基于图论的景观连接度量化方法应用研究——以福建省闽清县自然森林为例

气候变化和人类活动导致的自然生境丧失和生境片断化使全球生物多样性面临威胁,而有效缓解这类问题的手段之一是维持自然生境的景观连接度。图论分析法作为景观连接度研究的新途径成为研究领域热点,但仍然存在提高距离阈值取值的科学性、充分解读图论连接度指数等有待探究的问题。以闽清县自然森林为对象使用图论分析方法进行了景观连接度的量化研究,提出并使用了距离阈值综合取值方法,联合使用了多种景观连接度指数。研究结果表明,距离阈值综合取值方法能够提高取值的准确性并具有广泛适用性,二进制连接度指数与概率连接度指数能够从不同角度指示景观结构和斑块重要性格局。研究区域90%以上的景观连接度由主要景观组分维持,数量很少的极高重要值斑块数能够对整体连接度水平产生显著影响。面积越大的斑块重要性指数越高,但是极高重要值斑块的重要性指数并不完全取决于斑块面积,而更多的与斑块位置等因素相关。本研究进一步完善图论分析法在景观连接度研究方面的应用,对生物多样性保护工作具有参考价值。     

基于文献计量法的中国景观连接度应用研究进展

景观连接度反映了景观对物种或某种生态过程在生境斑块之间运动的促进或阻碍作用,对维持景观格局及生态过程的完整性和连续性具有重要指示意义。在当前全球环境变化,自然生境丧失和破碎化不可避免的情况下,景观连接度的评价、模拟与应用已成为景观生态学、保护生物学等相关学科的研究热点。基于CNKI和Web of Science数据库,检索1999—2015年间国内发表的景观连接度期刊论文,通过文献计量法,分别从年发文量、来源期刊、研究机构、研究区域、研究目的、景观类型、景观尺度以及研究方法等多个视角分析国内该领域应用研究进展以及发展趋势。经检索共得到文献240篇,其中英文43篇。分析发现,近20年国内该领域年发文量总体呈显著增长趋势;《生态学报》、《生态学杂志》和Urban and Landscape Planning为主要刊载期刊;研究力量集中分布在北京、南京等东部18所科研机构,文献量占到43.75%;研究目标区域也以东部为主(52.2%),而对中西部生态敏感脆弱区研究较少;研究目的以景观规划为主,但针对物种保护的研究较弱,仅占11.25%,且主要关注大熊猫等被公众熟知的珍稀濒危物种;城市、城乡等人工景观是常见的景观研究类型,相比之下,自然景观所占比例较低;研究的空间尺度集中在5000 km2的中小尺度域,占72.5%,景观粒度以30 m的中等分辨率居多。识别出14种具体度量方法,常用的包括最小费用模型、基于图论原理的功能连接度指数和网络结构指数,以及景观格局指数等;关注功能性连接和多方法的综合应用已成为当前研究的趋势;度量方法的一些参数,如最小费用模型阻力赋值或距离阈值选择主要依据专家经验或已有文献,而针对目标物种采用实证研究的则较少。最后,对国内当前该领域的研究现状和不足展开讨论并展望了未来发展,以促进我国景观连接度后续研究。     

基于图论的两栖类生物栖息地网络规划——以黑斑侧褶蛙为例

生物多样性保护和生物栖息地网络建设是目前我国国土空间规划的重要内容,提升生物栖息地网络的景观功能连接度对生物多样性保护具有重要作用.目前,已有研究对生物栖息地网络规划进行了探索,但在实际规划层面仍缺乏可操作性强的技术方法支撑.本研究采用图论方法,聚焦国土空间规划中生物多样性保护和生态网络建设涉及的进行生物栖息地斑块重要...     

景观生态学中生态连接度研究进展

生态连接度对生物迁移扩散、基因流动、干扰扩散等生态过程具有重要作用,是目前景观生态学研究的热点内容.生态连接度是测度景观对于资源斑块间运动的促进或者阻碍作用程度的指标.它主要基于渗透和图论两大理论,通过实验、模型模拟以及指数等量化方法描述区域景观结构和功能的变化,广泛应用在自然景观和城市景观格局优化中,对生物多样性保护以及城市开放空间规划具有重要作用.介绍生态连接度的理论基础、评价方法,应用以及主要结论,并对景观生态学中生态连接度的未来研究方向进行展望,以促进生态连接度研究的进一步发展.     

阻力赋值对景观连接模拟的影响

景观连接度是研究景观结构和生态过程互馈关系的重要内容。在最小成本路径模拟中整合图论理论可有效辨识、评价斑块之间的潜在连接,近些年逐步应用于景观连接模拟、生态网络构建等研究中。理论上,模型的重要参数之一,生物体通过不同景观单元的阻力系数应根据观测与实验等实证研究获取,但大多数情况下简化为土地适宜性评价结合专家经验为土地利用/覆盖类型打分,存在一定主观性与不确定性。因此,设计了1个三因素(阻力赋值方式、景观粒度和景观整体破碎度)的析因实验,以SIMMAP2.0景观中性模型产生的8个模拟景观为对象,研究不同的景观格局下,阻力赋值方式对连接模拟的影响;探讨、总结经验赋值带来的不确定性。结果表明,这3个因素均对景观连接模拟产生显著影响,并存在一定交互作用;阻力赋值绝对大小不会对模拟产生影响;而赋值倾向性能够显著改变最小成本路径的空间位置,并且这种影响程度依赖于景观粒度大小,而与景观整体破碎度交互关系不显著。针对阻力赋值方式与景观结构特征交互作用下连接模拟的规律性变化,提出一些建议,以提高连接模拟的准确性。     

景观连接度的概念、度量及其应用

景观连接度是指景观促进或阻碍生物体或某种生态过程在源斑块间运动的程度,反映了景观的功能特征。景观连接度理论与方法是景观评价、管理和生态规划的重要基础,对于区域可持续发展和生物多样性保护等方面的研究都具有重要指导意义。综述了国内外近10a来有关景观连接度概念、度量方法及其生态学意义的最新进展,并探讨了景观连接度与景观要素间的关系及其潜在应用前景,以期为深入开展景观空间格局与生态过程间关系的研究与应用提供参考。     

景观生态网络研究进展

作为生态学重要的概念与方法,生态网络是景观生态学研究的热点问题,也是耦合景观结构、生态过程和功能的重要途径。景观生态网络对于保护生物多样性、维持生态平衡、增加景观连接度具有重要意义。从景观生态网络的相关理论、研究进展、研究方法模型等进行分析,并对其应用前景进行展望,主要介绍了传统景观格局分析、网络分析、模型模拟等方法的适用性与特点,并分析了景观生态网络在城市景观格局优化、自然保护区规划、生物多样性保护、土地规划等领域的应用,最后提出了研究的主要问题。     

评估不同尺度下农牧地对滇金丝猴景观连接度的影响

基于图论法原理,综合最小费用距离和猴群的最小家域,建立了滇金丝猴栖息地的潜在扩散廊道及廊道缓冲区。在此区域内,根据遗传距离与栖息地连接最小费用距离的相关性,确定了5个不同管理单元间猴群可能扩散的阈值,并根据此阈值计算获得可能连通性指数(PC)去评估不同尺度下农牧地对滇金丝猴栖息地景观连接度的影响。结果表明:在距离为2.15km的廊道缓冲区范围内,5个不同管理单元间猴群可能扩散的最小费用距离阈值为1600,在两个斑块之间的费用距离小于或等于1600时,两个斑块能够连接,猴群可能在这两个斑块进行扩散,超过费用距离1600时,两个斑块不再连接,即猴群在这两个斑块间不会扩散。景观尺度下,PC指数逐渐增加,意味着未来4种不同的农牧地改善情景(C1,C2,C3,C4)都将促进景观连接度的增加;在斑块尺度下,通过确定出的最佳距离阈值,将整个研究区域分成不同的组分,小于或等于阈值的相邻斑块被划分在同一个组分中,大于阈值则不在一个组分中,研究区域中的5个不同管理单元间的猴群被划分在3个不同的组分中,情景C1,C2中组分数量没有变化,意味着连接度没有发生改变,但在情景C3,C4中,组分数量减少,并与相邻的组分融为一个组分,意味着连接度发生改变,滇金丝猴的活动范围扩大,更有利于猴群的基因交流。研究结果将为滇金丝猴栖息地的保护、未来廊道的恢复建设提供科学依据,同时也能为类似的研究提供方法上的参考。     

黑河中游生态用地景观连接性动态变化及距离阈值

景观连接度描述了景观组分在景观格局、过程和功能上的有机联系.本文利用1986、2000和2011年土地覆被数据,基于图论方法,研究了黑河中游生态用地(林地、草地、湿地)景观连接性动态变化,并通过分析不同阈值下景观连接度值的变化揭示了研究区景观的适宜阈值.结果表明: 黑河中游1986—2011年对景观连接度产生重要作用的生态斑块面积呈减少趋势.湿地斑块面积2000—2011年减少幅度较大;草地斑块数量先减少后增加,面积变化不大,但是有斑块破碎化的趋势.不同阈值下景观连接度值的变化验证了距离阈值的正向作用.400～800 m是研究黑河中游物种扩散和生态流运行的适宜距离阈值.选择600 m作为距离阈值时,大型斑块对区域总体景观连接水平影响最为显著,是区域生态系统稳定和健康的关键组成;小型生态斑块虽然占生态斑块总面积的比例不大,但对区域的生态安全格局的维持和改善有较大影响,亦需加强保护与管理.研究结果对干旱区生态系统管理具有重要的借鉴意义.     

基于电路理论的城市景观生态安全格局构建——以湖南省衡阳市为例

生态源地与廊道识别是生态安全格局构建的重要环节,以往研究较多关注物种迁移和扩散最优路径的选择,忽略了物种对路径选择的随机性,致使其结论未能客观地反映物种迁移和扩散过程.以衡阳市主城区为研究对象,利用InVEST模型生境质量分析模块结合Circuitscape 4.0筛选生态源地、生态廊道,继而通过Linkage Map...     

基于景观生态学原理的生态网络构建方法比较与评价

构建良好的生态网络是国土空间生态修复的重要内容,对保障区域生态安全,提高景观连通性、保护生物多样性具有重要意义。基于景观生态学原理,遵循“生态源地识别-综合阻力面构建-生态网络生成”基本模式构建区域生态网络是相关研究的主流做法。但该模式内部各环节所依赖的理论基础差异较大,相应的细化思路方法多元,考虑到尺度特征和景观的空间异质性,综合评估不同方法组合下研究结果的差异对深化原理认知和有效指导实践都具有重要意义。考虑到采用景观生态学原理构建生态网络中各环节技术方法的差异性,选取生态源地识别的4种方法、综合阻力面构建的2种方法以及生态网络生成的2种方法,分别基于最小累积阻力模型和电路理论对比两个视角,通过方法组合形成相应的生态网络并进行对比分析。研究结果表明：(1)由于原理差异,各环节下不同方法的分析结果具有显著差异,主要表现在生态源地的数量、面积和空间分布;阻力面高阻力值分布状况;以及生态廊道、生态节点的数量与格局特征等方面;(2)在基于最小累积阻力模型原理的对比方案中,构建包含Harary指数、整体连通性指数、可能连通性指数、成本比、网络密度、效能鲁棒性和廊道密度7个指标的评价体系,对该方...     

基于MSPA-连接度-空间句法的生态保护空间及优先级识别——以苏锡常地区为例

随着城市化进程的加快,对生态保护空间(Ecological Protect Area,EPA)进行优先级识别已经成为保护生物多样性,缓解城市生态压力,提高土地利用效率的重要方法之一。以苏锡常地区为例,通过形态空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)确定EPA,进而采用景观连接度方法对其优先级进行识别,以优先级较高的林地和水域为"源地",构建EPA网络;同时由于景观连接度方法在识别优先级时,未能体现EPA对物种决策的非等权重影响,因此本研究引入空间句法进一步对EPA进行优先级识别。结果显示:1)苏锡常地区EPA中编号1、2的林地以及太湖的优先级最高,是区域网络的3个中心,需要优先保护;2)引入空间句法的优先级识别结果与基于景观连接度的优先级识别结果存在明显差异,后者优先级较高的8个EPA,在引入空间句法后优先级降低1—2个等级;后者优先级较低的4个EPA的优先级则上升了2个等级。同时也表明:基于连接度-空间句法的EPA优先级识别方法能够反映不同景观要素对物种决策行为的非等权重影响,强化了生态要素的空间配置的生态效应,为明确关键...     

“源”“汇”景观理论及其生态学意义

格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容.景观格局指数是定量分析景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对于景观生态学的发展具有积极意义.基于大气污染中的“源”“汇”理论,在已有研究基础上,提出了“源”“汇”景观的概念和理论.认为根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为“源”“汇”两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中.该理论认为：（1）在格局与过程研究中,异质景观可以分为“源”“汇”景观两种类型,其中“源”景观是指那些能促进过程发展的景观类型,“汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;（2）“源”“汇”景观的性质是相对的,对于某一过程的“源”景观,可能是另一过程的“汇”景观,“源”“汇”景观的分析必须针对特定的过程;（3）“源”“汇”景观区分的关键在于判断景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;（4）不同类型“源”（或者“汇”）景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;（5）“源”“汇”景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域.“源”“汇”景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局.这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善“源”、“汇”景观的理论和方法.     

Source-sink landscape theory and its ecological significance

Exploring the relatiouships between landscape pattern and ecological processes is the key topic of landscape ecology,for which,a large number of indices as well as landscape pattern analysis model were developed.However,one problem faced by landscape ecologists is that it is hard to link the landscape indices with a specific ecological process.Linking landscape pattern and ecological processes has become a challenge for landscape ecologists."Source" and "sink" are common concepts used in air pollution research,by which the movement direction and pattern of different pollutants in air can be clearly identified.In fact,for any ecological process,the research can be considered as a balance between the source and the sink in space.Thus,the concepts of "source" and "sink" could be implemented to the research of landscape pattern and ecological processes.In this paper,a theory of sourcesink landscape was proposed,which include:(1) In the research of landscape pattern and ecological process,all landscape types can be divided into two groups,"source"landscape and "sink" landscape."Source" landscape contributes positively to the ecological process,while "sink" landscape is unhelpful to the ecological process.(2) Both landscapes are recognized with regard to the specific ecological process."Source" landscape in a target ecological process may change into a "sink"landscape as in another ecological process.Therefore,the ecological process should be determined before "source"or "sink" landscape were defined.(3) The key point to distinguish "source" landscape from "sink" landscape is to quantify the effect of landscape on ecological process.The positive effect is made by "source" landscape,and the negative effect by "sink" landscape.(4) For the same ecological process,the contribution of "source" landscapes may vary,and it is the same to the "sink"landscapes.It is required to determine the weight of each landscape type on ecological processes.(5) The sourcesink principle can be applied to non-point source pollution control,biologic diversity protection,urban heat island effect mitigation,etc.However,the landscape evaluation models need to be calibrated respectively,because different ecological processes correspond with different source-sink landscapes and evaluation models for the different study areas.This theory is helpful to further study landscape pattern and ecological process,and offers a basis for new landscape index design.     

Source-sink landscape theory and its ecological significance

Exploring the relationships between landscape pattern and ecological processes is the key topic of landscape ecology, for which, a large number of indices as well as landscape pattern analysis model were developed. However, one problem faced by landscape ecologists is that it is hard to link the landscape indices with a specific ecological process. Linking landscape pattern and ecological processes has become a challenge for landscape ecologists. “Source” and “sink” are common concepts used in air pollution research, by which the movement direction and pattern of different pollutants in air can be clearly identified. In fact, for any ecological process, the research can be considered as a balance between the source and the sink in space. Thus, the concepts of “source” and “sink” could be implemented to the research of landscape pattern and ecological processes. In this paper, a theory of sourcesink landscape was proposed, which include: (1) In the research of landscape pattern and ecological process, all landscape types can be divided into two groups, “source” landscape and “sink” landscape. “Source” landscape contributes positively to the ecological process, while “sink” landscape is unhelpful to the ecological process. (2) Both landscapes are recognized with regard to the specific ecological process. “Source” landscape in a target ecological process may change into a “sink” landscape as in another ecological process. Therefore, the ecological process should be determined before “source” or “sink” landscape were defined. (3) The key point to distinguish “source” landscape from “sink” landscape is to quantify the effect of landscape on ecological process. The positive effect is made by “source” landscape, and the negative effect by “sink” landscape. (4) For the same ecological process, the contribution of “source” landscapes may vary, and it is the same to the “sink” landscapes. It is required to determine the weight of each landscape type on ecological processes. (5) The sourcesink principle can be applied to non-point source pollution control, biologic diversity protection, urban heat island effect mitigation, etc. However, the landscape evaluation models need to be calibrated respectively, because different ecological processes correspond with different source-sink landscapes and evaluation models for the different study areas. This theory is helpful to further study landscape pattern and ecological process, and offers a basis for new landscape index design. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(5): 1444–1449 [译自: 生态学报]