基于鳥類多樣性保護(hù)的武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建探索

摘 要 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)有助于提高區(qū)域景觀連通性，增加斑塊之間的物質(zhì)能量和基因交流，對(duì)生物多樣性保護(hù)具有重要意義。既往研究側(cè)重于從經(jīng)驗(yàn)主義或基于圖論等理論探索景觀模型構(gòu)建方法，較少針對(duì)具體物種的長(zhǎng)時(shí)序觀測(cè)數(shù)據(jù)建立“物種—環(huán)境”相關(guān)性模型從而構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。隨著《武漢都市圈發(fā)展規(guī)劃》獲國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)，武漢都市圈成為第7個(gè)獲批的國(guó)家級(jí)都市圈。以武漢都市圈為例，基于長(zhǎng)達(dá)15年（2007—2021年）的鳥類長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)和城鄉(xiāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，探究城鄉(xiāng)環(huán)境特征對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制，識(shí)別重要鳥類棲息地的空間分布，構(gòu)建以鳥類為指征的生態(tài)源地—生態(tài)廊道—生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)體系。此外，基于城市擴(kuò)張模型分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)被侵占風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其進(jìn)行重要性和敏感性分級(jí)，識(shí)別鳥類多樣性保護(hù)的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。有望為面向鳥類多樣性保護(hù)的都市圈層面生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供實(shí)證支撐，為國(guó)土空間規(guī)劃中面向生物多樣性保護(hù)的都市圈層面重要生態(tài)空間劃定與生態(tài)修復(fù)提供理論參考。

關(guān) 鍵 詞 鳥類多樣性；生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；公眾科學(xué)；城市擴(kuò)張；武漢都市圈

文章編號(hào) 1673-8985（2024）04-0123-09 中圖分類號(hào) TU984 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A DOI 10.11982/j.supr.20240417

生物多樣性保護(hù)關(guān)乎生態(tài)系統(tǒng)的韌性和人類福祉[1-2]，它是指來(lái)自陸地、海洋和其他水生生態(tài)系統(tǒng)及其所屬生態(tài)復(fù)合體的生物體間的多樣性，包括物種內(nèi)部、物種之間和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性[3-4]。世界自然基金會(huì)（WWF）發(fā)布的《地球生命力報(bào)告2020》指出，1970—2016年間全球野生動(dòng)物種群數(shù)量下降了68%，且22%的植物有滅絕風(fēng)險(xiǎn)。生物多樣性喪失將嚴(yán)重影響生態(tài)過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)的韌性，阻礙其在調(diào)節(jié)氣候、降低污染、授粉、固碳等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，進(jìn)而對(duì)人類獲得食物、纖維、水、能源、藥物和其他遺傳物質(zhì)造成威脅[5]。生物多樣性喪失已不單是環(huán)境問(wèn)題，更關(guān)乎人類福祉和全球安全。

城市中常見(jiàn)的野生動(dòng)物——鳥類，是目前國(guó)際公認(rèn)指示生物多樣性的物種[6]，它們對(duì)于城市環(huán)境變化的響應(yīng)具有典型性與代表性。一方面由于鳥類相對(duì)容易識(shí)別和獲取，鳥類生態(tài)學(xué)發(fā)源較早，學(xué)界已具備相對(duì)豐富的鳥類相關(guān)信息積累[7]；另一方面由于鳥類是高度可移動(dòng)的物種，對(duì)小尺度的棲息地環(huán)境與大尺度的區(qū)域環(huán)境變化均有響應(yīng)。盡管城市為鳥類提供了水源、食物來(lái)源和居所，城市建設(shè)中對(duì)綠地與水體的破壞壓縮了鳥類的生存空間，對(duì)鳥類多樣性產(chǎn)生了巨大威脅。

隨著《武漢都市圈發(fā)展規(guī)劃》獲國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)，武漢都市圈成為第7個(gè)獲批的國(guó)家級(jí)都市圈。江河密布、濕地眾多的武漢都市圈位于全球重要候鳥遷徙路線之一的“東亞—澳大利亞候鳥遷徙路線”上，既是候鳥遷徙的重要中轉(zhuǎn)站和越冬區(qū)，也是青頭潛鴨等珍稀鳥類的繁殖地。因此，作為我國(guó)中部最具影響力的城市發(fā)展集群，有必要厘清武漢都市圈城鄉(xiāng)環(huán)境變化對(duì)鳥類多樣性的影響，科學(xué)劃定重要生態(tài)源地和廊道并構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，為面向鳥類多樣性保護(hù)的都市圈層面生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建樹立典范。

1 相關(guān)研究

從基于景觀生態(tài)學(xué)模型的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，到制定生物多樣性保護(hù)的專項(xiàng)計(jì)劃并出臺(tái)相關(guān)支撐文件，最后落到生境修復(fù)和營(yíng)造具體措施以確保城市生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的落地實(shí)施——城市生物多樣性保護(hù)的規(guī)劃研究正逐步精細(xì)化[8]。然而，具體物種保護(hù)規(guī)劃研究進(jìn)展相對(duì)緩慢。一方面由于物種保護(hù)規(guī)劃需要物種觀測(cè)和田野調(diào)查作為支撐，比較耗費(fèi)人力物力。另一方面，城市建成環(huán)境與鳥類多樣性的關(guān)聯(lián)性研究向?qū)嵺`應(yīng)用的轉(zhuǎn)化較少；既有研究多采用經(jīng)驗(yàn)主義，依據(jù)物種分布記錄，以區(qū)域內(nèi)物種特有性和受威脅程度確定保護(hù)措施，或采用模型估計(jì)區(qū)域內(nèi)生物多樣性，包括植被覆蓋率、景觀斑塊連接度、綜合物種多樣性指數(shù)等指標(biāo)[9]，但上述方法大多圍繞棲息地或生境質(zhì)量的提升，而較少?gòu)某鞘心酥脸鞘腥簩用嫣剿髅嫦蝤B類多樣性保護(hù)的重要棲息地判別及保護(hù)方法。

隨著城市化的快速推進(jìn)，基于鳥類對(duì)城市生態(tài)環(huán)境和居民福祉的重要性開(kāi)展城市背景下的生物多樣性保護(hù)研究顯得尤為重要，我國(guó)針對(duì)鳥類多樣性影響機(jī)制的研究仍主要在自然棲息地開(kāi)展，以不同生境鳥類群落結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)變化為主[10]，而從城市建成環(huán)境入手，結(jié)合地域代表性鳥類的生態(tài)學(xué)習(xí)性和棲息地偏好對(duì)鳥類多樣性的時(shí)空影響機(jī)制的研究則不足。城市建成環(huán)境對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制是識(shí)別重要鳥類棲息地的關(guān)鍵切入點(diǎn)。生物多樣性研究視角下，城市建成環(huán)境包括人工環(huán)境（如建筑、道路、車輛、人流、噪聲、污染物）和自然基底（如林地、水體、草地、濕地等）兩部分[11]。既往研究多從棲息地尺度和區(qū)域/景觀尺度分別探討城市建成環(huán)境對(duì)鳥類多樣性的影響[12]。棲息地尺度下往往關(guān)注小氣候（熱環(huán)境、風(fēng)速、溫度）、水（含沙量、PH值、微生物含量）、植物（與動(dòng)物多樣性相關(guān)）、噪聲水平等微觀環(huán)境或當(dāng)?shù)靥赜械沫h(huán)境特征。區(qū)域/景觀尺度的顯著環(huán)境要素可分為：（1）土地覆蓋，即綠地面積、水域面積、不透水表面面積等[13-14]到特定類型區(qū)域的距離，如距離城市中心的距離、距離綠地的距離、距離水體的距離等[15]。（2）景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)，即景觀連接度、斑塊密度等[16-18]。這一尺度下既往研究較多關(guān)注城市灰綠空間比例及景觀格局，僅有個(gè)別研究探討了城市社會(huì)要素對(duì)生物多樣性的影響，包括土地利用變化、人類活動(dòng)等[19-20]。

公眾科學(xué)（citizen science）通常指公眾參與科學(xué)研究并產(chǎn)生新知識(shí)的有意識(shí)的合作過(guò)程，其參與者是不分地域的非專家群體[21]，通過(guò)借助大量來(lái)自普通公眾的非職業(yè)科學(xué)家、科學(xué)愛(ài)好者或志愿者，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、應(yīng)用等活動(dòng)。公眾科學(xué)形式的鳥類調(diào)查與傳統(tǒng)鳥類調(diào)查相比，擴(kuò)大了調(diào)查和評(píng)估的范圍，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集能力，為鳥類研究提供了大量數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)調(diào)查的不足，能有效完善生物多樣性本底資料，或可為區(qū)域視角下的城市鳥類多樣性時(shí)空影響機(jī)制提供支撐[22-23]。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)起源于島嶼生物地理理論，指在空間中利用線性廊道將破碎的景觀斑塊進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，維持區(qū)域內(nèi)生物多樣性、景觀完整性的網(wǎng)絡(luò)體系[24]。當(dāng)前生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究側(cè)重于利用景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)模型對(duì)生物棲息地和遷徙廊道進(jìn)行定量分析，包括采用描述要素或區(qū)域景觀總體特征的景觀格局指數(shù)法[25-26]，以及遵循“生態(tài)源地識(shí)別—綜合阻力面構(gòu)建—生態(tài)網(wǎng)絡(luò)生成”的基本模式的圖論算法、電路理論、最小累計(jì)阻力模型、斑塊重力模型等具體模型手段構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[27]。其中最小累計(jì)阻力模型通過(guò)計(jì)算物種在不同生態(tài)源地間運(yùn)動(dòng)所需要耗費(fèi)的代價(jià)，反映物種運(yùn)動(dòng)的潛在可能性及趨勢(shì)，能較好地模擬較大尺度內(nèi)景觀要素間的相互關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化研究與實(shí)踐中[28-29]。

本研究以武漢都市圈為研究對(duì)象，根據(jù)2007—2021年鳥類長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)和2009、2014、2019年城鄉(xiāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，識(shí)別鳥類多樣性和城鄉(xiāng)環(huán)境演變特征，探究武漢都市圈城鄉(xiāng)環(huán)境特征對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制，評(píng)估武漢都市圈潛在鳥類多樣性，利用最小累計(jì)阻力模型構(gòu)建由鳥類棲息地和鳥類遷移廊道組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而以城市擴(kuò)張對(duì)鳥類棲息地和生態(tài)廊道的侵占風(fēng)險(xiǎn)為依據(jù)，對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重要性和敏感性分級(jí)，識(shí)別鳥類多樣性保護(hù)的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，為武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，為面向生物多樣性保護(hù)的國(guó)土空間規(guī)劃和重要生態(tài)空間保護(hù)與修復(fù)工程提供參考，研究框架如圖1所示。

2 研究區(qū)概況

武漢都市圈（見(jiàn)圖2）是以我國(guó)中部最大城市武漢為中心，覆蓋周邊100 km范圍內(nèi)的8個(gè)大中型城市（黃岡、鄂州、黃石、孝感、咸寧、仙桃、天門、潛江）而構(gòu)成的城市聯(lián)合體，是湖北省經(jīng)濟(jì)要素最為密集、最具活力的地區(qū)。武漢都市圈生態(tài)本底條件優(yōu)越，生態(tài)要素齊全，生境類型豐富，分布有山脈、森林、河流、湖泊、草原等多種土地覆蓋類型。南北環(huán)繞有以幕阜山、大別山余脈為主的低山丘陵，中部分布有梁子湖、湯遜湖、魯湖、東湖、沉湖等重要湖泊，形成了以山脈、水系為骨干，以山、林、江、湖為基本要素的多層次、多功能、復(fù)合型、網(wǎng)絡(luò)化的區(qū)域生態(tài)體系。武漢都市圈鳥類資源豐富，目前已觀測(cè)到的鳥類共417種，占全國(guó)鳥類總數(shù)的28%。其中，國(guó)家一級(jí)保護(hù)鳥類12種，如東方白鸛、黑鸛等；國(guó)家二級(jí)保護(hù)鳥類67種，如白額雁、鴛鴦、灰鶴等。

3 研究方法與數(shù)據(jù)

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

3.1.1 鳥類分布數(shù)據(jù)

從“中國(guó)觀鳥記錄中心”網(wǎng)站（見(jiàn)表1）檢索2007—2021年武漢都市圈的觀鳥記錄共5 831條，觀鳥報(bào)告內(nèi)信息包括鳥類名稱、種、目、科、數(shù)量、觀測(cè)地點(diǎn)、觀測(cè)時(shí)間等。篩選2007—2011年、2012—2016年、2017—2021年3期內(nèi)每年重復(fù)觀測(cè)次數(shù)≥3次的觀鳥記錄，分別得到鳥類觀測(cè)點(diǎn)62個(gè)、95個(gè)、308個(gè)，觀測(cè)到386種、108 410只鳥類。分別計(jì)算3期鳥類觀測(cè)點(diǎn)的鳥類多度（abundance）、豐富度（richness）、多樣性（diversity）3類指標(biāo)（見(jiàn)圖3）。

式中：n表示每次觀測(cè)中觀測(cè)到的鳥類物種數(shù)；mi表示該次觀測(cè)中第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)；pi表示第i個(gè)物種占該次觀測(cè)到的物種總個(gè)體數(shù)的比例。

通過(guò)自然對(duì)數(shù)法將鳥類多度、鳥類豐富度、鳥類多樣性3類指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，通過(guò)R語(yǔ)言psych包采用因子分析法對(duì)3類指標(biāo)進(jìn)行降維處理。其中，fa函數(shù)進(jìn)行主成分分析，經(jīng)過(guò)正交旋轉(zhuǎn)后得到武漢都市圈的總體鳥類多樣性。因子分析結(jié)果如表2所示，公因子1對(duì)武漢都市圈總體鳥類多樣性的解釋度達(dá)0.79，滿足本研究的精度需求。

3.1.2 城市環(huán)境數(shù)據(jù)

（1）土地利用數(shù)據(jù)：根據(jù)Zenodo數(shù)據(jù)知識(shí)庫(kù)獲取相應(yīng)3期30 m精度的武漢都市圈土地利用數(shù)據(jù)，將武漢都市圈土地利用類型劃分為農(nóng)田、森林、灌木、草地、水體、裸地和不透水表面7類，得到武漢都市圈2009年、2014年、2019年的土地利用數(shù)據(jù)。

（2）夜間燈光數(shù)據(jù)：本研究選擇2009年第4版的DMSP/OLS全球夜間燈光影像及2014年和2019年NPP/VIIRS全球夜間燈光影像，精度為1 000 m。由于DMSP/OLS全球夜間燈光影像和NPP/VIIRS全球夜間燈光影像分別由不同傳感器檢測(cè)完成，因此這3期數(shù)據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理后才能使用。首先，為消除DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)內(nèi)部之間存在的差異，對(duì)DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步校正和飽和校正，并進(jìn)行年內(nèi)融合。然后，采用像元模擬法建立DMSP/OLS和NPP/VIIRS兩種夜間燈光數(shù)據(jù)之間的相互校正模型，得到可比較的2009年、2014年、2019年的夜間燈光數(shù)據(jù)。

（3）人口密度數(shù)據(jù)：Worldpop人口密度數(shù)據(jù)是基于各國(guó)人口普查和官方人口估計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)隨機(jī)森林模型（Random Forest）生成的年度人口密度數(shù)據(jù)集，精度為1 000 m。根據(jù)武漢都市圈2009年、2014年和2019年人口統(tǒng)計(jì)年鑒，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到可比較的武漢都市圈2009年、2014年、2019年的人口密度數(shù)據(jù)。

（4）景觀格局指數(shù)：通過(guò)Fragstats軟件，利用武漢都市圈2009年、2014年、2019年土地利用數(shù)據(jù)，提取森林、灌木、草地，評(píng)估武漢都市圈3期景觀格局動(dòng)態(tài)變化。本研究從景觀破碎度、景觀斑塊形狀和景觀多樣性3方面進(jìn)行景觀格局變化分析，選取斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、邊緣密度（ED）、斑塊形狀指數(shù)（LSI）、聚集度指數(shù)（AI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）7種景觀格局指數(shù)進(jìn)行景觀格局變化分析。

上述數(shù)據(jù)名稱和來(lái)源見(jiàn)表1和圖4。

3.2 研究方法

3.2.1 廣義線性混合模型

首先通過(guò)共線性研判對(duì)自變量進(jìn)行篩選，利用R語(yǔ)言Imer4程序包通過(guò)廣義線性混合模型（Generalized Linear Mixed Model）探究武漢都市圈城鄉(xiāng)環(huán)境特征對(duì)鳥類生物多樣性的影響機(jī)制，并利用MuMin函數(shù)計(jì)算模型解釋度，提取顯著影響的環(huán)境要素和相關(guān)性系數(shù)，通過(guò)空間反演預(yù)測(cè)武漢市鳥類多樣性空間分布。

3.2.2 最小累計(jì)阻力模型

最小累計(jì)阻力模型（Minimum Cumulative Resistance，MCR）通過(guò)模擬出發(fā)地與目標(biāo)地之間的最短成本距離以確定物種遷移的最佳路徑，是模擬生態(tài)廊道的常用方法之一。本研究利用反函數(shù)對(duì)潛在武漢都市圈生物多樣性評(píng)估結(jié)果進(jìn)行變換得到阻力面，通過(guò)ArcGIS中Spatial Analyst—距離分析—成本距離及成本路徑工具生成最短成本路徑并結(jié)合自然本底條件繼續(xù)篩選，得到生態(tài)廊道，從而構(gòu)建武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

3.2.3 FLUS模型

FLUS模型由基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適宜性概率計(jì)算模塊（BP-ANN）和基于自適應(yīng)慣性機(jī)制的元胞自動(dòng)機(jī)模塊（CA）組成。BP-ANN模塊需輸入土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子，本研究通過(guò)武漢都市圈30 m分辨率DEM數(shù)據(jù)得到的高程和坡度作為決定土地利用的主要因素。設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練采樣比例（本研究設(shè)置為2%），并選用隨機(jī)采樣模式進(jìn)行各類用地的訓(xùn)練樣本采樣（本文訓(xùn)練隱藏層數(shù)設(shè)置為12），實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化處理后各驅(qū)動(dòng)因子分布狀況，計(jì)算得到各土地利用類型轉(zhuǎn)換的適宜性概率結(jié)果。然后確定不同土地利用類型相互轉(zhuǎn)換難易程度矩陣（0表示不允許轉(zhuǎn)換，1表示可自由轉(zhuǎn)換），預(yù)設(shè)各土地利用類型變化數(shù)量的目標(biāo)，再通過(guò)自適應(yīng)慣性機(jī)制的元胞自動(dòng)機(jī)模塊進(jìn)行模擬，模擬迭代目標(biāo)次數(shù)為300，鄰域大小為3×3，最終實(shí)現(xiàn)武漢都市圈2024年、2029年、2034年城市擴(kuò)張模擬結(jié)果[30]。

4 結(jié)果與分析

4.1 顯著影響鳥類多樣性的環(huán)境要素

通過(guò)廣義線性混合模型，構(gòu)建“鳥類多樣性—城鄉(xiāng)環(huán)境要素”回歸模型（見(jiàn)表3）。結(jié)果表明，人口密度和夜間燈光亮度與鳥類多樣性呈顯著負(fù)相關(guān)，而土地利用數(shù)據(jù)中的林地面積、水體面積和反映總體景觀格局的邊緣密度指數(shù)與鳥類多樣性呈顯著正相關(guān)，且人口密度、夜間燈光亮度對(duì)鳥類多樣性的負(fù)面影響強(qiáng)于土地利用，其他城鄉(xiāng)環(huán)境要素則對(duì)鳥類多樣性的影響不明顯。根據(jù)回歸結(jié)果構(gòu)建武漢都市圈潛在鳥類多樣性分布模型，模型解釋度達(dá)41%，模型預(yù)測(cè)結(jié)果精度較高。

4.2 重要鳥類棲息地判別和生態(tài)廊道構(gòu)建

潛在鳥類多樣性模擬結(jié)果（見(jiàn)圖5）表明，在東北部大別山、南部幕阜山等山區(qū)，以及漲渡湖、沉湖等重要水體區(qū)域鳥類多樣性水平較高，而在武漢市三環(huán)線以內(nèi)等城市建設(shè)水平較高、人口密度較大的城市中心區(qū)鳥類多樣性水平較低，整體呈現(xiàn)城區(qū)低郊區(qū)高的特點(diǎn)。

在ArcGIS中將潛在鳥類多樣性模擬結(jié)果分級(jí)，并結(jié)合武漢都市圈“三區(qū)三線”劃定及重要自然本底要素，提取26處重要鳥類棲息地作為生態(tài)源地，總面積18 841.52 km2，占研究區(qū)總面積的32.08%。通過(guò)最小成本路徑模型，結(jié)合生態(tài)源地空間分布，篩選確定得到5條生態(tài)廊道，廊道總長(zhǎng)度為85.33 km。

由生態(tài)源地及生態(tài)廊道構(gòu)成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)可整體概括為“一心一鏈兩屏四軸”：梁子湖生態(tài)綠心是武漢都市圈內(nèi)面積最大、鳥類多樣性最高、最為完整的濕地斑塊，以梁子湖為中心，沿長(zhǎng)江展開(kāi)的生態(tài)綠鏈和以南北兩側(cè)山林為主的兩道生態(tài)屏障形成了武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基本骨架，再由跨越長(zhǎng)江、聯(lián)通南北的4條生態(tài)綠軸串聯(lián)各湖泊、河流、山體等生態(tài)源地，構(gòu)建了以保護(hù)生物多樣性為導(dǎo)向的武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)安全格局。

4.3 基于FLUS模型的生境敏感性評(píng)價(jià)

以2014年武漢都市圈土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用FLUS模型，對(duì)2019年武漢都市圈土地利用進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)（見(jiàn)圖6，表4），模擬精度Kappa系數(shù)達(dá)0.8，滿足本研究的精度需求。在此基礎(chǔ)上，以2019年土地利用數(shù)據(jù)分別對(duì)2024年、2029年、2034年土地利用變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。到2034年，武漢都市圈不透水表面的面積增幅最大，相比2019年增大了2.49%，城市化水平顯著提高，林地面積預(yù)計(jì)增長(zhǎng)0.7%，水體面積預(yù)計(jì)下降1.07%。這表明武漢都市圈生態(tài)保護(hù)措施有一定成效，但水體保護(hù)措施仍有待加強(qiáng)。

根據(jù)生態(tài)源地被侵占面積對(duì)比，對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行敏感性等級(jí)劃分（見(jiàn)圖7）。大別山等林地生態(tài)源地和長(zhǎng)江、東湖等水體生態(tài)源地被侵占面積極大，劃定為五級(jí)敏感生態(tài)源地，總面積達(dá)8 284.22 km2。幕阜山、漲渡湖區(qū)域被侵占面積較大，劃定為四級(jí)敏感生態(tài)源地，總面積達(dá)6 014.48 km2。其余生態(tài)源地被侵占面積較少，因此劃定為三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)敏感生態(tài)源地，總面積依次為2 487.89 km2、1 226.08 km2、828.85 km2。

結(jié)合武漢都市圈常見(jiàn)林鳥、常見(jiàn)水鳥及珍稀鳥類在生態(tài)源地的空間分布，對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行重要性等級(jí)劃分。幕阜山、大別山、長(zhǎng)江、沉湖、梁子湖、東湖區(qū)域鳥類多樣性評(píng)估結(jié)果極高，且有較多珍稀鳥類（黃胸鹀、東方白鸛、青頭潛鴨、黑鸛、白鶴、白胸翡翠等）分布，劃定為五級(jí)重要生態(tài)源地，總面積達(dá)14 991.00 km2。武湖、龍感湖、湯遜湖、后官湖、漲渡湖、野豬湖鳥類多樣性評(píng)估結(jié)果較高，有一定珍稀鳥類分布，劃定為四級(jí)重要生態(tài)源地，總面積達(dá)368.46 km2。其余生態(tài)源地鳥類多樣性評(píng)估結(jié)果較低，同時(shí)源地自身面積較小，因此劃定為三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)重要生態(tài)源地，總面積依次為796.15 km2、1 633.02 km2、1 052.89 km2。幕阜山、大別山、長(zhǎng)江、東湖、漲渡湖區(qū)域同時(shí)具有較高等級(jí)的重要性和敏感性，在后續(xù)規(guī)劃及管理保護(hù)中需重點(diǎn)保護(hù)。

根據(jù)生態(tài)源地敏感性與重要性分級(jí)結(jié)果，提取敏感性與重要性分級(jí)均在四級(jí)及以上的生態(tài)源地斑塊作為剛性保護(hù)區(qū)（見(jiàn)圖8）。其中，大別山、幕阜山為武漢都市圈南北兩側(cè)山體屏障，漲渡湖、東湖、湯遜湖長(zhǎng)期以來(lái)是武漢都市圈濕地鳥類的重要棲息地和越冬區(qū)，長(zhǎng)江流域濕地更是世界生物多樣性最豐富的區(qū)域之一，在確保上述區(qū)域鳥類多樣性保護(hù)關(guān)鍵斑塊得到有效保障的同時(shí)，對(duì)其余生態(tài)源地斑塊進(jìn)行彈性引導(dǎo)，構(gòu)建剛性控制與彈性保護(hù)相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展的武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局。

5 結(jié)論與討論

本研究以武漢都市圈為研究對(duì)象，基于長(zhǎng)達(dá)15年的鳥類長(zhǎng)時(shí)序觀測(cè)數(shù)據(jù)和多源城鄉(xiāng)環(huán)境數(shù)據(jù)，建立二者之間的廣義線性混合模型，探究城鄉(xiāng)環(huán)境變化對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制，提取顯著影響鳥類多樣性的環(huán)境要素構(gòu)建預(yù)測(cè)鳥類多樣性分布的評(píng)價(jià)指標(biāo)。結(jié)果顯示，夜間燈光亮度、人口密度對(duì)鳥類多樣性造成的負(fù)面影響較大，而林地、水體面積增加則對(duì)鳥類多樣性有顯著正面影響，同時(shí)，景觀邊緣密度對(duì)鳥類多樣性也有一定促進(jìn)作用。因此在生物多樣性保護(hù)規(guī)劃中增加林地水體生境時(shí)應(yīng)盡量減少人為干擾的影響，同時(shí)在生境修復(fù)過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注斑塊形狀的復(fù)雜度，增加棲息地的異質(zhì)性和復(fù)雜性。

此外，本研究根據(jù)模擬潛在鳥類多樣性結(jié)果判別重要鳥類棲息地并構(gòu)建武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)城市擴(kuò)張模擬獲取鳥類棲息地敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)生態(tài)空間敏感性與重要性評(píng)價(jià)以及構(gòu)建剛彈結(jié)合的城市生態(tài)安全格局具有重要作用。結(jié)果顯示，武漢都市圈重要鳥類棲息地主要分布于南北兩側(cè)山體及長(zhǎng)江兩岸重要湖泊濕地，形成“一心一鏈兩屏四軸”的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局，但幕阜山、大別山、長(zhǎng)江、東湖、漲渡湖等鳥類棲息地生態(tài)敏感性較高，未來(lái)城市擴(kuò)張進(jìn)程中被侵占的風(fēng)險(xiǎn)較大，需重點(diǎn)保護(hù)。

5.1 城市建成環(huán)境對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制

武漢都市圈鳥類多樣性空間分布同時(shí)受人為因素和自然因素的影響。由結(jié)果可知，反映城市化水平的人口密度、夜間燈光亮度與鳥類多樣性呈顯著負(fù)相關(guān)，與既往研究相符。這是由于城市化水平較高的區(qū)域受人為干擾的影響較大，缺乏足夠的棲息地，加上食物匱乏導(dǎo)致大量鳥類難以適應(yīng)城市環(huán)境。此外，有研究指出，夜間燈光對(duì)鳥類的進(jìn)食、睡眠、繁殖等生理行為有廣泛影響[31]，因此在城市建成區(qū)形成了鳥類多樣性的洼地。土地利用數(shù)據(jù)中林地面積[32-33]、水體面積[34-36]與鳥類多樣性呈顯著正相關(guān)，這是由于林地及水體生境中多樣的植被組成在提供更多隱蔽空間的同時(shí)，還提高了生境異質(zhì)性[37]，不僅能夠滿足包括樹鷚、黑臉噪鹛、白鷺、灰頭麥雞等常見(jiàn)林鳥、水鳥棲息，也吸引了青頭潛鴨、白鶴、黑鸛等珍稀瀕危鳥類[38]。而不透水表面、農(nóng)田等其他土地利用類型對(duì)鳥類多樣性的影響不明顯，可能由于本研究所采用的數(shù)據(jù)精度有限，無(wú)法反映城市建成區(qū)內(nèi)部土地利用變化對(duì)鳥類多樣性的影響。在景觀水平上，邊緣密度是景觀形狀復(fù)雜度的直觀反映，邊緣密度與鳥類多樣性呈顯著正相關(guān)，表明景觀被邊界分割的程度越高，鳥類多樣性越大。這可能由于生境形狀越復(fù)雜，產(chǎn)生的邊緣效應(yīng)越強(qiáng)，而水鳥基于食物的密度而非食物本身的營(yíng)養(yǎng)或能量來(lái)覓食，因此形成了具有豐富食物資源的邊緣區(qū)域，給大量鳥類提供了良好的棲息環(huán)境[39-40]。

5.2 重要鳥類棲息地分布與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

武漢都市圈重要鳥類棲息地空間分布結(jié)果反映了不同城市McYBsLoSNpwmsMGZIAmXhY4CcSVP91GQNQiuNh6XL1w=環(huán)境對(duì)鳥類多樣性的友好程度，林地和水體構(gòu)成了鳥類棲息地的主要土地利用類型，與依托重要鳥類棲息地提取的生態(tài)廊道一起形成了外部由山體組成生態(tài)屏障，內(nèi)部由水系組成水網(wǎng)，由廊道串連起外部山體和內(nèi)部水網(wǎng)形成山水相依的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局。但武漢都市圈西部仙桃市、天門市、潛江市的生態(tài)空間較少，與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系較為薄弱，東西部的景觀聯(lián)系有待加強(qiáng)。可以通過(guò)修復(fù)生態(tài)斷裂點(diǎn)、建設(shè)踏腳石和生態(tài)廊道差異化保護(hù)提升都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，更好地發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值[41-42]。此外，要準(zhǔn)確評(píng)估當(dāng)前城市生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的進(jìn)程，確定每一階段保護(hù)措施的重點(diǎn)，并實(shí)施全生命周期管理與保護(hù)。隨著城市的發(fā)展定期監(jiān)測(cè)與反饋，對(duì)當(dāng)下的干預(yù)措施進(jìn)行調(diào)整，確保生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的良性效益[43]。

5.3 城市擴(kuò)張對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)影響

未來(lái)城市建設(shè)用地仍處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，2019—2024年增長(zhǎng)速度較快，2024—2034年有所放緩。到2034年，建設(shè)用地預(yù)計(jì)將增加2.49%，主要向北部幕阜山方向及東部延長(zhǎng)江發(fā)展，長(zhǎng)江兩岸建設(shè)用地?cái)U(kuò)張較為明顯，孝感、鄂州、黃石周邊零星碎片狀建設(shè)用地顯著增多。同時(shí)，隨著建設(shè)用地的擴(kuò)張，水體和林地受到大面積侵占，其中幕阜山北部被侵占面積將達(dá)到28.44 km2，大別山南部被侵占面積將達(dá)到82.41 km2，林地斑塊破碎化程度日益加重。水體生態(tài)源地中，長(zhǎng)江被侵占面積將達(dá)到108.31 km2，東湖被侵占面積將達(dá)到3.49 km2，漲渡湖被侵占面積將達(dá)到77.19 km2，嚴(yán)重影響重要河湖自然形態(tài)及其流動(dòng)性和連通性[44]。在未來(lái)城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)建設(shè)中既要保護(hù)生態(tài)安全，又要為城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展保留必要的剛性保護(hù)空間，規(guī)范管控對(duì)生態(tài)功能不造成破壞的有限人為活動(dòng)，嚴(yán)格控制土地管理與相關(guān)政策法規(guī)，堅(jiān)持保護(hù)有限、自然恢復(fù)為主，與人工修復(fù)相結(jié)合的原則，并結(jié)合實(shí)際明確生態(tài)修復(fù)時(shí)序安排，定期開(kāi)展鳥類多樣性調(diào)查檢測(cè)，加強(qiáng)關(guān)鍵棲息地保護(hù)和遺傳資源保存，確保生態(tài)安全和社會(huì)穩(wěn)定，協(xié)調(diào)好生物多樣性保護(hù)和城市擴(kuò)張的平衡，踐行綠色發(fā)展戰(zhàn)略[45]。

本研究采用鳥類公眾科學(xué)數(shù)據(jù)以探究城市建成環(huán)境對(duì)鳥類多樣性的時(shí)空影響機(jī)制，但亦存在如鳥類觀測(cè)點(diǎn)空間分布不均勻等缺陷。在后續(xù)研究中，應(yīng)考慮完善數(shù)據(jù)來(lái)源如通過(guò)組織周邊城市進(jìn)行更為詳實(shí)的鳥類多樣性調(diào)查，并結(jié)合地域性鳥類的分布，為面向鳥類多樣性保護(hù)的武漢都市圈生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供實(shí)證支撐，為國(guó)土空間規(guī)劃中面向生物多樣性保護(hù)的重要生態(tài)空間劃定與生態(tài)修復(fù)提供理論參考。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金“平原水網(wǎng)城市建成環(huán)境對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制與規(guī)劃響應(yīng)”（編號(hào)52208083）；第74批中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目“長(zhǎng)江流域生態(tài)空間對(duì)鳥類多樣性的影響機(jī)制與空間優(yōu)化研究”（編號(hào)2023M742694）；湖北省文旅廳重點(diǎn)項(xiàng)目“基于‘生態(tài)—文化’耦合評(píng)價(jià)的長(zhǎng)江國(guó)家文化公園（湖北段）四類功能區(qū)識(shí)別與規(guī)劃建議”（編號(hào)HCYK2022Z08）資助。