基于不同視角與方法的北京市密云區(qū)生境規(guī)劃對(duì)比

王志芳 梁春雪

在生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，生境是在中國(guó)自然資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策驅(qū)動(dòng)下生態(tài)城市建設(shè)需要考慮的重要內(nèi)容，如何規(guī)劃、管理、保護(hù)和提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生境是研究重點(diǎn)所在。因?yàn)樯巢粌H可以為野生動(dòng)物提供棲息地，還可以恢復(fù)鄉(xiāng)土植物群落[1]。然而國(guó)內(nèi)的生境建設(shè)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(jì)建設(shè)活動(dòng)使生境規(guī)劃、管理不到位，導(dǎo)致生境破碎化日益加劇，環(huán)境資源豐富度降低，野生動(dòng)物生境選擇困難，種群結(jié)構(gòu)單一和個(gè)體行為異常[2]等現(xiàn)象。退化的生境不僅會(huì)增大疾病的傳播幾率，也可能在心理層面上改變?nèi)祟悓?duì)場(chǎng)所的感知能力[3]。與此同時(shí)，絕大多數(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目都在泛談生境，小范圍植樹、增添綠地、做立體綠化都會(huì)空論“生物多樣性”以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并沒有深層次地思考什么是生境以及怎樣規(guī)劃設(shè)計(jì)生境才符合科學(xué)規(guī)律。

生境（Habitat）是生態(tài)學(xué)上的一個(gè)基本概念。模糊理解“Habitat”的定義會(huì)導(dǎo)致不合理的規(guī)劃思路與解決方案。國(guó)外的研究表明“Habitat”的定義有2個(gè)完全不同的視角：即物種與景觀[4]。前者涉及一個(gè)指定的物種或種群的環(huán)境，并假定物種在一個(gè)空間范圍內(nèi)為完成其生命周期對(duì)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(gè)角度出發(fā)。從物種角度規(guī)劃有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1）選擇具有生態(tài)代表作用的目標(biāo)物種，以方便認(rèn)知、管理生態(tài)系統(tǒng)。該目標(biāo)物種能在類型上、空間范圍上代表其他物種；2）測(cè)定該物種如何運(yùn)用資源和景觀進(jìn)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(jié)構(gòu)指標(biāo)等來確定規(guī)劃區(qū)域。然而國(guó)內(nèi)的規(guī)劃設(shè)計(jì)卻從未探索過從哪一個(gè)視角進(jìn)行生境規(guī)劃設(shè)計(jì)才能達(dá)到最好的結(jié)果，常常完全依賴于規(guī)劃師的自我決策，缺乏相關(guān)研究。

本文作者以北京市密云區(qū)為例，從生境定義的2個(gè)視角，對(duì)比物種方法及景觀方法在過程與結(jié)果上的優(yōu)缺點(diǎn)，并討論如何實(shí)現(xiàn)2種規(guī)劃思路的有機(jī)結(jié)合，為更多城市化進(jìn)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(kù)，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(duì)于北京市有重要生態(tài)戰(zhàn)略意義，體現(xiàn)在3個(gè)方面：1）密云是首都最大的飲用水源供應(yīng)地，對(duì)于水資源緊缺的北京至關(guān)重要。2）密云是北京東北部重要的生態(tài)保護(hù)屏障，以云蒙山、霧靈山、云峰山為主構(gòu)成生態(tài)保護(hù)線。3）密云是西伯利亞候鳥遷移路線上的一個(gè)重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)。然而密云的生物多樣性已經(jīng)發(fā)生變化，山中野生動(dòng)物，如狼、豹、斑羚等，幾乎絕跡，山雞和草兔等動(dòng)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(hù)體系，對(duì)土地進(jìn)行科學(xué)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(duì)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(xì)化獲得數(shù)據(jù)，并參考相關(guān)文獻(xiàn)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(kù)湖泊濕地（密云水庫(kù)），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(biāo)物種。密云區(qū)動(dòng)物有4類：鳥類（141種），獸類（34種），兩棲動(dòng)物（4種），爬行動(dòng)物（18種）[7]。在咨詢相關(guān)專家后，選取陸地獸類生物——豹貓為密云區(qū)的最佳目標(biāo)代理物種。豹貓最主要的活動(dòng)類型為覓食，活動(dòng)時(shí)間偏好夜晚和黃昏，活動(dòng)行徑為1.8～7.6km。白天喜深林區(qū)活動(dòng)，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(dú)處，產(chǎn)子一般選在茂密的植被地帶。嚴(yán)冬季節(jié)因缺少食物，活動(dòng)半徑會(huì)擴(kuò)大到13～15km，并可能會(huì)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(dòng)物，其食物構(gòu)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(gòu)成比例可得出豹貓覓食活動(dòng)的棲息地類型及權(quán)重。例如在針葉和針闊混交林常出現(xiàn)鼠科、松鼠科動(dòng)物，這樣類型的棲息地覓食活動(dòng)的權(quán)重就較高。

第二步為棲息地適宜性評(píng)價(jià)，本研究采取生態(tài)適宜度模型（Habitat suitability index，簡(jiǎn)稱HSI）。該模型框架是基于對(duì)目標(biāo)物種的生態(tài)特性分析，評(píng)估出最能滿足其生活必需品的空間[12]。對(duì)目標(biāo)物種不同季節(jié)活動(dòng)權(quán)重、不同類型的活動(dòng)權(quán)重、不同類型棲息地的活動(dòng)適宜度采用專家打分法進(jìn)行賦值，并取10位專家的平均值作為最終值（表1）。最后，計(jì)算結(jié)果大于10的高適宜活動(dòng)區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)物種源地?；贏rcGIS10.1中cost path模塊構(gòu)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(biāo)物種在不同利用類型土地上活動(dòng)擴(kuò)散所遇到的阻力程度來進(jìn)行賦值產(chǎn)生的。目標(biāo)物種豹貓活動(dòng)半徑很大，最大可達(dá)15km，且善游泳、攀爬、奔跑。水域和地形復(fù)雜的山體環(huán)境不對(duì)其構(gòu)成較大的環(huán)境阻力，僅建設(shè)用地和交通用地對(duì)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(shè)用地阻力賦值為1 000。在構(gòu)建源地之間的聯(lián)系時(shí)將柵格值設(shè)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(luò)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(guān)鍵物種，并有一定和足夠數(shù)量的廊道用于物種擴(kuò)散和物質(zhì)能量流動(dòng)[13]。結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yùn)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(lǐng)域擴(kuò)散和60m邊緣寬度為基準(zhǔn)。MSPA（Morphological Spatial Pattern Analysis）即形態(tài)學(xué)空間格局分析，是Vogt等[14]基于腐蝕、膨脹、開運(yùn)算、閉運(yùn)算等數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理對(duì)柵格圖像的空間格局進(jìn)行度量、識(shí)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(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)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(chǔ)上，根據(jù)柵格空間格局分布特征，通過數(shù)學(xué)計(jì)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(yùn)用Conefor Sensinode 2.6[15]計(jì)算分析核心區(qū)的可能連接度。模型設(shè)置擴(kuò)散距離閾值為500m，連通概率為0.5（中等擴(kuò)散距離對(duì)應(yīng)的擴(kuò)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?cái)U(kuò)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(shí)間和人為干擾強(qiáng)度4個(gè)因子構(gòu)成，而4個(gè)因子主要根據(jù)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)以及實(shí)際調(diào)查來定義[18]。根據(jù)道路類別將鐵路、高速公路與國(guó)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(shè)用地因遭受強(qiáng)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(gòu)建源地之間的聯(lián)系時(shí)柵格值設(shè)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(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)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(luò)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(duì)比Comparison of source spatial distribution of two approaches in Miyun district

2 研究結(jié)果

2.1 空間格局結(jié)構(gòu)對(duì)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(jié)構(gòu)差異，解析空間結(jié)構(gòu)特征，本研究運(yùn)用Fragstats 4.2（Fragmentation statistics）計(jì)算對(duì)比2種空間格局指數(shù)，主要計(jì)算的指數(shù)分為2個(gè)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(zhǎng)（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(hù)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(gòu)建潛在最小成本廊道數(shù)量則更多，但是達(dá)到的物種斑塊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連通度理想效果要優(yōu)于景觀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。因此，從空間結(jié)構(gòu)上來看，基于形態(tài)學(xué)空間格局分析的景觀生態(tài)學(xué)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(duì)比

2種規(guī)劃方法結(jié)果對(duì)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(biāo)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(biāo)物種豹貓的棲息覓食與日?；顒?dòng)，目標(biāo)物種豹貓發(fā)揮在林地對(duì)于其他物種的基石、保護(hù)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(dān)重要作用的目標(biāo)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(hù)程度可劃分為3個(gè)等級(jí)。一級(jí)核心保護(hù)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(cuò)帶。這些區(qū)域不僅是目標(biāo)物種的高適宜性活動(dòng)區(qū)，也是高連接度的景觀源地，是生態(tài)保護(hù)的重中之重。二級(jí)核心保護(hù)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(fēng)景區(qū)、黑龍?zhí)蹲匀伙L(fēng)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(wù)功能顯著。三級(jí)核心保護(hù)區(qū)為重疊區(qū)以外的目標(biāo)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(biāo)物種提供高適宜度的棲息環(huán)境。

2）廊道構(gòu)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(gè)等級(jí)。第一級(jí)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(biāo)物種擴(kuò)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(jí)廊道在景觀源地的基礎(chǔ)上把所有一級(jí)核心保護(hù)區(qū)聯(lián)系了起來。這樣的生態(tài)格局是最易形成的，構(gòu)建難度和成本最低，也是生態(tài)功能最重要的。第二級(jí)廊道是景觀源地以外的路徑重疊部分。二級(jí)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(jí)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(jí)廊道生態(tài)聯(lián)系功能相對(duì)弱，構(gòu)建難度大于一、二級(jí)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(shè)相矛盾，應(yīng)盡量為生態(tài)過程交流留出未來發(fā)展的余地。長(zhǎng)期隔斷和忽視核心源地之前的聯(lián)系，會(huì)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(guó)道的建設(shè)可以架空設(shè)計(jì)或建立地下通道，留出生物通道。面臨長(zhǎng)城等特殊歷史文物與生境廊道產(chǎn)生矛盾時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)地塊進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

表4 2種方法優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比Tab. 4 Comparison of advantages and disadvantages of the two approaches

4 結(jié)語

由密云的生境規(guī)劃結(jié)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(gè)角度的方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)（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(huì)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(yīng)綜合使用，相互彌補(bǔ)，更加全面地對(duì)城市的自然、近自然區(qū)域進(jìn)行有選擇的規(guī)劃保護(hù)。有機(jī)結(jié)合2種方法所得的源地與廊道結(jié)果，根據(jù)地塊現(xiàn)狀所承載的生態(tài)學(xué)意義、生態(tài)功能的重要程度、構(gòu)建的難易程度，按等級(jí)先后確定源地核心保護(hù)區(qū)，并建立不同層級(jí)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(hù)政策的實(shí)施提供技術(shù)支持和解決路徑；與此同時(shí)，對(duì)于這些不同層級(jí)的土地空間，應(yīng)相應(yīng)配套實(shí)行不同層級(jí)的管理手段。控制人類活動(dòng)與生產(chǎn)建設(shè)的強(qiáng)度和類型，明確功能和權(quán)限，分級(jí)權(quán)衡保護(hù)與開發(fā)利用間的關(guān)系。堅(jiān)持保護(hù)優(yōu)先原則，實(shí)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(wù)。

注釋：

文中所有表和圖均為筆者自繪。