張啟舜,李飛雪,2,*,王帝文,李滿春,2,陳 東,*

1 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院,自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省地理信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210023 2 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心, 南京 210023

頻繁的人類活動(dòng)及高強(qiáng)度的土地開發(fā)正在不斷改變地表形態(tài)[1],使得生境斑塊日益破碎,生態(tài)廊道受建設(shè)、農(nóng)業(yè)等活動(dòng)侵?jǐn)_,棲息地間連通性的保護(hù)相對不足。生境斑塊“孤島化”使生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)與調(diào)控能力大大下降,對生物遷移造成了困擾[2- 4],直接影響了區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)功能,威脅區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[5]。黨的十八大報(bào)告中明確提出“構(gòu)建國土生態(tài)安全格局”,十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了“節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局”與“構(gòu)建生態(tài)廊道和生物多樣性保護(hù)網(wǎng)絡(luò)”。江蘇省政府也先后出臺了《江蘇省生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃(2013—2022)》、《江蘇省生態(tài)空間管控區(qū)域規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃,均強(qiáng)調(diào)了對生態(tài)空間的保護(hù)與生態(tài)安全格局的構(gòu)建。但相關(guān)規(guī)劃對棲息地間連通性的關(guān)注相對不足,生態(tài)廊道受建設(shè)、開墾等活動(dòng)侵?jǐn)_,區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)有斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、研究生態(tài)連通性變化是制定生態(tài)保護(hù)策略的基礎(chǔ)性工作；優(yōu)化區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、加強(qiáng)生態(tài)空間結(jié)構(gòu)則是對區(qū)域生態(tài)安全格局構(gòu)建與維護(hù)的實(shí)踐探索[6- 8]。因此,對江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及生態(tài)連通性的變化進(jìn)行研究,并針對性提出保護(hù)與優(yōu)化建議,對于生態(tài)安全格局的構(gòu)建與維護(hù)具有重要意義。

自1990年代以來,國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了大量研究,涉及內(nèi)容主要包括生態(tài)源地識別、廊道構(gòu)建和連通性評價(jià)等[9-11]。在生態(tài)源地的識別上,多采用多因素綜合評價(jià)法,或直接選取生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高的森林公園或自然保護(hù)區(qū)作為生態(tài)源地,主觀性較大,忽視了斑塊在景觀中的連接性作用[12-13]。近年來,形態(tài)學(xué)空間格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)為生態(tài)源地的識別提供了新思路[14- 16],該方法從形態(tài)學(xué)角度對所有生態(tài)斑塊的潛在生態(tài)作用進(jìn)行分析,解決了主觀選擇生態(tài)源地及評價(jià)結(jié)果脫離現(xiàn)實(shí)等問題。生態(tài)廊道的構(gòu)建方面,應(yīng)用最廣泛的理論方法包括滲透理論、圖論、景觀指數(shù)、阻力模型理論和電流理論等五種[17]。其中,最小累積阻力模型(Minimum Cumulative Resistance, MCR)綜合考慮空間異質(zhì)性,運(yùn)算便捷,結(jié)果直觀[18- 20]。生態(tài)連通性評價(jià)方面,主要方法包括基于圖論的整體連通性指數(shù)[21-22],基于景觀指數(shù)的連接度指數(shù)[23],基于阻力模型的累積阻力法[24],基于電路理論的連接度模型[25]等。然而,目前對生態(tài)連通性變化的研究大都聚焦于通過區(qū)域性指數(shù)進(jìn)行全局分析,缺乏空間上的針對性；在省級尺度下,缺乏一套相對完整的針對生態(tài)空間連通性的研究框架。

為探究江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及廊道連通性變化,形成一套具有空間針對性、可推廣的省域生態(tài)空間連通性研究框架,為省域生態(tài)安全格局的構(gòu)建提供依據(jù)。本文以2000年、2015年為研究時(shí)點(diǎn),運(yùn)用MSPA方法與MCR模型構(gòu)建江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò),并依托生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連通性變化研究。最后結(jié)合電路理論與障礙改善方法識別生態(tài)夾點(diǎn),針對性提出江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)及優(yōu)化建議。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省位于北緯30°45′—35°20′,東經(jīng)116°18′—121°57′之間,地處我國大陸東部沿海中心、長江下游,東臨黃海,西連安徽,北接山東,東南與浙江和上海毗鄰,是長江三角洲地區(qū)的重要組成部分(圖1)。江蘇省地勢平坦,地貌由平原、水域、低山丘陵構(gòu)成,其中平原面積占比70%以上,居中國各省首位。全省陸域面積10.72萬km2,轄13個(gè)地級市,人口密集,各類開發(fā)活動(dòng)頻繁。根據(jù)江蘇省自然保護(hù)區(qū)名錄(2008版),全省有生態(tài)自然保護(hù)區(qū)29個(gè),其中包括3個(gè)國家級自然保護(hù)區(qū)：江蘇大豐麋鹿國家級自然保護(hù)區(qū)、鹽城珍禽國家級自然保護(hù)區(qū)、江蘇泗洪洪澤湖濕地國家級自然保護(hù)區(qū)。近年來,隨著采伐、開墾、建設(shè)等活動(dòng)的進(jìn)行,生態(tài)空間日益破碎,野生動(dòng)物自然棲息地嚴(yán)重退化,生物遷徙廊道日趨阻斷,一些國家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物在全省已經(jīng)野外滅絕或?yàn)l臨滅絕,現(xiàn)存的國家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物也面臨諸多威脅[26]。

圖1 研究區(qū)自然保護(hù)區(qū)分布Fig.1 The distribution of nature reserves in Jiangsu

1.2 數(shù)據(jù)與處理

研究所使用的數(shù)據(jù)主要包括：①江蘇省2000年、2015年土地利用數(shù)據(jù),采用地理國情監(jiān)測云平臺生產(chǎn)的30米分辨率江蘇省土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品,按照數(shù)據(jù)情況與研究目的,將江蘇省土地利用類型劃分為種植用地、林地、草地、水域、村莊建設(shè)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、其他用地7類,其中城鎮(zhèn)建設(shè)用地為市、縣市、鎮(zhèn)區(qū)的建成區(qū)。②江蘇省2000年、2015年夜間燈光數(shù)據(jù),采用NOAA National Centers for Environmental Information (NCEI)生產(chǎn)的經(jīng)過異常值(火災(zāi)等短暫光)過濾的無云年均輻射值產(chǎn)品(https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html)。其中2000年夜光數(shù)據(jù)為DMSP/OLS影像,最大灰度值為63,2015年為NPP-VIIRS影像,通過將63以上柵格全部設(shè)為63進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2 研究方法

本文以2000年、2015年為研究時(shí)點(diǎn),運(yùn)用MSPA方法識別生態(tài)源地,基于MCR模型形成江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò),并選用整體連通性指數(shù)分析斑塊/廊道的結(jié)構(gòu)重要性。針對研究時(shí)段內(nèi)重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)變化及廊道連通性變化,分析其對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響；對照影像解讀相應(yīng)的人類活動(dòng),形成對區(qū)域生態(tài)連通性變化的具體認(rèn)識。最后結(jié)合電路理論與障礙改善方法識別生態(tài)夾點(diǎn),針對性提出江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)及優(yōu)化建議(圖2)

圖2 技術(shù)路線圖Fig.2 Technology sketch mapMSPA：形態(tài)學(xué)空間格局分析 Morphological Spatial Pattern Analysis; MCR：最小累積阻力 Minimum Cumulative Resistance

2.1 基于MSPA方法的生態(tài)源地識別

MSPA方法由Vogt等基于形態(tài)學(xué)原理提出[27],側(cè)重于測度景觀連接結(jié)構(gòu)。本文將土地利用數(shù)據(jù)中的林地、水域、草地分為前景,種植用地、建設(shè)用地、其他用地為背景,采用八鄰域方法進(jìn)行MSPA分析,得到七類景觀類型(表1)。其中“核心”斑塊可為物種提供較大的棲息地,有作為生態(tài)源地的價(jià)值。研究嘗試采用0.5、1、3、5、8 km2等多個(gè)閾值提取核心斑塊。通過與《江蘇省自然保護(hù)區(qū)名錄》(2008版)校核,5 km2閾值篩選效果較好,能夠保留99.30%面積的自然保護(hù)區(qū)(表2)。研究進(jìn)一步將2000年和2015年篩選結(jié)果對照影像數(shù)據(jù)進(jìn)行人工校核,判斷并保留接近閾值但因面積擾動(dòng)而被篩除的圖斑,保留由于園林地認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)不一致導(dǎo)致不合理篩除的圖斑,最終得到兩年的生態(tài)源地斑塊。研究將一個(gè)獨(dú)立斑塊視為一個(gè)節(jié)點(diǎn),重點(diǎn)分析節(jié)點(diǎn)的破碎、新增等情況,其中,當(dāng)節(jié)點(diǎn)分離為面積低于4.5 km2(篩選閾值的90%)的若干部分時(shí),視為該節(jié)點(diǎn)破碎。

表1 MSPA的景觀類型及生態(tài)學(xué)含義[16]

表2 生態(tài)源地閾值篩選效果

2.2 基于MCR的生態(tài)廊道提取

最小累積阻力模型通過計(jì)算源與目標(biāo)間的最小累積阻力路徑模擬生物遷移路徑,可直觀反映生態(tài)源地間的連通與阻力關(guān)系[6]。阻力面的構(gòu)建方式較多,在地形起伏差異較小的研究區(qū),利用專家打分法構(gòu)建阻力面是一種常用方法[28]。參考已有研究,本文中對林地、草地、種植用地、其他用地、村莊建設(shè)用地、水域、城鎮(zhèn)建設(shè)用地賦予3,50,100,600,800,1000,2000的基礎(chǔ)阻力值[28-29]。由于均一化賦值難以真實(shí)反映人類活動(dòng)對生態(tài)阻力造成的干擾,有學(xué)者嘗試運(yùn)用夜間燈光數(shù)據(jù)對阻力面進(jìn)行修正,取得了較好的效果[30-31]。因此,本文利用夜間燈光數(shù)據(jù)對基礎(chǔ)阻力面進(jìn)行修正(式1)。需要注意的是,水域中心與沿岸部分夜間燈光值差異較大,但其對陸生動(dòng)物的阻力并未有顯著差異,因此本文中水域的阻力值直接采用基礎(chǔ)阻力值。

(1)

在生態(tài)源地識別、阻力面構(gòu)建的基礎(chǔ)上,計(jì)算最小累積阻力路徑(式2),設(shè)定累積阻力閾值以生成生態(tài)廊道柵格,構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。累積阻力閾值固定時(shí),廊道的物理寬度越寬,表示生物的移動(dòng)環(huán)境越寬松；物理寬度越窄,說明廊道周邊生物阻力較大,容易形成夾點(diǎn)[32]。

(2)

式中,MCR為最小累積阻力值；f為一個(gè)正函數(shù),表征空間中任意一個(gè)點(diǎn)的最小累積阻力值與其到所有源的距離和它本身的生態(tài)阻力值成正相關(guān)關(guān)系；Dij為從生態(tài)源地j到空間單元i的空間距離；Ri表示空間單元i的生態(tài)阻力值；m為阻力面柵格個(gè)數(shù)；n為生態(tài)源地的個(gè)數(shù)。

2.3 相對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)重要性評價(jià)

本文利用多因素多因子綜合評價(jià)方法實(shí)現(xiàn)斑塊與廊道的相對質(zhì)量評價(jià)(圖3)。首先評價(jià)廊道兩端斑塊的相對質(zhì)量,假定連接兩個(gè)高質(zhì)量斑塊的廊道具有更高的生態(tài)質(zhì)量。將相對質(zhì)量與其他廊道重要性評價(jià)因素相結(jié)合即可得到廊道質(zhì)量評價(jià)結(jié)果。

圖3 斑塊/廊道相對質(zhì)量評價(jià)思路Fig.3 Relative quality evaluation structure for patch/corridor

景觀連通性是描述生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中各生態(tài)節(jié)點(diǎn)間連接功能結(jié)構(gòu)的量化指標(biāo),其表征方式有很多種,其中基于圖論的整體連通性指數(shù)(Integral Index of Connectivity, IIC)與基于物種傳播概率的連通性概率指數(shù)(Probability of Connectivity,PC)在描述景觀連通性上受到了廣泛的認(rèn)可[33]。本文將斑塊相對質(zhì)量作為輸入,將最小累積阻力作為連接斑塊的代價(jià),計(jì)算整體連通性指數(shù)IIC(式3)和連通性概率指數(shù)PC(式4)。并通過測度每個(gè)斑塊/廊道消失后連通性指數(shù)值的相對變化率dM(式5)來表征斑塊/廊道的結(jié)構(gòu)重要性。將IIC作為分析指標(biāo),PC作為驗(yàn)證。

(3)

(4)

(5)

2.4 基于電路理論的生態(tài)夾點(diǎn)識別

電路理論通過隨機(jī)游走理論將電路與生態(tài)學(xué)聯(lián)系起來,在生物交流過程中,景觀被視為導(dǎo)電表面,生物隨機(jī)游走過程中的遷移概率符合電流公式I=U/R[34],電阻R表征景觀對生物移動(dòng)交流的阻力,電壓U表征生物離開任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)成功到達(dá)一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)的概率,電流I表征生物沿某一路徑遷移概率的大小。本文將區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)看作一個(gè)電路結(jié)構(gòu),以景觀阻力面為電阻,以恒定電壓在結(jié)構(gòu)中運(yùn)行電流,則可得到電流密度值(通過單個(gè)像元的電流大小),該值表征生物在生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊間運(yùn)動(dòng)時(shí)通過該區(qū)域的概率值,高電流密度的區(qū)域則為生態(tài)夾點(diǎn),往往代表生物運(yùn)動(dòng)過程中的必經(jīng)之處,具有重要生態(tài)意義。

3 結(jié)果分析

3.1 區(qū)域景觀格局及其變化

景觀格局分析結(jié)果(表3、圖4)表明,研究區(qū)2015年核心斑塊面積約12851.32 km2,占生態(tài)景觀總面積的48.75%,分布相對不均,主要集中在中部的里下湖、洪澤湖、高郵湖區(qū)域,西南部的寧鎮(zhèn)山脈、低山丘陵地區(qū),東南部的太湖流域,以及東部沿海灘涂區(qū)域。島狀斑塊占16.90%,散布在核心斑塊四周；支線和橋狀斑塊分別占10.08%和7.23%,多呈現(xiàn)沿河沿路分布的特點(diǎn)；孔和環(huán)狀斑塊相對較少,分別占1.14%和2.02%。2000—2015年,核心斑塊規(guī)模上升791.46 km2但占比下降9.16%,橋與支線斑塊占比分別上升5.5%和5.64%,島狀斑塊占比下降5.24%。核心斑塊呈現(xiàn)破碎化趨勢,結(jié)合影像發(fā)現(xiàn),田間道路林網(wǎng)、沿河防護(hù)林與生態(tài)綠道建設(shè)使得橋與支線景觀增加,在一定程度上避免了核心斑塊的徹底破碎,增加了斑塊間的連通性(圖4)。

表3 景觀類型統(tǒng)計(jì)表

其中,較為典型的區(qū)域包括徐州市經(jīng)過沿河防護(hù)林建設(shè)、田間林網(wǎng)及道路林網(wǎng)建設(shè),明顯增加了一定數(shù)量和規(guī)模的橋狀與支線斑塊,同時(shí)銅山區(qū)北部丘陵的核心斑塊破碎程度較大；里下河地區(qū)水網(wǎng)密布,圈圩養(yǎng)殖使?jié)竦鼐坝^擴(kuò)大,核心斑塊在規(guī)模上有所增加,交錯(cuò)的水網(wǎng)形成了諸多橋、支線、環(huán)狀斑塊,但核心斑塊的破碎化也進(jìn)一步加劇；寧鎮(zhèn)山脈及附近的低山丘陵地區(qū)通過退耕還林還草,新增了部分核心斑塊,同時(shí)產(chǎn)生了較密集的橋狀斑塊,大大提升了景觀的連通性；太湖流域在蘇州市政府的大力支持下建設(shè)生態(tài)城市,通過建設(shè)生態(tài)公園、生態(tài)修復(fù)等措施,使核心斑塊的規(guī)模有所增加,同時(shí)提升了區(qū)域的連通性(圖4)。

圖4 江蘇省景觀格局分析結(jié)果(2000, 2015)Fig.4 Analysis results of landscape pattern in Jiangsu Province (2000, 2015)a)蘇北沿河及道路林網(wǎng)建設(shè) b)里下湖區(qū)域圩塘養(yǎng)殖 c)寧鎮(zhèn)山脈退耕還林 d)蘇州生態(tài)建設(shè)

3.2 生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊變化

生態(tài)源地識別結(jié)果(圖5)表明,2000年江蘇省生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊共計(jì)138個(gè),面積11043.64 km2；2015年生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊146個(gè),面積10944.61 km2,主要包括長江、高郵湖、洪澤湖、太湖、駱馬湖等湖泊濕地節(jié)點(diǎn),東部沿海地區(qū)的灘涂濕地節(jié)點(diǎn),西南部老山山脈、寧鎮(zhèn)山脈、茅山山脈、宜溧山脈及北部云臺山脈等山林節(jié)點(diǎn)。2000—2015年,生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊數(shù)量增多,新增節(jié)點(diǎn)5處(不含沿海灘涂的破碎組合)；生態(tài)源地面積相對減少、平均面積有所下降,總體上呈現(xiàn)破碎化特征,其中破碎節(jié)點(diǎn)12處(圖5,表4)。

圖5 江蘇省生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊變化及斑塊重要性評價(jià)分級(2000, 2015)Fig.5 Changes and importance evaluation of node patches at ecological sources in Jiangsu Province (2000, 2015)圖中序號與表4序號相對應(yīng),紅色序號表示破碎節(jié)點(diǎn),藍(lán)色序號表示新增節(jié)點(diǎn)； dIIC：整體連通性指數(shù)變化率 Change rate of integral index of connectivity

研究采用整體連通性指數(shù)變化率(dIIC)評價(jià)和連通性概率指數(shù)變化率(dPC)驗(yàn)證的方式,對斑塊重要性進(jìn)行分析,二者相關(guān)系數(shù)r= 0.81(圖6),證實(shí)了評價(jià)結(jié)果的可信度。斑塊相對重要性評價(jià)結(jié)果(圖5,表4,表5)表明,長江濕地、高郵湖、洪澤湖、太湖等大型湖泊生態(tài)濕地的相對重要性指數(shù)較高,其中除太湖濕地外,重要性均有所下降,究其影響因素有兩個(gè)方面：①源地斑塊趨于破碎,降低了單個(gè)節(jié)點(diǎn)在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的相對重要性；②源地間的連通阻力變大,部分廊道難以繼續(xù)發(fā)揮生態(tài)作用(見3.3)。其中,駱馬湖濕地作為連通江蘇省北部東西向生態(tài)結(jié)構(gòu)的重要大型生態(tài)節(jié)點(diǎn),隨著徐州銅山區(qū)北部丘陵等節(jié)點(diǎn)的破碎,2015年其結(jié)構(gòu)重要性已跌出前十。同時(shí),新沂市馬陵山風(fēng)景區(qū)作為連通駱馬湖濕地、東北部網(wǎng)絡(luò)和中部洪澤湖的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),2000年其結(jié)構(gòu)重要性僅次于高郵湖濕地,位列第三。但隨著山林西側(cè)開墾活動(dòng)的進(jìn)行,該節(jié)點(diǎn)斑塊趨于破碎,至2015年其重要性顯著下降。

圖6 生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)dIIC-dPC散點(diǎn)圖Fig.6 Scatterplot of dIIC-dPC of ecological source nodes

表4 生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)變化情況

表5 生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)斑塊重要性評價(jià)結(jié)果(前10)

2000—2015年,新增生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)的相對重要性普遍不高,其中徐州市賈汪區(qū)潘安湖國家濕地公園(2010年建設(shè))與南京市六合區(qū)金牛湖景區(qū)(2006年建設(shè))節(jié)點(diǎn)處于研究區(qū)邊緣,在區(qū)域內(nèi)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中缺乏后繼節(jié)點(diǎn),其結(jié)構(gòu)重要性相對有限；里下河區(qū)域與陽澄湖北部圩塘濕地景觀由于處于源地斑塊細(xì)碎密集區(qū),結(jié)構(gòu)重要性相對不高；泰州市姜堰區(qū)溱湖國家濕地公園(2005年建設(shè))作為連通中部濕地節(jié)點(diǎn)與東部灘涂節(jié)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn),目前由于與各方節(jié)點(diǎn)間連通阻力均較高,在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的生態(tài)作用有待提升。

3.3 生態(tài)廊道分布與變化

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及連通性分析結(jié)果(圖7)表明,江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在西部區(qū)域聯(lián)系較為密切,尤其在盱眙縣南部丘陵、宜溧-茅山-寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域生態(tài)廊道密布且質(zhì)量較高,具有重要的生態(tài)保護(hù)價(jià)值。東部沿海灘涂與其他生態(tài)源地間廊道阻力普遍較大,聯(lián)系相對較薄弱。2000—2015年,江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)西密東疏的格局未發(fā)生較大改變,局部生態(tài)廊道變化較為明顯,對照遙感影像發(fā)現(xiàn)：①北部6處生態(tài)節(jié)點(diǎn)的破碎使得駱馬湖附近至少4條生態(tài)廊道的相對重要性下降,其中新沂市馬陵山風(fēng)景區(qū)這個(gè)重要中間節(jié)點(diǎn)的破碎,直接影響了駱馬湖與中部洪澤湖的連通性；②隨著沿河防護(hù)林的建設(shè),駱馬湖西側(cè)慶安水庫節(jié)點(diǎn)與洪澤湖節(jié)點(diǎn)間的廊道連通性有所上升,但由于宿遷市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的建設(shè)及宿城區(qū)副中心的擴(kuò)展,廊道寬度受到了壓迫,產(chǎn)生了明顯的收束；③淮安、鹽城、連云港三市交界處由于田間林網(wǎng)及道路林網(wǎng)的建設(shè),南北連通的廊道位置發(fā)生了偏移,且由于人類活動(dòng)的影響,廊道寬度明顯收束；④中部區(qū)域泰州市姜堰區(qū)溱湖國家濕地公園節(jié)點(diǎn)的新增,對改善東西部生態(tài)節(jié)點(diǎn)連通性有一定意義,但目前由于通往各節(jié)點(diǎn)的廊道阻力均較大,尚未對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著改善；⑤南京市六合區(qū)金牛湖景區(qū)節(jié)點(diǎn)的新增使高郵湖節(jié)點(diǎn)與長江濕地間的連通性明顯提升；⑥丹陽市北部打雁山丘陵節(jié)點(diǎn)隨著開墾及村鎮(zhèn)擴(kuò)張而破碎,導(dǎo)致滆湖濕地與寧鎮(zhèn)山脈間的直接連接中斷,同時(shí)也使得茅山與長江濕地的聯(lián)系失去了重要的中間節(jié)點(diǎn),這也是寧鎮(zhèn)山脈-茅山廊道重要性上升的直接原因；⑦宜溧山脈與茅山山脈之間發(fā)生大規(guī)模種植業(yè)轉(zhuǎn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的變化,形成了大片養(yǎng)殖坑塘,增加了廊道阻力,加上南京市溧水區(qū)芳山節(jié)點(diǎn)礦山開發(fā)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)破碎,該區(qū)域的廊道質(zhì)量下降,且廊道寬度明顯收束。

圖7 江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及廊道質(zhì)量(2000,2015)Fig.7 Ecological network structure and corridor quality in Jiangsu Province (2000, 2015)圖中編號分別與3.3節(jié)生態(tài)廊道變化的空間位置逐一對應(yīng)：①駱馬湖附近；②慶安水庫與洪澤湖間的廊道；③淮安、鹽城、連云港三市交界處；④溱湖國家濕地公園；⑤金牛湖景區(qū)；⑥打雁山丘陵；⑦宜溧山脈與茅山山脈之間

3.4 生態(tài)夾點(diǎn)分布

在2015年生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上計(jì)算電流密度與疏通每個(gè)區(qū)域(阻值降為1)對廊道連通性的改善程度[35],結(jié)果表明,江蘇省2015年生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中電流密度較高,需重點(diǎn)維護(hù)的生態(tài)夾點(diǎn)共計(jì)18處,其中5處進(jìn)行障礙疏通后可對生態(tài)連通性顯著改善,且多為坡耕地、養(yǎng)殖坑塘、零散農(nóng)村居民點(diǎn),疏通成本較低,可進(jìn)行疏通(圖8)。

圖8 廊道維護(hù)/疏通區(qū)域分布圖及電流密度圖、障礙改善圖Fig.8 Corridor maintenance/cleaning area distribution map and current density map, barriers restoration map

北部網(wǎng)絡(luò)中有2處生態(tài)夾點(diǎn),分布在宿遷市宿城區(qū)、淮安市淮陰區(qū),該區(qū)域處于連通北部網(wǎng)絡(luò)與中部網(wǎng)絡(luò)的廊道中,相對重要性較高,但受城市擴(kuò)展壓迫影響較明顯,需重點(diǎn)維護(hù)。中部與南部網(wǎng)絡(luò)中有14處生態(tài)夾點(diǎn)分布在長江沿線附近,均為中部、南部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與長江濕地間交流頻繁且周邊阻力較高的區(qū)域,其中南京市江寧區(qū)西南部及鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)西北部4處可進(jìn)行疏通。南部網(wǎng)絡(luò)中有2處生態(tài)夾點(diǎn)分布在溧陽市,其中天目湖濕地公園東南處的生態(tài)夾點(diǎn)可進(jìn)行疏通。

4 討論4.1 生態(tài)源地的保護(hù)與恢復(fù)建議

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要性、穩(wěn)定性等相關(guān)特性,實(shí)施生態(tài)源地的分類分級保護(hù)。首先,對長江濕地、高郵湖、洪澤湖、太湖、駱馬湖等具有相當(dāng)穩(wěn)定性與較高生態(tài)價(jià)值的大型河流湖泊濕地,以及擁有鹽城濕地珍禽、大豐麋鹿、東臺中華鱘等多個(gè)自然保護(hù)區(qū)的東部沿海灘涂濕地,從水污染管制、水產(chǎn)養(yǎng)殖限制、保護(hù)區(qū)建設(shè)等多個(gè)方面進(jìn)行持續(xù)保護(hù)。其次,茅山山脈、南京市的寶華山、湯山、盱眙縣西南部丘陵等節(jié)點(diǎn)均在結(jié)構(gòu)上承擔(dān)了重要作用,應(yīng)當(dāng)在一定范圍內(nèi)嚴(yán)格限制礦山開發(fā)、山林采伐、開墾圈圩等破壞節(jié)點(diǎn)完整性、降低生態(tài)連通性的活動(dòng),進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。再次,徐州市云龍湖風(fēng)景區(qū)、徐州市賈汪區(qū)大洞山、東?？h西雙湖濕地、連云港市海州區(qū)桃花澗風(fēng)景區(qū)、南京市鐘山風(fēng)景區(qū)、無錫市惠山國家森林公園等節(jié)點(diǎn),規(guī)模較小,且臨近城鎮(zhèn),易受城區(qū)擴(kuò)張影響。這些區(qū)域應(yīng)嚴(yán)格界定生態(tài)與城鎮(zhèn)空間邊界,對節(jié)點(diǎn)完整性與廊道連通性進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)。最后,對于其他節(jié)點(diǎn)則應(yīng)按照相關(guān)生態(tài)要求進(jìn)行一般保護(hù)。

修復(fù)7處因山體開發(fā)、土地開墾等活動(dòng)破碎的重點(diǎn)生態(tài)節(jié)點(diǎn)。針對因開墾而破碎的重要節(jié)點(diǎn),如新沂市馬陵山風(fēng)景區(qū)節(jié)點(diǎn)、丹陽市北部打雁山丘陵節(jié)點(diǎn)等,應(yīng)當(dāng)通過生態(tài)退耕、綠道建設(shè)等措施以提高破碎斑塊連接性為目標(biāo)進(jìn)行恢復(fù)。針對山體開發(fā)而破碎的節(jié)點(diǎn),如南京市溧水區(qū)芳山等,應(yīng)當(dāng)通過山體修復(fù)、人工復(fù)綠等措施以維護(hù)節(jié)點(diǎn)斑塊完整性為目標(biāo)進(jìn)行恢復(fù)。另一方面,對生態(tài)源地節(jié)點(diǎn)與周邊的核心小斑塊之間應(yīng)加強(qiáng)聯(lián)系,以退耕還林還草、生態(tài)公園建設(shè)等形式,連接節(jié)點(diǎn)與周邊核心小斑塊,擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)斑塊面積,提高區(qū)域生態(tài)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連通性。

4.2 新增節(jié)點(diǎn)及“踏腳石”規(guī)劃

從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局來看,江蘇省東部沿海灘涂與中西部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系阻力較大,北部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與中部聯(lián)系通道較為單一,建議規(guī)劃新增部分生態(tài)節(jié)點(diǎn)以加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系,優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。以2015年50公頃以上核心斑塊作為潛在節(jié)點(diǎn),在徐州市睢寧縣、連云港市東?？h與濯南縣選取了3個(gè)節(jié)點(diǎn)以增強(qiáng)江蘇省中部網(wǎng)絡(luò)與北部網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系；在鹽城市阜寧縣、海安市、如皋市選取了3個(gè)節(jié)點(diǎn)以增強(qiáng)江蘇省東部灘涂與中部網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系；在江陰市選取了1個(gè)節(jié)點(diǎn)以增加南部網(wǎng)絡(luò)與中部網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系。上述7個(gè)節(jié)點(diǎn)均處于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系薄弱、生態(tài)廊道稀疏處,且相對質(zhì)量較高,可以通過植樹造林、生態(tài)公園建設(shè)等方法擴(kuò)充核心斑塊規(guī)模,形成新的生態(tài)節(jié)點(diǎn)。

生態(tài)廊道交匯處對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性具有較大影響,可在交匯處建設(shè)“踏腳石”以優(yōu)化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。對于遷徙距離較遠(yuǎn)的生物,“踏腳石”的建設(shè)能顯著提高其遷徙過程中的存活率[36]。江蘇省東西部連接廊道較長、阻力較大、北部生態(tài)節(jié)點(diǎn)稀疏,建議在生態(tài)廊道交匯點(diǎn)、較長廊道和高阻力廊道中點(diǎn)等處設(shè)立44個(gè)“踏腳石”(圖9),通過建設(shè)小型生態(tài)公園或種植林地等方式進(jìn)行“踏腳石”建設(shè),改善生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性,同時(shí)為生物遷徙提供落腳點(diǎn)。

圖9 節(jié)點(diǎn)恢復(fù)/新增后生態(tài)網(wǎng)絡(luò)情況及踏腳石分布 Fig.9 Ecological network and stepping stone distribution after node restoration/addition

4.3 生態(tài)廊道維護(hù)與疏通建議

為有效維護(hù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整性,改善生態(tài)連通性,應(yīng)對生態(tài)廊道關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行維護(hù)與疏通。結(jié)合生態(tài)夾點(diǎn)分布情況,宿遷市宿城區(qū)、淮安市淮陰區(qū)2處夾點(diǎn)受城鎮(zhèn)擴(kuò)張壓迫較嚴(yán)重,建議劃定城鎮(zhèn)開發(fā)邊界時(shí)為過境生態(tài)廊道預(yù)留空間,嚴(yán)格限制建設(shè)活動(dòng),并加強(qiáng)道路林網(wǎng)建設(shè)與公益林種植,以維護(hù)北部與中部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)間的連通性。長江沿線附近14處生態(tài)夾點(diǎn)多分布于沿江城鎮(zhèn)的間隙處,建議該類區(qū)域在限制建設(shè)活動(dòng)的同時(shí),限制開墾、養(yǎng)殖等增加生態(tài)阻力的活動(dòng),以維護(hù)中部、南部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與長江濕地間的連通性。溧陽市2處生態(tài)夾點(diǎn)均處于南部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部,主要用地類型為農(nóng)用地,建議對鄉(xiāng)鎮(zhèn)擴(kuò)張、種植用地轉(zhuǎn)坑塘養(yǎng)殖進(jìn)行限制。對5處可疏通的生態(tài)夾點(diǎn),建議在維護(hù)措施的基礎(chǔ)上,采取農(nóng)村居民點(diǎn)整理、退耕還林、田間道路林網(wǎng)建設(shè)、沿河防護(hù)林建設(shè)、生態(tài)綠道建設(shè)等措施減少區(qū)域內(nèi)生態(tài)阻力,起到疏通廊道,提高連通性的作用。

5 結(jié)論

本文以江蘇省為研究區(qū),基于MSPA方法與MCR模型構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò),探究生態(tài)空間連通性變化,并分別從源地維護(hù)、節(jié)點(diǎn)建設(shè)、廊道疏通等方面提出了具體的修復(fù)與優(yōu)化建議。研究結(jié)果表明：①2000—2015年,江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)西密東疏的格局,局部地區(qū)生態(tài)節(jié)點(diǎn)破碎12處,新增5處,源地斑塊出現(xiàn)局部破碎化特征。田間道路林網(wǎng)、沿河防護(hù)林建設(shè)等措施提升了廊道連通性,但隨著開發(fā)活動(dòng)的進(jìn)行,廊道寬度普遍收束；②北部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中,新沂市馬陵山風(fēng)景區(qū)等6處節(jié)點(diǎn)的破碎使北部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞,多條廊道結(jié)構(gòu)重要性明顯下降,亟須進(jìn)行修復(fù)；③中部網(wǎng)絡(luò)與北部網(wǎng)絡(luò)間廊道連通性隨著沿河防護(hù)林及道路林網(wǎng)的建設(shè)而有所提升,但宿遷市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及宿城區(qū)副中心的擴(kuò)展使廊道寬度產(chǎn)生了明顯的收束,且隨著新沂市馬陵山風(fēng)景區(qū)等節(jié)點(diǎn)的破碎而缺乏中間節(jié)點(diǎn)；④南部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中,丹陽市北部打雁山丘陵節(jié)點(diǎn)的破碎使南部網(wǎng)絡(luò)與長江濕地間聯(lián)系削弱,寧鎮(zhèn)山脈的結(jié)構(gòu)重要性隨之上升,宜溧山脈與茅山山脈之間種植業(yè)轉(zhuǎn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),形成了大片養(yǎng)殖坑塘,降低了廊道連通性,且廊道寬度明顯收束；⑤東部沿海灘涂節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系尚處于薄弱狀態(tài),泰州市姜堰區(qū)溱湖國家濕地公園節(jié)點(diǎn)的新增,對改善東西部生態(tài)節(jié)點(diǎn)連通性有一定意義,但目前距各節(jié)點(diǎn)間阻力較大,尚未對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著改善。

為解決區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)銜接不足、生態(tài)節(jié)點(diǎn)趨于破碎、部分生態(tài)廊道阻力上升等問題,研究提出了江蘇省生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的具體建議。一方面,建議修復(fù)生態(tài)節(jié)點(diǎn)7處,新增生態(tài)節(jié)點(diǎn)7處,設(shè)立踏腳石44處以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),促進(jìn)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。另一方面建議對生態(tài)節(jié)點(diǎn)實(shí)施分類分級保護(hù),并通過對生態(tài)廊道維護(hù)18處,疏通其中5處等方式,保持和提升廊道通暢性。

研究針對生態(tài)空間連通性形成了一套“源地識別-網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建-連通性變化-夾點(diǎn)識別”的分析框架,并應(yīng)用于江蘇省生態(tài)空間連通性研究,研究結(jié)果能夠較好的表征省域生態(tài)空間的潛在聯(lián)系,識別生態(tài)關(guān)鍵點(diǎn),為省域生態(tài)安全格局的構(gòu)建與維護(hù)提供依據(jù)。但在更細(xì)微的尺度下,本文所運(yùn)用的MSPA方法受數(shù)據(jù)精度影響較大,存在一定局限性。本文利用阻力寬度來表征潛在生態(tài)廊道,但若需針對某特定物種進(jìn)行保護(hù),還需對其遷徙廊道的物理寬度做深入研究。