生物保護視角下鄉村景觀生態安全格局構建—以山西省臨汾市汾西縣永安鎮后加樓村為例

王嘉, 高靜, *, 袁睦茜, 孫喬昀, 李帥

生物保護視角下鄉村景觀生態安全格局構建—以山西省臨汾市汾西縣永安鎮后加樓村為例

王嘉1, 高靜1, *, 袁睦茜1, 孫喬昀2, 李帥3

1. 太原理工大學建筑學院, 太原 030024 2. 北京林業大學園林學院, 北京 100083 3. 笛東規劃設計（北京）股份有限公司, 北京 100029

近年來隨著鄉村快速發展, 鄉村景觀格局發生了巨大改變, 同時對生物生境產生了嚴重威脅, 如何以景觀的視角對村落動物棲息地進行識別并保護是村落生態安全格局構建中的重要問題。選取山西省臨汾市汾西縣永安鎮后加樓村作為研究對象, 通過MCR模型構建代表種運動阻力面, 把單一物種阻力面疊加, 運用回溯成本柵格判別生態廊道和生態節點, 依此構建研究區動物保護安全格局。結果顯示: (1)研究區生態源地面積74.25 hm2, 占研究區面積28.17%, 主要由林地和草地組成; (2)研究區景觀格局分為核心區、緩沖區、控制區3個層級, 分別占比41.64%、65.56%和76.88%; (3)識別生態廊道10條, 生態節點6個, 合理優化研究區土地格局對維護村域生態安全尤為重要。本研究可為今后村域生態保護和規劃提供新的思路。

景觀生態安全格局; 最小累積阻力模型; GIS; 動物保護; 后加樓村

0 前言

生物多樣性喪失是一個全球化問題, 受到社會廣泛關注。我國村落生態系統覆蓋了國土面積的一半, 成為我國生物多樣性的重要組成部分[1]。相對城市而言, 村落可以為動物提供更適宜的生境, 許多野生動物會選擇農區或農區邊緣作為棲息地, 然而近年來隨著鄉村景觀的建設, 鄉村景觀格局發生了巨大改變, 這些改變對動物棲息地造成了嚴重的破壞, 并且對原有動物生存造成了巨大威脅[1–2]。對于鄉村而言, 如何科學有效地保護動物多樣性是鄉村發展中亟待解決的問題。國內外學者在生物多樣性保護規劃中構建了3種景觀格局優化模式[3]: 即“集聚間有離析”模式、“景觀安全格局”模式、“綠色基礎設施”模式。目前國內外景觀生態安全格局的研究多集中在城市和小流域層級[4–6], 村域層級的研究較少, 本文借鑒“景觀安全格局”模式[7], 對后加樓村域動物保護安全格局構建提供規劃導則, 并為今后村落生態規劃提供新思路。

1 研究區域概況

后加樓村位于山西省西南部, 隸屬于臨汾市汾西縣永安鎮, 地處東經111°34′26—111°35′46, 北緯36°41′03—36°42′19, 東西寬1.97 km,南北長2.32 km, 全村總面積2.63 km2。村落海拔在750—1000 m, 屬于梁峁狀黃土丘陵區, 村莊依山傍水, 地貌呈階梯狀從下而上, 如樓房般層層疊疊, 加樓村由此而得名。村內回祖河與對竹河交匯, 但由于黃土高原地區水土流失嚴重和村內礦山的挖掘, 導致后加樓村內兩條河流成為季節性河流。后加樓村地處溫帶大陸性氣候區, 年平均降水量550 hm, 四季分明, 晝夜溫差大, 年平均氣溫10.5攝氏度, 日照2600小時, 無霜期187 d。后加樓植被以針葉闊葉混交林為主[8], 由于地處黃土高原地區, 植被覆蓋率僅為34.1%, 水土流失率為50.2%[9], 動物生存環境不容樂觀, 生境破碎化嚴重。

2 研究數據與方法

2.1 數據來源及處理

土地利用數據來源于中國科學院地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)，選取2018年4月Landsat 8OLI遙感影像作為基礎數據, 依據《土地利用現狀分類》[10], 結合研究區實際情況, 將土地覆蓋類型歸結為耕地、林地、草地、園地、水域和建設用地6類。通過地理空間數據云的GDEM30 m精度數據獲取DEM 高程, 在ArcGIS10.4 中進行拼接、裁剪，用于提取坡度和坡向等數據。

2.2 研究方法

研究首先選用胡遠滿[11]在生境研究中提出的名詞“代表種”作為研究動物的稱謂, 選取適合的代表種并對其生態學習性進行研究。其次根據毛齊正[12]等人的研究, 將影響研究區生物多樣性的原因歸納為三類: 自然環境因素、人類社會因素和土地利用因素。通過三個層面的評價因子作為研究區動物生境適宜性評價要素, 構建“自然環境—人類社會—土地利用”三維綜合的生境適宜性評價體系, 并判別出代表種適宜生存的生境。運用Knaapen 等人提出的MCR模型(最小累積阻力模型)[13], 通過GIS建立代表種水平擴散阻力模型, 構建單一物種阻力面; 最終將所有單一物種阻力模型進行疊加并進行人工判別規劃出村域綜合生物安全格局, 并依據該安全格局提出動物保護安全格局理論模式(圖1)。

3 結果分析

3.1 后加樓村代表種的選擇

3.1.1主要生境類型

后加樓村村域總面積為263 hm2, 其中山區森林面積為97 hm2,占村域總面積36.88%, 包括有林地、灌木林地、灌草叢等; 果園、耕地等人工栽培植被面積為115 hm2, 占村域面積43.73%; 境內有對竹河與回祖河兩條季節性河流, 水域總面積為13 hm2, 占村域總面積4.94%; 村莊建設用地面積為38 hm2, 占村域面積的14.45%。根據上述用地分類, 將境內動物主要生境類型分為林地、園地、耕地、草地、河流5種類型。

圖1 村域動物安全格局構建流程

Figure1 Construction process of safety pattern for animal in the area of village

3.1.2 選擇代表種

在選取代表種時, 應考慮其代表性和在生態系統中存在的地位, 同時能夠反映生境的特點[14]。對于后加樓村, 考慮到其獨特的黃土高原地區地形地貌、特有的生境系統及村落人為干擾程度, 認為應選擇: 1)對其他物種或某類生境具有代表作用; 2)不選擇瀕危物種或伴人物種[15]; 3)相關資料充足, 便于后續優化生物保護安全格局[16]。4)在農業景觀中多選鳥類與哺乳類動物作為代表種[17]。

通過現場調研確定動物在村域內出現頻率, 對村域內動物大致分為四類:哺乳類、鳥類、昆蟲類、爬行類, 由于村內對竹河與回祖河為季節性河流, 故村域內少有兩棲類及魚類。結合上述代表種選擇標準, 在鳥類和哺乳類中選擇三類代表種。由于環頸雉對其他物種具有代表作用且分布較為廣泛, 所以國內部分研究選擇環頸雉作為代表種[18]; 近年來隨著鄉村建設, 農區喜鵲種群數量銳減, 且喜鵲可作為疏林區的指示物種, 因而可成為監測鄉村生境的代表種[19–20]; 狗獾是當地現存體型最大的食肉動物之一, 對于維持當地生態系統的完整具有重要作用[21–23], 因此選擇環頸雉、喜鵲和狗獾做為代表種(表1)。

表1 后加樓村代表種分析

3.2 環頸雉擴散阻力模型構建

3.2.1環頸雉生境適宜性分析

環頸雉俗稱野雞、雉雞, 陸禽, 鳥綱、雞形目、雉科、雉屬, 廣泛分布于我國各省。環頸雉偏好選擇沙棘占優勢的林緣灌木、雜草叢生的地帶, 生境常選擇陽坡和半陽坡, 適宜在15 °左右的坡度上棲息[24]。環頸雉喜好人為干擾較小的生境, 距離建成區越遠越適宜環頸雉生存[25]。參考相關文獻并咨詢專家, 確定對環頸雉生境選址有影響的因子:土地覆蓋類型、坡度、坡向、人為活動干擾。

根據以上分析, 為三個評價層級的不同評價因子確定分值及權重(表2)。根據上述分析, 可以確定后加樓村域內適宜環頸雉的生境, 并將其劃分為核心區、一級緩沖區、二級緩沖區和不適宜區4個水平(圖2), 核心區是環頸雉最適宜棲息的區域, 即為“源”。

表2 環頸雉生境適宜性分析

3.2.2 環頸雉擴散阻力面構建

環頸雉的運動過程主要受土地覆蓋類型的影響, 通過查閱參考文獻確定各個阻力因子對環頸雉運動的阻力系數[24–25](表3)。根據以上阻力系數, 通過 GIS模擬出環頸雉的水平運動過程, 建立環頸雉擴散阻力面(圖3)。

通過文獻研究[26–31]和專家咨詢, 對喜鵲和狗獾分別進行棲息地適宜性評價和遷徙阻力分析, 得到喜鵲和狗獾的擴散阻力面(圖2—3), 分析過程與環頸雉相似, 在此不再詳述。

3.3 綜合生物保護安全格局的構建

將單一物種阻力模型進行疊加, 通過GIS運算最大值, 并進行人工判別, 剔除小于1 hm2斑塊, 得到綜合生物擴散阻力面。通過回溯成本柵格, 計算出最小累計阻力路徑, 獲得后加樓源地之間最小阻力路徑, 即為生態廊道, 并依此判別生態節點, 構建后加樓生物保護安全格局。將該格局分為核心區、緩沖區、控制區三個安全水平: 核心區是源及外圍50 m左右區域, 面積為109.51 hm2, 占村域面積41.64%, 生物多樣性較高, 人為活動干擾較小, 以地域性次生植被為主, 主要包括林地、草地和少量園地。核心區是保障村落動物保護安全格局的底線生態用地, 應保護其自然狀態, 禁止開發建設[32];緩沖區是核心區及外圍50—100 m左右區域, 面積為172.43 hm2, 占村域面積65.56%, 存在一定程度的人為干擾, 以灌草叢為主, 包含部分林地和農用地; 控制區是緩沖區及外100—200 m左右域, 面積為202.17 hm2, 占村域面積76.88%, 人為干擾相對較大, 以農用地為主, 存在部分草地; 控制區是生物保護的最外圍區域, 也是生物保護理想格局。

后加樓村域景觀格局較為破碎化, 主要原因是生態源地之間缺乏連接, 不利于物種的水平運動; 新建生態廊道為10條, 依據朱強等人[33]總結的不同學者有關生態廊道的研究, 認為后加樓村生態廊道構建應分為三個層級, 分別為: 30 m、60 m和100 m。識別生態節點6個, 其中A、B兩個點為新建生態節點, 是廊道上阻力值最大點, 應在此處構建鄉土植物斑塊, 可以促進源間的相互聯系[34–35]; C、D、E、F是現存生態節點, 是現存廊道的交匯點, 也是生物流的關鍵部位, 在這些點減少人類活動, 恢復林地斑塊, 豐富群落層次, 有利于提高景觀連通性(圖4)。

表3 環頸雉運動阻力分析

A: 環頸雉生境適宜性分析; B: 喜鵲生境適宜性分析; C: 狗獾生境適宜性分析

Figure2 Habitat suitability analysis of a single species

A: 環頸雉遷徙最小累積阻力分析; B: 喜鵲遷徙最小累積阻力分析; C: 狗獾遷徙最小累積阻力分析

Figure3 Analysis of minimum cumulative resistance to migration of a single species

圖4 后加樓村生物保護安全格局

Figure 4 Security pattern of biological protection in Houjialou Village

4 結論與展望

4.1 結論

本文從動物保護的角度, 通過構建MCR模型識別研究區景觀生態空間結構要素并對其進行分析化重組, 最終提出優化后加樓村景觀生態安全格局布局方案, 主要結論有:

(1)后加樓村生態源地面積74.25 hm2, 占研究區面積28.17%, 主要集中在林地和草地區域, 該區域應禁止開發建設; (2)除生態源地外, 基于MCR模型構建的研究區生態安全格局中緩沖區、控制區、協調區分別占比41.64%、65.56%和76.88%; (3)研究區源間連通度較低, 識別生態廊道10條, 生態節點6個, 其中原有生態節點4個, 新建生態節點2個, 識別生態廊道和生態節點有利于完善村落景觀安全格局的構建。

4.2 展望

本文通過構建動物保護安全格局對后加樓村域規劃提供指導性建議, 同時為今后村域規劃提供新的思路。但由于目前研究區動物分析資料較少, 只能對現有的資料進行分析, 因此本文的生境適宜性評估并不能完全反映代表種實際的生境。景觀具有復雜性,在最小累計阻力路徑的運算中很難準確地評估景觀阻力值, 最優路徑的選取并不完全取決于土地覆蓋類型, 氣候、坡度等因素也可能影響到實際擴散路徑的選取[36], 生態廊道寬度的設置也會影響構建廊道的合理性[6]。基于GIS的優化的土地利用可能會與實際存在偏差[37], 導致在動物保護安全格局的構建中產生不確定性, 上述問題今后有必要進行深入的研究與探討。

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Construction of rural landscape ecological security pattern from the perspective of biological protection—a case study of Houjialou Village, Yong'an Town, Fenxi County, Linfen City, Shanxi Province

WANG Jia1,GAO Jing1,*,YUAN Muxi1, SUN Qiaoyun2, LI Shuai3

1. School of Architecture, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China 2. School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China 3. DDON Planning and Design Inc, LTD, Beijing 100091, China

In recent years, with the rapid development of the countryside, the landscape pattern of the countryside has changed greatly, and at the same time, it has seriously threatened the biological habitat. How to identify and protect the animal habitat of villages from the perspective of landscape is an important issue in constructing the ecological security pattern of villages. Houjialou Village, Yong'an Town, Fenxi County, Linfen City, Shanxi Province was selected as the research object, and the MCR model was selected to construct the movement resistance surface of representative species. The movement resistance surface of a single species was superimposed, and the ecological corridor and ecological node were identified using the backtracking cost grid to establish a security pattern for animal protection in the study area. The results showed: (1) The ecological source area of the study area was 74.25 hm2, which accounted for 28.17% of the study area, mainly composed of woodland and grassland. (2) The landscape pattern of the study area was divided into three levels:core area, buffer area and control area which respectively accounted for 41.64%, 65.56% and 76.88%. (3) With 10 ecological corridors and 6 ecological nodes being identified, it was significant to optimize the land pattern to maintain the ecological security of the village. This study can provide innovative ideas and directions for future research of countryside ecological protection and planning.

landscape ecological security pattern; Minimum Cumulative Resistance (MCR) Model; GIS; animal protection; Houjialou Village

王嘉, 高靜, 袁睦茜, 等. 生物保護視角下鄉村景觀生態安全格局構建—以山西省臨汾市汾西縣永安鎮后加樓村為例[J]. 生態科學, 2021, 40(1): 155–161.

WANG Jia, GAO Jing, YUAN Muxi, et al. Construction of rural landscape ecological security pattern from the perspective of biological protection—a case study of Houjialou Village, Yong'an Town, Fenxi County, Linfen City, Shanxi Province[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 155–161.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.020

TU982.29

A

1008-8873(2021)01-155-07

2019-12-12;

2019-12-20

國家社會科學基金資助項目“城鎮化下古建筑周邊環境景觀設計與地域文化研究”(15BG097); 山西省自然科學基金項目:“山西美麗宜居鄉村風貌建設景觀設計方法”(201801D121173);

王嘉(1995—), 女, 黑龍江牡丹江人, 碩士, 主要從事風景園林規劃與設計研究, E-mail:835354195@qq.com

高靜(1969—), 女, 山西太原人, 博士, 副教授, 主要從事風景園林規劃與設計研究, E-mail:jane2768@126.com