連接則基于目標(biāo)媒介(動物、植物、物質(zhì)或能量)在斑塊間的遷移、流動等生物或生態(tài)過程,通常借助觀測、實(shí)驗(yàn)或模型預(yù)測等手段實(shí)現(xiàn)[6,15]。例如城市環(huán)境下,兩個(gè)源斑塊間無法形成結(jié)構(gòu)性連接,但一塊綠地中的鄉(xiāng)土樹種子通過風(fēng)媒傳播到達(dá)另一塊落種生根,或小型哺乳動物能夠借助其中轉(zhuǎn)遷徙,這兩個(gè)斑塊即構(gòu)成功能性連接。功能性連接整合復(fù)雜的過程分析,更加關(guān)注于景觀作為一個(gè)整體所發(fā)揮的功能,在生境破碎已成趨勢,恢復(fù)結(jié)構(gòu)性連接越發(fā)困難的情況下,其操作性更強(qiáng),意義更加顯著。

國內(nèi)對景觀連接度研究起步較晚,但伴隨著中國大規(guī)模城市化進(jìn)程和自然生境地喪失,近些年來備受關(guān)注,在景觀規(guī)劃、物種保護(hù)等領(lǐng)域涌現(xiàn)出大量應(yīng)用研究案例。如俞孔堅(jiān)[16]基于景觀連接度原理構(gòu)建了北京市景觀安全格局；孔繁花[17]、Chang[18]等分別利用最小費(fèi)用模型確定了濟(jì)南和常州城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵斑塊和連接,為城市建設(shè)和規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)；焦勝[19]等將景觀連接度理論引入城市土地適宜性模型,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)土地適宜性評價(jià)忽略景觀水平生態(tài)過程的缺陷；Ren[20]等基于圖論和地理探測模型定量分析廈門城市森林景觀連接度與生態(tài)因子、人類活動的空間相關(guān)性；陳杰[21]等應(yīng)用功能連接度重要性指數(shù)分析了鞏義市欲恢復(fù)為森林景觀的農(nóng)業(yè)用地斑塊的重要值大小,從而確定斑塊恢復(fù)的優(yōu)先順序；陳利頂[22]將連接度評價(jià)引入物種生境破碎化研究,分析了臥龍自然保護(hù)區(qū)大熊貓生存的適宜生境類型；Liu[23]等應(yīng)用景觀連接度評價(jià)了云南地區(qū)道路建設(shè)對動物遷移的影響,發(fā)現(xiàn)道路通過區(qū)的連接度明顯降低；Wang[24]等應(yīng)用景觀連接度分析了浙江稻田病害蟲入侵格局與區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)稻田斑塊的連接度是造成病蟲害擴(kuò)散格局的主導(dǎo)因素,為病蟲害防治提供了依據(jù)。

鑒于國內(nèi)近20年景觀連接度理論在應(yīng)用領(lǐng)域所取得的一系列成果,本文通過文獻(xiàn)計(jì)量法對該內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性分析和總結(jié),以期為我國學(xué)者把握國內(nèi)研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢、存在問題和應(yīng)用前景提供參考。

1 研究方法

基于CNKI和Web of Science兩大數(shù)據(jù)庫為檢索源,選擇同行審議的期刊論文作為研究對象。其中,中文以“景觀”+“連通性、連接度、距離閾值、最小費(fèi)用模型(類似概念包括最小累積阻力模型、最小耗費(fèi)距離模型、耗費(fèi)表面模型、累積耗費(fèi)距離模型、有效費(fèi)用距離模型、最小費(fèi)用路徑等[25])、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和生態(tài)廊道”為檢索主題詞,運(yùn)用計(jì)算機(jī)檢索語言“或”將各個(gè)檢索詞進(jìn)行“并”聯(lián)結(jié)；英文以“graph theory”O(jiān)R“distance threshold”O(jiān)R“l(fā)east-cost path”O(jiān)R“ecological network”AND“l(fā)andscape connectivity”為檢索主題詞,國家或地區(qū)設(shè)置為中國*僅指中國大陸地區(qū),港澳臺除外。；檢索時(shí)間范圍都設(shè)為1999年至2015年。根據(jù)設(shè)定的檢索條件,初步得到中文文獻(xiàn)856篇，英文532篇。然后通過生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)、農(nóng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、資源學(xué)、城市生態(tài)學(xué)等學(xué)科對結(jié)果進(jìn)行篩選,分別得到795篇和102篇。由于本文旨在探索景觀連接度理論在國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀和不足,為今后的城市規(guī)劃、自然保護(hù)區(qū)管理和物種保護(hù)等領(lǐng)域?qū)嵺`提供科學(xué)依據(jù)和方向性指引,而不是對該學(xué)科的理論發(fā)展進(jìn)行描述和討論,因此將文獻(xiàn)中的理論研究、綜述和不涉及具體研究案例的單純方法論探索忽略,最終獲得文獻(xiàn)中文197篇，英文43篇,并通過以下內(nèi)容展開統(tǒng)計(jì)分析(表1)。

2 文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 按文獻(xiàn)發(fā)表年份統(tǒng)計(jì)

國內(nèi)第一篇景觀連接度應(yīng)用研究出現(xiàn)于1999年,由陳利頂?shù)劝l(fā)表在《生態(tài)學(xué)報(bào)》的“臥龍自然保護(hù)區(qū)大熊貓生境破碎化研究”。期間2002年發(fā)表3篇,之后直到2004年才陸續(xù)有相關(guān)研究見刊。英文文獻(xiàn)總體偏少,但整體保持較快增長趨勢。從文獻(xiàn)發(fā)表年份的數(shù)量趨勢來看(圖1),可將我國景觀連接度研究大致分為3個(gè)階段：2003年以前為萌芽階段,僅有零星論文刊發(fā)；2004—2007年為初步發(fā)展階段,發(fā)文量總體較少,且呈現(xiàn)波動性增長；從2008年開始進(jìn)入快速增長階段,尤其是2014年,發(fā)表文獻(xiàn)44篇,達(dá)到了近15年來的高峰。其中,74.17%的文獻(xiàn)發(fā)表于2010—2015這6年間,年發(fā)文量30.3篇,比最初5年的發(fā)表數(shù)量翻了近30倍。

表1 文獻(xiàn)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)

圖1 1999—2015年景觀連接度研究發(fā)文量Fig.1 Number of published literatures on landscape connectivity between 1999 and 2015

2.2 按文獻(xiàn)來源期刊統(tǒng)計(jì)

對刊載文獻(xiàn)的來源期刊統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),該類研究廣泛分布于國內(nèi)外121種期刊,刊載量4篇以上的有13種(圖2),且集中于生態(tài)類和環(huán)境類期刊,約占文獻(xiàn)總量的42.92%。其中,《生態(tài)學(xué)報(bào)》刊載量位居首位,共載文30余篇,并和《生態(tài)學(xué)雜志》(16篇)、《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》(7篇)、《自然資源學(xué)報(bào)》(6篇)等一起形成連接度研究的主要陣地。英文期刊中,Landscape and Urban Planning影響力最大,文獻(xiàn)刊載量9篇,其次是Ecological Modelling、Landscape Ecology和Ecological Engineering,分別排在英文前4位。

圖2 景觀連接度研究文獻(xiàn)主要刊載期刊 Fig.2 Journals with main published papers on landscape connectivity

2.3 按文獻(xiàn)所屬研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

分析研究機(jī)構(gòu)的分布可以幫助了解學(xué)術(shù)界對該主題的支持和認(rèn)同程度。本文發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)景觀連接度的研究主要分布在北京師范大學(xué)、北京大學(xué)、華東師范大學(xué)、南京大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)和南京師范大學(xué)等18所研究機(jī)構(gòu),發(fā)文量占文獻(xiàn)總量的43.75%,其中北京師范大學(xué)英文發(fā)表量最多(表2)。研究機(jī)構(gòu)具有明顯的地域分布特征,主要研究機(jī)構(gòu)中有14所分布于東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū),9所集中于北京和南京兩市,發(fā)文量達(dá)總量的27.08%,是景觀連接度應(yīng)用研究的重要力量。另外,研究機(jī)構(gòu)的農(nóng)林類學(xué)科特色顯著,主要研究機(jī)構(gòu)中有7所農(nóng)林類研究院校,占主要研究機(jī)構(gòu)的41.17%,與該領(lǐng)域所服務(wù)的學(xué)科和針對的研究目的緊密聯(lián)系。

2.4 按研究區(qū)域及研究目的統(tǒng)計(jì)

研究的目標(biāo)區(qū)域主要分布于我國東部沿海地帶(圖3),相關(guān)文獻(xiàn)126篇,占52.5%,尤其集中在江蘇(25篇)、福建(21篇)、廣東(20篇)、北京(13篇)和上海(10篇)等省市(圖3)；研究西部地區(qū)的有51篇(21.25%),主要集中在四川(15篇)、云南(17篇)兩省,而對西藏、新疆和寧夏等生態(tài)敏感脆弱地區(qū)的研究則相對匱乏；針對中部地區(qū)的文獻(xiàn)量最少,僅45篇(18.75%),其中關(guān)于黑龍江省的研究較多(9篇),山西省目前還處于研究的空白區(qū)。

表2 文獻(xiàn)所屬的主要研究機(jī)構(gòu)

根據(jù)研究目的不同,將文獻(xiàn)劃分為景觀規(guī)劃、景觀評價(jià)和物種保護(hù)3種目標(biāo)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明,我國景觀生態(tài)學(xué)者更加傾向于景觀規(guī)劃研究,如城市規(guī)劃、綠地規(guī)劃、土地資源管理和自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃等,共發(fā)表文獻(xiàn)123篇,占文獻(xiàn)總量的51.25%；其次是景觀評價(jià)研究(90篇),占37.5%,主要包括景觀格局評價(jià)、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)和土地適宜性評價(jià)等；而針對物種保護(hù)的研究相對較少,僅27篇,所占比例最低(11.25%),且保護(hù)的對象主要針對于被公眾所熟知的物種,如大熊貓、金絲猴、丹頂鶴和白鷺等。另外,由圖3可以看出連接度理論應(yīng)用的目的在區(qū)域之間存在著較明顯的差異性。其中,景觀規(guī)劃研究主要分布在東部地區(qū),景觀評價(jià)分布較為均衡,而四川、云南和陜西等西部地區(qū)物種保護(hù)研究的相對比例較高,這與地域特色顯著相關(guān)。

圖3 景觀連接度研究目標(biāo)區(qū)域和研究目的空間分布Fig.3 Spatial distribution of study areas and research objectives of landscape connectivity

2.5 按景觀類型統(tǒng)計(jì)

圖4 連接度研究的主要景觀類型Fig.4 The main types of landscape on connectivity studies

本文借鑒Forman和Godron的景觀分類原則[2],根據(jù)人類對自然景觀的干擾程度,把景觀大致分為7類。據(jù)圖4表明,目前國內(nèi)對城市景觀(城市建成區(qū)或核心區(qū))的研究最為突出,該類文獻(xiàn)共發(fā)表104篇,占總量的43.33%；其中,圍繞小城鎮(zhèn)景觀類型的有18篇；其次為城鄉(xiāng)景觀(城市建成區(qū)及其周圍自然環(huán)境)43篇,占文獻(xiàn)總量的17.92%；而森林、流域、濕地和農(nóng)田等自然、半自然景觀文獻(xiàn)量較少,分別為33篇、17篇、12篇和5篇,共占研究的27.92%?？傮w來講,國內(nèi)研究者更多的把目光投向了人類活動影響劇烈的城市、城鄉(xiāng)等人工景觀。

2.6 按研究區(qū)空間尺度統(tǒng)計(jì)

在景觀生態(tài)學(xué)研究中,空間尺度(Scale)通常以粒度(Grain)和幅度(Extent)來表達(dá)。空間粒度指景觀中最小可辨識單元所代表的特征長度、面積或體積；而空間幅度往往由研究區(qū)域的總面積來決定[7]。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(圖5),以市域范圍內(nèi)某個(gè)地區(qū)(如區(qū)縣域,市內(nèi)跨區(qū)縣域)進(jìn)行研究的較多(93篇),其次是市域整體范圍(58篇),而市域之間(9篇)、省域整體范圍(2篇)和省域之間等大尺度研究(8篇)則較少。區(qū)域范圍多由政治界線(78.75%)和自然地理界線來劃定(21.25%),其中,自然地理界線以流域(20篇)、山脈(19篇)、自然保護(hù)區(qū)(12篇)居多。研究的空間幅度主要集中在<1000 km2和1000—5000 km2的中小尺度,共占研究的72.5%,多分布于東部城市密集區(qū)；5000—10000 km2占11.67%,10000—50000 km2占12.5%,而以50000—100000 km2為代表的超大尺度域僅占研究的3.33%,主要分布在西部地區(qū)。景觀粒度選取如表3所示,主要集中在6—90 m的中等分辨率范圍(71.51%),其中尤以30 m像元居多,占了49.16%；而選擇≤5 m高分辨率(20.11%)和≥100 m低分辨率(8.38%)的則較少。另外,25%的文章沒有明確指出景觀粒度大小。

圖5 景觀連接度研究的空間幅度分布Fig.5 The distribution of spatial extent on landscape connectivity studies

2.7 按研究方法統(tǒng)計(jì)

根據(jù)景觀連接度類型統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),針對功能性連接的研究(153篇,63.75%)遠(yuǎn)多于結(jié)構(gòu)性連接(87篇,36.25%)。進(jìn)一步,共識別出14種度量連接的方法(圖6)。其中,最小費(fèi)用模型(Least-cost model)和基于圖論的功能連接度指數(shù)(如Integral Index of Connectivity, IIC和Probability index of connectivity,PC)是功能性連接的主要度量方法,分別占文獻(xiàn)的46.67%和15.83%。另外,還有5.25%的文獻(xiàn)選擇生態(tài)連接度指數(shù)(ECI)[26],生境適宜性模型(HSI)[27],空間句法反規(guī)劃模型[28],CLUE-S模型和情景預(yù)測[29]等方法。結(jié)構(gòu)性連接常用的度量方法包括空間格局指數(shù)(42.08%)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)(α、β和γ) (10%)等方法。

表3 景觀空間粒度分布

圖6 景觀連接度主要度量方法 Fig.6 The main measurement methods of landscape connectivity studies PX: Proximity index; ECI: Ecological connectivity index; Sj: Landscape connectivity model; HSI: Habitat suitability index; MSPA: Morphological spatial pattern analysis; Li: Landscape connectivity index; ID: Insulation degree; PEF: Potential ecological flow

圖7 景觀連接度研究主要軟件工具 Fig.7 The main software tools for landscape connectivity analysis

近年來國內(nèi)研究已不再完全依賴某一種度量方法,而是將功能性和結(jié)構(gòu)性連接多種方法相結(jié)合綜合應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)對景觀結(jié)構(gòu),生態(tài)過程和系統(tǒng)功能的全面評價(jià)以及進(jìn)一步的格局優(yōu)化。經(jīng)統(tǒng)計(jì),72篇文獻(xiàn)綜合使用了多種連接度量方法,占文獻(xiàn)總量的30%。其中,最常用的是兩種度量方法取長補(bǔ)短結(jié)合應(yīng)用,如最小費(fèi)用模型和基于圖論的功能性連接度指數(shù)(15篇),最小費(fèi)用模型和景觀格局指數(shù)(13篇),景觀格局指數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)(8篇),景觀格局指數(shù)和基于圖論的功能性連接度指數(shù)(8篇)等。但綜合使用3種方法的較少(6篇),如許峰等[30]結(jié)合MSPA、功能連接度指數(shù)和最小費(fèi)用模型3種方法對巴中市構(gòu)建城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；郭宏斌等[31]應(yīng)用最小費(fèi)用模型,景觀格局指數(shù)和功能連接度指數(shù)對廈門城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評價(jià)和優(yōu)化；潘竟虎等[32]利用最小費(fèi)用模型,景觀格局指數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)完成了蘭州城市生態(tài)功能評價(jià)和景觀格局優(yōu)化。

對于景觀連接度的量化分析工具,國內(nèi)常用的軟件包括ArcGIS空間分析模塊“cost distance(31.67%)”,Fragstats(35.83%)和Conefor Sensinode(14.17%)等(圖7)。其中,ArcGIS“cost distance”主要用于阻力面構(gòu)建,識別和模擬物種擴(kuò)散或某種空間運(yùn)動過程的最小費(fèi)用路徑或潛在廊道,Fragstats軟件是景觀格局指數(shù)計(jì)算的主要工具,而Conefor Sensinode則專門用于圖論功能連接度指數(shù)的計(jì)算。另外,還有學(xué)者應(yīng)用IDRIS、Pathmatrix、Linkage mapper、Patch Analyst等軟件對連接度進(jìn)行量化分析和評價(jià)。

3 景觀連接度量方法

3.1 最小費(fèi)用模型

景觀連接度常使用歐氏距離(Euclidean distance)作為連接依據(jù)[14],通過測量斑塊邊緣(質(zhì)心)到邊緣(質(zhì)心)之間的空間直線距離獲得,即斑塊間的最小距離。該方法通常不考慮生境斑塊的屬性,也忽略了景觀基質(zhì)的異質(zhì)性對連接的影響。相比之下,基于最小費(fèi)用模型模擬的方法可以彌補(bǔ)以上不足。該模型計(jì)算物種或生態(tài)過程從源斑塊經(jīng)過不同阻力的景觀基質(zhì)類型所消耗的費(fèi)用或克服阻力所作的功,并進(jìn)一步模擬最小費(fèi)用路徑[33],進(jìn)而定量反映斑塊之間的連接。最小費(fèi)用模型因其簡潔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和快速的運(yùn)算法則,現(xiàn)已成為在大尺度背景下評價(jià)景觀連接度的最好方法[34]。雖然該模型最早由Knaapen于1992年提出,后經(jīng)學(xué)者俞孔堅(jiān)在1999年引用并應(yīng)用到國內(nèi)[16],但直到近期才受到國內(nèi)廣泛關(guān)注。112篇文獻(xiàn)中有84篇發(fā)表于2010—2015年間(圖8),主要刊載于《生態(tài)學(xué)報(bào)》、《生態(tài)學(xué)雜志》和《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》,共占該研究的42.08%。

最小費(fèi)用模型需考慮3個(gè)核心步驟與參數(shù)：評估并提取擴(kuò)散源斑塊；評價(jià)基質(zhì)對擴(kuò)散的阻礙性,構(gòu)建阻力面；提取源斑塊之間的最小成本路徑所形成的連接。其中最關(guān)鍵的步驟則是源斑塊確定和阻力面構(gòu)建。

3.1.1 源選取

源是促進(jìn)物種運(yùn)動或生態(tài)過程發(fā)展的景觀類型。國內(nèi)常用的“源”識別方法可分為兩類：第一類為結(jié)合研究區(qū)實(shí)際狀況直接識別(67篇),如選取自然保護(hù)區(qū)、水體、森林等生態(tài)服務(wù)功能較高的景觀斑塊；第二類為構(gòu)建指標(biāo)體系評估斑塊重要性(24篇),如孫賢斌、吳榛等分別用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)和功能連接度指數(shù)對斑塊進(jìn)行評估并提取重要值高的斑塊為源[35-36]。另外,39.29%的文獻(xiàn)考慮了斑塊的面積屬性,認(rèn)為生境斑塊大小對維持區(qū)域生態(tài)過程和生物物種多樣性具有重要意義[37]。對于城市擴(kuò)張用地研究,9.91%的文獻(xiàn)同時(shí)選擇生態(tài)和建設(shè)用地兩種類型為源,并分別構(gòu)建擴(kuò)展阻力面來確定城市建設(shè)適宜區(qū)[38-39]。

3.1.2 阻力面構(gòu)建

阻力面的構(gòu)建首先需要確定影響目標(biāo)物種擴(kuò)散的阻力因子。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),幾乎所有研究都將土地利用/覆被類型作為主要影響因子。其中,57.66%的文獻(xiàn)除了考慮了這一單因子外,還對高程、坡度、地質(zhì)災(zāi)害、土壤侵蝕、徑流、交通、人口密度等因子進(jìn)行分析。另外,不同學(xué)者確定因子權(quán)重的方法也不盡相同,63篇多阻力影響因子的文獻(xiàn),16篇采用專家打分來確定各因子權(quán)重,15篇通過模型、公式等計(jì)量法對各因子的影響力進(jìn)行評估,如熵值法,層次分析法(AHP)和變異系數(shù)法等；還有18篇(30.61%)對多因子賦予了同等權(quán)重。

在實(shí)踐中,獲取目標(biāo)物種穿越不同景觀要素的絕對阻力值比較困難,故大多研究則依據(jù)景觀要素的(生態(tài))適宜性來設(shè)定擴(kuò)散的相對阻力值。具體包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)評估(19.64%),參考相關(guān)文獻(xiàn)(17.86%),專家經(jīng)驗(yàn)打分(16.07%)和模型公式法等[40-41](15.23%)。還有研究依據(jù)情景分析法廣泛設(shè)置阻力系數(shù),建立多個(gè)景觀阻力面進(jìn)行分析,以減小單一賦值帶來的主觀不確定性[37,42]。而通過觀測物種遷移擴(kuò)散行為來獲取阻力系數(shù)的研究則很少,目前僅統(tǒng)計(jì)到1篇[43]。

3.2 景觀連接度指數(shù)

3.2.1 基于圖論的連接度指數(shù)

景觀圖論采用拓?fù)鋵W(xué)方法把景觀鑲嵌體中的斑塊、廊道、基質(zhì)等抽象為節(jié)點(diǎn)、連接以及他們之間的生態(tài)流關(guān)系[44],通過簡單、直觀的圖形方式反映生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系。該方法的引入極大豐富了景觀連接的度量方法。其中,包括早期頗受關(guān)注的基于圖論的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)(α、β和γ)(24篇)和近幾年發(fā)展起來的基于圖論的功能連接度指數(shù)(IIC/PC)(38篇)。

基于圖論的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)(α、β和γ)將景觀完全簡化為抽象的“點(diǎn)—線”圖形,進(jìn)而評價(jià)圖的閉合和連接水平。其單獨(dú)使用的情況較少,通常與其他模型或指數(shù)方法綜合使用。如孔繁花[17]、張蕾[45]等采用最小費(fèi)用模型模擬了濟(jì)南和鞍山城市潛在生態(tài)廊道,然后通過重力模型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù),對斑塊間相互作用強(qiáng)度與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量分析與優(yōu)化。

Pascual-Hortal等于2006年提出了基于圖論的功能連接度指數(shù)(IIC/PC)法并隨后研發(fā)出相應(yīng)的Conefor軟件工具。該指數(shù)不僅考慮圖的結(jié)構(gòu)特征,還將圖所代表的斑塊屬性特征(如面積、保有物種豐富度等信息)、目標(biāo)物種的分布概率或遷移擴(kuò)散行為納入分析當(dāng)中[46-47]；同時(shí)可以分析景觀各要素對于維持整體景觀連接度的貢獻(xiàn)程度。國內(nèi)對該指數(shù)的應(yīng)用始于2008年,即熊春妮[48]等將其應(yīng)用于重慶都市區(qū)綠地景觀連接度的評價(jià)研究,近兩年文獻(xiàn)量激增,共發(fā)表23篇,占到該方法的60.52%(圖8),多應(yīng)用于森林[21]、城市綠地[36]、物種生境[49]整體連接度和單個(gè)斑塊的連接貢獻(xiàn)值評估等方面。

圖論功能連接度指數(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵在于參數(shù)的確定,即斑塊連接的距離閾值(Distance threshold)；當(dāng)斑塊間的距離小于或等于閾值,則認(rèn)為連接。相比國外研究多選定目標(biāo)物種并把該物種最大擴(kuò)散距離作為距離閾值[50-51],國內(nèi)主要基于已有文獻(xiàn)記載的距離梯度法(29篇),即針對不同物種的擴(kuò)散距離選取多個(gè)閾值,然后依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理,計(jì)算不同距離閾值下對應(yīng)的景觀連接度指數(shù)值,確立指數(shù)變化突變點(diǎn)處值作為最終分析的連接閾值。如劉常富[52]等基于生境可利用性和鳥類、兩棲類和哺乳類等動植物的擴(kuò)散能力,選取了8個(gè)距離閾值,利用5個(gè)功能連接度指數(shù)計(jì)算沈陽城市森林景觀連接度變化情況,最終確定200 m為適宜距離。另外,有6篇采用單一距離值,但對該值的選取依據(jù)沒有詳細(xì)說明。

3.2.2 景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)高度濃縮格局信息,反映區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)組成及要素空間配置等特征[53],是景觀生態(tài)學(xué)領(lǐng)域廣泛使用的一種定量研究方法,也是景觀連接度的主要評價(jià)方法之一。國內(nèi)自1999年以來利用該指數(shù)進(jìn)行連接度研究的文獻(xiàn)共101篇(圖8)。在早期研究中,該指數(shù)單獨(dú)使用較為常見,多從斑塊、類型和景觀3個(gè)層次上選取具有連接意義的指標(biāo),如平均最小鄰接距離、連通性、蔓延度和聚集度等指數(shù)來揭示區(qū)域景觀連接度格局的變化特征[53-54]；而近些年來,景觀格局指數(shù)主要結(jié)合其他度量方法綜合應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)或景觀安全格局評價(jià)等研究(31篇),占到該方法的30.39%。

圖8 景觀連接度4種常用度量方法研究趨勢Fig.8 The trend of the four common measurement methods on landscape connectivity

4 結(jié)論與討論

本文基于文獻(xiàn)計(jì)量法對我國近20年景觀連接度應(yīng)用類文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出以下結(jié)論：

(1)通過檢索共獲得240篇文獻(xiàn),其中英文43篇。文獻(xiàn)發(fā)表量總體上呈現(xiàn)明顯增長的趨勢,尤其在2008年之后,刊載量飛速增長,預(yù)計(jì)未來仍將大幅度增長；文獻(xiàn)分布于國內(nèi)外121種期刊,刊載量4篇以上的共13種,占文獻(xiàn)總量的42.92%,其中《生態(tài)學(xué)報(bào)》載文量最多,達(dá)30篇,《生態(tài)學(xué)雜志》(16篇)和《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》(7篇)也是景觀連接度應(yīng)用研究的重要期刊；英文期刊中,Landscape and Urban Planning載文量居首位(9篇),其次是Ecological Modelling、Landscape Ecology和Ecological Engineering；研究機(jī)構(gòu)主要分布在北京、南京等東部地區(qū),北京師范大學(xué)、北京大學(xué)、華東師范大學(xué)、南京大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、南京師范大學(xué)是該領(lǐng)域的主要研究力量；研究目標(biāo)區(qū)也以東部地區(qū)為主(52.5%),西部次之(21.25%),而中部最少(18.75%)；研究目的以景觀規(guī)劃(51.25%)和景觀評價(jià)(37.5%)居多,物種保護(hù)僅占11.25%,且多以珍稀物種為主；景觀類型以城市、城鄉(xiāng)等人工景觀占主導(dǎo)(61.25%),而自然景觀研究較少(27.92%)；中小尺度域(<5000 km2)是國內(nèi)景觀連接度研究的常見尺度范圍,占72.5%,且多以行政區(qū)劃(市、區(qū)縣)作為研究區(qū)的界線,也有部分以山體、流域等自然界線來劃分；景觀粒度主要選擇6—90 m中等分辨率柵格數(shù)據(jù),其中尤以30 m居多,占了49.16%；而25%的文獻(xiàn)則沒有給出景觀粒度大小。

(2)連接的度量方法共識別出14種,其中,最小費(fèi)用模型應(yīng)用最為廣泛,占46.67%,其次是空間格局指數(shù)法(42.08%)、基于圖論的功能連接度指數(shù)(15.83%)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)法 (10%)；另外,72篇文獻(xiàn)綜合使用了多種度量方法,這已成為當(dāng)前景觀連接度應(yīng)用研究的趨勢；連接度分析的主要軟件包括ArcGIS “cost distance”(31.67%),Fragstats(35.83%)和Conefor Sensinode(14.17%)；依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況來確定源斑塊、阻力因子權(quán)重、阻力系數(shù)以及連接閾值的方法比較常見,而選取目標(biāo)物種并對其遷徙擴(kuò)散等生活習(xí)性進(jìn)行實(shí)證研究的則很少,普遍存在模型構(gòu)建主觀性較強(qiáng),與研究區(qū)或研究目標(biāo)物種相匹配的生態(tài)過程研究難以實(shí)質(zhì)性融入到實(shí)際應(yīng)用(生態(tài)規(guī)劃/設(shè)計(jì)等領(lǐng)域)中等問題。

針對當(dāng)前景觀連接度應(yīng)用研究中存在一些問題,總結(jié)前人研究特點(diǎn),在今后的研究中,應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：

(1)研究目標(biāo)區(qū)分布不平衡。由于區(qū)域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在的巨大差距,東部地區(qū)城市化密集,城市生態(tài)環(huán)境問題突出,加之高等教育資源與研究機(jī)構(gòu)的地區(qū)分布不均衡,導(dǎo)致了地區(qū)間生態(tài)環(huán)境研究投入的力度差異。因此,一半以上的研究集中在我國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),而對中西部地區(qū),包括西北干旱荒漠綠洲區(qū)、西南巖溶地區(qū)、三峽庫區(qū)、黃土高原丘陵溝壑區(qū)以及青藏高寒區(qū)的研究相對薄弱,但這些地區(qū)正是我國生態(tài)敏感脆弱區(qū),也是生態(tài)紅線劃定的范圍區(qū)[55],對維持我國生物多樣性和區(qū)域生態(tài)安全及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義[56]。景觀生態(tài)學(xué)者應(yīng)借此契機(jī),重點(diǎn)加強(qiáng)這些區(qū)域以生態(tài)過程為核心的景觀連接研究,包括景觀格局與物質(zhì)循環(huán)、能量流動、動植物遷移擴(kuò)散之間的關(guān)系,以促進(jìn)區(qū)域景觀功能的整體發(fā)揮。

(2)國外學(xué)者多將連接度應(yīng)用在野生動植物保護(hù)相關(guān)領(lǐng)域,而國內(nèi)學(xué)者更多應(yīng)用于城市環(huán)境,這與中國當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展分不開。改革開放以來,快速的城市化進(jìn)程導(dǎo)致大量生態(tài)用地不斷被擠占,自然生境地日漸消失,生態(tài)調(diào)控能力嚴(yán)重不足。在此背景下,以有限的土地資源,通過提高景觀連接度水平來重建景觀組分的生態(tài)聯(lián)系,強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)性景觀結(jié)構(gòu)建設(shè),進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化景觀整體服務(wù)功能,維持區(qū)域生態(tài)安全的目的就成為必然選擇。相比之下,國內(nèi)針對特定物種的保護(hù)研究較少,且集中在大熊貓等珍稀物種的研究。而國外對目標(biāo)種的選擇較為廣泛,如松鼠[57]、蝴蝶[58]、青蛙[59]等。研究表明,加強(qiáng)對一般鄉(xiāng)土物種的保護(hù),能夠抵御外來物種入侵,促進(jìn)本土生態(tài)系統(tǒng)種群的基因交流,有效維持生物多樣性。因此,國內(nèi)研究者應(yīng)加強(qiáng)生物多樣性保護(hù)方面的考慮,在目標(biāo)種的選擇上,要增強(qiáng)對鄉(xiāng)土性、一般性物種的關(guān)注度,以構(gòu)建其棲息地為切入點(diǎn),實(shí)現(xiàn)區(qū)域整體景觀的改善。

(3)尺度問題一直是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心問題之一。不同的尺度選擇,往往會影響到對景觀格局和生態(tài)過程及相互作用規(guī)律不同程度的把握,并最終影響到研究結(jié)果的科學(xué)性和實(shí)用性[7]。國內(nèi)景觀度連接研究大多圍繞中小尺度研究區(qū)(如城市/鎮(zhèn))來展開,考慮到數(shù)據(jù)的獲取成本以及運(yùn)算量大小,通常選擇與30 m遙感影像相匹配的柵格數(shù)據(jù),這可能造成一些對連接度起關(guān)鍵作用的斑塊(如跳腳石) 不能被有效識別。本文建議在今后的研究中,首先要考慮尺度選擇的合理性,選擇與目標(biāo)物種的生態(tài)過程(如捕食、繁殖,遷徙等)相匹配的空間尺度；另外,可以設(shè)置多個(gè)尺度梯度,對比分析不同尺度條件下景觀連接度的變化敏感性來選取最佳研究尺度[60]。

(4)最小費(fèi)用模型彌補(bǔ)了空間直線距離忽略下墊面屬性的不足,但模擬的最小費(fèi)用路徑僅表示兩點(diǎn)間的線性連接,認(rèn)為物種在兩個(gè)特定斑塊間沿固定路徑運(yùn)動。事實(shí)上物種的擴(kuò)散行為多具有不確定性,運(yùn)動路徑很難有規(guī)律可循,因此該模擬路徑也無法真實(shí)反映物種遷移的生物特性。近年來,電路理論(Circuit theory)逐漸被應(yīng)用到景觀連接度研究,通過物種的運(yùn)動密度來識別出廊道和關(guān)鍵區(qū)域,將生境斑塊間所有可能路徑整合,模擬出多條具有一定寬度范圍的連接區(qū)域(Least-cost corridor)[61]。這種方法最大的優(yōu)勢是能夠識別出斑塊間所有替代性路徑,可能更符合物種運(yùn)動的真實(shí)狀況。目前國外學(xué)者已在景觀電路應(yīng)用方面取得了一定成果,如以美洲獅[62]和美洲叉角羚羊[10]等為目標(biāo)物種的景觀連接研究。但該理論在國內(nèi)的應(yīng)用還處于空白,建議國內(nèi)學(xué)者借鑒國外相關(guān)研究,以國內(nèi)環(huán)境為案例完善其理論和方法。

(5)應(yīng)用最小費(fèi)用模型的關(guān)鍵步驟之一是確定阻力值。綜述國內(nèi)文獻(xiàn),大多數(shù)研究通過土地適宜性評價(jià)結(jié)合文獻(xiàn)資料和專家經(jīng)驗(yàn)為土地利用/覆被類型打分獲取,普遍存在阻力賦值主觀性較強(qiáng)的問題。理想狀態(tài)下賦值是根據(jù)研究目的,選擇合適的目標(biāo)物種,基于觀察、實(shí)驗(yàn)研究獲取。但是由于資金、技術(shù)、時(shí)間和數(shù)據(jù)可獲取性等限制,無法進(jìn)行實(shí)證研究,所以有學(xué)者建議采用多個(gè)阻力賦值方案構(gòu)建多條最小費(fèi)用路徑,共同形成景觀連接[63],從而提高生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣研?降低經(jīng)驗(yàn)賦值的不確定性。此外,還有研究發(fā)現(xiàn)不同景觀因格局特征的不同,對阻力賦值的響應(yīng)也不盡相同,所以并不存在最佳的賦值方式,只有針對某種特定景觀類型與特定研究目的相對適宜的賦值方案[60]。因此,今后研究應(yīng)結(jié)合研究目的對研究區(qū)景觀做阻力賦值對目標(biāo)擴(kuò)散模擬的敏感性分析,獲取相宜的阻力系數(shù),提高最小費(fèi)用模型應(yīng)用的科學(xué)性和客觀性。

(6)景觀連接度距離閾值的確定也是關(guān)鍵且具有挑戰(zhàn)的一步。理想方法是依據(jù)目標(biāo)物種生活習(xí)性[52],但該方法需要長期大量的觀測數(shù)據(jù),耗時(shí)久、投入大。相比國外生態(tài)學(xué)研究歷史久,各種類型的動植物長期監(jiān)測數(shù)據(jù)充分且連續(xù),國內(nèi)大多只能依據(jù)國外相關(guān)文獻(xiàn),或選取多個(gè)距離梯度,通過對比分析獲取最佳閾值。目前一個(gè)可能的契機(jī)是借助中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)開展相應(yīng)的多物種野外觀測或?qū)嶒?yàn),積累生物習(xí)性的長期數(shù)據(jù)。而針對缺少動物遷移觀測資料的城市環(huán)境,以鄉(xiāng)土樹種的風(fēng)媒傳播作為連接媒介,傳播距離作為景觀連接的距離閾值,通過直接觀測或成熟的模型模擬其長距離傳播,也是一個(gè)比較可行的研究方法[33]。

(7)目前國內(nèi)應(yīng)用的連接度指數(shù)方法類型多樣,但各有利弊。如景觀格局指數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)可以反映景觀要素的空間物理連續(xù)性,但忽略了生態(tài)過程；基于圖論的功能連接度指數(shù)將斑塊的屬性特征整合到算法中,考慮了物種遷移等生態(tài)過程,并且可以分析各景觀要素的連接重要性,是連接度指數(shù)方法的一大進(jìn)步。面對當(dāng)前復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境,僅通過某一種指數(shù)或模型方法已經(jīng)不能滿足于景觀連接度研究的需要。因此,根據(jù)不同的研究目標(biāo)以及區(qū)域的景觀異質(zhì)性特征選取適當(dāng)?shù)难芯糠椒?從多個(gè)角度綜合刻劃研究區(qū)的景觀連接狀況,增強(qiáng)研究結(jié)果的實(shí)踐指導(dǎo)意義已成為一大趨勢。

[1] Merriam G. Connectivity: a fundamental ecological characteristic of landscape pattern// Brandt J, Agger P, eds. Proceedings of the 1st Seminar of the International Association of Landscape Ecology. Roskilde, Denmark: Roskilde University Centre, 1984.

[2] Forman R T T, Godron M. Landscape ecology. New York: John Wiley & Sons, 1986: 619.

[3] Taylor P D, Fahrig L, Henein K, Merriam G. Connectivity is a vital element of landscape structure. Oikos, 1993, 68(3): 571- 573.

[4] With K A, Gardner R H, Turner M G. Landscape connectivity and population distributions in heterogeneous environments. Oikos, 1997, 78(1): 151- 169.

[5] 陳利頂, 傅伯杰. 景觀連接度的生態(tài)學(xué)意義及其應(yīng)用. 生態(tài)學(xué)雜志, 1996, 15(4): 37- 42.

[6] 吳昌廣, 周志翔, 王鵬程, 肖文發(fā), 滕明君. 景觀連接度的概念、度量及其應(yīng)用. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(7): 1903- 1910.

[7] 鄔建國. 景觀生態(tài)學(xué): 格局、過程、尺度與等級(第二版). 北京: 高等教育出版社, 2007.

[8] Bruinderink G G, Van Der Sluis T, Lammertsma D, Opdam P, Pouwels R. Designing a coherent ecological network for large mammals in northwestern Europe. Conservation biology, 2003, 17(2): 549- 557.

[9] Uezu A, Metzger J P, Vielliard J M E. Effects of structural and functional connectivity and patch size on the abundance of seven Atlantic Forest bird species. Biological Conservation, 2005, 123(4): 507- 519.

[10] Poor E E, Loucks C, Jakes A, Urban D L. Comparing habitat suitability and connectivity modeling methods for conserving pronghorn migrations. PloS one, 2012, 7(11): e49390.

[11] Briers R A. Incorporating connectivity into reserve selection procedures. Biological conservation, 2002, 103(1): 77- 83.

[12] Marulli J, Mallarach J M. A GIS methodology for assessing ecological connectivity: application to the Barcelona Metropolitan Area. Landscape and urban planning, 2005, 71(2/4): 243- 262.

[13] Tischendorf L, Fahrig L. On the usage and measurement of landscape connectivity. Oikos, 2000, 90(1): 7- 19.

[14] Calabrese J M, Fagan W F. A comparison-shopper′s guide to connectivity metrics. Frontiers in Ecology and the Environment, 2004,2(10): 529- 536.

[15] 肖篤寧, 李秀珍, 高駿, 常禹, 張娜, 李團(tuán)勝. 景觀生態(tài)學(xué)(第二版). 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

[16] 俞孔堅(jiān). 生物保護(hù)的景觀生態(tài)安全格局. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1999, 19(1): 8- 15.

[17] 孔繁花, 尹海偉. 濟(jì)南城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(4): 1711- 1719.

[18] Chang H F, Li F, Li Z G, Wang R S, Wang Y L. Urban landscape pattern design from the viewpoint of networks: A case study of Changzhou city in Southeast China. Ecological Complexity, 2011, 8(1): 51- 59.

[19] 焦勝, 李振民, 高青, 周愷, 魏春雨, 何韶瑤. 景觀連通性理論在城市土地適宜性評價(jià)與優(yōu)化方法中的應(yīng)用. 地理研究, 2013, 32(4): 720- 730.

[20] Ren Y, Deng L Y, Zuo S D, Luo Y J, Shao G F, Wei X H, Hua L Z, Yang Y S. Geographical modeling of spatial interaction between human activity and forest connectivity in an urban landscape of southeast China. Landscape Ecology, 2014, 29(10): 1741- 1758.

[21] 陳杰, 梁國付, 丁圣彥. 基于景觀連接度的森林景觀恢復(fù)研究——以鞏義市為例. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(12): 3773- 3781.

[22] 陳利頂, 劉雪華, 傅伯杰. 臥龍自然保護(hù)區(qū)大熊貓生境破碎化研究. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1999, 19(3): 291- 297.

[23] Liu S L, Deng L, Chen L D, Li J R, Dong S K, Zhao H D. Landscape Network Approach to Assess Ecological Impacts of Road Projects on Biological Conservation. Chinese Geographical Science, 2014, 24(1): 5- 14.

[24] Wang Z J, Wu J G, Shang H W, Cheng J A. Landscape Connectivity Shapes the Spread Pattern of the Rice Water Weevil: A Case Study from Zhejiang, China. Environmental Management, 2011, 47(2): 254- 262.

[25] 吳昌廣, 周志翔, 王鵬程, 肖文發(fā), 滕明君, 彭麗. 基于最小費(fèi)用模型的景觀連接度評價(jià). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 20(8): 2042- 2048.

[26] 張小飛, 李正國, 王如松, 王仰麟, 李鋒, 熊俠仙. 基于功能網(wǎng)絡(luò)評價(jià)的城市生態(tài)安全格局研究——以常州市為例. 北京大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 45(4): 728- 736.

[27] 朱麗娟, 劉紅玉. 撓力河流域丹頂鶴繁殖期生境景觀連接度分析. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2008, 24(2): 12- 16, 83- 83.

[28] 楊天翔, 張韋倩, 樊正球, 王祥榮, 王壽兵. 基于鳥類邊緣種行為的景觀連接度研究——空間句法的反規(guī)劃應(yīng)用. 生態(tài)學(xué)報(bào),2013, 33(16): 5035- 5046.

[29] 汪輝, 余超, 李明陽, 時(shí)宇, 楊玉鋒. 基于CLUE-S模型的濕地公園情景規(guī)劃——以南京長江新濟(jì)洲國家濕地公園為例. 長江流域資源與環(huán)境, 2015, 24(8): 1263- 1269.

[30] 許峰, 尹海偉, 孔繁花, 徐建剛. 基于MSPA與最小路徑方法的巴中西部新城生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(19): 6425- 6434.

[31] 郭宏斌, 黃義雄, 葉功富, 李翠萍, 陳利. 廈門城市生態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)評價(jià)及其優(yōu)化研究. 自然資源學(xué)報(bào), 2010, 25(1): 71- 79.

[32] 潘竟虎, 楊旺明, 劉瑩. 蘭州市景觀生態(tài)功能評價(jià)和格局優(yōu)化. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2011, 47(5): 96- 103.

[33] 陳春娣, Meurk C D, Ignatieva M E, Stewart G H, 吳勝軍. 城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能性連接辨識方法. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(19): 6414- 6424.

[34] Driezen K, Adriaensen F, Rondinini C, Doncaster C P, Matthysen E. Evaluating least-cost model predictions with empirical dispersal data: a case-study using radiotracking data of hedgehogs (Erinaceuseuropaeus). Ecological Modelling, 2007, 209(2/4): 314- 322.

[35] 孫賢斌, 劉紅玉. 基于生態(tài)功能評價(jià)的濕地景觀格局優(yōu)化及其效應(yīng)—— 以江蘇鹽城海濱濕地為例. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(5): 1157-1166.

[36] 吳榛, 王浩. 揚(yáng)州市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化. 生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 34(7): 1976- 1985.

[37] 尹海偉, 孔繁花, 祈毅, 王紅揚(yáng), 周艷妮, 秦正茂. 湖南省城市群生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(10): 2863- 2874.

[38] 肖長江, 歐名豪, 李鑫. 基于生態(tài)-經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)勢視角的建設(shè)用地空間優(yōu)化配置研究——以揚(yáng)州市為例. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(3): 696- 708.

[39] 王洪新, 路建國, 張利, 門明新, 霍習(xí)良. 基于生物多樣性保護(hù)的曹妃甸新區(qū)城鎮(zhèn)用地規(guī)劃研究. 水土保持研究, 2013, 20(6): 296- 301.

[40] 張林, 田波, 周云軒, 朱春嬌. 遙感和GIS支持下的上海浦東新區(qū)城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局現(xiàn)狀分析. 華東師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2015, 4(1): 240- 251.

[41] 劉吉平, 呂憲國, 楊青, 王海霞. 三江平原東北部濕地生態(tài)安全格局設(shè)計(jì). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(3): 1083- 1090.

[42] 薛亞東, 李麗, 李迪強(qiáng), 吳鞏勝, 周躍, 呂璽喜. 基于景觀遺傳學(xué)的滇金絲猴棲息地連接度分析. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(20): 5886- 5893.

[43] 郭紀(jì)光, 蔡永立, 羅坤, 左俊杰, 劉志國, 倪靜雪. 基于目標(biāo)種保護(hù)的生態(tài)廊道構(gòu)建——以崇明島為例. 生態(tài)學(xué)雜志, 2009, 28(8): 1668- 1672.

[44] Urban D, Keitt T. Landscape connectivity: a graph-theoretic perspective. Ecology, 2001, 82(5): 1205- 1218.

[45] 張蕾, 蘇里, 汪景寬, 程銘. 基于景觀生態(tài)學(xué)的鞍山市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建. 生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(5): 1337- 1343.

[46] Pascual-Hortal L, Saura S. Comparison and development of new graph-based landscape connectivity indices: towards the priorization of habitat patches and corridors for conservation. Landscape ecology, 2006, 21(7): 959- 967.

[47] Saura S, Torné J. Conefor Sensinode 2.2: a software package for quantifying the importance of habitat patches for landscape connectivity. Environmental Modelling & Software, 2009, 24(1): 135- 139.

[48] 熊春妮, 魏虹, 蘭明娟. 重慶市都市區(qū)綠地景觀的連通性. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(5): 2237- 2244.

[49] 歐維新, 李海丹. 土地整理對項(xiàng)目區(qū)生境景觀連接度的影響. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 46(5): 682- 687.

[50] Minor E S, Urban D L. Graph theory as a proxy for spatially explicit population models in conservation planning. Ecological Applications, 2007, 17(6): 1771- 1782.

[51] Pereira M, Segurado P, Neves N. Using spatial network structure in landscape management and planning: a case study with pond turtles.Landscape and urban planning, 2011, 100(1/2): 67- 76.

[52] 劉常富, 周彬, 何興元, 陳瑋. 沈陽城市森林景觀連接度距離閾值選擇. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(10): 2508- 2516.

[53] 王海珍, 張利權(quán). 基于GIS、景觀格局和網(wǎng)絡(luò)分析法的廈門本島生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 29(1): 144- 152.

[54] 王天明, 王曉春, 國慶喜, 孫龍, 哈爾濱市綠地景觀格局與過程的連通性和完整性. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2004, 10(4): 402- 407.

[55] 劉軍會, 鄒長新, 高吉喜, 馬蘇, 王文杰, 吳坤, 劉洋. 中國生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)范圍界定. 生物多樣性, 2015, 23(6): 725- 732.

[56] 董文淵, 王逸之. 生態(tài)保護(hù)紅線劃定對云南生物多樣性保護(hù)影響研究. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊, 2015, 34(6): 18- 21.

[57] Lookingbill T R, Gardner R H, Ferrari J R, Keller C E. Combining a dispersal model with network theory to assess habitat connectivity. Ecological Applications, 2010, 20(2): 427- 441.

[58] Bergerot B, Tournant P, Moussus J P, Stevens V M, Julliard R, Baguette M, Foltête J C. Coupling inter-patch movement models and landscape graph to assess functional connectivity. Population Ecology, 2013, 55(1): 193- 203.

[59] Decout S, Manel S, Miaud C, Luque S. Integrative approach for landscape-based graph connectivity analysis: a case study with the common frog (Ranatemporaria) in human-dominated landscapes. Landscape Ecology, 2012, 27(2): 267- 279.

[60] 陳春娣, 吳勝軍, Meurk C D, 呂明權(quán), 溫兆飛, 姜毅, 陳吉龍. 阻力賦值對景觀連接模擬的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(22): 7367- 7376.

[61] McRae B H, Beier P. Circuit theory predicts gene flow in plant and animal populations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(50): 19885- 19890.

[62] Castilho C S, Marins-Sá L G, Benedet R C, Freitas T O. Landscape genetics of mountain lions (Pumaconcolor) in southern Brazil. Mammalian Biology-Zeitschrift für S?ugetierkunde, 2011, 76(4): 476- 483.

[63] Rayfield B, Fortin M J, Fall A. The sensitivity of least-cost habitat graphs to relative cost surface values. Landscape Ecology, 2010, 25(4): 519- 532.

A bibliometric review of Chinese studies on the application of landscape connectivity

CHEN Chundi1, JIA Zhenyi1,2,*, WU Shengjun1,TONG Xiaoxiao1, ZHOU Wenzuo2, CHEN Ruoyi3, ZHANG Chaolin4

1ChongqingInstituteofGreenandIntelligentTechnology,ChineseAcademyofSciences,Chongqing400714,China2SchoolofGeographicalSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China3InternationalRelationsOffice,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China4ChongqingPlanningResearchCentre,Chongqing401121,China

Landscape connectivity has been defined as the degree to which landscapes facilitate or impede the movement of species between habitat patches. It is a critical concern for the maintenance of integrity and continuity of landscape structure and ecological processes. With global environmental degradation, habitats loss and natural area fragmentation is inevitable. As such, studies on landscape connectivity are the focus of applied landscape ecology. A well-connected ecological network is believed to facilitate energy and matter fluxes, species dispersal, genetic exchange, and many other ecological processes, and contribute to the overall maintenance of ecosystem stability and integrity. This paper presents a review of the literature on the application of landscape connectivity based on 240 publications from 1999 to 2015, in which we evaluated Chinese state-of-the-art achievements and developments on this topic. The literature review and data analysis based on the CNKI and Web of Science databases, were organized into eight categories using bibliometrics: number of published papers per year, source journals, research institutions, study areas, research objectives, landscape types, landscape scales and study methods in connectivity studies. We found a exponential increase in the number of publications from 1999 to 2015, especially after 2008. The majority were published in the journals “Acta Ecologica Sinica,” “Chinese Journal of Ecology,” and “Urban and Landscape Planning.” Eighteen major research organizations from Beijing, Nanjing and other eastern areas of China, contributed 43.75% of the total papers. The main study areas were also concentrated in eastern region, then the far west, with the least in central region. Providing pragmatic solutions for landscape planning was the main research objective, and only 11.25% of papers targeted species conservation, usually regarding endangered or rare species that are well known to the public, such as the giant panda. Artificial landscapes, including urban or rural landscapes were the major target of research; whereas, 27.92% of papers were about natural landscapes. The spatial extent of the study area was less than 5000 km2in 72.5% of the studies. The spatial resolution almost varied between 6 m and 90 m pixel values, with the median being 30 m. The predominant analytic approach was functional connectivity(63.75%), followed by structural connectivity(36.25%). We identified 14 methods measuring connectivity. The four most utilized methods were least-cost analysis, graph-based functional connectivity indices, network structural indices, and landscape pattern metrics. In addition, applying a combination of various methods has become a trend in the recent connectivity application studies. Expert opinions and previous research results were typically used to evaluate the resistance values of the landscape matrix and the distance thresholds. However, different experts in isolation may assign different values and therefore affect the reliability of evaluation. Few analyses in China obtained these important parameters by means of field data or empirical study for a specific organism. We discuss problems and prospects of applying landscape connectivity in China to promote future research and application.

graph theory; functional connectivity; Least-cost model; ecological network; distance threshold

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51408584,41571497);中國科學(xué)院西部之光博士資助項(xiàng)目(Y43A370N10);重慶科委應(yīng)用開發(fā)資助項(xiàng)目(cstc2014yykfC20002,Y33A172N10)

2016- 02- 29; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 17

10.5846/stxb201602290341

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhenyijay@163.com

陳春娣, 賈振毅, 吳勝軍, 童笑笑, 周文佐, 陳若漪,張超林.基于文獻(xiàn)計(jì)量法的中國景觀連接度應(yīng)用研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(10):3243- 3255.

Chen C D, Jia Z Y, Wu S J,Tong X X, Zhou W Z, Chen R Y, Zhang C L.A bibliometric review of Chinese studies on the application of landscape connectivity.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3243- 3255.