基于生境网络构建优化的生物多样性保护规划途径研究

城市绿色空间是承载生物多样性的关键,以其为基础构建生境网络有助于整合破碎绿地斑块,促进物种交流与迁徙,为生物多样性保护提供基础。现有生境网络构建过程中存在依赖单一模型、忽略区域实际物种情况、网络构建的工作路径尚未统一、输出成果难以与上位规划衔接并在规划层面进行实践应用等问题。在明确生物多样性保护规划工作内容与目标的基础上,综合运用生境质量分析、地理探测器、最小累积阻力模型等模型方法,识别区域生境源地和廊道,并在考虑区域指示物种的基础上补充重要生境节点,构建面向生物多样性保护的生境网络,系统优化了“源地识别-廊道模拟-节点提取-网络构建”的网络构建方法;以对接国土空间规划下的绿地系统专项规划为目标,将生境网络构建结果通过红线比对、绿地分类匹配等途径,从空间管控角度提出保护措施,实现与绿地系统规划的有效衔接,构建统一规范的生物多样性保护规划工作路径,以通城县为例验证工作路径的可行性,优化面向生物多样性保护的生境网络构建方法,为县域绿地系统规划与生物多样性保护规划提供科学依据。

基于生境组团化分析与景观廊道模拟的南京市白鹭生境网络构建与优化

保持生境连通性是全球生物多样性保护面临的主要挑战之一。生境网络构建与优化是一种积极主动的景观策略,但其成效取决于异质性景观背景下生境分布格局与物种响应。以南京市为例、白鹭为目标物种,开展了基于生境组团化分析与景观廊道(LSCorridors)模拟的生境网络构建与优化研究。通过整合生境适宜性评价、干扰度评价、最大熵(MaxEnt)模型模拟,实现了物种生境源地综合识别;利用景观连通性指标与核密度分析,识别了物种生境分布的组团化格局;在最小成本路径(LCPs)的基础上,定义了优化新增型与提升型两类廊道,并从物种感知与适应性变化出发,应用LSCorridors软件模拟了这两类目标优化廊道的多重随机路径及其空间范围。结果表明,南京市白鹭生境斑块共计428个,总面积达31525.75 hm^(2),主要是林地与水域,具有较为明显的破碎化和局部集聚特征,九大生境组团以南京长江段水域斑块为轴,沿两侧分布,彼此联系比较薄弱;最佳距离阈值4.5 km内,识别LCPs共907条,总长度1548.59 km,平均较短、分布紧凑,主要位于各生境组团内部,但仅少数连接着不同生境组团;确定的8条优化新增型廊道和10条优化提升型廊道,其LSCorridors模拟结果与LCPs存在空间偏差,前者更符合现实进而有益于避免保护低效和促进多类型、差异化的优化措施制定。研究成果能为面向生物多样性保护的南京市生境网络保护以及重点生态廊道的规划实践提供决策参考。

基于亲生物都市主义的高密度建成环境生境网络优化提升研究--以成都主城区为例

立足于亲生物都市主义的概念内涵和发展演进趋势,结合高密度建成环境内生态过程发生和运行机制,以及亲生物感知的需求特征,明确约束因素和关键支撑条件,构建高密度建成环境范围界定、评估和识别生境单元、模拟和评估生境网络格局、情景迭代对比性评估的技术框架。以公园城市示范区成都主城区为研究对象,解析高密度建成环境的范围、特征及其内部生态过程的约束条件和生态过程特征,从人本感知的角度分析亲生物特征和支撑条件,构建评估生境网络格局的技术路径。在明确生态阻力特征和核心生境空间的基础上,利用基于电流理论的Linkage Mapper技术模块,生成支撑亲生物特征的生境网络格局,识别并评估格局结构、生境单元、生态廊道、生态夹点和生态障碍点,结合生境斑块增补的多次迭代下的情景对比性结论,凝练锚固生态骨架、延展潜力生态脉络和打造多元亲生物感知空间的优化提升策略,以期为营建具有生命共同体特征并达成亲生物城市特征的中国公园城市提供指引和参考。

西安市街区尺度生境网络构建的案例与思考

城市街区尺度绿色空间呈现破碎化空间格局会对城市生物多样性产生负面影响。街区尺度生境网络是连接场地绿化与城市整体区域生态系统的纽带,是维护城市内部最小生境单元生态系统稳定的基本保障。与宏观尺度相比,街区尺度生境网络构建在地理信息数据获取、数据精度及土地利用分类等方面均有差异。基于无人机航测数据进行生境制图,并综合运用MSPA、InVEST、MCR等模型进行街区生境网络构建与优化。结果显示:1)基于植被垂直结构特征进行生境制图,可细化表征绿色空间的生境属性;2)街区环境内生境源地呈现面积小、分布散、质量低的特征,即使绿地率较高的小型公园绿地,其生境斑块的生境质量也可能较低;3)受硬质地表分布特征影响,街区生境网络呈现区域分布不均、局地断裂、内外生境割裂的空间格局;4)提取薄弱区域周边生境节点,运用MCR模型构建连通路径,可指导生境节点与生境廊道增补,实现街区生境网络优化。在城市绿地建设从增量发展向存量优化转变的背景下,研究结果可为街区生境网络构建方法向街区绿色空间规划设计方法转化提供思路。

南极半岛周边海域南极磷虾栖息地适应性

南极磷虾作为南极生态系统中的关键物种,其栖息地适应性研究对可持续利用磷虾资源和了解南大洋生态系统均有重要作用。然而,不同的模型算法会导致估算的磷虾栖息地适宜性出现较大的偏差。为了探索构建磷虾栖息地指数模型的合适方法,实验利用海表温度(sea surface temperature,SST)、海平面高度(sea surface height,SSH)、海表面叶绿素(sea surface chlorophyll,SSC)、海冰密集度(sea ice concentration,SIC)等环境因子,分别采用神经网络拟合和一元非线性拟合方法,并结合最小值法、最大值法、连乘法、算术平均法、几何平均法、加权算术平均法等算法构建磷虾栖息地适宜性指数(habitat suitability index,HSI)模型。结果显示,神经网络模型预报结果更符合磷虾实际栖息分布情况,而一元非线性拟合预测结果较为连续。最大值法和最小值法计算结果差异较大,容易引进较大的误差。连乘法的预测效果较好,算术平均法、几何平均法和加权算术平均法的预测结果相似,且较为稳定。研究表明,神经网络模型是构建南极磷虾HSI模型的合适方法。此外,使用连乘法和加权算术平均法等算法能够提高模型预测结果的准确性和稳定性,而最大值法和最小值法要慎重使用。本研究的方法和结论有助于评估类似物种在栖息地方面的适宜性,对未来磷虾资源的评估和南极生态系统管理具有启示意义。同时,该研究也为其他生态学领域中栖息地适宜性研究提供参考。

面向生境保护与连通性维护的鄂温克族自治旗生态空间划定

在人类活动及气候变化影响下,自然生境萎缩与破碎化现象严重,生境保护与生境间连通性维护增强对生物多样性保护具有重要的作用与意义。以鄂温克族自治旗为例,基于MaxEnt模型对物种分布数据与环境因子变量进行训练,支持物种基质阻力面构建和生境斑块识别,为最小成本路径模型(Least Cost Path Model,LCM)生境网络建模提供基础数据,并在模拟路径有效性筛选、廊道宽度生成等方面改进LCM,通过物种生境网络集成与验证,为面向生境保护与连通性维护的生态空间划定提供新的方法与思路。结果表明:(1)生态空间发挥重要的栖息地保护作用,对重点表征物种栖息地保护率为100%,对其他物种栖息地保护率均值达到88%;(2)根据关联长度指数评价,生态空间对各物种的生境连通性维护作用明显,对凤头鸊鷉、大山雀、大斑啄木鸟、天鹅、赤狐、雀鹰等物种生境连通性的提升作用显著,最高可提升626%;(3)生态空间面积仅为鄂温克旗总面积的25.1%,为农牧业等人类活动留有较大发展空间;(4)伊敏河既是鄂温克旗重要生态主轴,也是社会经济发展主轴,应注意协调生态保护与社会经济发展的关系;(5)鄂温克旗东南部生境间连通性较差,应依托伊敏河上游各支流提升这一区域生境连通性。

长江上游高坝大库垂向微生物结构及其网络互作

长江上游一系列高坝大库导致水体光、温、氧等呈现特有的垂向分层特征,导致垂向微食物网结构发生变化。本文选取长江上游典型高坝大库溪洛渡、向家坝、三峡大坝坝前垂向生境为研究对象,于2019年从坝前垂向采集了5个不同深度水层的水样,开展了坝前垂向生境特性和微生物群落结构的调查研究。研究发现,7月溪洛渡坝前垂向从90到140m,溶解氧浓度先降低后增加。溪洛渡水库5月在距水体表层40~60m处发生温跃,7月在距水体表层80~120m处发生温跃。向家坝水库5月在水层底部附近出现温跃。不同深度水层物种组成种类和丰度无显著差异,但香农多样性存在差异,并且从表层到底层,香农指数先降低后增加。蓝藻丰度在不同水深差异显著。共现网络分析表明,不同深度水层微生物间的相互作用以正相互作用为主;第二层水层水样微生物群落具有最高的模块化程度,比其他水深处的共发生网络具有更高的复杂度;藻类在微食物网中具有重要作用:藻类与细菌、藻类与原生动物、细菌与原生动物的互作是水生生态系统微食物网之间的主要互作类型,占物种间总互作的81.50%。研究结果表明,坝前垂向不同深度水层微食物网结构和物种间的相互作用在温度、溶解氧浓度等环境因子的作用下存在差异。

基于源地-廊道法的生态网络构建研究进展

构建生态网络是应对生境破碎化、恢复生物多样性和维持生态系统健康的重要手段。生态网络构建方法较为多样且各具特色,但往往优缺点并存,对实践应用产生困扰。文章首先对生态网络研究发展历程及其构建方法进行系统梳理;然后以基于“源地-廊道”法的生态网络构建为核心,分析生态网络结构识别要点、廊道提取方法,以及网络连接度评价方法;最后提出研究展望,以期为景观生态规划设计及其相关生态网络构建提供参考。

基于InVEST模型和最小成本路径的城市绿色空间生境网络构建方法研究——以南京为例

提出以城市绿色空间为载体,选取不同生境类型、对城市化适应能力不同的物种为目标物种,结合物种观测数据和InVEST模型生境质量评估模块进行生境源地的识别及成本面信息的提取,应用最小成本路径综合模拟出城市绿色空间生境网络的方法。以南京为例,选取了9种鸟类作为目标物种,分析了其现状城市绿色空间网络结构。结果表明,迁移能力和城市化适应能力对物种分布的范围和生境类型的广泛程度影响较大。现状网络对城市化适应能力强或迁移能力强的物种较友好,对城市化适应能力差且迁移能力弱的物种有严重不良影响。对于综合的网络,中部的核心区多但被建设区割裂,北部的核心区少而分散,南部的核心区少但联系紧密,三部分的主要连通性结构为滁河、溧水河、秦淮河、秦淮新河和较连续的山林地或水库坑塘。此外,在半自然生境斑块内也生成了许多分散路径,部分联系紧密的斑块形成了组团结构。最后,根据以上结果提出了相应建议。

乡村生物多样性——变化、维持机制及保护策略

【目的】生物多样性是乡村景观的重要生态基础,无论是在乡村自然景观、生产景观,还是在乡村聚落景观中,生物多样性都是非常重要的组成要素,发挥着重要的生态服务功能。乡村生物多样性的概念、变化、维持机制及保护策略亟待研究。【方法】通过综述国内外乡村生物多样性研究现状及发展趋势,阐述乡村生物多样性概念构架,探讨乡村生物多样性现状及特征,分析乡村生物多样性变化趋势及其影响因子。【结果】乡村生物多样性维持机制既包括由非生物因子调节和生物因子调节的自然机制,也包括人与自然的协同调节机制。【结论】提出乡村生物多样性保护的创新策略,并以重庆梁平区印屏村为例,进行乡村景观营建及生物多样性保育的案例分析。最后,对乡村生物多样性保护的未来发展趋势进行展望,提出乡村生物多样性研究的发展方向和重点研究内容。

珠三角河网区典型生境植物群落构成特征及生态修复

如何实现生态文明建设与三生空间高度混杂地区的高质量协同发展是珠三角河网区新时期面对的重要难题。以2018—2021年间积累的第一手田野调查资料为基础,针对广佛地区20处样地202个样点,综合生态学数量分析与风景园林学空间分析方法,研究河网区典型生境的植物群落构成特征及应用。结果表明:(1)珠三角河网区植物物种丰富,维管束植物共122科382属551种;植物群落“乔、灌、草、藤本”垂直结构完整,但乡土植物占比较低、外来入侵较严重;(2)动物友好植物种类丰富,共有鸟类友好植物88种、昆虫类友好植物90种、鱼类两栖类友好植物34种,但缺乏针对动物友好生境的科学配置;(3)河网区包括滨水、坑塘、农田、聚落四类典型生境以及9个稳定的植物群系,但在长期人为干扰下其生态功能和水乡风貌特征被严重削弱。最后,以佛山大美公园为例,探讨了以恢复河网区生物多样性和特色景观风貌为目标的生态修复实践。研究为珠三角河网区地域性景观恢复和三生空间混杂区域的近自然生态修复提供了重要的规划设计蓝本和实践示范。

乡村生态景观识别与生境网络优化——以南京市江宁区为例

【目的】三生融合是乡村景观空间的基本格局,识别生态格局、优化生境网络是保护生物多样性、修复乡村生态环境的基本途径。【方法】基于土地覆被类型遥感解译,识别乡村三生空间及生境类型分布;依托MSPA方法识别生态斑块,采用InVEST模型评价斑块的生境质量,并结合三生空间类型提取生态源地;综合运用ArcGIS的栅格计算器及Linkage Mapper工具箱进行生态廊道、夹点、障碍点的识别。【结果】进一步整合出江宁区四片区-五组团-多廊道-多节点的多层级复合式生境网络格局,将其作为构建区域乡村生态本底的基础。【结论】在尊重三生空间融合的前提下,基于定量及空间定位与定性研究,初步形成乡村生境优化的路径。

基于深度学习的水体生境图像分类与质量评价——以长三角一体化先行启动区为例

【目的】面对长三角一体化地区生态高质量修复与智能化监测的更高诉求,开展基于深度学习的水体生境质量评价,旨在探索风景园林数字技术的前沿领域,为长三角一体化地区的水体生态修复与生态绿色发展提供信息化与智能化的技术支撑。【方法】采用基于深度学习的图像分类方法,通过卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)训练,实现大范围、大批量的水体生境卫星图像智能识别、分类与评价。【结果】构建了长三角一体化先行启动区水体生境卫星图像数据集,训练了水体生境质量评价深度学习模型,对研究范围内全域的水体生境进行了高精度、自动化的生境质量评价。【结论】深度学习模型能够长时序、大范围地对水体生境进行质量评价,为水体生境的修复实践提供技术支撑,未来可实现对长三角一体化示范区水体生境质量的跟踪监测。

广州绿道系统木本植物多样性与生长特征分析

木本植物是绿道系统中重要的生物组成要素。以广州市域分布的绿道为研究对象,进行实地调查与统计处理,并对主要树种组成、开花时间特征、重要值、乡土植物使用情况等开展综合分析。结果表明:(1)广州绿道常见观花木本植物有28种;全年皆有开花树种,主要集中在夏季,如6、7和8月份分别有15、14和12种;(2)优势植物主要有细叶榕、羊蹄甲、高山榕和杧果等,乡土植物使用率占总数的73%,但部分乔木树种(如细叶榕)运用频率较高导致群落组成单一;(3)广州绿道树木长势较为良好,病虫害情况较少,但也需要加强后期病虫害防护措施;(4)多数常见树种的胸径与冠幅、树高呈现出线性正相关关系。为避免绿道植物群落同质化现象,建议后续在绿道建设和维护过程中栽植更多种类的乔灌植物,加强林木病虫害监测与防治,提升广州市绿道森林景观和生态功能。

典型水稻土细菌亚类群—泛化种、特化种的群落构建及功能潜力

泛化种和特化种对碳及养分等资源利用存在很大差异,在土壤能量和养分循环中发挥着独特功能。目前农田微生物研究主要针对整个细菌、真菌、古菌或其他功能群落,对农田生态系统细菌泛化种和特化种的认识还很缺乏。因此,为探究典型水稻土细菌泛化种和特化种的群落结构、驱动机制及在氮循环中的功能,根据第二次土壤普查数据,从我国东部(江苏、安徽、上海)和西南部(贵州、云南)采集16个土壤表层样品(0~20 cm),进行理化性质测定和高通量测序,并对获得的数据进行相应的生态学分析。结果表明,在所有的OTUs中,3.28%被归为泛化种,9.07%被归为特化种。泛化种和特化种在门水平的分布模式不同,特化种在绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、厚壁菌门(Firmicutes)和浮霉菌门(Planctomycetes)中所占的比例高于泛化种。基于β多样性零模型的群落构建分析表明,泛化种与特化种均由确定性过程主导,与特化种相比,泛化种受随机性过程的影响更大。驱动泛化种和特化种群落结构变异的环境因子不同,pH、年均降雨量、黏粒含量、全氮是驱动泛化种群落结构变异的主导因素,而特化种群落结构变异由pH和黏粒含量主导。对泛化种和特化种的共现网络和鲁棒性分析发现,特化种网络联系更多、结构更复杂、鲁棒性更强。FAPROTAX功能预测发现,生物固氮功能主要存在于泛化种中。本研究在细菌亚群落层面研究典型水稻表层土细菌泛化种和特化种的群落结构、环境驱动因子、构建过程、共现网络特性和氮循环相关功能,为稻田细菌群落演变和调控提供了理论依据。

基于生境质量的粤港澳大湾区生态网络识别

快速城市化导致我国出现局域生态退化、生态空间被大量挤占等问题,生态安全面临严重威胁,东部沿海地区尤甚。识别生态网络可以维护生态系统的完整性和稳定性,对于保障脆弱生态系统和城镇化程度高的区域生态安全具有重要意义。已有研究较少考虑生境质量变化对研究区的影响,以及确定生态廊道宽度的方法尚未成熟,准确性和空间精度存疑。使用InVEST模型对2000年、2010年和2020年粤港澳大湾区生境质量的时空演化特征进行研究,并基于形态学空间格局分析的景观要素识别选取生态源地,根据长时间序列的景观连通性和生境质量评估划分生态源地等级;运用电路理论方法提取生态廊道位置和宽度范围,以及判别生态“夹点”与生态障碍点。研究发现:(1)2000—2020年粤港澳大湾区生境质量总体呈下降趋势,并呈现从中心向边缘递减的空间格局态势;(2)识别出117个生态源地,包括7个一级生态源地,13个二级生态源地和97个三级生态源地,总面积2597.72km^(2),占大湾区的46.39%;(3)生态廊道共243条,其中,一级廊道104条,二级廊道139条,总长度1273.84km;(4)生态“夹点”88个、生态障碍点188个,是重点保护和优先修复的关键。研究结论可为加强粤港澳大湾区生态空间管控和国土空间生态保护修复提供科学依据与参考。

多类群水鸟共存栖息地网络结构稳定性及其优化方案——以盐城滨海湿地为例

作为新设立的世界自然遗产地,盐城滨海湿地水鸟栖息地保护受到广泛关注。鉴于该区域在全球生物多样性与水鸟栖息地保护中重要性,针对具有空间隔离特征的水鸟栖息地开展网络稳定性研究,对提高遗产地栖息地保护质量具有重要的示范意义。基于此,利用复杂网络理论、生态踏脚石原理和电流模型,分析了盐城滨海湿地多类群水鸟栖息地网络结构现状及不同情景下网络鲁棒性。研究结果显示,三类水鸟重要生境区主要分布在各栖息地内部以及大丰至条子泥栖息地一带,其中,北部生境区数量为18个,南部生境区6个。北部生境区总面积相当于南部生境区的1/2,而平均面积仅相当于1/6。从踏脚石分布来看,其主要分布在重要生境区附近,不同栖息地存在差异。研究区踏脚石网络由35个重要节点和153个一般节点组成,南北部网络结构要素存在差异。最佳保护情景下,网络鲁棒性表现较好,中心度值大的节点对整个网络连通性的支撑作用良好。提出了栖息地网络优化方案。

基于产卵场生境变化的四大家鱼生态补偿模型研究

产卵场的生境条件是影响四大家鱼产卵、鱼卵孵化和鱼苗存活的关键因素.由产卵场生境变化导致的产卵场萎缩、鱼类资源锐减的生态补偿研究相对缺乏,因此本文以湘江干流常宁张河铺至衡阳云集河段的四大家鱼产卵场为研究区域,从影响家鱼产卵、鱼苗孵化及存活所需的水力、水环境、水温等生境条件入手,以湘江干流四大家鱼产卵期(4~7月)各项数据为基础,利用RVA法(变动范围法)计算刺激家鱼产卵关键水力条件(月均流速、极值流速出现时间、高低流速频率和历时)的改变度,采用均值综合污染指数法计算水环境改变度,并以1990年水温为基准计算月均水温改变度;将所得各指标改变度值作为输入因子,以鱼苗(卵)减少量作为输出因子,利用BP神经网络建立基于产卵场生境变化影响下的四大家鱼生态补偿模型,并对生态补偿过程中的主客体进行了初步探究.研究表明,因生境变化而影响家鱼产卵量的生态补偿量系数为0.9411,需补偿的鱼苗(卵)产量为13.72亿颗(尾).

基于网络评论数据的国家森林公园生境认知模式

森林公园中的生境作为提供游憩服务、认识自然、开展生态教育的基本单元,其认知模式未得到充分研究。选取位于红松天然分布区的两个国家森林公园作为研究区域,基于网络评论数据源,从生境质量、空间结构、感知方式3个维度探究使用者的生境认知模式。结果表明:总共有9种典型森林生境认知模式;总体上森林公园中的各类生境得到了公众的认知,促进公众生境认知的因素包括特色树种、高径级、可停留或滨水空间、视觉提示物、标识解说系统与宣传工作;红松林认知强度最高、方式丰富;高生境质量对生境认知有促进作用,生境质量较低时使用者更关注人工景观;灌丛草甸、针叶林的认知存在季节差异;在此基础上,针对森林公园游憩空间设计与优化提出相关策略,以进一步增强公众对特色生境的感知认知,以及提升森林公园的游憩与教育功能。

“城市生境体系”规划设计要点研究

相较自然郊野环境,城市同样是多种生物的重要栖息地。城市生物多样性保育对维持城市生态系统平衡、保障人居环境和提升市民幸福感意义重大。在我国快速城市化进程中,面临高强度开发建设需求压力,“城市生境体系”规划设计需要重点关注三大要点:首先是自然荒野保育,即指认和保护好城市中高价值的原生或次生“城市荒野”;其次为蓝绿廊道链接,即通过蓝绿网络体系规划为城市区域的生物栖息与自由迁徙预留足够的空间;最后为生境修复与营造,即通过生态设计手法提升城市蓝绿体系的自然度与生境质量,营造高质量“近自然生境”。