福建省城鎮-交通系統的景觀分隔效應

張天海，羅 濤，邱全毅，甘永洪,3，張 婷

(1.中國科學院城市環境研究所，城市環境與健康重點實驗室， 廈門 361021；2.中國科學院研究生院，北京 100049；3.漳州師范學院，漳州 363000)

城市化以及與之相關聯的交通基礎設施建設是對環境造成巨大影響的重要人類活動之一[1-2]。近年來，中國城市化進程的快速推進使全國城市化率2010年末達49.95％，城市建成區面積由2000年的22427 km2上升到40058 km2[3-4]。幾十年來，在“要想富。先修路”思想的引領下，國家及各級地方政府對于交通基礎設施建設的投入持續大幅增加。以公路建設為例，全國公路網總里程即將在2010年398萬 km基礎上，到2015年增至450萬km[5]。一個覆蓋全國的巨大城鎮-交通網絡網絡已經初步形成并正在日益完善。該網絡系統在不同空間尺度上，對我國國土空間產生分隔效應，并在景觀尺度上表現為區域景觀的深度破碎化[6-7]。

景觀分隔和破碎化所引發的諸如棲息地破碎、縮小，生物多樣性降低，景觀障礙增多、動物遷徙困難，空氣、水、固廢污染滯留等系列生態破壞效應[8-9]，對區域生態安全構成嚴重威脅[10-11]。國內外學者對此問題進行了廣泛的研究并試圖提供解決方法[12-15]。蘭州大學李太安等在全國尺度上對我國由于城市和道路建設所造成的景觀分隔效應進行了首次分析嘗試，其研究指出道路分割生態基質嚴重影響生態系統完整性，道路規劃者需要從景觀尺度而非運輸廊道本身審視生態影響。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

圖1 研究區福建省區位

福建省地處中國東南，介于北緯23°32′—28°19′，東經115°51′—120°52′之間，背山面海，與臺灣一水相隔(圖1)。全省陸地面積12.40萬 km2，境內山地、丘陵占全省面積80％以上，森林覆蓋率達62％，居全國第一。全省轄9個設區市、26個市轄區、14個縣級市、45個縣(含與大陸沒有道路交通相連的金門縣)。在本研究基準年份(2007年)，全省城市化率為48.7％，城市建成區面積為917.5 km2[18]。

近年來，福建境內沈海、福銀、廈蓉、京臺等一批高速路相繼建成通車，全省公路形成“一縱兩橫”的高速路、“兩縱兩橫”的國道、“八縱九橫”的省道為骨架的公路網系統。至2007年底，全省公路通車里程達86926 km，公路密度達0.716 km/km2。其中，高速路通車里程達1366 km[18]。

1.2 跨邊界有效柵格

(1)

式中,meff(j)為第j個報告單位柵格面積值；Atj為第j個報告單位總面積大小；Aij為第j個報告單位中第i個斑塊面積大小。

該指標的數學解釋是：以某一報告單位內柵格的平均面積大小來指示該報告單位內兩個隨機點同時落在同一斑塊內的概率[14]。從生態學角度來看，該指標顯示動物活動范圍的大小和種群豐富度的高低。因為，兩個任意點落入同一斑塊的概率值大小直接與斑塊面積大小相關，斑塊面積越大，則概率值也越大，則動物在其棲息地斑塊內活動范圍更廣，個體處在同一區域的概率更大，更有利于繁衍、遷徙等活動，有利于維持和提高種群豐富度。

(2)

1.3 數據來源

本研究將福建省道路交通網絡按類別和等級分為：鐵路、高速路、國道、省道、縣道(含建成區外城市街道)。各類交通設施有效寬度及其選擇依據見表1。全省城鎮建成區范圍根據“福建省情地圖集2009年2月版”經過數字化處理得出。

福建省城鎮建成區、鐵路、高速路、國道、省道及縣道網絡構成的城鎮-交通網絡見圖2。構建該網絡所使用的基礎數據來源為：交通和建成區數據由福建省情地圖集經ArcGIS 9.3數字化處理得到；TM遙感影像下載自遙感數據查詢系統http://ids.ceode.ac.cn/query.html；福建省地市行政區劃數據取自中國科學院城市環境研究所地理空間基礎數據庫。鑒于本研究所使用的交通數據只細化到縣道，因此沒有縣道和不與大陸公路連接的島嶼被舍棄。福建省各地市城鎮建成區及交通設施占地情況統計匯總見表2。

表1 研究區各類交通設施分類統計

圖2 福建省城鎮-交通網絡

2 結果

從圖2及表2可見，福建省城鎮-交通網絡在東南沿海地區密集分布，并以福州市和廈漳泉3市形成雙核心格局。向西、向北則逐漸稀疏。南平市城鎮-交通網絡密度最低(用地面積比0.012)。從道路分布格局看，交通干線(鐵道、高速路、國道)經過地帶密度較高，形成三橫兩縱的骨架，省道、縣道都沿此骨架向全省空間范圍拓展。

2.1 福建省景觀分隔現狀

由福建省城鎮-交通網絡分隔景觀基質所產生的斑塊分級見圖3。從區域分布看，廈門、泉州、漳州3市(廈、泉、漳地區)集中了全省最密集的斑塊面積小于50 km2的小斑塊。景觀破碎化嚴重區域主要位于沿海(海岸線向內約10 km范圍內)、城鎮周邊和交通干線兩側。由圖3可見，上述地區聚集了大部分的小面積斑塊。福建省景觀破碎化嚴重區域呈三橫兩縱展開。其中，三橫分別由西向東通向福州、泉州、漳州，兩縱則由南向北，一條沿海從漳州經過東部各市到寧德，一條平行于海岸貫穿西部三明和北部南平。

表2 各地市城鎮-交通網絡用地面積統計

*該比率指建成區面積占該行政區國土面積比率；**該比率指該行政區內交通道路緩沖面積加建成區面積占國土面積比率

圖3 福建省城鎮-交通網絡分隔景觀基質現狀

面積為0—15 km2的斑塊數量最多，但所占面積比率最小。面積比率最大的景觀斑塊面積大小位于301—500 km2之間，占全省面積的近20％。1000 km2以上的斑塊面積比率超過20％，表明福建省還存在大面積生態完整性較良好的區域(圖3，表3)。

以300 km2為標準劃分景觀斑塊大小，并以地級市為單位，分級統計景觀斑塊。東部6市和西部3市分別集中了小斑塊和大斑塊。廈門、泉州和漳州3市小于300 km2的斑塊面積占全市面積比率，以及該級斑塊數量占全市斑塊數比率均高于南平、三明和龍巖3市。其中南平市擁有研究區最大斑塊，其值為2361.5 km2(圖4)。

2.2 福建省景觀破碎化現狀

2.2.1 地市尺度上的景觀破碎化評價

以地級市為報告單位，福建省景觀破碎程度整體格局呈現西輕東重、北輕南重格局。東部沿海6市(寧德市、福州市、莆田市、泉州市、廈門市、漳州市)中除了莆田市，其他5市跨邊界有效柵格值均低于600 km2，而西部3市(南平市、三明市、龍巖市)的值均高于600 km2。

西部3市的景觀破碎程度由北向南漸次加重。東部6市也有同樣趨勢。以莆田市為界，北部寧德市和福州市的景觀破碎化程度明顯輕于南部的泉州市、廈門市和漳州市。景觀破碎化最嚴重區域位于以廈門市為核心的廈門、泉州和漳州3市(其跨邊界有效柵格值均在400 km2以下)。最輕微區域位于北部的南平市。其他5市則處于這兩極之間(400—800 km2)，整體呈現三級梯度分布(圖5)。

表3 研究區景觀斑塊分級統計

*該比率指該類斑塊數量占全部斑塊數量的比率；**該比率指該類斑塊總面積占研究區總面積比率

圖4 各市分級斑塊數及面積比率

圖5 以福建省地級市為報告單位的跨邊界有效柵格計算結果

2.2.2 縣(市、區)尺度上的景觀破碎化評價

圖6 以福建省各縣(市、區)為報告單位的值計算結果取值范圍為1.8 km2到1304.1 km2

以縣(市、區)為報告單位，其計算結果進一步證實了福建省景觀破碎化西輕東重、北輕南重的整體格局(圖6)。將84個縣(市、區)的跨邊界有效柵格值由小到大排序，排名前42位以內(上半區)的縣(市、區)，除西部龍巖市武平縣外，其余41個縣(市、區)都隸屬東部6市。排名后42位以內(下半區)的縣(市、區)， 29個縣(市、區)隸屬西部3市。

3 討論

3.1 對比分析

3.1.1 區域差異與影響因素

福建省城鎮-交通網絡造成的景觀破碎化整體上呈現北輕南重、西輕東重的空間格局。以行政區域統計，跨邊界有效柵格值由小到大分為第1組團(廈門市、泉州市和漳州市)，第2組團(寧德市、福州市和莆田市)，第3組團(南平市、三明市和龍巖市)。以地理區位分析，全省景觀破碎化程度由沿海向內陸次第減弱。結合交通網絡的布局分析，景觀破碎化嚴重區域沿交通干線成帶狀分布。

福建省地勢由西北向東南漸次下降。閩西、閩中兩大山帶從北至南斜貫福建省。省內閩江、晉江、九龍江下游沖積成四大平原(漳州平原、福州平原、泉州平原、興化平原)[18]。西部、北部地區較大的地形坡度限制或阻礙了城市擴張和交通建設[14]。沿海地區則與之相反。地理地形空間格局的差異是造成84縣(市、區)景觀破碎化由內陸向沿海漸次加重的重要原因。

此外，中國沿海地區是經濟活動最為活躍的區域。福建省大規模的出口經濟活動導致沿海城市化和交通基礎設施建設規模、速度遠高于內陸[22]。景觀破碎化作為人類經濟活動的一種生態效應，呈現出由沿海向內陸的擴散趨勢。同時，交通干線兩側景觀破碎化程度顯著嚴重的現象再次表明了交通基礎設施生態效應研究的迫切性[14]。

3.1.2 國內外對比分析

國內同樣處于沿海地帶的江蘇省景觀破碎化程度高于其他各省市，應與該省處于人類活動強度居全國之首的長三角經濟圈有密切關系[24]。

圖7 國內外地區跨邊界有效柵格值比較圖

在未來的經濟發展和城市、交通基礎設施建設中，廈泉漳3市應當通過采取相應生態工程技術措施，設法避免景觀的進一步破碎化，防止生物多樣性繼續降低并修復遭到破壞的環境生態功能[15]。而南三龍3市由于尚存良好的生態保育機會，應設法維護目前良好的生態完整性，防止先破壞后修復[25]。

3.2 生態影響與生態規劃

城市化進程和交通基礎設施建設為經濟社會發展做出了重大貢獻，同時也加劇了對區域生態系統的擾動，導致棲息地破碎、縮小，生物多樣性降低、道路交通致死等[9]。其直接表現為景觀破碎化程度的加強，最終結果則是對生態系統完整性的破壞[6]。為緩解和預防由城鎮-交通網絡對于區域生態安全的影響，道路交通設施的生態效應研究和相應的工程技術手段研究亟待加強。

受未來新一輪的城市化發展和交通建設影響，福建省中西部面臨景觀破碎化加重和生態功能衰減的挑戰。生態型的道路規劃、城市建設，以及緊密結合城鎮、交通發展的景觀規劃急需得到重視和實施[15,26,27]。一些國外的方法措施值得借鑒，如合并道路、建立生態聯通廊道等。這些措施致力于提高景觀斑塊之間的景觀連通性，提升斑塊景觀生態功能。本研究的結論可為相關領域工作者提供參考信息，便于認識現狀、進行分析或劃定標準閾值等。

3.3 關于指標

由于數據可獲得性等方面的考慮，本研究的空間分辨率限于縣(市)尺度。只選擇了有硬化路面的高速路、國道、省道等。還有許多引發景觀分隔效應的分隔因素沒有被納入考慮，包括鄉道、未鋪筑路面和水體、山巖等自然因素[12]。此外，由于新農村建設和村村通家家通道路工程的建設，舊道路翻新改造等，尚有大量的交通路面沒有被納入本研究范圍。采用更高精度的航片數據固然可以將此類數據納入并提高精度，但是，此類因素的生態影響方式和程度尚未確定，因此也無法和上述有鋪裝路面的景觀分隔效應進行簡單的類比。各類分隔因素本身性質的不同也會導致其生態效應的不同。例如水域、河流既可以作為分割要素，但同時也具有廊道功能，有利于生物分布和遷徙。而未鋪筑路面、橋梁、隧道的景觀障礙性顯然不如高速路。

4 結論與展望

景觀破碎化對區域生態系統造成破壞和擾動。如何通過生態修復與保育手段緩解、消除城市化和交通基礎設施建設帶來的此類影響，是重要的后續工作。與此相關的景觀規劃、生態規劃、道路生態技術等研究、實踐急需展開。由于城鎮-交通網絡的生態效應呈現中尺度區域特征，以往對于城鎮節點生態影響的研究需要向區域網絡拓展。此外，跨邊界有效柵格指標在不同景觀尺度上的適用性和轉換方法也是下一步研究驗證的要點。

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