王嘉, 高靜, *, 袁睦茜, 孫喬昀, 李帥

生物保護視角下鄉(xiāng)村景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建—以山西省臨汾市汾西縣永安鎮(zhèn)后加樓村為例

王嘉1, 高靜1, *, 袁睦茜1, 孫喬昀2, 李帥3

1. 太原理工大學(xué)建筑學(xué)院, 太原 030024 2. 北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院, 北京 100083 3. 笛東規(guī)劃設(shè)計（北京）股份有限公司, 北京 100029

近年來隨著鄉(xiāng)村快速發(fā)展, 鄉(xiāng)村景觀格局發(fā)生了巨大改變, 同時對生物生境產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅, 如何以景觀的視角對村落動物棲息地進行識別并保護是村落生態(tài)安全格局構(gòu)建中的重要問題。選取山西省臨汾市汾西縣永安鎮(zhèn)后加樓村作為研究對象, 通過MCR模型構(gòu)建代表種運動阻力面, 把單一物種阻力面疊加, 運用回溯成本柵格判別生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點, 依此構(gòu)建研究區(qū)動物保護安全格局。結(jié)果顯示: (1)研究區(qū)生態(tài)源地面積74.25 hm2, 占研究區(qū)面積28.17%, 主要由林地和草地組成; (2)研究區(qū)景觀格局分為核心區(qū)、緩沖區(qū)、控制區(qū)3個層級, 分別占比41.64%、65.56%和76.88%; (3)識別生態(tài)廊道10條, 生態(tài)節(jié)點6個, 合理優(yōu)化研究區(qū)土地格局對維護村域生態(tài)安全尤為重要。本研究可為今后村域生態(tài)保護和規(guī)劃提供新的思路。

景觀生態(tài)安全格局; 最小累積阻力模型; GIS; 動物保護; 后加樓村

0 前言

生物多樣性喪失是一個全球化問題, 受到社會廣泛關(guān)注。我國村落生態(tài)系統(tǒng)覆蓋了國土面積的一半, 成為我國生物多樣性的重要組成部分[1]。相對城市而言, 村落可以為動物提供更適宜的生境, 許多野生動物會選擇農(nóng)區(qū)或農(nóng)區(qū)邊緣作為棲息地, 然而近年來隨著鄉(xiāng)村景觀的建設(shè), 鄉(xiāng)村景觀格局發(fā)生了巨大改變, 這些改變對動物棲息地造成了嚴(yán)重的破壞, 并且對原有動物生存造成了巨大威脅[1–2]。對于鄉(xiāng)村而言, 如何科學(xué)有效地保護動物多樣性是鄉(xiāng)村發(fā)展中亟待解決的問題。國內(nèi)外學(xué)者在生物多樣性保護規(guī)劃中構(gòu)建了3種景觀格局優(yōu)化模式[3]: 即“集聚間有離析”模式、“景觀安全格局”模式、“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”模式。目前國內(nèi)外景觀生態(tài)安全格局的研究多集中在城市和小流域?qū)蛹塠4–6], 村域?qū)蛹壍难芯枯^少, 本文借鑒“景觀安全格局”模式[7], 對后加樓村域動物保護安全格局構(gòu)建提供規(guī)劃導(dǎo)則, 并為今后村落生態(tài)規(guī)劃提供新思路。

1 研究區(qū)域概況

后加樓村位于山西省西南部, 隸屬于臨汾市汾西縣永安鎮(zhèn), 地處東經(jīng)111°34′26—111°35′46, 北緯36°41′03—36°42′19, 東西寬1.97 km,南北長2.32 km, 全村總面積2.63 km2。村落海拔在750—1000 m, 屬于梁峁?fàn)铧S土丘陵區(qū), 村莊依山傍水, 地貌呈階梯狀從下而上, 如樓房般層層疊疊, 加樓村由此而得名。村內(nèi)回祖河與對竹河交匯, 但由于黃土高原地區(qū)水土流失嚴(yán)重和村內(nèi)礦山的挖掘, 導(dǎo)致后加樓村內(nèi)兩條河流成為季節(jié)性河流。后加樓村地處溫帶大陸性氣候區(qū), 年平均降水量550 hm, 四季分明, 晝夜溫差大, 年平均氣溫10.5攝氏度, 日照2600小時, 無霜期187 d。后加樓植被以針葉闊葉混交林為主[8], 由于地處黃土高原地區(qū), 植被覆蓋率僅為34.1%, 水土流失率為50.2%[9], 動物生存環(huán)境不容樂觀, 生境破碎化嚴(yán)重。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)，選取2018年4月Landsat 8OLI遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》[10], 結(jié)合研究區(qū)實際情況, 將土地覆蓋類型歸結(jié)為耕地、林地、草地、園地、水域和建設(shè)用地6類。通過地理空間數(shù)據(jù)云的GDEM30 m精度數(shù)據(jù)獲取DEM 高程, 在ArcGIS10.4 中進行拼接、裁剪，用于提取坡度和坡向等數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

研究首先選用胡遠滿[11]在生境研究中提出的名詞“代表種”作為研究動物的稱謂, 選取適合的代表種并對其生態(tài)學(xué)習(xí)性進行研究。其次根據(jù)毛齊正[12]等人的研究, 將影響研究區(qū)生物多樣性的原因歸納為三類: 自然環(huán)境因素、人類社會因素和土地利用因素。通過三個層面的評價因子作為研究區(qū)動物生境適宜性評價要素, 構(gòu)建“自然環(huán)境—人類社會—土地利用”三維綜合的生境適宜性評價體系, 并判別出代表種適宜生存的生境。運用Knaapen 等人提出的MCR模型(最小累積阻力模型)[13], 通過GIS建立代表種水平擴散阻力模型, 構(gòu)建單一物種阻力面; 最終將所有單一物種阻力模型進行疊加并進行人工判別規(guī)劃出村域綜合生物安全格局, 并依據(jù)該安全格局提出動物保護安全格局理論模式(圖1)。

3 結(jié)果分析

3.1 后加樓村代表種的選擇

3.1.1主要生境類型

后加樓村村域總面積為263 hm2, 其中山區(qū)森林面積為97 hm2,占村域總面積36.88%, 包括有林地、灌木林地、灌草叢等; 果園、耕地等人工栽培植被面積為115 hm2, 占村域面積43.73%; 境內(nèi)有對竹河與回祖河兩條季節(jié)性河流, 水域總面積為13 hm2, 占村域總面積4.94%; 村莊建設(shè)用地面積為38 hm2, 占村域面積的14.45%。根據(jù)上述用地分類, 將境內(nèi)動物主要生境類型分為林地、園地、耕地、草地、河流5種類型。

圖1 村域動物安全格局構(gòu)建流程

Figure1 Construction process of safety pattern for animal in the area of village

3.1.2 選擇代表種

在選取代表種時, 應(yīng)考慮其代表性和在生態(tài)系統(tǒng)中存在的地位, 同時能夠反映生境的特點[14]。對于后加樓村, 考慮到其獨特的黃土高原地區(qū)地形地貌、特有的生境系統(tǒng)及村落人為干擾程度, 認為應(yīng)選擇: 1)對其他物種或某類生境具有代表作用; 2)不選擇瀕危物種或伴人物種[15]; 3)相關(guān)資料充足, 便于后續(xù)優(yōu)化生物保護安全格局[16]。4)在農(nóng)業(yè)景觀中多選鳥類與哺乳類動物作為代表種[17]。

通過現(xiàn)場調(diào)研確定動物在村域內(nèi)出現(xiàn)頻率, 對村域內(nèi)動物大致分為四類:哺乳類、鳥類、昆蟲類、爬行類, 由于村內(nèi)對竹河與回祖河為季節(jié)性河流, 故村域內(nèi)少有兩棲類及魚類。結(jié)合上述代表種選擇標(biāo)準(zhǔn), 在鳥類和哺乳類中選擇三類代表種。由于環(huán)頸雉對其他物種具有代表作用且分布較為廣泛, 所以國內(nèi)部分研究選擇環(huán)頸雉作為代表種[18]; 近年來隨著鄉(xiāng)村建設(shè), 農(nóng)區(qū)喜鵲種群數(shù)量銳減, 且喜鵲可作為疏林區(qū)的指示物種, 因而可成為監(jiān)測鄉(xiāng)村生境的代表種[19–20]; 狗獾是當(dāng)?shù)噩F(xiàn)存體型最大的食肉動物之一, 對于維持當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的完整具有重要作用[21–23], 因此選擇環(huán)頸雉、喜鵲和狗獾做為代表種(表1)。

表1 后加樓村代表種分析

3.2 環(huán)頸雉擴散阻力模型構(gòu)建

3.2.1環(huán)頸雉生境適宜性分析

環(huán)頸雉俗稱野雞、雉雞, 陸禽, 鳥綱、雞形目、雉科、雉屬, 廣泛分布于我國各省。環(huán)頸雉偏好選擇沙棘占優(yōu)勢的林緣灌木、雜草叢生的地帶, 生境常選擇陽坡和半陽坡, 適宜在15 °左右的坡度上棲息[24]。環(huán)頸雉喜好人為干擾較小的生境, 距離建成區(qū)越遠越適宜環(huán)頸雉生存[25]。參考相關(guān)文獻并咨詢專家, 確定對環(huán)頸雉生境選址有影響的因子:土地覆蓋類型、坡度、坡向、人為活動干擾。

根據(jù)以上分析, 為三個評價層級的不同評價因子確定分值及權(quán)重(表2)。根據(jù)上述分析, 可以確定后加樓村域內(nèi)適宜環(huán)頸雉的生境, 并將其劃分為核心區(qū)、一級緩沖區(qū)、二級緩沖區(qū)和不適宜區(qū)4個水平(圖2), 核心區(qū)是環(huán)頸雉最適宜棲息的區(qū)域, 即為“源”。

表2 環(huán)頸雉生境適宜性分析

3.2.2 環(huán)頸雉擴散阻力面構(gòu)建

環(huán)頸雉的運動過程主要受土地覆蓋類型的影響, 通過查閱參考文獻確定各個阻力因子對環(huán)頸雉運動的阻力系數(shù)[24–25](表3)。根據(jù)以上阻力系數(shù), 通過 GIS模擬出環(huán)頸雉的水平運動過程, 建立環(huán)頸雉擴散阻力面(圖3)。

通過文獻研究[26–31]和專家咨詢, 對喜鵲和狗獾分別進行棲息地適宜性評價和遷徙阻力分析, 得到喜鵲和狗獾的擴散阻力面(圖2—3), 分析過程與環(huán)頸雉相似, 在此不再詳述。

3.3 綜合生物保護安全格局的構(gòu)建

將單一物種阻力模型進行疊加, 通過GIS運算最大值, 并進行人工判別, 剔除小于1 hm2斑塊, 得到綜合生物擴散阻力面。通過回溯成本柵格, 計算出最小累計阻力路徑, 獲得后加樓源地之間最小阻力路徑, 即為生態(tài)廊道, 并依此判別生態(tài)節(jié)點, 構(gòu)建后加樓生物保護安全格局。將該格局分為核心區(qū)、緩沖區(qū)、控制區(qū)三個安全水平: 核心區(qū)是源及外圍50 m左右區(qū)域, 面積為109.51 hm2, 占村域面積41.64%, 生物多樣性較高, 人為活動干擾較小, 以地域性次生植被為主, 主要包括林地、草地和少量園地。核心區(qū)是保障村落動物保護安全格局的底線生態(tài)用地, 應(yīng)保護其自然狀態(tài), 禁止開發(fā)建設(shè)[32];緩沖區(qū)是核心區(qū)及外圍50—100 m左右區(qū)域, 面積為172.43 hm2, 占村域面積65.56%, 存在一定程度的人為干擾, 以灌草叢為主, 包含部分林地和農(nóng)用地; 控制區(qū)是緩沖區(qū)及外100—200 m左右域, 面積為202.17 hm2, 占村域面積76.88%, 人為干擾相對較大, 以農(nóng)用地為主, 存在部分草地; 控制區(qū)是生物保護的最外圍區(qū)域, 也是生物保護理想格局。

后加樓村域景觀格局較為破碎化, 主要原因是生態(tài)源地之間缺乏連接, 不利于物種的水平運動; 新建生態(tài)廊道為10條, 依據(jù)朱強等人[33]總結(jié)的不同學(xué)者有關(guān)生態(tài)廊道的研究, 認為后加樓村生態(tài)廊道構(gòu)建應(yīng)分為三個層級, 分別為: 30 m、60 m和100 m。識別生態(tài)節(jié)點6個, 其中A、B兩個點為新建生態(tài)節(jié)點, 是廊道上阻力值最大點, 應(yīng)在此處構(gòu)建鄉(xiāng)土植物斑塊, 可以促進源間的相互聯(lián)系[34–35]; C、D、E、F是現(xiàn)存生態(tài)節(jié)點, 是現(xiàn)存廊道的交匯點, 也是生物流的關(guān)鍵部位, 在這些點減少人類活動, 恢復(fù)林地斑塊, 豐富群落層次, 有利于提高景觀連通性(圖4)。

表3 環(huán)頸雉運動阻力分析

A: 環(huán)頸雉生境適宜性分析; B: 喜鵲生境適宜性分析; C: 狗獾生境適宜性分析

Figure2 Habitat suitability analysis of a single species

A: 環(huán)頸雉遷徙最小累積阻力分析; B: 喜鵲遷徙最小累積阻力分析; C: 狗獾遷徙最小累積阻力分析

Figure3 Analysis of minimum cumulative resistance to migration of a single species

圖4 后加樓村生物保護安全格局

Figure 4 Security pattern of biological protection in Houjialou Village

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文從動物保護的角度, 通過構(gòu)建MCR模型識別研究區(qū)景觀生態(tài)空間結(jié)構(gòu)要素并對其進行分析化重組, 最終提出優(yōu)化后加樓村景觀生態(tài)安全格局布局方案, 主要結(jié)論有:

(1)后加樓村生態(tài)源地面積74.25 hm2, 占研究區(qū)面積28.17%, 主要集中在林地和草地區(qū)域, 該區(qū)域應(yīng)禁止開發(fā)建設(shè); (2)除生態(tài)源地外, 基于MCR模型構(gòu)建的研究區(qū)生態(tài)安全格局中緩沖區(qū)、控制區(qū)、協(xié)調(diào)區(qū)分別占比41.64%、65.56%和76.88%; (3)研究區(qū)源間連通度較低, 識別生態(tài)廊道10條, 生態(tài)節(jié)點6個, 其中原有生態(tài)節(jié)點4個, 新建生態(tài)節(jié)點2個, 識別生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點有利于完善村落景觀安全格局的構(gòu)建。

4.2 展望

本文通過構(gòu)建動物保護安全格局對后加樓村域規(guī)劃提供指導(dǎo)性建議, 同時為今后村域規(guī)劃提供新的思路。但由于目前研究區(qū)動物分析資料較少, 只能對現(xiàn)有的資料進行分析, 因此本文的生境適宜性評估并不能完全反映代表種實際的生境。景觀具有復(fù)雜性,在最小累計阻力路徑的運算中很難準(zhǔn)確地評估景觀阻力值, 最優(yōu)路徑的選取并不完全取決于土地覆蓋類型, 氣候、坡度等因素也可能影響到實際擴散路徑的選取[36], 生態(tài)廊道寬度的設(shè)置也會影響構(gòu)建廊道的合理性[6]。基于GIS的優(yōu)化的土地利用可能會與實際存在偏差[37], 導(dǎo)致在動物保護安全格局的構(gòu)建中產(chǎn)生不確定性, 上述問題今后有必要進行深入的研究與探討。

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Construction of rural landscape ecological security pattern from the perspective of biological protection—a case study of Houjialou Village, Yong'an Town, Fenxi County, Linfen City, Shanxi Province

WANG Jia1,GAO Jing1,*,YUAN Muxi1, SUN Qiaoyun2, LI Shuai3

1. School of Architecture, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China 2. School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China 3. DDON Planning and Design Inc, LTD, Beijing 100091, China

In recent years, with the rapid development of the countryside, the landscape pattern of the countryside has changed greatly, and at the same time, it has seriously threatened the biological habitat. How to identify and protect the animal habitat of villages from the perspective of landscape is an important issue in constructing the ecological security pattern of villages. Houjialou Village, Yong'an Town, Fenxi County, Linfen City, Shanxi Province was selected as the research object, and the MCR model was selected to construct the movement resistance surface of representative species. The movement resistance surface of a single species was superimposed, and the ecological corridor and ecological node were identified using the backtracking cost grid to establish a security pattern for animal protection in the study area. The results showed: (1) The ecological source area of the study area was 74.25 hm2, which accounted for 28.17% of the study area, mainly composed of woodland and grassland. (2) The landscape pattern of the study area was divided into three levels:core area, buffer area and control area which respectively accounted for 41.64%, 65.56% and 76.88%. (3) With 10 ecological corridors and 6 ecological nodes being identified, it was significant to optimize the land pattern to maintain the ecological security of the village. This study can provide innovative ideas and directions for future research of countryside ecological protection and planning.

landscape ecological security pattern; Minimum Cumulative Resistance (MCR) Model; GIS; animal protection; Houjialou Village

王嘉, 高靜, 袁睦茜, 等. 生物保護視角下鄉(xiāng)村景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建—以山西省臨汾市汾西縣永安鎮(zhèn)后加樓村為例[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(1): 155–161.

WANG Jia, GAO Jing, YUAN Muxi, et al. Construction of rural landscape ecological security pattern from the perspective of biological protection—a case study of Houjialou Village, Yong'an Town, Fenxi County, Linfen City, Shanxi Province[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 155–161.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.020

TU982.29

A

1008-8873(2021)01-155-07

2019-12-12;

2019-12-20

國家社會科學(xué)基金資助項目“城鎮(zhèn)化下古建筑周邊環(huán)境景觀設(shè)計與地域文化研究”(15BG097); 山西省自然科學(xué)基金項目:“山西美麗宜居鄉(xiāng)村風(fēng)貌建設(shè)景觀設(shè)計方法”(201801D121173);

王嘉(1995—), 女, 黑龍江牡丹江人, 碩士, 主要從事風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計研究, E-mail:835354195@qq.com

高靜(1969—), 女, 山西太原人, 博士, 副教授, 主要從事風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計研究, E-mail:jane2768@126.com