基于景觀連接度的土地整理生態效應評價

李海丹

（南京農業大學 土地管理學院，江蘇 南京 210095）

基于景觀連接度的土地整理生態效應評價

李海丹

（南京農業大學 土地管理學院，江蘇 南京 210095）

生境景觀連接度是反映生物多樣性保護和景觀功能維持狀況的重要指標之一。基于圖論理論的景觀連接度方法可將生物個體和種群的擴散距離與行為反應納入土地整理效應分析之中。本文基于景觀連接度理論方法，以竹鎮鎮重點土地整理項目區雙龍村為研究區，利用GIS平臺和Conefor2.6軟件，選擇反映不同物種空間擴散能力的9個景觀距離閾值，探討了土地整理項目區整理前后不同景觀閾值下連接度的變化；并在此基礎上分析了整理前后各生境斑塊對景觀連接度的重要程度，識別重要斑塊變化規模與空間范圍，從功能角度評價整理后的生態效應。結果表明，整理后的綜合連接度指數（IIC）和概率連接度指數（PC）值分別比整理前平均降低了45.58%，39.03%，說明土地整理對當地景觀連接度造成了不利影響；巨型斑塊對生境斑塊景觀連通性的貢獻大且穩定，且隨著距離閾值的增大，許多小型斑塊、中型斑塊對維持景觀連接度的貢獻作用逐漸增大。

土地整理；景觀連接度；斑塊重要性；生態效應

文獻著錄格式：李海丹.基于景觀連接度的土地整理生態效應評價［J］.浙江農業科學，2016，57（1）：106-110.

土地整理是指采用一系列生物、工程措施，對田、水、路、林、村進行綜合整治，以增加有效耕地面積，提高土地質量和利用率，改善生產、生活條件和生態環境的活動［1］。土地整理的實質是對土地生態系統的重塑，整個過程必然會打破一定地域內土地資源的原位狀態，對區域內的水資源、土壤、植被、生物等環境要素及其生態過程產生許多直接或間接、有利或有害的影響［2］，因此土地整理的生態效應評價顯得尤為重要。近年來，土地整理的生態環境問題引起學術界的廣泛關注，有的學者運用能值分析法、生態系統服務功能價值核算、生態足跡、數學模型等方法定量化研究土地整理的生態環境效應［3-8］，有的學者運用GIS和景觀格局指數從景觀格局與生態過程的角度探討土地整理的生態效應評價［9-11］。已有的研究深化了土地整理生態效應評價的方法，也建立了相對完整的指標體系，但是基于景觀過程和功能變化的生態效應評價卻較少。

景觀連接度描述了景觀要素在其生態過程和特定生態功能上的有機聯系，具有能夠促進或阻礙景觀內物種和生態流過程在斑塊間運動行為的作用，直接影響著景觀生態功能［12］，而景觀生態功能的變化又會導致物質能量流動、干擾傳播等生態過程以及生物遷移擴散運動的變化［13］。基于圖論理論的景觀連接度方法可以直接利用景觀基礎空間數據，不僅考慮景觀的空間布局，還能將生物個體和種群的擴散距離和行為反應納入分析之中［14］，即能從功能連接度的角度探討景觀連接度的狀況，并且可以得到景觀中每一單獨生境斑塊對于維持現存連接度的貢獻程度。本文基于景觀連接度理論方法，以竹鎮鎮重點土地整理項目區雙龍村為研究區，研究土地整理前后景觀生境連接度變化，識別出影響生物群體的重要地段和關鍵點，以期豐富土地整理生態效應評價方法，并為土地整理項目區的生態用地結構、布局等提供理論參考。

1 研究區域概況

雙龍村（32°28＇52.8″N—32°31＇23.7″N，118° 36＇14.3″E—118°38＇39.9″E）位于江蘇省南京市六合區竹鎮鎮西面，是典型的丘陵地區，屬北亞熱帶氣候，多年平均降水量 941.6 mm，年均氣溫15.6℃。研究區面積635.9 hm2，主要的土地利用類型為耕地、園地、林地、草地、水域及水利設施用地、城鎮村及工礦用地、其他土地，總體生態環境較好。

2 研究方法

2.1 數據及處理

研究數據主要為南京市六合區竹鎮鎮土地整理項目區整理前土地利用現狀矢量圖和整理后土地利用現狀矢量圖（南京市國土資源局提供）。本文將園地、林地、草地、河流水面、坑塘水面、水庫水面、溝渠等土地利用/覆被類型歸并為生態用地類型，在ArcGIS10.0平臺下制作土地整理前后的景觀生境圖（圖1），并利用美國杜克大學研發的Conefor2.6軟件計算各連接度指數。

圖1 項目區土地整理前（a）和整理后（b）的景觀生境

2.2 距離閾值的選擇

景觀連接度指數的計算需要確定景觀斑塊連通的距離閾值，當斑塊間的距離大于閾值，認為斑塊間不連通，當斑塊間的距離小于或等于閾值，則認為是連通的。斑塊是否連通與生物的遷移擴散過程特性有關系。根據文獻記載［15-17］及對南京市六合區竹鎮鎮雙龍村野生動物活動范圍進行的調查，該區鳥類活動范圍大約在30 000 m以內，小型哺乳動物和兩棲爬行動物活動范圍大約在50～1 000 m。據此，本研究設定 50，100，200，500，700，1 000，1 500，2 000和3 000 m等9個距離閾值。

2.3 景觀連接度指數選取

立足于圖論理論，綜合連接度與概率連接度指數，并以矢量數據為基礎的連接度評價指數，可以同時體現景觀的結構連接度及功能連接度，對景觀內的變化相當敏感，能夠較好地反映景觀破碎化，識別墊腳石。同時，概率連接度比綜合連接度考慮了一個更豐富的連接模型，不受相鄰棲息地的影響。所以，本研究選取綜合連接度指數（I I C）和概率連接度指數（P C）來描述項目區整理前后景觀連接度及變化情況。此外，本研究還選取路徑數、成分數來探究項目區整理前后景觀連接度質量的變化，計算方法及意義如下。

2.3.1 I I C

式中：n表示景觀中的斑塊總數；ai和aj分別表示斑塊i和斑塊j的面積；nli j表示斑塊i和斑塊j之間的連接數；Al是整個景觀的面積。0≤I I C≤1，當I I C=0時，表示各生境斑塊之間沒有連接；當I I C=1時，表示整個景觀都為生境斑塊。

2.3.2 P C

式中：n表示景觀中的斑塊總數；ai和aj分別表示斑塊i和斑塊j的面積；表示物種在斑塊i和j直接擴散的最大可能性；Al是整個景觀的面積。0＜P C＜1，P C指數基于可能性模型，其值越大，表示生境斑塊之間連通的可能性越大。

2.3.3 路徑數（N L）

路徑數是連接網絡中任意兩個節點的連續線段，表示個體在景觀中運動可能遵循的路徑。路徑數是直觀測度景觀連接度的一個指標，通常擁有越好連接度的景觀，其呈現出的路徑數就越多。

2.3.4 組分數（N C）

組分指一組互相連通的斑塊，不同組分之間彼此孤立，景觀組分越少，景觀連接度越高。

2.3.5 斑塊重要性值（d1）

斑塊的重要性值非常有助于在景觀規劃和棲息地保護中做決策支持，是量化了的生境斑塊對于維持生境景觀連接度的貢獻作用的大小。可識別如重要的墊腳石等斑塊重要性的變化。在C o ne f o r 2.6中計算綜合連接度和概率連接度的同時，軟件會自動計算景觀內斑塊重要值（dI I C，dP C）。其表達式為：

式中：I表示景觀中的整體，即全部斑塊的綜合連接度指數，Ir e mo v e是從景觀中除去某個斑塊后剩余的斑塊所構成新景觀的綜合連接度指數。

3 結果與分析

3.1 土地整理項目區生境斑塊景觀連接度變化

從表1可以看出，項目區整理后的綜合連接度指數（I I C）、概率連接度指數（P C）都較整理前低，說明土地整理使得項目區景觀功能連接度下降，土地整理對景觀生態功能造成了負面的影響。

表1 整理前后生境斑塊的景觀連接度變化

整理前后生境斑塊N C在50 m時分別為29，9，一方面說明土地整理后生境斑塊間的連通性提高了；另一方面，也反映出原有生境斑塊的大量滅失。隨著閾值增加，組分數減至1，說明此時景觀中所有斑塊能夠互相連接，且屬于同一個組分。當閾值在200 m以內，整理后的路徑數普遍大于整理前的路徑數，說明土地整理后，小范圍內生境斑塊間具有很高的連接度，溝渠在其中起到關鍵的連接作用。

距離閾值越大，I I C和P C整理后的下降幅度也越大，且路徑數減少的也越多，說明土地整理不僅對于遷移距離小的兩棲類和哺乳類動物的遷移擴散過程產生影響，對于鳥類或長距離遷徙的大型哺乳動物也有重要影響。

3.2 土地整理前后生境斑塊重要性變化

因概率連接度（P C）比綜合連接度（I I C）考慮了一個更豐富的連接模型，不受相鄰棲息地的影響，較少考慮基質和道路等廊道的影響。因此，依據生境景觀斑塊重要值的結果，將整理前后生境斑塊重要性從高到低以自然斷點方法分為非常高（dP C＞10）、高（2＜dP C≤10）、中（0.5＜dP C≤2）、低（0.1＜dP C≤0.5）、非常低（dP C≤0.1）5個等級，結合GIS軟件得出不同閾值下連接度重要值斑塊的分布圖。以50 m為例，分析土地整理前后斑塊重要性變化。

整理前生境斑塊重要性“非常高”和“高”的斑塊數為15，生境面積為107.44 hm2，占生境總面積的73.08%，而整理后生境斑塊重要性“非常高”和“高”的斑塊數增加到18個，生境面積減少了近30 hm2，占生境總面積的比重略有增加（74.77%）。整理后，重要值“非常高”和“高”的斑塊除了大型的坑塘與水庫外，其他均為與小水域相連的溝渠，斑塊豐富度明顯下降，這對生物的多樣性造成不利影響：一方面，這些物種對林地、草地的需求往往大于對水域的需求，且人工修建的溝渠常常不能滿足它們生存的需要；另一方面，縱橫交錯的溝渠在一定程度上阻礙著它們的遷移擴散。

4 討論

作為水生動植物的棲息地和農田中動物的遷移廊道，溝渠是影響區域生物活動、種類和數量的重要因素，對保持農業景觀的生物多樣性具有重要意義。但目前的土地整理中，缺少建設生態廊道的觀念，人工溝渠大多采用硬化，六合區竹鎮鎮雙龍村也是如此。因此，修建溝渠時應將動物安全通道也考慮在內，連接各孤立的棲息點，使之成為較完整的生存棲息空間，以保護生物多樣性。盡量避免修建大量標準寬度的溝渠，應根據實際需要調整溝渠寬度并對其進行生態化設計。

通過對土地整理前后景觀連接度的研究，發現土地整理后，綜合連接度指數（I I C）平均降低了45.58%，概率連接度指數平均降低了 39.03%，說明土地整理使得項目區景觀連接度下降，對景觀生態功能造成了不利影響。原有生境斑塊大量消失，重要值“非常高”和“高”的斑塊除了大型的坑塘與水庫外，其他均為與小水域相連的溝渠，斑塊豐富度明顯下降。

總體來看，采用圖論的方法對土地整理項目區進行景觀連接度評價，可提前識別影響生物群體的重要地段和關鍵點，可為項目區規劃、景觀生態型土地整理的建設提供科學的決策依據。

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（責任編輯：高 峻）

F 301.2；Q 149；X 826

A

0528-9017（2016）01-106-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20160140

2015-11-01

江蘇省青藍工程人才計劃項目（804096）；南京農業大學SR T計劃項目（1420A 03）

李海丹（1992-），女，江蘇淮安人，本科生，專業為土地資源管理，E-mai1：1ihaidan426@163.com。