野生哺乳動物生態廊道構建

孫珊 齊增湘 周敏 白瑾瑾 呂婧瑋 劉鑫

摘要 利用最大信息熵模型對大湘南區域的云豹生境進行了適宜性評價分析，并根據適宜性評價分析結果利用地理信息系統軟件（ArcGIS）的最小累積阻力模型構建云豹保護廊道，結果表明，大湘南地區云豹生境面積為2718.87km2，占全區域總面積的6.5%，其中適宜生境460.11km2，次適宜生境2258.76km2，云豹生境集中分布于遠離人類且植被保持良好的中高海拔山地森林;根據最小累積阻力模型生成的湘南地區潛在云豹保護廊道共23條，其保護廊道總長為13580km，并構成了“三核兩橫四縱”的生物多樣性保護網絡構架，提出優化生態網絡的有效措施。

關鍵詞 野生哺乳動物;生態廊道;生態網絡;構建;大湘南云豹

中圖分類號 S.863文獻標識碼A文章編號0517-6611（2021）07-0081-04

AbstractThemaximuminformationentropymodelwasusedtoevaluatethesuitabilityofthecloudedleopardhabitatinsouthernHunan，andthecloudedleopardprotectioncorridorwasconstructedusingtheminimumcumulativeresistancemodelofgeographicinformationsystemsoftware（ArcGIS）accordingtotheresultsofthesuitabilityevaluationandanalysis.TheresultshowedthatthecloudedleopardhabitatareaingreatersouthernareasofHunanwas2718.87km2，accountingfor6.5%oftotalareainthewholeareas，including460.11km2suitablehabitatand2258.76km2suboptimalhabitat，andcloudedleopardhabitatmainlyconcentratedinmountainforestsofintermediatealtitudeandhighaltitudewhichwereawayfromhumanbutkeptgoodvegetation.InsouthernareasofHunan，therewere23hiddenprotectioncorridorsofcloudedleopardwhichwereformedaccordingtotheminimalcumulativeresistancemodel;theoveralllengthofthemwas13580km，andbesides，itconstructedthe“threenuclear，twohorizontalandfourvertical”biodiversityconservationnetworkframeworkandputforwardtheeffectivemeasuretooptimizeecologicalnetwork.

KeywordsWildmammals;Ecologicalcorridor;Ecologicalnetwork;Construction;CloudedleopardingreatersouthernareasofHunan

作者簡介 孫珊（1995—），女，山東淄博人，碩士研究生，研究方向：景觀設計。*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事生態規劃研究。

由于城鎮化及道路交通的發展、農業建設用地擴張等人為干擾的現象愈來愈多，景觀生態破碎化現象日益嚴重，這些人為干預活動造成了生態系統功能的弱化及退化、生境嚴重破碎化、生物棲息地喪失及其物種滅絕。其被割裂的自然景觀殘遺斑塊成為了一座座“生態孤島”，種群被迫分割成為小種群，導致許多物種逐漸消失[1]。近年來，由于大規模的人類活動的影響，直接割裂了物種生境的整體性和連通性，隨著景觀生態學的不斷發展，孤立的自然保護區等生態保護地已經不能滿足生物多樣性保護的要求，因此解決生物多樣性保護等諸類問題需要加強自然保護區之間的聯系，通過將自然保護區相連接的方式構建潛在生態廊道，形成生態網絡。維持孤立棲息地斑塊間的連接，構建生態廊道已成為消除生境破碎化的一個重要途徑[2]。生態廊道對于保護生物多樣性、維護生態平衡、改善生境破碎化有重要作用。構建生態廊道并對所形成的生態網絡進行優化，對實現生態系統可持續性發展具有重要的意義。

在不同發展階段，不同學科與不同領域的學者對生態網絡的關注點也不同。如今歐洲的生態網絡側重關注如何在高速經濟發展的情況下盡量減少對土地的人為干擾、維持區域生物多樣性、保證野生動物棲息地完整性以及河域的恢復和保護[3]。相較于歐美國家，我國對于生態廊道研究及生態網絡建設起步較晚，在國外學者對生態網絡規劃研究的影響下，生態網絡逐步被我國所接受。近年來，國內外學者廣泛運用最小累積阻力模型進行廊道的構建。Wang等[4]將大熊貓定位為傘護種，建設單傘物種廊道對同域物種進行生態保護，生物多樣性保護廊道，對大尺度多物種保護的研究較少，對多物種生態廊道建設有一定的指導意義。Dilt等[5]保護莫哈夫松鼠的研究方法是建立在景觀連通性方法的基礎上，包括圖論、電路理論和最小成本路徑分析，確定了核心棲息地和關鍵走廊或踏腳石棲息地的優先保護區，用于廣泛的分類群。楊志廣等[6]以廣州市為研究區，采用形態學空間分析法（MSPA）和景觀指數法，提取景觀連通性較好的核心區為生態源地;基于最小累積阻力模型（MCR）構建廣州市的生態網絡，通過重力模型和連通性指數定量分析，優化生態網絡。張遠景等[7]以哈爾濱中心城區為研究區，運用GIS和CA-Marcov模型對生態網絡安全格局進行模擬優化。目前，最小累積阻力模型已經廣泛運用于構建生態廊道及生態網絡的研究中。

湘南地區受特殊的地理環境和地形的影響，野生動植物有1000多種，資源豐富，國家一級重點保護野生動物有華南虎、云豹、蟒蛇等，國家二級重點保護野生動物有林麝、斑羚、蘇門羚、金貓、水鹿、穿山甲等。野生哺乳動物大多分布于自然保護區中，自然保護區缺少區際間物種遷移和基因交換的通道，生活在保護區內的種群與外界的種群長期隔離且維持種群生存力的能力有限，最終將會趨于滅絕。自然保護區對云豹及其他同域物種的保護貢獻亦是有限的。因此，像云豹、金錢豹、華南虎等處于破碎化生境中的瀕危物種，應該準確確定其生境，對其進行合理保護的同時建立起生物多樣性保護廊道提高其生境間的連通性，此舉有利于維持云豹種群的擴散、繁殖，是保護物種持續生存的最佳途徑。云豹生性極為謹慎，成年云豹的棲息活動面積約為40km2，中低海拔的闊葉林為其適生生境。云豹主要以猴、小麂、穿山甲、野豬、果子貍、林麝、斑羚、蘇門羚、松鼠、水鹿、野兔等為食[8]。作為生態系統頂消費者的云豹，對生態系統的穩定發揮著關鍵的作用，它直接或間接地控制食草的初級消費者的數量和狀態，對自然界的生態平衡有著舉足輕重的作用。由于其生境范圍較廣且基于食物鏈捕食關系的耦合機制，將其定義為傘護種，同時兼顧保護其他的同域野生動物，因此以云豹標準構建生物多樣性保護廊道，其他的同域物種均能由此通過。筆者運用最大熵模型（MaxEnt）和地理信息系統軟件（ArcGIS）對湘南地區云豹的生境進行預測，并根據云豹生境斑塊構建生物多樣性保護廊道，通過廊道的連接建立有效維持云豹生存與進化的生態網絡系統，以期為湘南地區云豹及其同域物種的保護規劃提供現實指導和基礎資料。

1資料與方法

1.1研究區概況

大湘南地區（24°39′～26°51′N，111°06′～114°14′E）包括湖南省南部郴州和永州地區，由23個縣（縣級市）組成，總面積41828km2，其地理位置毗鄰廣東、廣西、江西，是典型的梯級過渡地帶，境內最高點為羅霄山脈，最高峰海拔2061.3m。湘南地區所處的氣候帶為中亞熱帶濕潤氣候，全年平均氣溫17.8℃，7月最熱平均氣溫29.3℃。作為野生哺乳動物主要棲息地的自然保護區，由于受高大山體的影響，垂直氣候特征明顯，由山麓到山頂可分為北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶和亞寒帶。特殊的地理環境和地理位置蘊育了豐富的生物多樣性，對生物的多樣性保護規劃具有重要意義。

1.2數據來源與處理

該研究所涉及的數據有湘南地區的DEM數據、用地類型/覆蓋、植被類型數據、自然保護區云豹數據點分布等。其中DEM數字高程數據來源于USGS官網和地理空間數據云，并由此生成坡度、坡向數據，空間分辨率為90m。景觀用地類型數據、人類活動數據點以及植被類型數據等來源于國家基礎地理信息中心。自然保護區云豹數據點源于郴州市林業局的調查報告提供的云豹痕跡點為基礎數據。

1.3研究方法

1.3.1MaxEnt模型。

最大熵模型（MaxEnt）是由Phillips等[9]開發的一種基于生態位原理，用于評價及預測物種生境分布的模型。模型運用物種“痕跡點”的GPS數據，整理分析研究區內符合物種適生區內的各種環境變量因子的相似條件，探尋與物種適生區環境條件相似的環境像元，由此得到目標物種在研究區域內的生境分布。模型具有良好的預測能力，廣泛應用于目標物種在研究區域的生境評價、預測其適宜和潛在分布空間、氣候變化對物種分布的影響和入侵物種監測等多方面內容[10]。

1.3.2基于最小累積阻力模型的潛在生態廊道模擬。

最小累積阻力（minimumcumulativeresistance，MCR）模型起源于物種擴散過程研究，用于表達物種從源到目標所需耗費的代價[11]。MCR模型的表達公式如下：

1.3.3云豹生境模型構建。

將湘南地區云豹分布點數據和環境變量數據導入MaxEnt3.3中，隨機選取75%的點用于建模，剩下25%的點用于模型驗證，其他參數為模型默認值，輸出結果是在0～1區間內的連續柵格數據，結果數據在ArcGIS中做進一步分析。

1.3.4云豹生態廊道模擬。

1.3.4.1生態源地的確定。

生態源地是物種擴散和維持的源點，是促進生態過程發展的景觀類型[13]。“源地”的內部同質性和外部擴張性促成其作為物種擴散和維持的自然棲息地，對維持生態系統結構、功能和過程及提供人類福祉具有重要作用[14]。“源”是區域內生物多樣性的集聚地，根據調查報告提供的云豹痕跡點和湘南地區的環境變量數據為基礎數據，利用MaxEnt模型預測云豹的適生生境。

1.3.4.2生態阻力面構建。

物種在不同源地間交流、遷徙，必將會跨越不同的景觀類型，不同景觀產生的阻力大小不同[15]。潛在生態網絡是由景觀源質量、不同景觀類型的景觀阻力決定的，不同景觀生態源地之間只有克服了阻力才能實現景觀流空間運作[16]。在國內外已有景觀阻力相關研究基礎上，結合湘南地區的實際情況，根據可量化與可選取性原則，選取景觀用地類型、坡度、海拔、道路距離作為阻力層，依據專家打分法給不同的景觀因子賦予不同的阻力值，采用層次分析法（AHP法）確定各個阻力因子的權重。

1.3.4.3構建潛在云豹生態廊道。

生態廊道指主要起連接、過濾作用的線性空間，其主要通過連接各綠地斑塊以及連接綠地斑塊與其他斑塊來提升綠地生態網絡的景觀連接度以及生態功能[17]。通過MCR模型進行計算，將所有源地間兩兩連接生成廊道，將兩兩源地之間的最小耗費路徑進行空間合并疊加，將其重復路徑剔除，得出最終云豹及同域物種的生態廊道。

2結果與分析

2.1云豹生境評價

生境評價結果表明（圖1），在大湘南區域的云豹生境集中分布于莽山國家自然保護區、楊東山、八面山國家自然保護區、大瑤山、蘇仙嶺風景區、陽明山等中高海拔山地森林，這些地區遠離人類干擾，自然植被保存良好，并有豐富的物種分布。大湘南地區云豹生境面積為2718.87km2，占全區域總面積的6.5%，其中適宜生境460.11km2，次適宜生境2258.76km2。

2.2云豹生態廊道模擬

2.2.1源斑塊的確定。

該研究源斑塊是對云豹及同域物種有重要的生態意義的斑塊，是生態網絡的生態節點，選取源斑塊的重要依據是斑塊的功能類型及面積大小，不同景觀用地類型及斑塊面積大小對生物多樣性有非常重要的意義。以MaxEnt模型預測的生境結果以及云豹的活動范圍區間及面積大小為依據，整理選擇了13個重要生態源地作為生態網絡構建的源斑塊并標注序號，面積均大于40km2（圖2）。

2.2.2生態阻力面構建。

依據景觀阻力面構建方法，在ArcGIS10.2得到研究區域的景觀用地類型消費面、道路干擾消費面、DEM消費面。將其3種數據加權疊加進行消費面的求得，其用地類型消費面、坡度類型消費面和交通活動消費面權重分別為0.5435、0.3997、0.0568（表1），最終形成湘南區域的耗費成本圖（圖3）。從圖3可以看出湘南地區的景觀阻力分布情況，整體來看湘南地區東部阻力相對較低，中部、西北部和西南部阻力相對較高，尤其是居民點和建設用地范圍內的阻力。越接近源斑塊的阻力值相對較低，說明源斑塊節點附近的通達性相對較好。

2.2.3云豹生態廊道構建。

由圖4可知，在大湘南區域最終形成云豹生態廊道23條，其保護廊道總長為13580km。生態廊道構建的困難是隨著寬度的增加而加大的，所以在寬度的選擇上適合云豹物種的寬度即可，云豹生境范圍較大，因此其同域物種均能通過該廊道。完善的生態廊道不僅要完善內部，更要建立與周邊的聯系形成潛在生態網絡并優化生態網絡。

2.3生態網絡優化設計

2.3.1保護核心生態源地。

湘南區域的云豹與同域物種的核心生態源地主要為生物多樣性保護的關鍵區，其為莽山自然保護區（核心區）、八面山自然保護區（核心區）及陽明山脈區域。以上區域對湘南地區生物多樣性保護具有重要作用，同時也是構成“三核兩橫四縱”的生態網絡結構的重要生態關鍵點。建設生物多樣性保護網絡，要保障核心生態源地的完整性及連續性，更要保障其斑塊間的連通性，更好地促進物種之間的遷徙、交流、擴散和繁衍。因此，進行優先保護和建設是作為構建湘南地區生物多樣性保護網絡的重中之重。

2.3.2修復生態斷裂點。

該研究的生態斷裂點是道路與生成的潛在生態廊道的交叉點。物種的遷移難度因生態斷裂點的存在而增大，其很大程度上阻礙了物種在不同生態源地的遷徙和交流。如圖5所示，識別生態斷裂點40個，其大部分均沿著生態廊道分布。因此，如何修復生態斷裂點在生物多樣性廊道的構建應更加重視，可以通過天橋、過境隧道及地下通道等方式促進物種的遷徙、擴散，維持生態連通性，促進物質、能量和信息的正常流通。

2.3.3建設“生態戰略點”。

“生態戰略點”又名“生態踏腳石”，即對相鄰生態源之間有關鍵連接意義的節點，其中包含生態廊道、最小阻力路徑的交點和生態廊道之間的交點。“生態戰略點”是長距離遷徙物種的良好休憩地，由于其阻力值最大因而極其容易遭到破壞，但“生態戰略點”對物種遷徙過程有著不可小覷的影響。根據湘南地區生物多樣性保護實際狀況，確定了41個“踏腳石”（圖6），能夠有效提高物種生境間的連通性，促進云豹及保護傘下的同域物種遷移、交流、擴散、繁衍等，有利于維護湘南區域內生態系統結構的穩定與優化。

3討論與結論

該研究構建的潛在生態廊道對湘南地區生物多樣性保護有重要的意義，亦對維護湘南的生態系統平衡穩定具有重要作用。云豹生境活動范圍大同域物種較多，因而選擇傘護種云豹作為關鍵物種構建生態廊道。運用可獲得的云豹現實地理分布數據點及湘南地區的環境數據確定云豹的生境斑塊，將其作為生態廊道的生態源地，大湘南地區云豹生境面積為2718.87km2，占全區域總面積的6.5%，其中適宜生境460.11km2，次適宜生境2258.76km2。綜合考慮物種在遷徙過程中的不同阻力，運用最小阻力模型構建湘南地區生態廊道，在此基礎上根據湘南真實現有狀況構建生態網絡框架，并優化其網絡。結果顯示，湘南地區潛在云豹保護廊道共23條，其保護廊道總長為13580km，生態廊道用地類型最主要的是有林地和灌木林地。構成了“三核兩橫四縱”的生態網絡結構，并提出優化生態網絡的有效建設措施。

目前，該研究由于現實條件的限制，未能在野外實地考察云豹的現實地理分布數據，其數據是查閱相關參考文獻及當地林業部門所提供。在預測云豹及同域物種生境、生成潛在生態廊道的過程中，未考慮過多的社會經濟數據，因此廊道構建存在一定的主觀性。由于確定云豹為傘護種構建的生態廊道，對不是其同域物種的其他物種的影響具有不確定性。再者，潛在生態廊道是基于市域尺度的，但野生動物遷徙不僅發生于市內甚至省內，如莽山自然保護區在湖南省郴州市與廣東省韶關市交界處，其存在物種跨越湖南、廣東兩省進行遷徙、交流活動，該研究未考慮到廊道與其他的省域、市域進行有效銜接。在今后研究中要注意實地考察，并綜合考慮社會經濟等因素以及多物種生境對比和聯合的相關問題，進行多維度、多尺度、多物種、多模型的集成與應用。

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