中-老交通走廊核心區(qū)生態(tài)廊道構(gòu)建與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別

張 玥,許端陽(yáng),李 霞,張曉宇,王小博,王紹強(qiáng)

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3 生態(tài)環(huán)境部對(duì)外合作與交流中心,北京 100035

交通基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)通是促進(jìn)中國(guó)與老撾等東盟國(guó)家協(xié)同發(fā)展的重要舉措,在兩國(guó)進(jìn)行次區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作中具有關(guān)鍵地位。在“一帶一路”倡議深入推進(jìn)過(guò)程中,以中-老鐵路、昆曼公路為標(biāo)志的中-老交通走廊建設(shè)快速發(fā)展。中-老交通走廊在便利城市、區(qū)域以及國(guó)家間經(jīng)濟(jì)文化活動(dòng)互聯(lián)互通的同時(shí),也將對(duì)區(qū)域的景觀格局、功能、服務(wù)以及生物多樣性、物種的遷徙流動(dòng)等產(chǎn)生劇烈影響。生態(tài)廊道在景觀尺度上具有多種服務(wù)功能,如減緩水土流失、固沙防洪、維持生物多樣性等。因此,以生態(tài)廊道恢復(fù)建設(shè)為重點(diǎn),科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)廊道走向,識(shí)別關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),提出生態(tài)環(huán)境修復(fù)與建設(shè)方案,對(duì)于修復(fù)中-老交通走廊核心區(qū)破碎景觀以及保障區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。

生態(tài)廊道的概念最早出現(xiàn)在19 世紀(jì)后期的美國(guó)；隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展理念在全球范圍的認(rèn)可與實(shí)踐,生態(tài)廊道方面的研究已經(jīng)從規(guī)劃綠地公園系統(tǒng),進(jìn)展到構(gòu)建滿足區(qū)域關(guān)鍵物種需求的廊道,成為景觀生態(tài)學(xué)、保護(hù)生物學(xué)、城市規(guī)劃設(shè)計(jì)等跨學(xué)科交叉研究的前沿與熱點(diǎn)[1-3]。國(guó)際上已經(jīng)有許多國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的生態(tài)廊道工程建設(shè),如北美生態(tài)廊道建設(shè)、泛歐綠道工程[4-5]等。我國(guó)最早的生態(tài)廊道為上世紀(jì)“三北” 防風(fēng)固沙帶工程；進(jìn)入21世紀(jì),以青藏鐵路為標(biāo)志的重大工程修建過(guò)程中都科學(xué)規(guī)劃并設(shè)計(jì)生態(tài)廊道,在保障區(qū)域生態(tài)安全、維護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮了重要作用[6]。隨著生態(tài)廊道研究的發(fā)展,基于景觀生態(tài)學(xué)理論、以優(yōu)化景觀整體的生態(tài)安全格局研究逐漸形成完善,并在景觀規(guī)劃、旅游規(guī)劃、生物多樣性保護(hù)、減災(zāi)防災(zāi)與土地管理規(guī)劃等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[7- 10]。國(guó)際上在生態(tài)安全格局方面的研究較多側(cè)重社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與自然系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)耦合分析,以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生物多樣性權(quán)衡等[11-12]；國(guó)內(nèi)則多側(cè)重于區(qū)域生態(tài)安全等級(jí)的判定與生態(tài)安全格局的規(guī)劃識(shí)別等方面[13-14]。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外關(guān)于生態(tài)廊道構(gòu)建及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方面的研究已取得積極進(jìn)展。生態(tài)廊道的構(gòu)建主要以“斑塊-廊道-基質(zhì)”理論為基礎(chǔ),除基于生態(tài)約束診斷的單要素生態(tài)安全格局疊加方法外,應(yīng)用最小累積阻力模型進(jìn)行廊道走向的模擬已成為生態(tài)廊道研究的主流范式,研究尺度多以省域、城市區(qū)域?yàn)橹鱗15-16]。識(shí)別生態(tài)源地和構(gòu)建阻力面是提取生態(tài)廊道的重要前提。在生態(tài)源地的識(shí)別方法上,一般通過(guò)直接選取自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等區(qū)域,或從生態(tài)重要性評(píng)價(jià)、生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)等方面展開(kāi)[17-19]。構(gòu)建阻力面時(shí)一般將相應(yīng)阻力系數(shù)賦予不同的土地覆被類(lèi)型,或者在生態(tài)足跡或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)基礎(chǔ)上確定[20]。關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)的提取研究主要通過(guò)形態(tài)學(xué)空間格局模型、網(wǎng)絡(luò)分析、景觀阻力分析等方法,或者基于生態(tài)阻力面模型中控制生態(tài)流的最大與最小成本路徑的相交點(diǎn)來(lái)確定[21-22]。以往研究為生態(tài)廊道及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別奠定了重要方法學(xué)基礎(chǔ),但也存在一些問(wèn)題。在生態(tài)系統(tǒng)功能退化風(fēng)險(xiǎn)或重要性等層面識(shí)別生態(tài)源地的過(guò)程中忽略了外在環(huán)境對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響,致使源地的選取依據(jù)略顯單??；運(yùn)用地類(lèi)直接賦值法提取的生態(tài)廊道缺乏客觀性,雖然有學(xué)者嘗試引入不透水表面指數(shù)或地形坡度等因素改進(jìn)阻力系數(shù)均質(zhì)性[23],卻未將人類(lèi)活動(dòng)影響納入生態(tài)阻力空間格局的確定過(guò)程中。

中-老交通走廊核心區(qū)位于中國(guó)云南與老撾接壤地區(qū),以野生動(dòng)植物資源豐富為突出特點(diǎn),但近年來(lái)由于人為干擾強(qiáng)度的增加致使區(qū)域景觀質(zhì)量下降、棲息地環(huán)境區(qū)域破碎化?；诖?本文以“源地-廊道-節(jié)點(diǎn)”為研究框架,綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、景觀連通性與生態(tài)敏感性三個(gè)指標(biāo)識(shí)別重要生態(tài)源地,利用DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)改進(jìn)基于地類(lèi)賦值的基本生態(tài)阻力系數(shù),運(yùn)用MCR模型規(guī)劃生態(tài)廊道走向,并結(jié)合水文分析方法和Google Erath判定關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn),為維護(hù)中-老交通走廊核心區(qū)生態(tài)安全提供科技支撐。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Location of study area

中-老交通走廊核心區(qū)指中-老交通走廊(主要是昆曼公路中國(guó)—老撾段和中-老鐵路)經(jīng)過(guò)地區(qū),地理坐標(biāo)為17°58′—24°53′N(xiāo),99°09′—103°24′E(圖1)。研究區(qū)包括中國(guó)云南省的玉溪市、普洱市、西雙版納傣族自治州三個(gè)地級(jí)行政區(qū)以及老撾的瑯南塔省、博膠省、烏多姆賽省、瑯勃拉省、萬(wàn)象省和萬(wàn)象市六個(gè)省級(jí)行政區(qū),總?cè)丝?72萬(wàn)人,土地總面積為143099 km2,中-老邊境長(zhǎng)約710 km。地處熱帶季風(fēng)與亞熱帶季風(fēng)兩個(gè)氣候區(qū),年平均氣溫約26℃,雨量充沛但分配不均,多年平均降雨量為2000 mm,以夏秋兩季為主。地貌類(lèi)型以高原和山地為主,平均海拔為1094 m。

中-老交通走廊核心區(qū)土地覆被類(lèi)型中林地、灌木、草地和水體的面積占研究區(qū)總面積的81.85%,居民用地僅占0.9%(圖1)；作為生物多樣性熱點(diǎn)區(qū),該區(qū)域是亞洲象、黑冠長(zhǎng)臂猿、獼猴等珍稀物種的主要棲息地,在開(kāi)發(fā)利用珍稀野生資源方面享有獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)和地位。近年來(lái)隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展,生態(tài)壓力逐漸加重,集中表現(xiàn)為生境面積減少和景觀趨于破碎化。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究涉及的數(shù)據(jù)為DEM數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)、土地利用/覆被數(shù)據(jù)、自然保護(hù)區(qū)與夜間燈光數(shù)據(jù)。其中,中-老交通走廊核心區(qū)DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù),空間分辨率為90 m,來(lái)源于SRTM(http://srtm.csi.cgiar.org/),并由此生成坡度數(shù)據(jù)；NDVI數(shù)據(jù)源自美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA提供的2017年MODIS 16 d合成數(shù)據(jù)(MOD13Q1),空間分辨率為500 m；年均降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于TerraClimate高分辨率氣候柵格數(shù)據(jù)集(https://terra.nasa.gov/data),空間分辨率為1000 m；土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)分辨率為1000 m,源自世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(HWSD-v1.2)；土地利用/覆被數(shù)據(jù)為2017年30 m分辨率的LandsatOLI遙感圖像解譯結(jié)果,影像源自美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(https://earthexplorer.usgs.gov)；自然保護(hù)區(qū)、水系及行政區(qū)邊界等數(shù)據(jù)來(lái)源于Open Street Map(https://www.openstreetmap.org/copyright)；DMSP_OLS夜間燈光數(shù)據(jù)源自DMSPF18衛(wèi)星(https://www.ngdc.noaa.gov/eog/dmsp/downloadV4composites.html),空間分辨率為1000 m。為便于模型運(yùn)算,同時(shí)考慮到所有數(shù)據(jù)中的最低分辨率,本研究所用數(shù)據(jù)統(tǒng)一重采樣為1 km×1 km的柵格數(shù)據(jù),投影方式為WGS_1984_UTM_Zone_47N。

2 研究方法

2.1 生態(tài)源地識(shí)別

生態(tài)源地作為生物擴(kuò)散和遷移的集聚點(diǎn),通常具有提供重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、迅速響應(yīng)環(huán)境變化以及維持穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等重要功能[24]?；诖?本研究選取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、景觀連通性、生態(tài)敏感性三個(gè)指標(biāo)綜合識(shí)別重要生態(tài)源地。考慮到生態(tài)廊道建設(shè)需求以及中-老交通走廊核心區(qū)野生生物資源極其豐富的實(shí)際情況,將上述3個(gè)指標(biāo)以0.4、0.3、0.3的權(quán)重加和,按照自然間斷點(diǎn)分類(lèi)法將計(jì)算結(jié)果劃分為極重要斑塊、一般重要斑塊與不重要斑塊三類(lèi)。根據(jù)中-老交通走廊核心區(qū)重點(diǎn)保護(hù)物種如亞洲象、印度支那虎、黑冠長(zhǎng)臂猿、獼猴等的適宜棲息地面積[25-26],選取極重要斑塊中棲息地面積大于100 km2的斑塊作為生態(tài)源地。

Pi=αEi+βPi+γSi

(1)

式中,Pi為生態(tài)源地重要性指數(shù)；Ei為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)；Pi為景觀連通性指數(shù)；Si為生態(tài)系統(tǒng)敏感性指數(shù)；α,β,γ為對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

2.1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類(lèi)社會(huì)從生態(tài)系統(tǒng)中以各種直接或間接途徑獲取的利益[27]。綜合考慮中-老交通走廊核心區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展需求,本研究選取土壤保持、水源涵養(yǎng)、固碳釋氧、生境質(zhì)量四項(xiàng)功能衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),四項(xiàng)服務(wù)功能的評(píng)價(jià)均基于InVEST模型開(kāi)展[28-29]。綜合考慮中-老交通走廊核心區(qū)的植被特征及其在調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、維持區(qū)域內(nèi)獨(dú)特野生動(dòng)植物資源生境方面的重要作用,分別賦予固碳釋氧、生境質(zhì)量功能0.3、0.3的權(quán)重,賦予土壤保持、水源涵養(yǎng)功能0.2、0.2的權(quán)重,通過(guò)圖層疊加得到綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量分布。

Ei=aTi+bWi+cOi+dLi

(2)

式中,Ti為土壤保持指數(shù)；Wi為水源涵養(yǎng)指數(shù)；Oi為固碳釋氧指數(shù)；Li為生境質(zhì)量指數(shù)；a、b、c、d為對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

2.1.2景觀連通性

景觀連通性是指生態(tài)流在景觀基質(zhì)中運(yùn)行的連通程度,可通過(guò)計(jì)算可能連通性指數(shù)(Probability of Connectivity,PC)衡量各棲息地斑塊在生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)移動(dòng)和能量轉(zhuǎn)化的的重要程度[30]。PC指數(shù)的計(jì)算公式為：

(3)

式中,m代表?xiàng)⒌氐臄?shù)目；Hi和Hj分別表示棲息地i和j的面積；Z是指研究區(qū)面積；Cij是棲息地i和j之間潛在路徑景觀連通性中的最大值。

本文通過(guò)ArcGIS10.5和Conefor2.6,考慮到中-老交通走廊核心區(qū)重要保護(hù)珍稀物種所需生境范圍較大,選取棲息地面積大于10 km2的145個(gè)林、灌、草棲息地斑塊計(jì)算景觀連通性指數(shù)。

2.1.3生態(tài)敏感性

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)在外界環(huán)境變化和人類(lèi)干擾影響下失衡的可能性[31]。生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵步驟是構(gòu)建合適的評(píng)價(jià)體系。在充分考慮中-老交通走廊核心區(qū)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上,本文選取土地覆被類(lèi)型、地形坡度、植被覆蓋指數(shù)、水體功能、自然保護(hù)區(qū)5 個(gè)因素作為生態(tài)敏感性的評(píng)價(jià)因子, 以此進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。生態(tài)敏感性因子及其分級(jí)如表1所示。綜合生態(tài)敏感性指數(shù)計(jì)算公式為：

(4)

式中,S指綜合生態(tài)敏感性指數(shù)；Ci為單因子生態(tài)敏感性指數(shù)；Wi是各個(gè)生態(tài)敏感性因子的權(quán)重。

表1 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1、3、5、7、9表示敏感性等級(jí),其中1表示不敏感,3表示低度敏感、5表示中度敏感、7表示高度敏感、9表示極度敏感

2.2 生態(tài)阻力面構(gòu)建

具有不同植被覆蓋程度的景觀基質(zhì)會(huì)對(duì)生物遷徙造成阻礙,根據(jù)以往研究成果,本文將中-老交通走廊核心區(qū)各土地覆被類(lèi)型的基本阻力系數(shù)設(shè)定在1—500之間[1-2,21- 23](表2)。

表2 基本生態(tài)阻力系數(shù)表

考慮到對(duì)相同土地覆被類(lèi)型賦予唯一生態(tài)阻力系數(shù)將模糊不同強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)的影響,本文選取對(duì)人為干擾程度具有較高代表性的夜間燈光數(shù)據(jù)改進(jìn)初步設(shè)定的生態(tài)阻力面[32]。

(5)

式中,Yi′指通過(guò)夜間燈光數(shù)據(jù)改進(jìn)的阻力值；Di代表景觀單元i的夜間燈光指數(shù)；Da是景觀單元i所在的土地覆被類(lèi)型a的平均夜間燈光指數(shù)；Yi為表2所示的基本阻力系數(shù)。

2.3 生態(tài)廊道判定

在綜合分析以往學(xué)者提出的生態(tài)廊道提取方法基礎(chǔ)上,本文借助Knaapen創(chuàng)立的MCR(Minimum Cumulative Resistance)模型識(shí)別生態(tài)廊道。該模型的核心算法是在生態(tài)阻力面基礎(chǔ)上計(jì)算生物從“源”移動(dòng)到“匯”需要花費(fèi)的成本,從而模擬物種通過(guò)景觀基質(zhì)的潛在路徑[33]。

(6)

式中,X表示最小累積阻力值；Aij指生態(tài)源地j與景觀單元i之間的空間距離；Yi′與公式5含義相同；y為生態(tài)過(guò)程與最小累積阻力的函數(shù)。

分別將每個(gè)源地斑塊的中心點(diǎn)看作“源”,將其余的中心點(diǎn)看作“匯”,通過(guò)ArcGIS 10.5中的成本距離模塊計(jì)算源地斑塊之間的最小成本路徑,即潛在生態(tài)廊道。根據(jù)重要生態(tài)源地分布與研究區(qū)域土地利用方式,將連接主要生態(tài)源地以及能夠構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)的廊道定義為關(guān)鍵廊道。

2.4 關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)識(shí)別

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是指景觀基質(zhì)中對(duì)于生物的擴(kuò)散或移動(dòng)過(guò)程起到關(guān)鍵作用的位置[24]。本研究中生態(tài)節(jié)點(diǎn)主要包括戰(zhàn)略點(diǎn)、斷裂點(diǎn)和暫歇點(diǎn)三類(lèi)。戰(zhàn)略點(diǎn)通常是指生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)流運(yùn)行的最薄弱地段,即最小成本路徑與最大成本路徑的交匯點(diǎn),對(duì)于物質(zhì)流動(dòng)與能量遷移具有控制意義,本文采用水文分析模塊中提取分水嶺的方法獲得生態(tài)流在景觀阻力面運(yùn)行中需要穿越的“山脊線”,并將其與生態(tài)廊道的交匯處定義為戰(zhàn)略點(diǎn)；斷裂點(diǎn)是生態(tài)廊道中人類(lèi)活動(dòng)較頻繁、機(jī)動(dòng)車(chē)流通較多的地段,本文結(jié)合研究區(qū)主要交通廊道(昆曼公路和中-老鐵路)分布圖識(shí)別生態(tài)斷裂點(diǎn)；暫歇點(diǎn)是指連接較多生態(tài)廊道、能夠?yàn)樯镞w移擴(kuò)散提供暫息功能的地段,在廊道網(wǎng)絡(luò)中起到踏腳石和增加景觀連接度的作用,本文選取各潛在生態(tài)廊道與廊道相交處作為暫歇點(diǎn)。將識(shí)別出的生態(tài)節(jié)點(diǎn)圖層與Google Earth影像相疊加,以進(jìn)一步明確關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)附近區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)源地識(shí)別

3.1.1單一生態(tài)要素空間格局

中-老交通走廊核心區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、景觀連通性與生態(tài)敏感性分別呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性(圖2)。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面,區(qū)內(nèi)平均土壤保持量為380 t/hm2,其中普洱市、瑯勃拉邦省在430 t/hm2以上；平均水源涵養(yǎng)量為991 mm,其中西雙版納傣族自治州、瑯勃拉邦省、烏多姆塞省、萬(wàn)象市和萬(wàn)象省高于1000 mm；平均固碳釋氧量為849 t/hm2,其中西雙版納傣族自治州、普洱市、瑯南塔省和博膠省均在900 t/hm2以上；生境質(zhì)量指數(shù)均在0.6以上,其中普洱市、瑯勃拉邦省、烏多姆塞省和瑯南塔省在0.8以上。研究區(qū)總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量較高,平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)為0.52,這與該區(qū)域水熱條件優(yōu)越、植被茂密等自然情況相符。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)主要分布在中-老交通走廊核心區(qū)中部地帶,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、人為活動(dòng)干擾較大的地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)較低。在景觀連通性方面,中-老交通走廊核心區(qū)平均景觀連通性指數(shù)為30.74,以中-老邊界為分界線,景觀連通性高值區(qū)主要分布在研究區(qū)南部的老撾境內(nèi),低值區(qū)位于云南省涉及地區(qū)。就各行政區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果而言,老撾的烏多姆塞省、瑯勃拉邦省和博膠省為景觀連通性指數(shù)較高的地區(qū),景觀連通性指數(shù)均在60以上,這些地區(qū)植被呈集中連片分布,能夠滿足區(qū)域內(nèi)大型哺乳動(dòng)物的空間需求；普洱市、玉溪市、西雙版納傣族自治州以及萬(wàn)象市為景觀連通性指數(shù)較低地區(qū),不足20,受人類(lèi)活動(dòng)與地形條件的影響,這些地區(qū)植被面積較少且零散分布。在生態(tài)敏感性方面,除萬(wàn)象市外,其他地區(qū)均有較多的林地覆蓋；地形坡度大于28°的地區(qū)主要分布在無(wú)量山、哀牢山與老撾川壙高原附近；NDVI大于0.73的地區(qū)基本位于中-老接壤地帶；水體功能極度敏感地區(qū)分布在撫仙湖、景洪水庫(kù)、糯扎渡水庫(kù)、湄公河和南俄湖周?chē)蛔匀槐Ｗo(hù)區(qū)則主要位于西雙版納傣族自治州和瑯南塔省。中-老交通走廊核心區(qū)平均生態(tài)敏感性指數(shù)為3.94,生態(tài)敏感性高值區(qū)分布在中-老接壤地區(qū)中部地區(qū),低值區(qū)主要位于人為干擾強(qiáng)度較大、建成區(qū)密度大的北部和南部地區(qū)。

3.1.2重要生態(tài)源地

根據(jù)不同等級(jí)斑塊面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知極重要斑塊面積為41653.48 km2,占研究區(qū)總面積的29.08%(圖3)。從空間分布上看,極重要斑塊主要位于研究區(qū)的中-老邊界附近,這些區(qū)域人為干擾較小,自然生態(tài)環(huán)境優(yōu)越。除玉溪市和萬(wàn)象市外,其余行政區(qū)均有較多的極重要斑塊分布,尤其是老撾境內(nèi)的瑯南塔省和烏多姆塞省。云南省普洱市由于無(wú)量山、哀牢山等地形因素作用,極重要斑塊分布較為零散；西雙版納傣族自治州植被覆蓋度較高但極重要斑塊面積不多,主要是由于該行政區(qū)是我國(guó)第二大橡膠生產(chǎn)基地,大量橡膠林集中連片分布。將中-老交通走廊核心區(qū)35個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)與斑塊等級(jí)分布疊加可發(fā)現(xiàn),自然保護(hù)區(qū)基本都落入研究區(qū)極重要斑塊范圍內(nèi)(圖3)。

圖2 中-老交通走廊核心區(qū)單一生態(tài)要素空間格局Fig.2 Spatial pattern of single ecological elements in study area

生態(tài)源地面積為20243.74 km2,占中-老交通走廊核心區(qū)總面積的14.13%。從行政區(qū)劃上看,生態(tài)源地主要位于云南省的普洱市以及老撾的瑯南塔省和烏多姆塞省,分別占生態(tài)源地面積的14.69%、19.09%和29.75%；玉溪市和萬(wàn)象市由于作為該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心,且具有較多的耕地、經(jīng)濟(jì)林、居民地分布,使得極重要斑塊面積非常少而零散分布,因此無(wú)生態(tài)源地分布(圖4)。從土地覆被類(lèi)型來(lái)看,生態(tài)源地以林地、灌木為主,兩者占生態(tài)源地面積的98.37%；草地次之,但僅占1.09%；人為活動(dòng)用地基本為不重要斑塊。從圖3可以看出,各行政區(qū)生態(tài)源地均以林地、灌木為主,只有烏多姆塞省有較多的草地分布。

3.2 生態(tài)廊道識(shí)別

在識(shí)別重要生態(tài)源地基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)建生態(tài)阻力面識(shí)別出中-老交通走廊核心區(qū)生態(tài)廊道空間走向(圖4)。生態(tài)廊道大致為南北走向,貫穿整個(gè)研究區(qū)。具體可以分為兩個(gè)主要組團(tuán),以中國(guó)-老撾分界線為中點(diǎn),在中國(guó)境內(nèi)和老撾境內(nèi)分別形成兩個(gè)環(huán)形閉合結(jié)構(gòu),其中涉及中國(guó)部分為島嶼型生態(tài)阻力面,玉溪市和西雙版納傣族自治州的南部為高阻力值地區(qū),生態(tài)廊道主要分布在普洱市；涉及老撾部分為高原型阻力面,瑯勃拉邦省和萬(wàn)象市為高阻力值地區(qū),生態(tài)廊道主要分布在烏多姆塞省和東部邊緣地區(qū)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,中-老交通走廊核心區(qū)潛在生態(tài)廊道總長(zhǎng)度為3645.81 km,其中關(guān)鍵生態(tài)廊道總長(zhǎng)度為1397.78 km。各行政區(qū)潛在生態(tài)廊道長(zhǎng)度分別為：普洱市940.89 km,西雙版納傣族自治州768.63 km,烏多姆塞省546.24 km,瑯勃拉邦省537.07 km,萬(wàn)象省366 km,瑯南塔省187.29 km。

圖3 中-老交通走廊核心區(qū)生態(tài)源地分布Fig.3 Distribution of ecological sources sources in study

圖4 各行政區(qū)生態(tài)源地用地構(gòu)成Fig.4 Composition of ecological sources in each region

本研究在考慮研究區(qū)重要保護(hù)物種活動(dòng)特征的基礎(chǔ)上,參考前人研究成果并結(jié)合當(dāng)?shù)匾吧鷦?dòng)物遷徙特征及需求[34-36],將生態(tài)廊道寬度設(shè)為1200 m。在確定的廊道最佳寬度范圍內(nèi),將生態(tài)廊道與該區(qū)域土地覆被類(lèi)型進(jìn)行疊加分析,得到生態(tài)廊道用地構(gòu)成如表3所示。潛在廊道覆蓋地區(qū)96%以上為林地、灌木和草地,還有少部分由經(jīng)濟(jì)林組成,極少部分穿過(guò)經(jīng)濟(jì)林、耕地、居住地等人為活動(dòng)用地；關(guān)鍵廊道的組成與潛在廊道基本一致。在各行政區(qū)潛在生態(tài)廊道土地覆被類(lèi)型組成中(圖5),老撾境內(nèi)的瑯南塔省、瑯勃拉邦省、萬(wàn)象省以及烏多姆塞省幾乎全部由林地、灌木和草地構(gòu)成；西雙版納傣族自治州和普洱市大部分由林地、灌木和草地構(gòu)成,還有少部分由經(jīng)濟(jì)林和耕地組成。

表3 生態(tài)廊道用地構(gòu)成/%

圖5 研究區(qū)生態(tài)廊道分布Fig.5 Distribution of ecological corridors

圖6 研究區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)空間分布Fig.6 Spatial distribution of ecological points in study areaα、β、γ、θ、λ表示戰(zhàn)略點(diǎn)；1、2、3、4、5、6、7、8、9表示斷裂點(diǎn)；a、b、c、d、e、f、g、h、j、k、m、n、q、r、s、t表示暫歇點(diǎn)

3.3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別

本文判定出的關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)如圖6所示。其中,戰(zhàn)略點(diǎn)有5處,主要位于云南省生態(tài)廊道附近耕地較多的區(qū)域；斷裂點(diǎn)有9處,其中潛在生態(tài)廊道與昆曼公路相交形成的斷裂點(diǎn)有2處,與中-老鐵路規(guī)劃路線交叉有7處；暫歇點(diǎn)有16處,主要分布在關(guān)鍵生態(tài)廊道區(qū)域,行政區(qū)劃上主要位于西雙版納傣族自治州和烏多姆塞省。在戰(zhàn)略點(diǎn)方面,生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)附近區(qū)域有較多的耕地分布,使之成為生態(tài)廊道中較難通過(guò)的地段；在斷裂點(diǎn)方面,斷裂點(diǎn)附近土地覆被類(lèi)型大多以林地為主,但由于昆曼公路的建設(shè)造成的人為用地線性分布格局使得原本完整的生境被隔離,區(qū)域破碎化的棲息地將會(huì)對(duì)生物遷移造成障礙；在暫歇點(diǎn)方面,暫歇點(diǎn)附近的土地覆被類(lèi)型與斷裂點(diǎn)相似,大多以林地為主,然而也有少數(shù)暫歇點(diǎn)分布在經(jīng)濟(jì)林、耕地等人類(lèi)活動(dòng)干擾較大的區(qū)域,尤其是在橡膠林分布較多的西雙版納傣族自治州和普洱市。

4 討論

本文識(shí)別的生態(tài)源地面積占比與前人研究結(jié)果相比較少[37-40],主要是考慮了研究區(qū)重要保護(hù)物種的活動(dòng)特征,從而依據(jù)斑塊面積對(duì)識(shí)別出的極重要斑塊進(jìn)行篩選確定生態(tài)源地。中-老交通走廊核心區(qū)土地覆被類(lèi)型中林、灌、草所占比例較大,野生動(dòng)植物資源豐富,本文在生態(tài)源地基礎(chǔ)上構(gòu)建的生態(tài)廊道僅僅是滿足該區(qū)域保護(hù)生物多樣性的最低要求,生態(tài)廊道建設(shè)成本較低。此外,本文考慮到研究區(qū)亞洲象、印度支那虎、黑冠長(zhǎng)臂猿等大中型哺乳動(dòng)物遷徙需求,設(shè)定的生態(tài)廊道寬度略大于其他地區(qū)。

為區(qū)域內(nèi)生物的遷徙移動(dòng)提供可利用的安全路徑是生態(tài)廊道最重要的功能,因此在實(shí)際建設(shè)生態(tài)廊道中應(yīng)構(gòu)建以林地為主的景觀類(lèi)型,灌木和草地為輔,盡量采用鄉(xiāng)土植物,合理搭配不同樹(shù)種,形成復(fù)層結(jié)構(gòu)群落,充分發(fā)揮群落生態(tài)效益并具有景觀美學(xué)價(jià)值。此外,研究區(qū)內(nèi)原有的河道和植被廊道亦是物種移動(dòng)的重要渠道,可與本文中提取的生態(tài)廊道交織起來(lái),加強(qiáng)生態(tài)廊道緩沖區(qū)的保護(hù)與管理,形成網(wǎng)絡(luò)狀的生態(tài)廊道體系。生態(tài)戰(zhàn)略點(diǎn)作為生態(tài)流的重要地段,應(yīng)通過(guò)現(xiàn)存自然景觀的維護(hù)與受破壞較大地段的修復(fù)實(shí)現(xiàn)景觀流通的連續(xù)性。在生態(tài)節(jié)點(diǎn)附近區(qū)域,應(yīng)盡量減少人類(lèi)干擾,戰(zhàn)略點(diǎn)附近可通過(guò)設(shè)立生態(tài)保護(hù)區(qū)、劃定生態(tài)紅線等方法保證完整性；斷裂點(diǎn)范圍內(nèi)可借鑒相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),如中國(guó)青藏鐵路修建過(guò)程中為保護(hù)牦牛、藏野驢等動(dòng)物修建橋梁,通過(guò)設(shè)置天橋和地下通道等設(shè)施幫助動(dòng)物遷移,同時(shí)加強(qiáng)警示標(biāo)志、限速裝置、聲屏障、地形營(yíng)造、人工水體和紅外監(jiān)測(cè)等野生動(dòng)物通道配套設(shè)施建設(shè)；暫歇點(diǎn)范圍內(nèi)盡量不設(shè)置人工設(shè)施,此處生態(tài)廊道寬度應(yīng)大于一般廊道地區(qū),維護(hù)其生態(tài)功能的正常發(fā)揮。

不同生物對(duì)同一阻力值具有各異的反應(yīng),對(duì)于棲息地斑塊、遷徙路徑等均有不同的需求,由于難以獲取中-老交通走廊核心區(qū)具體物種生活習(xí)性方面的資料,本文構(gòu)建的生態(tài)廊道未必適合所有物種。在設(shè)定生態(tài)廊道寬度時(shí)未考慮特定物種的空間需求,可能會(huì)出現(xiàn)因?qū)挾冗^(guò)窄或過(guò)寬影響生物遷移的問(wèn)題。此外,在關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)方面,應(yīng)在考慮其空間位置的基礎(chǔ)上增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)面積、形態(tài)等方面的研究,提高實(shí)用性與客觀性。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)中-老交通走廊核心區(qū)生物資料的收集和分析,進(jìn)一步深入對(duì)關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)規(guī)模和形狀等空間形態(tài)的研究。

5 結(jié)論

本文在景觀生態(tài)學(xué)中過(guò)程與格局耦合作用的原理基礎(chǔ)上,以中-老交通走廊核心區(qū)為研究區(qū),綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、景觀連通性和生態(tài)敏感性3個(gè)指標(biāo)識(shí)別重要生態(tài)源地,基于DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)改進(jìn)基于地類(lèi)賦值的基本生態(tài)阻力系數(shù),運(yùn)用MCR模型規(guī)劃生態(tài)廊道走向,并結(jié)合水文分析方法和Google Erath判定關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)。中-老交通走廊核心區(qū)極重要斑塊面積為41653.48 km2,占研究區(qū)總面積的29.08%。生態(tài)源地面積為20243.74 km2,占研究區(qū)總面積的14.13%,主要位于云南省的普洱市以及老撾的瑯南塔省和烏多姆塞省,分別占生態(tài)源地面積的14.69%、19.09%和29.75%,以林地、灌木為主要土地覆被類(lèi)型,兩者占生態(tài)源地總面積的98.37%。生態(tài)廊道總長(zhǎng)度為3645.81 km,其中關(guān)鍵廊道長(zhǎng)度為1397.78 km,生態(tài)廊道與生態(tài)源地大致構(gòu)成了一個(gè)環(huán)形閉合區(qū)域。關(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)中戰(zhàn)略點(diǎn)有5處,斷裂點(diǎn)有9處,暫歇點(diǎn)有16處。