景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

劉世梁,侯笑云,尹藝潔,成方妍,張?jiān)虑?董世魁

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875

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景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

劉世梁*,侯笑云,尹藝潔,成方妍,張?jiān)虑?董世魁

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875

作為生態(tài)學(xué)重要的概念與方法,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題,也是耦合景觀結(jié)構(gòu)、生態(tài)過(guò)程和功能的重要途徑。景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)平衡、增加景觀連接度具有重要意義。從景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論、研究進(jìn)展、研究方法模型等進(jìn)行分析,并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望,主要介紹了傳統(tǒng)景觀格局分析、網(wǎng)絡(luò)分析、模型模擬等方法的適用性與特點(diǎn),并分析了景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)在城市景觀格局優(yōu)化、自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃、生物多樣性保護(hù)、土地規(guī)劃等領(lǐng)域的應(yīng)用,最后提出了研究的主要問(wèn)題。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；景觀連接度；網(wǎng)絡(luò)分析；空間模型；生物多樣性

景觀生態(tài)學(xué)作為環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)和地理科學(xué)間一門綜合的交叉學(xué)科,于1939年由德國(guó)的Troll首次提出。景觀生態(tài)學(xué)的研究集中于生態(tài)系統(tǒng)的空間格局、生態(tài)過(guò)程和時(shí)空尺度,是一門將地理學(xué)中的空間分析與生態(tài)學(xué)中的功能分析相結(jié)合,關(guān)注景觀結(jié)構(gòu)對(duì)生態(tài)過(guò)程影響的科學(xué)。近些年,由于景觀的破碎化和人為干擾現(xiàn)象日益嚴(yán)重,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)逐漸成為景觀生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)。

目前學(xué)者們基于各自的研究領(lǐng)域,探討了生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)[1]和功能[2-3]、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與評(píng)價(jià)[4-5],并進(jìn)行了大量關(guān)于生物多樣性保護(hù)[6-7]、自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)[8]、城市(區(qū)域)景觀優(yōu)化與評(píng)價(jià)[9-10]、景觀規(guī)劃與設(shè)計(jì)[11-12]、森林管理[13]、土地規(guī)劃與評(píng)價(jià)[14]、生態(tài)安全格局[15-16]等方面的研究。這些關(guān)于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究主要分為以下3類：(1)加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)；(2)保護(hù)生態(tài)功能及過(guò)程(如重建重要物種的棲息地)；(3)耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(如生態(tài)、娛樂(lè)和美學(xué)等)。擬通過(guò)研究生態(tài)環(huán)境及資源的空間變化,來(lái)改善人類的生存環(huán)境和維持經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

本文對(duì)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的概念、理論研究、研究方法和應(yīng)用研究等方面進(jìn)行介紹,并提出我國(guó)在景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究方面的主要問(wèn)題,為景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步研究以及應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的概念

目前關(guān)于景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的概念,學(xué)者們并未達(dá)成統(tǒng)一。各學(xué)者從不同的角度來(lái)定義生態(tài)網(wǎng)絡(luò),研究目標(biāo)和內(nèi)容也不盡相同,所以產(chǎn)生了不同的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),但均強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)過(guò)程的一致性[8]。景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基本特性為：1)連接性；2)保護(hù)物種和生態(tài)環(huán)境,維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)平衡及其功能；3)廊道的空間結(jié)構(gòu)是線性的；4)規(guī)劃開場(chǎng)空間中的一個(gè)系統(tǒng)整體；5)提高自然資源利用率,最大限度減少人類活動(dòng)對(duì)生物多樣性的影響[17]。簡(jiǎn)而言之,景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是采用保護(hù)生物學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)的思想,來(lái)解決生物多樣性保護(hù)與人類的自然資源需求之間的矛盾[18]。因此,可以把景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)定義為：基于景觀生態(tài)學(xué)原理,以保護(hù)生物的多樣性及景觀的完整性為目的,在開敞空間內(nèi)利用各種線性廊道將景觀中的資源斑塊進(jìn)行有機(jī)的連接,以維持和保護(hù)其生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化、審美等多種功能的網(wǎng)絡(luò)體系(表1)。

表1 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)概念的發(fā)展

2 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的理論研究

2.1 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與景觀規(guī)劃

區(qū)域景觀規(guī)劃和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)以生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ),開展多學(xué)科的協(xié)作,注重生態(tài)過(guò)程和生態(tài)恢復(fù),采用多目標(biāo)規(guī)劃設(shè)計(jì)、公眾參與等方法進(jìn)行研究,其目的是為了動(dòng)植物資源、水資源等的保護(hù),同時(shí)也有利于防洪、教育、城市美化、旅游休閑等。

20世紀(jì)90年代以來(lái),生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究者開始在不同尺度上,通過(guò)提高生態(tài)連接度來(lái)維持內(nèi)部的一致性,保護(hù)生物的多樣性以及恢復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)。到90年代末,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已趨于成熟,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可以保護(hù)瀕危物種的生境、生態(tài)系統(tǒng)以及景觀特性,同時(shí)還可以為城鎮(zhèn)景觀提供大量的自然廊道,降低自然空間的損失[25],恢復(fù)和改善城鎮(zhèn)的自然系統(tǒng)質(zhì)量[26],緩解人們來(lái)自于城鎮(zhèn)化過(guò)程的生理和心理上壓力。在1995年出版的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)?？?對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的理論、方法和實(shí)踐等進(jìn)行了概括與展望。同一時(shí)期的理論研究也有了重大的突破,如Linehan等[27]以野生動(dòng)物保護(hù)為目的,從傳統(tǒng)的分區(qū)規(guī)劃的反向思維進(jìn)行綠道的規(guī)劃：(1)土地利用評(píng)價(jià)；(2)野生動(dòng)物評(píng)估；(3)生境評(píng)估和適宜性分析；(4)節(jié)點(diǎn)分析；(5)連接度分析；(6)網(wǎng)絡(luò)分析；(7)總體評(píng)估。而這些專著與理論的出現(xiàn)大大促進(jìn)了生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)的發(fā)展。

歐美學(xué)者對(duì)于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究也有各自的特點(diǎn)。西歐學(xué)者主要關(guān)注高度集約化土地的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究,尤其是如何降低城市化和農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響,研究中多使用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)這一術(shù)語(yǔ)[11]。而北美學(xué)者的研究,則更關(guān)注國(guó)家公園和自然保護(hù)區(qū)等的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè),研究中多使用綠道網(wǎng)絡(luò)一詞[28]。

從21世紀(jì)初到現(xiàn)在,由于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和實(shí)踐在國(guó)際上的蓬勃興起(圖1,以“ecological networks”為主題在Web of Science中對(duì)2001至2015年的相關(guān)文獻(xiàn)檢索得到,紅框標(biāo)示),以及各學(xué)科對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識(shí)的融合,推動(dòng)了人類對(duì)城市景觀的合理改造。Conine等[29]人從需求的角度提出了構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的6個(gè)步驟：(1)確定目標(biāo)；(2)需求評(píng)估；(3)確定潛在連接通道；(4)評(píng)估可達(dá)性；(5)劃定廊道；(6)最終評(píng)估。Gobster和Westphal[30]從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)公眾服務(wù)功能的角度提出生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的6要素,即自然、干凈、安全、接近性、藝術(shù)與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖1 2001至2015年景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵詞進(jìn)展圖Fig.1 The keywords evolution of landscape ecological network from 2001 to 2015括號(hào)內(nèi)數(shù)字代表該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率

近年來(lái),我國(guó)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究逐漸受到關(guān)注。但由于起步較晚,基礎(chǔ)理論研究相對(duì)匱乏,所以應(yīng)結(jié)合國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)[31],建立適合中國(guó)特色的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[32],制定完善的景觀規(guī)劃評(píng)價(jià)體系,進(jìn)而保護(hù)生物的棲息環(huán)境[15]和維護(hù)城市的景觀格局[33]。

圖2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)關(guān)鍵詞的詞云圖 Fig.2 The word cloud of ecological network and its relevant keywords 以“生態(tài)網(wǎng)絡(luò)”為主題在知網(wǎng)中檢索相關(guān)文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞得出,圖中關(guān)鍵詞的字體大小代表該關(guān)鍵詞在知網(wǎng)中出現(xiàn)的頻率

2.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與景觀連接度

景觀連接度是景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的核心概念,對(duì)于景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有重要的意義(圖1,landscape connectivity檢索結(jié)果較高,藍(lán)框標(biāo)示)。對(duì)于景觀連接度的概念,不同學(xué)者有不同的認(rèn)識(shí)[34-35],但都認(rèn)為景觀連接度是對(duì)景觀空間結(jié)構(gòu)單元相互之間連續(xù)性的度量,側(cè)重對(duì)景觀功能的反應(yīng)。目前對(duì)景觀連接度概念使用較多的是Taylor等[36]提出的,即景觀連接度是景觀促進(jìn)或阻礙生物體(生態(tài)過(guò)程)在源斑塊間運(yùn)動(dòng)的程度。

景觀連接度對(duì)于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究,具有廣闊的應(yīng)用前景。因此,如何建立一種基于連接度的方法,來(lái)簡(jiǎn)單快速反映景觀的結(jié)構(gòu)和過(guò)程,提高景觀的連通性和斑塊的可達(dá)性,將會(huì)成為眾多學(xué)者共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

2.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與景觀安全格局

通過(guò)提高斑塊之間的連通性,以及加強(qiáng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),將會(huì)有利于生態(tài)安全格局的構(gòu)建。生態(tài)安全格局以生態(tài)學(xué)的理論與方法為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)生態(tài)過(guò)程的分析與模擬,旨在有限的土地內(nèi),以高效的景觀格局來(lái)維護(hù)不同生態(tài)過(guò)程的安全與健康。

自20世紀(jì)末以來(lái)蓬勃發(fā)展的生態(tài)學(xué),為生態(tài)安全格局的研究提供了新的理論基礎(chǔ),如“最優(yōu)景觀格局”和“生態(tài)安全格局(ecological security pattern)”等[15，37]。我國(guó)的學(xué)者也針對(duì)生態(tài)安全格局的定義、理論基礎(chǔ)[16]和構(gòu)建方法[38]等方面展開了研究,并廣泛應(yīng)用于城市生態(tài)安全[39-10]、區(qū)域生態(tài)安全[41]、國(guó)土生態(tài)安全[42]和土地利用生態(tài)安全[43]等不同方面。生態(tài)安全格局的研究難點(diǎn)是構(gòu)建方法的研究,而俞孔堅(jiān)[44]提出的依據(jù)阻力面來(lái)判別安全格局的方法則被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛接受[45-46]。

3 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的方法研究

目前針對(duì)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)方面的研究方法,主要采用基于格局與景觀連接度的指數(shù)和利用模型對(duì)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬,來(lái)分析和反應(yīng)實(shí)際景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的格局、過(guò)程或空間關(guān)聯(lián)。

3.1 景觀格局與景觀連接度指數(shù)構(gòu)建

景觀格局指數(shù)能夠?qū)坝^的空間格局信息進(jìn)行高度概括,并對(duì)其組成結(jié)構(gòu)和空間配置等進(jìn)行簡(jiǎn)單定量[47]。其中：1)用于描述景觀要素的指數(shù),如斑塊的周長(zhǎng)、形狀、面積、密度、最近臨近距離等,以及廊道的曲度和長(zhǎng)度等。這類指數(shù)可以用于刻畫生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的空間構(gòu)型,如針對(duì)森林生態(tài)網(wǎng)絡(luò)開展研究[48]；2)用來(lái)描述景觀總體特征的指數(shù),如優(yōu)勢(shì)度(Dominance)、蔓延度(Contagion)及分維數(shù)(Fractal dimension)等。這些指數(shù)可以用于描述景觀中不同斑塊類型的空間分異、團(tuán)聚程度、延展趨勢(shì)、幾何形狀和復(fù)雜程度[49]。優(yōu)勢(shì)度與蔓延度以信息論為基礎(chǔ)[50],分維數(shù)則以分形幾何學(xué)為基礎(chǔ)[51],這些指數(shù)在描述景觀格局時(shí)有著各自的特征。分維數(shù)與優(yōu)勢(shì)度可以在較大尺度上反映景觀的格局,而蔓延度則相反[52]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了更為復(fù)雜的聚合度(Aggregation index)[53]、孔隙度(Lacunarity)[54-55〗等景觀指數(shù)。景觀格局指數(shù)有利于理解和評(píng)價(jià)現(xiàn)有研究區(qū)內(nèi)的景觀現(xiàn)狀,即通過(guò)不同的景觀指數(shù)的對(duì)比,揭示研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)狀況、空間特征和格局演變,了解其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力及發(fā)展趨勢(shì),為將來(lái)的景觀評(píng)價(jià)和規(guī)劃管理提供重要的參考價(jià)值。

景觀連接度的研究方法主要有以下6種：指數(shù)法,如破碎度指數(shù)、聚合度指數(shù)、分離度指數(shù)、擴(kuò)展指數(shù)等[56-57],其側(cè)重與斑塊之間的關(guān)系、在景觀單元或者流域上進(jìn)行綜合,但對(duì)于生態(tài)過(guò)程的描述較少；圖論法,其特點(diǎn)是用圖形的形式直觀地描述和表達(dá)、可以定量化斑塊之間的關(guān)系、側(cè)重于生態(tài)過(guò)程[54]；耗費(fèi)距離法,其特點(diǎn)是側(cè)重于基質(zhì)的影響、定量化斑塊之間的隔離程度、可以確定廊道和戰(zhàn)略點(diǎn)、有一定的生態(tài)學(xué)意義；電流理論,其特點(diǎn)是基于電流產(chǎn)生經(jīng)過(guò)每個(gè)柵格流的測(cè)度、集合所有可能的通道、和隨機(jī)行走模型具有很好的吻合性；基于個(gè)體運(yùn)動(dòng)模型(IBM),模擬個(gè)體在景觀的運(yùn)動(dòng)并且在多個(gè)尺度上研究；空間顯性的種群模型(SEPM),即在異質(zhì)性景觀中,結(jié)合種群變異模型研究關(guān)鍵種群的變異。幾種方法的比較見表2。

表2 景觀連接度研究方法比較

3.2 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的模型模擬

景觀網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)(Node)和廊道(Linkage)相互交叉連接形成,而景觀要素之間借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量流、物質(zhì)流和信息流的交換。一般來(lái)說(shuō),圖論常把復(fù)雜的景觀簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的點(diǎn)和線[58],從網(wǎng)絡(luò)密度(network density)、網(wǎng)絡(luò)連通性(network connectivity)和網(wǎng)絡(luò)閉合度(network circuitry)來(lái)計(jì)算景觀網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能,而忽視了點(diǎn)(斑塊)之間的實(shí)際距離、線性程度、連接線方向和節(jié)點(diǎn)的實(shí)際空間位置,而這些要素在景觀生態(tài)學(xué)的“流”的研究中則比較重要[59]。在實(shí)際對(duì)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型的模擬和構(gòu)建中,通常需考慮節(jié)點(diǎn)本身的屬性特征及其相互關(guān)心,如利用重力模型測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的相互作用[60-61]。最重要的是景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建必須考慮物種遷移、擴(kuò)散等生態(tài)過(guò)程,考慮基質(zhì)對(duì)這些過(guò)程的作用。目前,有很多方法與模型對(duì)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行研究,較為常見的方法是最小耗費(fèi)距離方法、圖論方法與電流理論,常用的軟件包括ConeforSensinode,Circuitscape,Guidos,Zonation,Marxan等軟件。表3中列舉的是部分景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的模型軟件及其說(shuō)明[62-73]。如ConeforSensinode模型,結(jié)合物種擴(kuò)展概率,利用圖論方法,結(jié)合最小耗費(fèi)距離等方法,可以對(duì)重要棲息地、廊道等進(jìn)行量化分析與空間直觀顯示,并且可以在較大尺度上運(yùn)用。

4 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究及主要問(wèn)題

4.1 城市景觀中生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

國(guó)外的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究,主要集中于以下3個(gè)方面：1)城市生態(tài)節(jié)點(diǎn)的功能研究。目的是為了實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能的一體化,最終使城市各功能區(qū)組成一個(gè)大的生態(tài)系統(tǒng)；2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)研究。即以依托快速交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的人流、物流等的實(shí)體聯(lián)系研究和以通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的信息流、資金流等的虛擬聯(lián)系研究[74]；3)空間發(fā)展策略研究。其實(shí)質(zhì)就是連接和優(yōu)化空間內(nèi)景觀斑塊,維持生態(tài)過(guò)程。目前,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)方法已在國(guó)外的城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)中被采用[75]。如Marullih和Mallarach[76]基于ECI指數(shù),對(duì)巴塞羅那中心地區(qū)的景觀進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；Levin等[77]基于最小耗費(fèi)距離模型,確定了大尺度上開放空間的生態(tài)保護(hù)作用；Parker等[78]通過(guò)對(duì)景觀功能的評(píng)價(jià),設(shè)計(jì)了重要廊道。

國(guó)內(nèi)的研究注重借鑒已有的成功經(jīng)驗(yàn),將生態(tài)環(huán)境規(guī)劃納入到城市規(guī)劃中。此外,學(xué)者們也對(duì)城市與區(qū)域發(fā)展的關(guān)系[79]、區(qū)域城市一體化與協(xié)調(diào)發(fā)展[80]、城鎮(zhèn)體系規(guī)劃[81]、城市可持續(xù)發(fā)展[82]等開展了一系列研究。如武劍鋒等[73]基于ECI指數(shù),評(píng)價(jià)了深圳市的生態(tài)連接度；孔繁花和尹海偉[84]基于重力模型,討論了城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建；熊春妮等[85]基于PC指數(shù),對(duì)重慶市的綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了連接度評(píng)估；許峰等[86]基于MSPA與最小路徑法對(duì)城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了規(guī)劃與構(gòu)建；王海珍等[87]通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)廈門島進(jìn)行了規(guī)劃。

4.2 自然景觀中生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

北美的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃多關(guān)注鄉(xiāng)野土地、自然保護(hù)區(qū)、歷史文化遺產(chǎn)和國(guó)家公園的建設(shè),注重生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的綜合功能發(fā)揮。歐洲的規(guī)劃實(shí)踐則更關(guān)注減輕人為干擾和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù),尤其是對(duì)生物多樣性的維持和生境的保護(hù),以及河流的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)[88]。亞洲的綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃尚處于起步階段,多數(shù)研究仍處于建立廊道連接的初期[89],但也有城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)踐[13]。

近年來(lái),我國(guó)的線性綠地生態(tài)規(guī)劃發(fā)展較快,但綜合性綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃尚不多見。其中劉世梁等[90]利用景觀連接度構(gòu)建了尚勇自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；富偉等[91]分析了道路對(duì)云南省西雙版納地區(qū)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響；陳爽等[92]對(duì)南京的綠地系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)劃,為綠地建設(shè)、野生動(dòng)物棲息等提供了發(fā)展空間。

4.3 生物保護(hù)領(lǐng)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

國(guó)外的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃思想更多的是立足于生物多樣性的保護(hù),關(guān)注生物與其棲息環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)變化。實(shí)踐證明,相比于小塊分散分布的綠地斑塊,大面積整塊分布的模式能包容更多的物種[93],而斑塊間適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)廊道則有助于物種的保護(hù)。如Uezu[94]等基于廊道和斑塊的分離度,研究了連接度指數(shù)對(duì)森林鳥類多樣性的影響；Mǜnkemǜller和Johst[95]基于平均遷移率,研究了種群與連接度之間的關(guān)系；Neel[96]基于景觀格局指數(shù),研究了連接度對(duì)基因流的影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者在此領(lǐng)域也有一定的研究成果,如姜廣順等[97]基于模糊賦值法,定量評(píng)價(jià)了完達(dá)山馬鹿的生境連接度；朱麗娟和劉玉紅[98]基于生境適宜性評(píng)價(jià)模型,分析了連接度與丹頂鶴生境利用率之間的關(guān)系。

歐洲國(guó)家在傳統(tǒng)生態(tài)棲息地的保育上有諸多實(shí)踐,如生物基因保留區(qū)(Biogenetic Reserves)、綠寶石棲息地網(wǎng)絡(luò)(Emerald Network)與歐洲自然棲息地網(wǎng)等,并在1995年倡議構(gòu)建泛歐洲生態(tài)網(wǎng)絡(luò)(Pan-European Ecological Network,PEEN),以生態(tài)廊道連結(jié)各自孤立的棲息地以形成區(qū)域乃至國(guó)家之間的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系,對(duì)生物多樣性的保護(hù)和景觀整體格局的維護(hù)有重要意義[17]。我國(guó)在此方面也有涉足,如周睿等[99]以世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)保護(hù)地體系標(biāo)準(zhǔn),對(duì)我國(guó)境內(nèi)的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行篩選,作為我國(guó)國(guó)家公園的備選單位,以此保護(hù)國(guó)家典型自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性和特殊性。

4.4 主要問(wèn)題

我國(guó)在景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究方面主要存在以下3個(gè)問(wèn)題：

(1)基礎(chǔ)理論方面 由于景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)概念在我國(guó)提出的時(shí)間較短,諸多概念在學(xué)術(shù)界還未達(dá)成共識(shí),理論體系尚不健全,對(duì)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)不夠,現(xiàn)有的理論和核心概念(多為外國(guó)學(xué)者提出)無(wú)法完全解決我國(guó)在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與評(píng)價(jià)中遇到的問(wèn)題。因此,景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論的發(fā)展與改進(jìn)至關(guān)重要,應(yīng)側(cè)重多尺度的自然棲息地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究,人類活動(dòng)與氣候變化下景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)影響。

(2)研究方法方面 應(yīng)側(cè)重于改善景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究方法,如創(chuàng)新景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)或連接度指數(shù)、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型和基于復(fù)雜系統(tǒng)的空間模擬方法、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的評(píng)價(jià)、不同時(shí)空尺度的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建效應(yīng)對(duì)比和相同的時(shí)空尺度內(nèi)不同構(gòu)建方法的對(duì)比等。

(3)應(yīng)用建設(shè)方面 景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)缺乏系統(tǒng)性,建設(shè)力度不足,沒(méi)有有效形成大尺度的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),也沒(méi)有與其它規(guī)劃建設(shè)相結(jié)合,其管理與保障體制也不完善,缺乏科學(xué)支撐,功能沒(méi)有得到很好的發(fā)揮。因此,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),維護(hù)不同生態(tài)過(guò)程的健康與安全,提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平,促進(jìn)生物多樣性的保護(hù)、生態(tài)安全格局的構(gòu)建以及自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的形成。

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Research progress on landscape ecological networks

LIU Shiliang*, HOU Xiaoyun, YIN Yijie, CHENG Fangyan, ZHANG Yueqiu, DONG Shikui

SchoolofEnvironment,StateKeyLaboratoryofWaterEnvironmentSimulation,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

The study of ecological networks is a hot topic in the field of landscape ecology, and is an essential concept and method for analyzing landscape patterns and ecological processes. The main purposes for constructing a landscape ecological network are to protect landscape sustainability, maintain ecosystem balance, and increase ecological connectivity. Methods for constructing landscape ecological networks are mainly based on landscape ecology theory, and include pattern analysis, network analysis, spatial analysis, and spatial modeling. The landscape ecological network concept is applied broadly to natural reserve planning, urban landscaping, biodiversity conservation, and land planning. In recent years, the general strategy of biodiversity conservation has gradually shifted from species protection in isolated protected areas to habitat conservation through the construction of landscape ecological networks. At present, the field of landscape ecological network research is developing rapidly with respect to theory, methods, and application, which has already put forth valuable research results. The ecological corridor is used as the main measure of a landscape ecological network to connect landscape patches, eliminate fragmentation of the natural landscape, and achieve the comprehensive protection of biodiversity. Landscape connectivity is an important method of approaching a landscape ecological network, and has great significance for its construction. Connectivity is used to measure the continuity of landscape spatial structural units, focusing on the response to landscape functions. However, the concept of a landscape ecological network has only been recently proposed, and the theoretical system is not yet perfect. Thus, the basic theoretical system should be further improved in the future. In addition, the methods for constructing a landscape ecological network, such as connectivity indicators, explicit models, and evaluation systems, should be further studied to promote the utilization and optimization of landscape ecological networks. In this paper, we review and summarize the theoretical basis, development process, methods, and applications of landscape ecological networks to promote further development in this research field.

ecological network; landscape connectivity; network analysis; spatial model; biodiversity

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016YFC0502103); 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41571173)

2016- 11- 17;

2017- 02- 24

10.5846/stxb201611172333

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shiliangliu@bnu.edu.cn

劉世梁,侯笑云,尹藝潔,成方妍,張?jiān)虑?董世魁.景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(12):3947- 3956.

Liu S L, Hou X Y, Yin Y J, Cheng F Y, Zhang Y Q, Dong S K.Research progress on landscape ecological networks.Acta Ecologica Sinica,2017,37(12):3947- 3956.