?？谑泻０稁鷳B(tài)網(wǎng)絡(luò)演變趨勢(shì)

曹珍秀,孫 月,謝跟蹤,邱彭華

海南師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, ?？?571158

海岸帶的概念一般是指海洋和陸地相互交接和相互作用的地帶[1- 2]。海岸帶的劃分歸結(jié)為兩種:狹義的海岸帶限于海岸線附近較窄的、狹長(zhǎng)的沿岸陸地和近岸水域；廣義的海岸帶指管理意義上的海岸帶,它向海洋擴(kuò)大到沿海國(guó)家海上管轄權(quán)的外界[1]。海岸帶是海陸交互過渡地帶,它是海洋和陸地之間相互作用較為復(fù)雜敏感的地帶,同時(shí)海岸帶區(qū)域豐富的自然資源、優(yōu)越的地理位置以及宜人的生活環(huán)境,使其成為經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、人口最密集的區(qū)域[2]。

人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然資源的過度開發(fā)利用,對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生干擾,引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)改變甚至退化[1]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和優(yōu)化是目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)研究的熱點(diǎn),最早起源于歐美,典型代表為波士頓公園系統(tǒng),現(xiàn)如今歐美地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究更側(cè)重于保護(hù)生物多樣性,突出構(gòu)建切合環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[3]。Mathilde等通過研究結(jié)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的重要性,強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)在澄清生態(tài)系統(tǒng)特性和功能方面的重要貢獻(xiàn)[4]；Andrea等人指出,通過構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析方法,比較意大利薩薩里和努奧羅網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)丁的大小以此證明網(wǎng)絡(luò)分析對(duì)于發(fā)現(xiàn)不同生態(tài)系統(tǒng)的異同有著重要意義[5]；Brian等人在研究生態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí),結(jié)合使用平均路徑長(zhǎng)度、Finn循環(huán)指數(shù)、平均營(yíng)養(yǎng)水平、Herbivory比率、關(guān)鍵度、結(jié)構(gòu)信息和基于流量的信息指數(shù)等七個(gè)指標(biāo)以對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境狀況進(jìn)行一級(jí)評(píng)估[6]；Jean在研究生態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí)指出生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是依賴景觀連通性的生態(tài)修復(fù)工具,論述了景觀圖在研究生態(tài)網(wǎng)絡(luò)過程中所起到的作用及必要性[7]。雖然我國(guó)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)較國(guó)外起步晚,但近年來,國(guó)內(nèi)不少學(xué)者針對(duì)國(guó)家、城市、區(qū)域進(jìn)行了多方位的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究。卿鳳婷等人基于GIS和RS技術(shù),以北京市順義區(qū)為研究對(duì)象,利用最小路徑法模擬綠地、水系、道路等多類型生態(tài)網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建自然-經(jīng)濟(jì)相耦合的復(fù)合生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[8]；吳晶晶等以黃河三角洲天然濕地為研究對(duì)象,采用最小成本路徑方法構(gòu)建了研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型,以此探討水系阻力對(duì)研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響[9]；陳竹安等基于形態(tài)學(xué)空間格局分析方法和景觀指數(shù)法提取生態(tài)源地,利用MCR模型法構(gòu)建綜合阻力面,通過最小成本路徑方法生成余江縣的潛在廊道并對(duì)其進(jìn)行分析[10]；史娜娜等在生態(tài)學(xué)及保護(hù)生物學(xué)理論的基礎(chǔ)上,辨識(shí)生態(tài)源地以及構(gòu)建生態(tài)阻力面,結(jié)合最小累積阻力模型對(duì)青海省保護(hù)地的潛在生態(tài)廊道做出了研究[11]；張蕾等以營(yíng)口市為研究區(qū),運(yùn)用適宜性評(píng)價(jià)法結(jié)合最小累積阻力模型判定生態(tài)廊道,從而構(gòu)建出研究區(qū)的生態(tài)安全格局[12]；常青等人基于GIS技術(shù),整合生態(tài)連通性評(píng)價(jià)和斑塊-走廊-基質(zhì)模型,以深圳市龍崗區(qū)為研究對(duì)象提出綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,以探討研究區(qū)土地利用規(guī)劃[13]。同時(shí),針對(duì)?？谑泻０稁У纳鷳B(tài)現(xiàn)狀,不少學(xué)者對(duì)海岸帶土地時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力也做出了相關(guān)的研究。邱彭華等以多年平均高潮線向陸一側(cè)延伸2km的陸域部分作為研究范圍,分析和評(píng)價(jià)了海南島海岸帶土地利用狀況及問題[14]；王德智等對(duì)南渡江東岸地區(qū)海岸帶土地利用時(shí)空格局變化做出了研究[15]；羅丹等人基于3S技術(shù)的海口市東郊(海岸帶)土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了分析[16]。從已有的研究來看,構(gòu)建合理的景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)?？谑泻０稁У目沙掷m(xù)發(fā)展刻不容緩。但海口市海岸帶生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建仍然存在兩大問題,其一是前人對(duì)?？谑泻０稁н@一敏感地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究較少,導(dǎo)致海岸帶生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和優(yōu)化缺乏歷史經(jīng)驗(yàn)；其二是傳統(tǒng)研究關(guān)于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建僅針對(duì)某一具體時(shí)期,不能全面客觀地反映生態(tài)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜性。

本文在傳統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,以景觀生態(tài)學(xué)中最基本的“斑塊-廊道-基質(zhì)”模式為基礎(chǔ),采用多時(shí)相的研究方法,利用海口市海岸帶1988年、2000年、2009年和2017年4期土地利用數(shù)據(jù),結(jié)合GIS技術(shù)手段,基于最小累積阻力距離法構(gòu)建多時(shí)相視角下?？谑泻０稁?fù)合性生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型,并采用重力模型、中心度指數(shù)對(duì)其進(jìn)行綜合性對(duì)比分析和評(píng)價(jià),以此探討近30年來?？谑泻０稁鷳B(tài)網(wǎng)絡(luò)演變形式,為?？谑泻０稁Ф喙δ?、多層次生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和落實(shí)提供依據(jù),亦為新時(shí)代背景下江東新區(qū)在追求貿(mào)易經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)生態(tài)環(huán)境該如何立足提供了理性的思考；其次本文在時(shí)間變化的尺度上研究生態(tài)網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建多期網(wǎng)絡(luò)模型,以更加直觀的視角分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò),將生態(tài)問題聯(lián)合區(qū)域發(fā)展進(jìn)行綜合考慮,為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究方法開辟一個(gè)新的思路。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig.1 Study area location map

研究區(qū)海岸線東起澄邁灣,西至鋪前鎮(zhèn),北臨南渡江入?？谔?南達(dá)繞城高速和海文高速,海岸帶研究范圍分為陸域部分和海域部分,陸域部分為自?？谑泻０毒€向陸延伸至海南環(huán)線高速路的濱海陸地,海域部分由南渡江、東寨港兩大水域及河流、坑塘洼面等生態(tài)系統(tǒng)組成(見圖1區(qū)位圖)。地理位置處于20°0′3.93″N—19°57′49.07″N,110°7′34.53″E—110°37′5.96″E之間,海岸線長(zhǎng)131km(含島嶼、港灣)。絕大部分區(qū)域?qū)儆诤？谑兄行某菂^(qū)范圍,人口壓力大,道路密度高。此外,海口市海岸帶擁有豐富的旅游資源,在旅游開發(fā)的同時(shí),由旅游業(yè)帶動(dòng)的房地產(chǎn)行業(yè)也得到蓬勃發(fā)展,建設(shè)用地的擴(kuò)展趨勢(shì)非常強(qiáng)烈[17]。?？谑泻０稁У倪^度開發(fā)趨勢(shì)明顯,土地利用結(jié)構(gòu)變化劇烈,導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生明顯的改變。

2.2 研究數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

運(yùn)用ArcGIS軟件進(jìn)行投影、坐標(biāo)系同一化處理,實(shí)現(xiàn)1988年(海南建省)、2000年、2009年和2017年4期影像的空間配置,用裁剪工具確保4期影像的區(qū)域范圍的統(tǒng)一性。本文利用?？谑泻０稁?988、2000、2009和2017年4期遙感數(shù)據(jù),根據(jù)?？谑泻０稁恋乩锰攸c(diǎn),以及本文研究的主要內(nèi)容,結(jié)合研究區(qū)遙感影像特點(diǎn),并參照參考《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)標(biāo)準(zhǔn)、城市旅游地景觀分類方法、鄉(xiāng)村景觀分類方法將研究區(qū)的景觀進(jìn)行重新分類[18],將海岸帶景觀類型劃分為：建設(shè)用地、園林地、耕地、濕地、水域、未利用地。

2.3 研究方法

2.3.1最小累積阻力模型

最小費(fèi)用路徑法是生態(tài)廊道構(gòu)建的常用方法,可以確定源和目標(biāo)之間的最小消耗路徑及物種遷移擴(kuò)散的最佳路徑[19]?；谧钚≠M(fèi)用路徑法構(gòu)建生態(tài)廊道的原理是最小累積阻力模型,最小累積阻力模型是耗費(fèi)距離模型的一個(gè)衍生應(yīng)用,是計(jì)算物種從源地運(yùn)動(dòng)到目的地的過程中耗費(fèi)最小代價(jià)路徑的模型(Least-cost path, LCP)[19-21]。它最早由Knaapen于1992年提出[22],俞孔堅(jiān)將地理信息系統(tǒng)中的費(fèi)用距離融入該模型,基于圖論的原理以此識(shí)別和選取生態(tài)功能節(jié)點(diǎn)之間的最小耗費(fèi)成本[21,23]。最小累積阻力值反映了物種運(yùn)動(dòng)的潛在可能性及趨勢(shì),通過單元最小累積阻力的大小可判斷該單元與源單元的“連通性”和“相似性”,通常源斑塊對(duì)于生態(tài)過程是最適宜的,因此通過“連通性”和“相似性”的橫向比對(duì),就可劃分出土地的生態(tài)適宜性[24]。最小累積阻力模型的關(guān)鍵是成本費(fèi)用面和生態(tài)源地的確定。

2.3.2綜合阻力模型

綜合阻力是指物種在不同景觀單元之間遷移的難易程度,一般斑塊生境適宜性越高,物種遷移的綜合阻力越小[8,25]。景觀類型、人為因素干擾、地形空間要素(高程、坡度等)均影響斑塊的綜合阻力。本研究以景觀阻力和人為干擾作為成本值的影響因子,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值強(qiáng)度來確定景觀阻力的大小,以距離建設(shè)用地遠(yuǎn)近代表人為干擾因素大小。各景觀類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值參考Costanza等、陳仲新等的研究[26-27],結(jié)合謝高地的利用意愿價(jià)值調(diào)查評(píng)估法根據(jù)中國(guó)實(shí)際情況對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行調(diào)整,建立的中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值[25]。參考前人得到的阻力系數(shù),根據(jù)各景觀類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的相對(duì)差異并結(jié)合研究區(qū)土地整治現(xiàn)狀,對(duì)區(qū)域不同土地利用類型的景觀阻力進(jìn)行賦值。規(guī)定建設(shè)用地單位面積生態(tài)服務(wù)功能最低,阻力最大,規(guī)定阻力值設(shè)為100,其他景觀類型阻力值的范圍劃定在0—100之間,見表1[25]。人為干擾因素值的確定方法是利用歐幾里得距離法將數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類以表示人為干擾程度,見表2[28]。

表1 景觀類型阻力值

表2 人類干擾因素費(fèi)用設(shè)置表

2.3.3重力模型

生態(tài)廊道是兩個(gè)生態(tài)斑塊之間的連接通道,其有效性和重要性可用生態(tài)斑塊之間的相互作用力大小進(jìn)行度量[21]。在已構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,基于重力模型計(jì)算出各個(gè)斑塊兩兩之間的相互作用力,定量評(píng)價(jià)每條廊道建設(shè)的相對(duì)重要程度,以此判定廊道的相對(duì)重要性[21,29-31]。重力模型公式如下：

式中,Gab用來來表示斑塊a和斑塊b之間的相互作用力;Na和Nb分別斑塊a和斑塊b的權(quán)重值;Dab為斑塊a和斑塊b之間潛在廊道阻力標(biāo)準(zhǔn)化值;Pa為斑塊a的阻力值;Sa為斑塊a的面積;Lab為源地a到b之間的廊道累積阻力值;Lmax為研究區(qū)中全部廊道阻力的最大值[29-31]。

2.4 生態(tài)源地與生態(tài)節(jié)點(diǎn)的確定

2.4.1生態(tài)源地的選取

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)踐以保護(hù)生物多樣性為主要目標(biāo),生境斑塊的面積越大,植被質(zhì)量越好,對(duì)陸生物種生存越有利[28,32-33]。生態(tài)節(jié)點(diǎn)的選取范圍必須為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值高,并且具有足夠面積的一定規(guī)模的生態(tài)斑塊,相關(guān)研究中常見的有：河流湖泊、公園、綠地、園地、林地、自然風(fēng)景區(qū)等[34]。結(jié)合?？谑泻０稁ЬC合景觀特點(diǎn)以及各景觀類型的分布特征,選擇較大空間規(guī)模生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和斑塊密度均較高的水域、園林地景觀斑塊作為研究區(qū)域的生態(tài)源地。本文研究的空間尺度為102km2級(jí)的海口市海岸帶,基于研究區(qū)景觀格局矢量數(shù)據(jù)以及生態(tài)源地的選取原則,將景觀分類圖與?？谑凶匀槐Ｗo(hù)區(qū)分布圖等圖件疊置,參照其他相關(guān)研究[35-37],選擇東寨港紅樹林自然保護(hù)區(qū)、南渡江作為核心生態(tài)功能斑塊,其他1km2以上的園林地和濕地作為重要生態(tài)功能斑塊,總面積分別為92.4、78.4、76.7、73.8km2,占研究區(qū)面積的比例分別為13.7%、11.6%、11.4%和10.6%。4個(gè)時(shí)相生態(tài)用地如圖2所示。

2.4.2生態(tài)節(jié)點(diǎn)的形成

根據(jù)生態(tài)源地的面積及其位置,合理將大型生境斑塊劃分為多個(gè)小部分。將所選取的生態(tài)斑塊抽象為點(diǎn),設(shè)定為海口市海岸帶生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的節(jié)點(diǎn)。隨著研究尺度的增大,重要生態(tài)功能斑塊選取的最小標(biāo)準(zhǔn)基本呈同比增長(zhǎng)[38]。研究區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

2.5 成本費(fèi)用面

綜合阻力在空間距離上的累積,就可以得到經(jīng)過源到達(dá)目標(biāo)所要消耗的成本費(fèi)用。本文通過計(jì)算研究區(qū)內(nèi)各點(diǎn)與核心斑塊之間的最小成本費(fèi)用,構(gòu)建成本費(fèi)用面,通過對(duì)成本費(fèi)用的空間分布及數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì),可以對(duì)各景觀與核心斑塊的連接度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[28,38]。成本費(fèi)用的計(jì)算公式如下：

圖2 研究區(qū)園林地、濕地分布圖Fig.2 Map of landscape and wetland in study area

圖3 研究區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)分布圖 Fig.3 Distribution map of ecological nodes in study area

式中,fmin表示所求的是所有源到景觀i的最小阻力值,Dij表示從源j到景觀單元i的空間距離,Ri表示景觀單元i的阻力值,當(dāng)Ri為常量1時(shí),所求結(jié)果為景觀單元i離其最近的源的距離。MCR表示源在擴(kuò)散時(shí)的難易程度。

費(fèi)用成本面的計(jì)算在ArcGIS內(nèi)完成,利用ArcGIS軟件中的柵格計(jì)算器將人類活動(dòng)干擾費(fèi)用與景觀類型阻力費(fèi)用進(jìn)行疊加計(jì)算[28],得到?？谑泻０稁У貐^(qū)4個(gè)時(shí)期的綜合成本面。結(jié)果如圖4所示。

?？谑泻０稁ЬC合阻力1988年至2017年變化極大且總體上都有明顯的“西高東低”的特點(diǎn)。與1988年相比,2000年、2009年、2017年綜合費(fèi)用成本值有逐步提高的趨勢(shì),高成本值是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的極大阻礙因素。1988年西海岸帶是海口市城市化進(jìn)程最快的區(qū)域,城市化擴(kuò)張明顯,經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,大規(guī)模建筑用地和道路的存在使區(qū)域綜合阻力顯著增加；東海岸因有大面積耕地、濕地存在,整體綜合阻力值較小,綜合阻力值較大區(qū)域位于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建成區(qū)。2017年,?？谑泻０稁П淮罅康慕ㄔO(shè)用地覆蓋,園林地和耕地高度破碎化,費(fèi)用成本值明顯增大。

2.6 潛在生態(tài)廊道構(gòu)建

從空間結(jié)構(gòu)的角度來看,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)主要是由縱橫交錯(cuò)的生態(tài)廊道以及生態(tài)斑塊構(gòu)成的體系結(jié)構(gòu),而生態(tài)廊道在其中則可以起到提高生態(tài)系統(tǒng)基本空間格局整體性、提高生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)性的作用[34]?；诔杀鞠M(fèi)面和提取的生態(tài)源地,生成重要生態(tài)功能斑塊中兩兩之間的生態(tài)廊道,得到研究區(qū)最小生態(tài)功能耗費(fèi)梯度數(shù)據(jù),而后確定最小累積耗費(fèi)方向和路徑[38-39]。對(duì)生成的耗費(fèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置多個(gè)閾值,提取最小耗費(fèi)生態(tài)功能網(wǎng)絡(luò),剔除其中經(jīng)過同一斑塊的冗余廊道,最后生成的即為重要功能斑塊之間的最優(yōu)路徑,形成由多條潛在廊道組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[8,39]。得到的結(jié)果如圖5。

圖4 費(fèi)用成本面Fig.4 Cost surface

圖5 研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.5 Ecological Network Diagram of the study area

3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)與分析

3.1 生態(tài)源地變化分析

鄉(xiāng)鎮(zhèn)園林、城市綠地、海域濕地和自然保護(hù)區(qū)是研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)類型。在城市化進(jìn)程的驅(qū)動(dòng)下,?？谑泻０稁нm宜生物生存棲息的大型生態(tài)單元斑塊數(shù)量自1988年至2017年明顯減少,主要表現(xiàn)為園林地斑塊遭到嚴(yán)重破壞。西海岸因城市擴(kuò)張出現(xiàn)大量的生態(tài)用地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變,區(qū)域內(nèi)大型生境斑塊割裂成不連續(xù)的小斑塊。東海岸地區(qū)在《海口市城市總體規(guī)劃(2005—2020年)》的政策指導(dǎo)下,形成江東組團(tuán),公路大橋、開發(fā)區(qū)、酒店房地產(chǎn)業(yè)、名優(yōu)品牌工業(yè)等的興起造成生態(tài)源地大面積丟失。

3.2 重力模型結(jié)果分析

經(jīng)過重力模型計(jì)算可得4個(gè)時(shí)期斑塊間相互作用力矩陣,得到表3、表4、表5和表6。

表3 基于重力模型構(gòu)建的斑塊間相互作用矩陣(1988年)

表4 基于重力模型構(gòu)建的斑塊間相互作用矩陣(2000年)

表5 基于重力模型構(gòu)建的斑塊間相互作用矩陣(2009年)

表6 基于重力模型構(gòu)建的斑塊間相互作用矩陣(2017年)

為提取出相對(duì)重要的生態(tài)廊道,將斑塊間的相互作用力值進(jìn)行從大到小排序,以引力值等于10為界,將生態(tài)廊道分為兩類,根據(jù)矩陣結(jié)果和研究區(qū)實(shí)際,提取相互作用強(qiáng)度大于10的廊道提取出來作為核心廊道[38]。結(jié)果表明,1988年生態(tài)廊道共43條,19條為核心通道,其他24條生態(tài)廊道為重要補(bǔ)充；2000年生態(tài)廊道共28條,15條為核心通道,其他13條生態(tài)廊道為重要補(bǔ)充；2009年生態(tài)廊道共23條,12條為核心通道,其他11條生態(tài)廊道為重要補(bǔ)充；2017年生態(tài)廊道共15條,9條為核心通道,其他6條生態(tài)廊道為重要補(bǔ)充。通過對(duì)比4個(gè)時(shí)期的重力模型可得知,對(duì)于相同的兩個(gè)斑塊,斑塊間相互作用力明顯表現(xiàn)為2017年低于2009年,2009年低于2000年,2000年低于1988年,各斑塊間相互作用力呈減弱勢(shì)態(tài)。主要原因是研究區(qū)整體費(fèi)用成本值增大、生態(tài)源地自身面積縮減。例如,源地6和源地7之間的引力值一直最大,1988年為1013,2000年為843.6,2009年為751.2,2017年為640.31。兩源地斑塊同為?？谌t樹林國(guó)家濕地公園片區(qū),相隔較近,同時(shí)斑塊面積相對(duì)較大,因此物種在遷移時(shí)阻力最小,該廊道相對(duì)較為重要,物種信息交流較為容易。兩個(gè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中,相互作用力的最小值小于1,例如源地9和源地10,兩源地斑塊分別為紅樹林和永莊水庫,兩者面積較小相隔較遠(yuǎn),因此相互作用力不大。

3.2 斑塊中心度指數(shù)分析

斑塊間的相互作用強(qiáng)度反映了斑塊之間的相互作用影響,表明了斑塊在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要程度,利用所得到的重力模型構(gòu)建的斑塊間相互作用矩陣計(jì)算斑塊中心度指數(shù),以此為生境斑塊劃分不同的等級(jí),為生態(tài)源點(diǎn)的保護(hù)提供數(shù)據(jù)。斑塊中心度指數(shù)是以景觀中心度為原型[40]。結(jié)果如表7。

表7 4個(gè)時(shí)相視角下的斑塊中心度指數(shù)

統(tǒng)計(jì)每個(gè)斑塊與其余斑塊之間生態(tài)廊道相互作用強(qiáng)度,依據(jù)中心度指數(shù)劃分斑塊等級(jí),將中心度指數(shù)大于100劃分為一級(jí)斑塊,中心度指數(shù)大于30劃分為二級(jí)斑塊,中心度指數(shù)大于10劃分為三級(jí)斑塊,其他劃分為四級(jí)斑塊。結(jié)果顯示,1988年一、二、三、四級(jí)生態(tài)斑塊數(shù)分別為3,1,3,11,2000年一、二、三、四級(jí)生態(tài)斑塊數(shù)分別為3,1,2,9,2009年一、二、三、四級(jí)生態(tài)斑塊數(shù)分別為3,1,2,7,2017年一、二、三、四級(jí)生態(tài)斑塊數(shù)分別為3,1,2,4。4個(gè)時(shí)期的一級(jí)生態(tài)斑塊沒有發(fā)生變化,位于東寨港國(guó)家自然保護(hù)區(qū)一帶,也是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的核心生態(tài)節(jié)點(diǎn),與其他斑塊的相互作用強(qiáng)度較大。四級(jí)生態(tài)斑塊減少最為明顯,這些斑塊通常規(guī)模較小或與其他斑塊距離相對(duì)較遠(yuǎn),是維系景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性和穩(wěn)定性的重要補(bǔ)充,多分布在城市周邊、城鎮(zhèn)區(qū)內(nèi),導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是城市化進(jìn)程驅(qū)動(dòng)下的城鎮(zhèn)建設(shè)、城市擴(kuò)張、公路大橋的修建占用了大面積的園林地。由表7可知, 2017部分斑塊中心度指數(shù)出現(xiàn)高于往年的情況,主要原因是2017年較于往年其四級(jí)斑塊大量缺失,留下的生態(tài)斑塊為面積較大且距離相近的優(yōu)質(zhì)源地,斑塊間相互作用力平均水平較高。

3.3 生態(tài)廊道分析

1988年生態(tài)廊道共43條,其中核心廊道占19條,多數(shù)分布在南渡江以東,各廊道較短,在斑塊11(昌后村)附近廊道交叉現(xiàn)象較為明顯,內(nèi)部景觀連通性較強(qiáng)且復(fù)雜；2000年生態(tài)廊道共28條,其中核心廊道占15條,核心廊道基本都位于東海岸,生態(tài)廊道數(shù)目較1988年減少,但在一定程度上仍保持有較好的景觀連通性；2009年生態(tài)廊道共23條,其中核心廊道占12條,核心廊道存在于南渡江水域與東寨港自然保護(hù)區(qū)之間,生態(tài)廊道與2000年相比變化較小,生態(tài)破壞程度較低；2017年生態(tài)廊道共15條,其中核心廊道占9條,建成區(qū)內(nèi)無完整的大型生境斑塊,西部廊道數(shù)量少,空間上較為分散,景觀連通性較差(圖6)。1988—2017年,生態(tài)廊道數(shù)目呈階梯式遞減,主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)廊道的大量減少,原因是基礎(chǔ)廊道多經(jīng)過城市、建設(shè)用地以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)園林地等人類活動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域,對(duì)廊道的連通性有較強(qiáng)的阻隔作用,生態(tài)連接作用較弱城市化進(jìn)程伴隨下的城鎮(zhèn)建設(shè)、城市擴(kuò)張極易使其受到影響甚至缺失。而重要生態(tài)廊道多分布于南渡江、東寨港水域和特殊利用區(qū)等人類活動(dòng)較少的區(qū)域,源地保留性強(qiáng),周邊成本費(fèi)用值普遍較低,生態(tài)連接功能得到較好的實(shí)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)中生物、信息、能量流傳遞作用較好,在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中地位較穩(wěn)固。

圖6 研究區(qū)重要廊道及踏腳石Fig.6 Important corridors and stepping stones of the study area

參照過去30年的發(fā)展變化趨勢(shì)可知,引起生態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變的根本原因是生態(tài)源地?cái)?shù)量上的銳減,其中一級(jí)斑塊源地為南渡江水域、東寨港水域以及三江紅樹林自然保護(hù)區(qū),這在未來發(fā)展趨勢(shì)中不會(huì)發(fā)生大的改變,其他類型源地多表現(xiàn)為大面積的優(yōu)質(zhì)園林地,但面積逐年縮減,依照此趨勢(shì),四級(jí)斑塊與三級(jí)斑塊的存在將面臨極大挑戰(zhàn),源地的進(jìn)一步缺失勢(shì)必會(huì)破壞目前脆弱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；從廊道角度分析,?？谑泻０稁У貐^(qū)生態(tài)廊道規(guī)模前景堪憂,基礎(chǔ)廊道將隨著源地的減少而缺失,核心廊道只存在于南渡江和三江紅樹林兩大濕地之間,如不加以政策上的保護(hù),江東新區(qū)的建設(shè)與發(fā)展勢(shì)必對(duì)其造成負(fù)面影響。

3.4 踏腳石斑塊

在構(gòu)建?？谑芯坝^生態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí),選取了面積大的斑塊作為“源”,但有些面積較小的踏腳石斑塊也同樣重要。踏腳石斑塊在物種遷移方面起到重要的作用,踏腳石斑塊可以為物種提供一個(gè)逃生場(chǎng)所。受人為影響程度小,可以在物種擴(kuò)散的過程中為物種提供一個(gè)暫時(shí)的棲息地,可以為那些容易在較小面積斑塊生活的物種提供適宜的生活環(huán)境[36]。

根據(jù)最新生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型分析,結(jié)合生態(tài)網(wǎng)絡(luò)上源地的空間分布特征、廊道的交匯點(diǎn),規(guī)劃確定了5個(gè)踏腳石斑塊(圖6),大多分布在濕地公園、水庫以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)大型園林地,例如桂林洋國(guó)家熱帶農(nóng)業(yè)公園在南渡江濕地和三江紅樹林濕地公園之間起到了很好的連接作用,在物種遷移過程中為物種提供了良好的棲息地。在城市化建設(shè)過程中應(yīng)注意保護(hù)濕地斑塊和園林地斑塊,在保證踏腳石規(guī)模和質(zhì)量的同時(shí),考慮可將其發(fā)展成為新的生態(tài)源地。

4 結(jié)論與討論

(1)不同生態(tài)斑塊的相互作用強(qiáng)度差異顯著,在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中扮演的角色各不相同。例如斑塊5(南渡江)是各時(shí)期網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn),南渡江西部各源斑塊與東部源斑塊之間的景觀物質(zhì)能量交換需要經(jīng)過斑塊5作為中轉(zhuǎn)樞紐來完成；斑塊7(東寨港水域)為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn),與其他斑塊連通性均較強(qiáng),表現(xiàn)出較好的核心性,在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中起著主導(dǎo)和支配作用。大型生境斑塊作為重要的物種源地和棲息地,在物種的遷移和擴(kuò)散中起著重要作用,應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)性嚴(yán)格保護(hù)和建設(shè)。

(2)四級(jí)斑塊的大量減少是研究區(qū)生態(tài)功能弱化、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)趨于簡(jiǎn)化的主要原因。例如海文高速的修建造成的斑塊11(昌后村)的缺失間接影響東海岸地區(qū)生態(tài)廊道數(shù)量,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由1988年的方格狀變?yōu)?017年的樹狀。擴(kuò)大斑塊面積,提高斑塊質(zhì)量,保證生態(tài)斑塊的連續(xù)性和完整性,對(duì)加強(qiáng)生態(tài)景觀之間的連接,促進(jìn)區(qū)域物種的遷移和交流至關(guān)重要。

(3)以斑塊5(南渡江)和斑塊7(東寨港)為中心形成的環(huán)狀區(qū)域是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū),核心區(qū)內(nèi)植被生態(tài)價(jià)值高,成本費(fèi)用小,有利于物種在斑塊間的遷移活動(dòng)。兩斑塊之間的廊道是連接核心區(qū)的關(guān)鍵性廊道,1988年到2017年兩斑塊的引力值從19.6減小至8.25,廊道質(zhì)量明顯變差。斑塊之間相互作用強(qiáng)的生態(tài)廊道在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的地位突出,對(duì)生物物種的豐富度、遷移與擴(kuò)散等起著重要作用,因此必須加以嚴(yán)格控制與保護(hù),而斑塊之間相互作用弱的廊道成本阻力值大,生境適宜性低,因此必須在未來的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中加以改善。

(4)踏腳石斑塊處在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上,在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中起著重要的連接作用,生態(tài)功能較強(qiáng),多分布在濕地、水庫、內(nèi)河、園林地,需要重點(diǎn)保護(hù)和建設(shè)。研究區(qū)內(nèi)許多斑塊例如美舍河、桂林洋國(guó)家熱帶農(nóng)業(yè)公園在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中起著“踏腳石”的作用,發(fā)揮了重要的功能。增加踏腳石的數(shù)量以及減少踏腳石之間的距離可以提高物種的遷移成功率。