王志芳 梁春雪

在生態(tài)文明建設的大背景下，生境是在中國自然資源和生態(tài)環(huán)境保護政策驅(qū)動下生態(tài)城市建設需要考慮的重要內(nèi)容，如何規(guī)劃、管理、保護和提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務功能的生境是研究重點所在。因為生境不僅可以為野生動物提供棲息地，還可以恢復鄉(xiāng)土植物群落[1]。然而國內(nèi)的生境建設一直具有很多的局限性。一方面，城市化的加速發(fā)展和趨利性的經(jīng)濟建設活動使生境規(guī)劃、管理不到位，導致生境破碎化日益加劇，環(huán)境資源豐富度降低，野生動物生境選擇困難，種群結構單一和個體行為異常[2]等現(xiàn)象。退化的生境不僅會增大疾病的傳播幾率，也可能在心理層面上改變?nèi)祟悓鏊母兄芰3]。與此同時，絕大多數(shù)規(guī)劃設計實踐項目都在泛談生境，小范圍植樹、增添綠地、做立體綠化都會空論“生物多樣性”以及生態(tài)系統(tǒng)服務，并沒有深層次地思考什么是生境以及怎樣規(guī)劃設計生境才符合科學規(guī)律。

生境（Habitat）是生態(tài)學上的一個基本概念。模糊理解“Habitat”的定義會導致不合理的規(guī)劃思路與解決方案。國外的研究表明“Habitat”的定義有2個完全不同的視角：即物種與景觀[4]。前者涉及一個指定的物種或種群的環(huán)境，并假定物種在一個空間范圍內(nèi)為完成其生命周期對自然資源和環(huán)境條件有特定需求。后者則指有相似植被覆蓋或者土地覆蓋的區(qū)域，這類生境可能不存在特定物種，例如海岸沙丘生境[5]。根據(jù)生境定義的使用，生境規(guī)劃也可從這2個角度出發(fā)。從物種角度規(guī)劃有2個關鍵點：1）選擇具有生態(tài)代表作用的目標物種，以方便認知、管理生態(tài)系統(tǒng)。該目標物種能在類型上、空間范圍上代表其他物種；2）測定該物種如何運用資源和景觀進行生存和繁殖，并形成棲息地[6]。景觀角度的規(guī)劃思路是整體看待生物與非生物所共存的土地空間，借助航空衛(wèi)星拍攝數(shù)據(jù)，分析棲息地類型、植被覆蓋和格局結構指標等來確定規(guī)劃區(qū)域。然而國內(nèi)的規(guī)劃設計卻從未探索過從哪一個視角進行生境規(guī)劃設計才能達到最好的結果，常常完全依賴于規(guī)劃師的自我決策，缺乏相關研究。

本文作者以北京市密云區(qū)為例，從生境定義的2個視角，對比物種方法及景觀方法在過程與結果上的優(yōu)缺點，并討論如何實現(xiàn)2種規(guī)劃思路的有機結合，為更多城市化進程中的類似生境空間規(guī)劃、管理提供參考。

1 物種方法規(guī)劃流程圖Flow chart of species-based approach planning

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

密云區(qū)位于北京市東北部，東、北、西三面環(huán)山，中部是密云水庫，西南是沖積平原。總面積為222 945hm2，其中山地和丘陵占79.5%。密云對于北京市有重要生態(tài)戰(zhàn)略意義，體現(xiàn)在3個方面：1）密云是首都最大的飲用水源供應地，對于水資源緊缺的北京至關重要。2）密云是北京東北部重要的生態(tài)保護屏障，以云蒙山、霧靈山、云峰山為主構成生態(tài)保護線。3）密云是西伯利亞候鳥遷移路線上的一個重要生態(tài)節(jié)點。然而密云的生物多樣性已經(jīng)發(fā)生變化，山中野生動物，如狼、豹、斑羚等，幾乎絕跡，山雞和草兔等動物的數(shù)量逐年增多[7]。密云已出現(xiàn)入侵物種，如意大利蒼耳[8]、刺萼龍葵[9]，且靠近古北水鎮(zhèn)的山體邊緣地帶已出現(xiàn)荒地。密云發(fā)展的前提需明確生態(tài)保護體系，對土地進行科學生境規(guī)劃，以避免造成不可逆的生態(tài)破壞后果。

本研究的數(shù)據(jù)來源主要包括空間數(shù)據(jù)云2017年4月29日對密云區(qū)域的landsat7 ETM衛(wèi)星遙感圖，輔以密云區(qū)人民政府網(wǎng)站上提供的最新規(guī)劃圖紙細化獲得數(shù)據(jù)，并參考相關文獻資料數(shù)字化生成研究區(qū)域棲息地類型圖。密云區(qū)棲息地類型主要有8類：落葉闊葉林（柞樹 、樺樹等），針葉林（松等），灌木、灌草叢（酸棗、荊條等），人工林（蘋果樹、梨樹、楊樹等），農(nóng)田（玉米、水稻等），水庫湖泊濕地（密云水庫），河流水域（潮、白河），平原建成區(qū)（密云新城）。

1.2 物種方法過程分析

物種方法操作分為三步（圖1），首先選取密云目標物種。密云區(qū)動物有4類：鳥類（141種），獸類（34種），兩棲動物（4種），爬行動物（18種）[7]。在咨詢相關專家后，選取陸地獸類生物——豹貓為密云區(qū)的最佳目標代理物種。豹貓最主要的活動類型為覓食，活動時間偏好夜晚和黃昏，活動行徑為1.8～7.6km。白天喜深林區(qū)活動，善游泳，冬季喜雪浴。春夏季交配，一只雄豹貓一般要交配2～3只雌豹貓。除了交配季節(jié)外，日常喜獨處，產(chǎn)子一般選在茂密的植被地帶。嚴冬季節(jié)因缺少食物，活動半徑會擴大到13～15km，并可能會靠近居民區(qū)捕食家畜[10]。干燥季節(jié)偏愛濕地區(qū)域飲食，捕食靈敏。豹貓為雜食動物，其食物構成比例為：植物（72.4%）、松鼠科（20.7%）、鼠科（48.3%）、鳥類（62.1%）、草兔（13.8%）、昆蟲和魚類（24.1%）[11]。根據(jù)其食物構成比例可得出豹貓覓食活動的棲息地類型及權重。例如在針葉和針闊混交林常出現(xiàn)鼠科、松鼠科動物，這樣類型的棲息地覓食活動的權重就較高。

第二步為棲息地適宜性評價，本研究采取生態(tài)適宜度模型（Habitat suitability index，簡稱HSI）。該模型框架是基于對目標物種的生態(tài)特性分析，評估出最能滿足其生活必需品的空間[12]。對目標物種不同季節(jié)活動權重、不同類型的活動權重、不同類型棲息地的活動適宜度采用專家打分法進行賦值，并取10位專家的平均值作為最終值（表1）。最后，計算結果大于10的高適宜活動區(qū)域為目標物種源地?；贏rcGIS10.1中cost path模塊構建最小成本路徑模型建立源地間廊道聯(lián)系。路徑消耗的成本面是根據(jù)目標物種在不同利用類型土地上活動擴散所遇到的阻力程度來進行賦值產(chǎn)生的。目標物種豹貓活動半徑很大，最大可達15km，且善游泳、攀爬、奔跑。水域和地形復雜的山體環(huán)境不對其構成較大的環(huán)境阻力，僅建設用地和交通用地對其阻力較大。因此，平坦農(nóng)田區(qū)域賦值為1，山地、林地和水域區(qū)域賦值為15，交通與建設用地阻力賦值為1 000。在構建源地之間的聯(lián)系時將柵格值設為30m×30m，最終生成最小成本路徑布局（圖2）。

表1 基于HSI模型的專家打分法（數(shù)值顯示均為平均值）Tab. 1 Expert scoring method based on HSI model (numerical values are averaged)

2 密云區(qū)物種方法的棲息地網(wǎng)絡格局Habitat network pattern of species-based approach

3 景觀方法規(guī)劃流程圖Flow chart of landscape-based approach planning

1.3 景觀方法過程分析

景觀方法分為2步（圖3），優(yōu)先規(guī)劃大型自然斑塊（含水源涵養(yǎng)地）以維持關鍵物種，并有一定和足夠數(shù)量的廊道用于物種擴散和物質(zhì)能量流動[13]。結構連通性較好的景觀同樣擁有較好的功能連通性，即與其他斑塊連通性水平很高、面積較大的核心斑塊應該首先被連接起來。用ENVI解譯遙感圖像可獲得植被覆蓋度較高的自然林地區(qū)域。將自然林地基于Guidos軟件運用MSPA法可區(qū)分出7類不同類型的景觀（核心區(qū)、橋接區(qū)、島嶼等），分析過程以八領域擴散和60m邊緣寬度為基準。MSPA（Morphological Spatial Pattern Analysis）即形態(tài)學空間格局分析，是Vogt等[14]基于腐蝕、膨脹、開運算、閉運算等數(shù)學形態(tài)學原理對柵格圖像的空間格局進行度量、識別和分割的一種圖像處理方法，能夠更加精確地分辨出景觀的類型和結構。簡單來說，MSPA是在已提取的前景林地和背景非林地圖形的基礎上，根據(jù)柵格空間格局分布特征，通過數(shù)學計算把圖像處理分類為互不重疊的7類景觀（表2），其中核心區(qū)即為景觀源地。

運用Conefor Sensinode 2.6[15]計算分析核心區(qū)的可能連接度。模型設置擴散距離閾值為500m，連通概率為0.5（中等擴散距離對應的擴散概率）[16]。按照斑塊的連接度不同可將核心區(qū)分4類：小于0.1，0.1～1，1～4，大于4。其中，提取連通度大于4[17]、面積大于1hm2的核心區(qū)作為景觀主要源地。在ArcGIS10.1中模擬最小成本路徑模型生成景觀核心源地間的廊道（圖4）。源地擴散的成本面是由不同利用類型的土地決定的。成本阻力值主要由植被覆蓋率、植被類型、綠地單元建立時間和人為干擾強度4個因子構成，而4個因子主要根據(jù)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)以及實際調(diào)查來定義[18]。根據(jù)道路類別將鐵路、高速公路與國道等高阻力區(qū)域賦值為5 000，其他交通用地賦值為1 000，水體阻力賦值為10 000。城市建設用地因遭受強烈的人為干擾賦值為50 000[19]。人工林等其他城市綠地賦值為15，山區(qū)林地等自然區(qū)域賦值為1，農(nóng)田賦值為3[20]。構建源地之間的聯(lián)系時柵格值設為30m×30m，最終生成最小成本路徑布局（圖4）。

表2 密云林地7類景觀Tab. 2 Seven types of landscape in Miyun forest land

表3 兩種方法格局空間結構指數(shù)對比Tab. 3 Comparison between the spatial structure index of two approaches

4 密云區(qū)景觀方法的棲息地網(wǎng)絡格局Habitat network pattern of landscape-based approach in Miyun district

5 密云區(qū)物種與景觀方法源地空間分布對比Comparison of source spatial distribution of two approaches in Miyun district

2 研究結果

2.1 空間格局結構對比

相較于物種方法，景觀方法的空間格局面積更大、分布更廣（表3）。為了定量分辨2種格局結構差異，解析空間結構特征，本研究運用Fragstats 4.2（Fragmentation statistics）計算對比2種空間格局指數(shù)，主要計算的指數(shù)分為2個部分，即景觀單元特征和景觀整體特征。其中，景觀單元分析主要描述斑塊特征，選取的指數(shù)有斑塊總面積（TA）、斑塊數(shù)（NP）、斑塊總周長（TE）、邊界密度（ED）；分析景觀整體特征的指數(shù)有距離指數(shù)（ENN_MN）、連接度指數(shù)（CONNECT）[21]。景觀方法所提取的被保護源地面積大于物種方法源地，景觀源地水平生態(tài)過程中的交流程度要優(yōu)于物種方法（表3）。物種方法的景觀斑塊數(shù)量較多，破碎程度較高，群聚程度較低，所需構建潛在最小成本廊道數(shù)量則更多，但是達到的物種斑塊網(wǎng)絡結構連通度理想效果要優(yōu)于景觀生態(tài)網(wǎng)絡。因此，從空間結構上來看，基于形態(tài)學空間格局分析的景觀生態(tài)學規(guī)劃的方法要優(yōu)于物種方法，即水平生態(tài)過程與斑塊間的連通程度要優(yōu)于物種方法。

2.2 源地空間分布對比

2種規(guī)劃方法結果對比顯示（圖5），景觀方法所得源地并沒有覆蓋所有物種方法的源地。2種方法所得的源地重疊區(qū)域面積為4 928hm2，占物種源地總面積（19 403hm2）的25%，占景觀源地總面積（56 174hm2）的8%。這表明景觀方法所得源地中僅有8%的土地符合目標物種高適宜性棲息地需求，證明了大部分高連通度、大尺度的景觀核心源地并不適合目標物種豹貓的棲息覓食與日?；顒?，目標物種豹貓發(fā)揮在林地對于其他物種的基石、保護傘以及生態(tài)環(huán)境的指示作用幾率是很小的。換言之，用景觀方法所規(guī)劃的源地雖然能潛在地為許多物種提供棲息環(huán)境與資源，但是并不能滿足在生態(tài)系統(tǒng)中承擔重要作用的目標物種的棲息地需求。

3 綜合2種方法的規(guī)劃建議

1）核心區(qū)界定。

2種方法所得到的源地按照保護程度可劃分為3個等級。一級核心保護區(qū)為景觀方法與物種方法的交叉重疊區(qū)域，主要集中分布在低山植被與水域的生態(tài)交錯帶。這些區(qū)域不僅是目標物種的高適宜性活動區(qū)，也是高連接度的景觀源地，是生態(tài)保護的重中之重。二級核心保護區(qū)選擇重疊區(qū)域以外的景觀源地，主要集中在山地區(qū)域（密云云蒙山自然風景區(qū)、黑龍?zhí)蹲匀伙L景區(qū)等），在這些區(qū)域的景觀源地里，植被覆蓋程度高、景觀連通度高、斑塊面積大、植被群落垂直分布明顯、生態(tài)系統(tǒng)服務功能顯著。三級核心保護區(qū)為重疊區(qū)以外的目標物種源地，大多集中在河流附近的綠地。這部分雖然植被覆蓋程度不高、景觀連通度低，卻仍可以為有重要生態(tài)意義的目標物種提供高適宜度的棲息環(huán)境。

2）廊道構建。

大部分物種源地間的最小成本路徑均在景觀源地內(nèi)，且2種方法的路徑重疊率很高。根據(jù)2種方法所得最小成本路徑的位置將廊道分為3個等級。第一級廊道是在景觀源地內(nèi)的物種方法路徑。這部分廊道除了可滿足目標物種擴散遷移的功能外，也有為大多數(shù)物種提供棲息環(huán)境的景觀源地屬性。一級廊道在景觀源地的基礎上把所有一級核心保護區(qū)聯(lián)系了起來。這樣的生態(tài)格局是最易形成的，構建難度和成本最低，也是生態(tài)功能最重要的。第二級廊道是景觀源地以外的路徑重疊部分。二級廊道承載了2種源地間生態(tài)過程的聯(lián)系功能，沒有源地功能。第三級廊道為沒有與源地重疊，也沒有與路徑重疊的單路徑區(qū)域。三級廊道生態(tài)聯(lián)系功能相對弱，構建難度大于一、二級廊道，且路徑所連接的源地與其他源地的群聚程度低。如果部分廊道與城市建設相矛盾，應盡量為生態(tài)過程交流留出未來發(fā)展的余地。長期隔斷和忽視核心源地之前的聯(lián)系，會造成不可逆的生態(tài)影響。例如密云區(qū)北部的高速路和國道的建設可以架空設計或建立地下通道，留出生物通道。面臨長城等特殊歷史文物與生境廊道產(chǎn)生矛盾時，應考慮對地塊進行特殊設計。

表4 2種方法優(yōu)劣勢對比Tab. 4 Comparison of advantages and disadvantages of the two approaches

4 結語

由密云的生境規(guī)劃結果顯示，2種方法的源地空間分布差異較大，源地重疊率低（重疊區(qū)域只占物種源地總面積的25%、占景觀源地8%），2個角度的方法都有各自的優(yōu)缺點（表4）。因此，生境源地的空間規(guī)劃不能僅選擇一種方法，否則會忽視另一種視角下的生境含義，遺漏了潛在的、具有重要生態(tài)意義的源地空間。2種方法應綜合使用，相互彌補，更加全面地對城市的自然、近自然區(qū)域進行有選擇的規(guī)劃保護。有機結合2種方法所得的源地與廊道結果，根據(jù)地塊現(xiàn)狀所承載的生態(tài)學意義、生態(tài)功能的重要程度、構建的難易程度，按等級先后確定源地核心保護區(qū)，并建立不同層級的空間格局體系。這樣的空間格局也可以為自然資源與生態(tài)環(huán)境保護政策的實施提供技術支持和解決路徑；與此同時，對于這些不同層級的土地空間，應相應配套實行不同層級的管理手段?？刂迫祟惢顒优c生產(chǎn)建設的強度和類型，明確功能和權限，分級權衡保護與開發(fā)利用間的關系。堅持保護優(yōu)先原則，實現(xiàn)最佳的生境規(guī)劃以及有效的、可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)服務。

注釋：

文中所有表和圖均為筆者自繪。