全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 10 期摇 摇 2011 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
大熊猫取食竹笋期间的昼夜活动节律和强度 张晋东,Vanessa HULL,黄金燕,等 (2655)………………………
高枝假木贼的胎生萌发特性及其生态适应 韩建欣,魏摇 岩,严摇 成,等 (2662)…………………………………
准噶尔盆地典型地段植物群落及其与环境因子的关系 赵从举,康慕谊,雷加强 (2669)………………………
喀斯特山地典型植被恢复过程中表土孢粉与植被的关系 郝秀东,欧阳绪红,谢世友,等 (2678)………………
青藏高原高寒草甸土壤 CO2排放对模拟氮沉降的早期响应 朱天鸿,程淑兰,方华军,等 (2687)………………
毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局 邱开阳,谢应忠,许冬梅,等 (2697)………………
雪灾后粤北山地常绿阔叶林优势树种幼苗更新动态 区余端,苏志尧,解丹丹,等 (2708)………………………
四川盆地四种柏木林分类型的水文效应 龚固堂,陈俊华,黎燕琼,等 (2716)……………………………………
平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响 李耀林,郭忠升 (2727)……………………………………
连栽杉木林林下植被生物量动态格局 杨摇 超,田大伦,胡曰利,等 (2737)………………………………………
近 48a华北区太阳辐射量时空格局的变化特征 杨建莹,刘摇 勤,严昌荣,等 (2748)……………………………
中型景观尺度下杨树人工林林分特征对树干病害发生的影响———以河南省清丰县为例
王摇 静,崔令军,梁摇 军,等 (2757)
………………………
……………………………………………………………………………
耕作措施对冬小麦田杂草生物多样性及产量的影响 田欣欣,薄存瑶,李摇 丽,等 (2768)………………………
官山保护区白颈长尾雉栖息地适宜性评价 陈俊豪,黄晓凤,鲁长虎,等 (2776)…………………………………
花椒园节肢动物群落特征与气象因子的关系 高摇 鑫,张晓明,杨摇 洁,等 (2788)………………………………
沙漠前沿不同植被恢复模式的生态服务功能差异 周志强,黎摇 明,侯建国,等 (2797)…………………………
大豆出苗期和苗期对盐胁迫的响应及耐盐指标评价 张海波,崔继哲,曹甜甜,等 (2805)………………………
不同耐盐植物根际土壤盐分的动态变化 董利苹,曹摇 靖,李先婷,等 (2813)……………………………………
短期 NaCl胁迫对不同小麦品种幼苗 K+吸收和 Na+、K+积累的影响 王晓冬,王摇 成,马智宏,等 (2822)……
套袋微域环境对富士苹果果皮结构的影响 郝燕燕,赵旗峰,刘群龙,等 (2831)…………………………………
畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响 李江涛, 钟晓兰,赵其国 (2837)……………………………………
土霉素胁迫下拟南芥基因组 DNA甲基化的 MSAP分析 杜亚琼,王子成,李摇 霞 (2846)………………………
甲藻孢囊在长山群岛海域表层沉积物中的分布 邵魁双,巩摇 宁,杨摇 青,等 (2854)……………………………
湖南省城市群生态网络构建与优化 尹海伟, 孔繁花,祈摇 毅,等 (2863)………………………………………
基于多智能体与元胞自动机的上海城市扩展动态模拟 全摇 泉, 田光进,沙默泉 (2875)………………………
城市道路绿化带“微峡谷效应冶及其对非机动车道污染物浓度的影响 李摇 萍,王摇 松,王亚英,等 (2888)…
专论与综述
北冰洋微型浮游生物分布及其多样性 郭超颖,王桂忠,张摇 芳,等 (2897)………………………………………
种子微生物生态学研究进展 邹媛媛,刘摇 洋,王建华,等 (2906)………………………………………………
条件价值评估的有效性与可靠性改善———理论、方法与应用 蔡志坚,杜丽永,蒋摇 瞻 (2915)…………………
问题讨论
中国生态学期刊现状分析 刘天星,孔红梅,段摇 靖 (2924)………………………………………………………
研究简报
四季竹耐盐能力的季节性差异 顾大形,郭子武,李迎春,等 (2932)………………………………………………
新疆乌恰泉华地震前后泉水细菌群落的变化 杨红梅,欧提库尔·玛合木提,曾摇 军,等 (2940)………………
两种猎物对南方小花蝽种群增长的影响及其对二斑叶螨的控害潜能 黄增玉,黄林茂,黄寿山 (2947)………
学术信息与动态
全球变化下的国际水文学研究进展:特点与启示 ———2011 年欧洲地球科学联合会会员大会述评
卫摇 伟,陈利顶 (2953)
……………
…………………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*302*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄05
封面图说: 藏酋猴(Macaca thibetana)属猴科(Cercopithecidae )猕猴属(Macaca)又名四川短尾猴、大青猴,为我国特有灵长类之
一,被列为国家二级保护野生动物;近年来,由于人类活动加剧,栖息环境恶化,导致藏酋猴种群数量和分布日趋缩
小;本照片摄于四川卧龙国家级自然保护区(拍摄时间:2010 年 3 月)。
彩图提供: 中国科学院生态环境研究中心张晋东博士摇 E鄄mail:zhangjd224@ 163. com
生 态 学 报 2011,31(10):2863—2874
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:国家自然科学基金资助项目(30700097,40701047);湖南省 3+5 城市群城镇体系规划(2009鄄2030)资助项目
收稿日期:2010鄄09鄄19; 摇 摇 修订日期:2011鄄02鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: qzyinhaiwei@ 163. com
湖南省城市群生态网络构建与优化
尹海伟1,*, 孔繁花2,祈摇 毅1,王红扬1,周艳妮1,秦正茂1
(1. 南京大学城市规划与设计系,南京摇 210093;2. 南京大学国际地球系统科学研究所,南京摇 210093)
摘要:大型生境斑块为区域生物多样性保护提供了重要的空间保障。 然而,快速城市化使得大型生境斑块变得日益破碎化、岛
屿化,连接性不断下降,且日益受到周边土地利用变化的强烈影响,已严重威胁着区域生物多样性的保护。 通过生态廊道建立
或修复破碎生境斑块之间的连接,将非常有利于生态网络生态服务功能的有效发挥。 基于景观生态学和保护生物学的相关原
理,以湖南省城市群为例,在 RS和 GIS技术的支撑下,采用最小费用路径和情景分析方法,定量模拟了研究区的潜在生态廊道,
基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,并就消费面模型对潜在生态网络结果产生的影响进行了分析,在此基础上有
针对性地提出了生态网络优化的对策。 研究结果表明,林地和耕地是组成研究区生态网络的优势景观要素类型;不同生境斑块
间的相互作用强度差异显著,总体上西高东低,南高北低;消费面模型能够在较大程度上影响到生态网络的分析结果,因而进行
情景分析十分重要和必要。 研究结果可为研究区生态网络的构建和优化提供科学依据,同时可为其他城市群区域生态网络的
构建提供参考和借鉴。
关键词:生态网络;最小费用路径;情景分析;消费面;湖南省城市群
Developing and optimizing ecological networks in urban agglomeration of Hunan
Province, China
YIN Haiwei1,*, KONG Fanhua2, QI Yi1, WANG Hongyang1, ZHOU Yanni1, QIN Zhengmao1
1. Department of Urban Planning and Design, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2. International Institute for Earth System Science (ESSI), Nanjing University, Nanjing 210093, China
Abstract: On a regional scale, large habitat patches which are important regional sources of biological diversity can provide
important functions in habitat protection for biodiversity conservation. However, due to rapid urbanization, large habitat
patches have become increasingly fragmented, and are almost like an island surrounded by the built鄄up area. The
connectivity among these habitat patches is gradually waning. Changes in land use around these large patches have very
strong impacts and seriously threaten regional biodiversity conservation. Habitat fragmentation would lead to smaller and
more isolated animal populations and the isolated populations are more vulnerable to local extinction and inbreeding
depression. An Ecological network is a representation of the biotic interaction in an ecosystem while ecological network
planning is a method that combines fragmented habitat patches to form landscapes with spatial integrity and habitat
networks. This method can help raise the quality of natural ecosystems and protect biodiversity. Thus, the establishment of
ecological networks and the restoration of the links between isolated habitat patches would be quite beneficial to ecosystem
services. In this paper, based on the theory and principles of Landscape Ecology and Conservation Biology, taking urban
agglomeration in Hunan Province as the example, the potential ecological corridors were quantitatively simulated using the
Least鄄Cost Path and Scenario Analysis Methods with the help of Remote Sensing and GIS technology. The strength of the
interaction between green patches was then evaluated quantitatively based on the Gravity model. The impacts of the result of
potential ecological networks by the cost surface were also analyzed. Finally, suggestions on how to optimize the ecological
network were accordingly put forward. This paper tried to answer the following three questions: (1) what are the potential
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ecological corridors of urban agglomeration in Hunan Provence and how to determine the relative importance of these
ecological corridors scientifically? (2) how to optimize the constructed ecological networks for better maintenance of regional
biodiversity? (3) to what extent can the cost surface modal influence the result of ecological network analysis? The results
showed that: (1) woodlands and farmlands are the superior landscape types in the ecological network of the study area;
(2) the reciprocity between different habitat patches is quite varied, and has decreased from west to east and south to
north; and (3) cost surface has a strong impact on the results of the potential ecological corridors analysis, so scenario
analysis is very important and essential. The results in this article can provide the scientific basis for developing and
optimizing ecological networks on a regional scale, and can also provide important references for the construction of
ecological networks in other urban agglomeration.
Key Words: ecological networks; least cost path; scenario analysis; cost surface; urban agglomeration of Hunan Province
生态学家与生物保护学家普遍认为,无论在何种空间尺度上,生境斑块破碎化是生物多样性的最大威
胁[1鄄3]。 生境破碎化会导致更小更孤立的动物种群,而孤立的小种群则更易遭受局部灭绝和近交衰退[4]。 为
了减少生境的破碎化,许多学者建议保护生物的栖息地并保持景观的连接性[5鄄7]。 然而,快速城市化使得区
域大型生境斑块不断被侵占和蚕食,变得日益破碎化、岛屿化,连接性不断下降,且日益受到周边土地利用变
化的强烈影响,已严重威胁着区域生物多样性的保护[8鄄10]。 生态网络规划是将破碎的生境斑块进行有效连
接,形成具有空间完整性的景观和生物栖息地网络,从而提高自然生态系统的质量和保护生物多样性[10鄄11]。
因此,构建和优化生态网络被认为是改善自然生态系统服务价值的一种非常有效的方法[12鄄14]。
大型生境斑块为生物多样性保护提供了重要的空间保障,是生物多样性的重要源地。 通过构建生态廊道
系统来连接这些大型的核心斑块,对保护生物多样性、维持与改善区域生态环境具有重要意义[15鄄16]。 目前,
不少学者均采用景观生态学中的连接度指数来描述生态网络的连接程度,只有少数学者对潜在的生物物种迁
移扩散廊道进行了定量评价,且多数学者只考虑生境斑块间的距离,未能综合考虑生境斑块的异质性及其景
观阻力[17鄄19]。 本文基于景观生态学和保护生物学的相关原理,以湖南城市群为例,在 RS 和 GIS 技术的支撑
下,在考虑不同生境斑块间的距离与景观阻力的基础上,采用最小费用路径和情景分析方法,定量表征与多情
景模拟研究区潜在的生物迁移廊道,并基于重力模型对生境斑块间相互作用强度进行了定量分析,并就消费
面模型对生态网络结果产生的影响进行了评价,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。 本文试
图回答:(1)湖南省城市群潜在的生态廊道有哪些? 如何科学地确定这些生态廊道的相对重要性程度? (2)
如何优化构建的生态网络使其更好的维持区域生物多样性? (3)消费面模型能够在多大程度上影响生态网
络的分析结果?
1摇 研究区概况
本文的湖南省城市群是指湖南省所提出的 3+5 城市群,即包括长沙、株洲、湘潭 3 市和其外围的益阳、常
德、岳阳、娄底和衡阳 5 市所组成的区域,总面积约 9. 96伊104km2(图 1)。 研究区以低山丘陵为主,属于中亚热
带季风湿润气候,年平均降水量在 1200—1700mm,雨量充沛,河网密布;林地资源丰富,有林地面积 481. 01伊
104hm2,森林覆盖率为 35. 56% ;湿地面积较大,湿地面积 107. 7 万 hm2,占总面积的 11. 11% ,其中有国家级
湿地自然保护区 1 处、国家级湿地公园 4 处、省级湿地自然保护区 5 处。
2摇 数据与研究方法
2. 1摇 数据来源
本文所采用的数据主要包括 2006、2007 年的 TM遥感数据(空间分辨率 30m,资料来源:中国科学院计算
机网络信息中心的国际科学数据镜像网站)、1 颐25 万的地形图以及湖南省土地利用现状图(2005 年)、湖南省
自然保护区用地规划图、基本农田分布图、风景名胜区用地规划图等专题图件。
4682 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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2. 2摇 研究方法
7
0 50 100 km
源地
市界
1 13 14 15
11
12
6
10
9
8
16
5
4
2 3
1
图例
N
图 1摇 选取的重要生境斑块“源地冶
Fig. 1摇 The selected sources in the study area
(1)重要生境斑块识别与源地选择 摇 在景观水平
上,生境斑块的面积大小对区域生物物种多样性具有重
要的生态意义。 根据研究区的自然生态特点,将自然保
护区、森林公园、湿地公园、地质公园、大型湿地、大型林
地等确定为重要生境斑块。 然后根据重要生境斑块的
面积大小、物种多样性丰富程度、稀有保护物种的种类
与丰度、空间分布格局,选取 16 个大型生境斑块作为区
域生物多样性的源地,总面积为 151 伊104 hm2(图 1)。
这些斑块是区域生物物种的聚集地,是物种生存繁衍的
重要栖息地,具有极为重要的生态意义。
(2)生境斑块适宜性与景观阻力评价 摇 生境适宜
性是指某一生境斑块对物种生存、繁衍、迁移等活动的
适宜性程度。 景观阻力是指物种在不同景观单元之间
进行迁移的难易程度,斑块生境适宜性越高,物种迁移
的景观阻力就越小。 本文根据数据可获得性和可操作
性原则,基于 TM 遥感影像数据以及地形图数据信息,
通过考察不同土地利用类型的植被覆盖情况和受人为
干扰的程度,确定不同生境斑块的景观阻力大小,生成
研究区景观阻力图,作为消费面。 然而,基于最小费用
路径方法的潜在生态网络模拟是通过计算源与目标之间的最小累积阻力值来获取的,因而消费面中景观阻力
的赋值大小与赋值区间均对潜在廊道的模拟具有重要影响。 鉴于此,本文运用情景分析方法,选用 3 种景观
阻力赋值方案,分别生成 3 种消费面,3 种方案试图体现赋值大小与区间的差异(图 2,表 1—表 3)。 图 2a 作
为基本消费面,图 2b作为参考消费面 1,用以反映生境适宜性因子的设置差异,图 2c作为参考消费面 2,主要
反映赋值区间的差异。 如果因子存在叠置,采用取最大值法进行景观阻力的赋值。
N
13591530503005006007008001000
13591530501003005006007008001000
13591020304050607080100
0 50 100km
a b c
景观阻力值 景观阻力值 景观阻力值
图 2摇 消费面图
Fig. 2摇 The maps of cost surface
a 基本消费面,b 参考消费面 1,c 参考消费面 2
5682摇 10 期 摇 摇 摇 尹海伟摇 等:湖南省城市群生态网络构建与优化 摇
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表 1摇 不同土地利用类型的景观阻力值(基本消费面)
Table 1摇 Land use type classification and landscape impedance values (basic cost surface)
土地利用类型 Land use type 亚类 Subclass 景观阻力(取值范围 1—1000)Landscape impendence (from 1 to 1000)
自然保护区、湿地公园 国家级 1
Nature protection area, wetland park 省级 3
市级及其它 5
森林公园、地质公园 国家级 3
Forest park, Geopark 省级 5
市级及其它 7
湿地、林地 Wetland, forest land 面积>100 hm2 3
面积>50 hm2 5
面积<50 hm2 9
风景名胜区 Landscape and famous scenery 15
农田 Farmland 50
园地 Garden plot 30
草地 Grassland 30
水域 Water 600
城镇建设用地 Built鄄up area 1000
村庄用地 Village land 800
对外交通用地 Intercity transportation land 高速公路、铁路 600
干线公路 500
其它公路 300
其它 Others 700
摇 摇 赋值越小,景观阻力就越小,生境适宜性就越高
表 2摇 不同土地利用类型的景观阻力值(参考消费面 1)
Table 2摇 Land use type classification and landscape impedance values (reference cost surface 1)
土地利用类型 Land use type 亚类 Subclass 景观阻力(取值范围 1—1000)Landscape impendence (from 1 to 1000)
自然保护区、湿地公园 国家级 1
Nature protection area, wetland park 省级 3
市级及其它 5
森林公园、地质公园 国家级 3
Forest park, Geopark 省级 5
市级及其它 7
湿地、林地 Wetland, forest land 面积>100 hm2 3
面积>50 hm2 5
面积<50 hm2 9
风景名胜区 Landscape and famous scenery 15
农田 Farmland 50
园地 Garden plot 30
草地 Grassland 30
水域 Water 面积>100 hm2 或宽度>100m 600
其它水域 500
城镇建设用地 Built鄄up area 1000
200m缓冲区 600
400m缓冲区 200
村庄用地 Village land 800
100m缓冲区 300
200m缓冲区 100
高速公路、铁路 Highway, railway 600
100m缓冲区 500
200m缓冲区 200
干线公路 Trunk road 500
100m缓冲区 100
其它公路 Other road 300
50m缓冲区 100
其它 Others 700
6682 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 3摇 不同土地利用类型的景观阻力值(参考消费面 2)
Table 3摇 Land use type classification and landscape impedance values (reference cost surface 2)
土地利用类型 Land use type 亚类 Subclass 景观阻力(取值范围 1—100)Landscape impendence (from 1 to 100)
自然保护区、湿地公园 国家级 1
Nature protection area, wetland park 省级 3
市级及其它 5
森林公园、地质公园 国家级 3
Forest park, Geopark 省级 5
市级及其它 7
湿地、林地 Wetland, forest land 面积>100 hm2 3
面积>50 hm2 5
面积<50 hm2 9
风景名胜区 Landscape and famous scenery 10
农田 Farmland 30
园地 Garden plot 20
草地 Grassland 20
水域 Water 60
城镇建设用地 Built鄄up area 100
村庄用地 Village land 80
对外交通用地 Intercity transportation land 高速公路、铁路 70
干线公路 60
其它公路 50
对外交通用地 100m缓冲区
100m buffer of intercity transportation land 40
其它 Others 70
(3)基于最小费用路径方法的潜在廊道模拟摇 最小费用路径方法可以确定源和目标之间的最小消耗路
径,该路径是生物物种迁移与扩散的最佳路径,可以有效避免外界的各种干扰[20鄄21]。 在 ArcGIS9. 3 中的
Spatial Analyst模块下,采用 Shortest Path命令,基于 3 种消费面,分别生成 3 种由 120 条潜在生态廊道组成的
生态网络(图 3),并对其景观组成进行了分析(表 4)。
0 50 100km
a b c N
廊道1
廊道2
廊道3
图 3摇 基于最小路径方法生成的潜在廊道图
Fig. 3摇 The maps of potential ecological network based on LCP method
a 基于基本消费面,b 基于参考消费面 1,c 基于参考消费面 2
7682摇 10 期 摇 摇 摇 尹海伟摇 等:湖南省城市群生态网络构建与优化 摇
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表 4摇 潜在生态廊道的景观组成
Table 4摇 Structure analysis of the potential ecological network
土地利用类型
Land use types
消费面
Cost surface
总面积 / hm2
Total area
在生态网络中廊道面积 / hm2
Area in ecological
network as corridors
占生态网络总面积的比例 / %
% in the ecological
network as corridors
农业用地 Farmland 基本 3327325 3857. 98 5. 51
参考 3327325 3606. 37 5. 52
参考 3327325 3857. 98 0. 42
城乡建设用地 Built鄄up area 基本 123567 0. 01 0. 00
参考 1 123567 23. 49 0. 04
参考 2 123567
工矿用地 基本 4683 0. 51 0. 00
Industry and mining land 参考 1 4683 0. 51 0. 00
参考 2 4683 0. 51 0. 00
湿地 Wetland 基本 87421 488. 17 0. 70
参考 1 87421 744. 29 1. 14
参考 2 87421 488. 17 0. 70
未利用地 Not using place 基本 101504 97. 15 0. 14
参考 1 101504 87. 23 0. 13
参考 2 101504 97. 15 0. 14
密林地 Dense forest land 基本 4911790 59731. 03 85. 26
参考 1 4911790 54043. 78 82. 65
参考 2 4911790 59731. 03 85. 26
疏林地 Rough forest land 基本 156298 1980. 66 2. 83
参考 1 156298 2191. 15 3. 35
参考 2 156298 1980. 66 2. 83
苗圃 Nursery 基本 8882
参考 1 8882 0. 84 0. 00
参考 2 8882
道路交通用地 基本 464370 1282. 3 1. 83
Transportation land 参考 1 464370 1596. 85 2. 45
参考 2 464370 1282. 3 1. 83
水域 Water 基本 499348 2618. 58 3. 73
参考 1 499348 3093. 7 4. 73
参考 2 499348 2621. 75 0. 75
其它 Others 基本 1098
参考 1 1098
参考 2 1098
总计 Total 基本 9686284 70056. 38 100. 00
参考 1 9686284 65388. 21 100. 00
参考 2 9686284 70059. 55 100. 00
(4)基于重力模型的重要生态廊道辨识摇 源与目标之间的相互作用强度能够用来表征潜在生态廊道的
有效性和连接斑块的重要性。 生境质量较好的斑块或廊道能够减少物种迁移与扩散的景观阻力,增加物种迁
移过程中的幸存率[22]。 基于重力模型,构建了 16 个生境斑块间的相互作用矩阵,定量评价了生境斑块间的
相互作用强度,从而判定生态廊道的相对重要性(表 5—表 7)。 然后,根据矩阵结果,将相互作用力大于临界
值 100 的廊道提取出来,并剔除经过同一生境斑块而造成冗余的廊道,得到研究区重要生态网络图(图 4)。
(5)生态网络结构与优化摇 基于提取的重要生态廊道,结合选定的重要源地,构建了研究区的生态网络
框架(图 5),并基于景观生态学和保护生物学相关原理提出了生态网络优化的几点具体建议。
(6)消费面模型对生态网络结果的影响分析摇 通过吻合度水平来判别不同消费面模型对廊道结果的影
响。 将基于最小路径方法获取的潜在廊道进行叠置分析,比较不同消费面模型生成的廊道的总体吻合度水平
和各条廊道的个体吻合度水平(表 8)。
8682 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 5摇 基于重力模型计算的生境斑块间的相互作用矩阵(基本消费面)
Table 5摇 Node interaction (G) based on the gravity model (basic cost surface)
斑块号 Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 0 170 33 514 63 53 29 46 27 54 96 21 18 19 41 108
2 0 887 1032 242 188 401 75 51 129 181 101 28 53 133 252
3 0 123 25 29 464 14 9 20 59 53 11 24 58 31
4 0 2446 341 92 240 146 372 345 55 42 45 87 5967
5 0 280 19 50 64 398 144 18 13 14 24 1835
6 0 47 32 50 785 328 54 21 25 49 138
7 0 12 9 28 111 168 19 48 110 24
8 0 60 40 68 12 10 11 22 160
9 0 117 226 22 16 17 28 84
10 0 1188 65 40 45 66 212
11 0 686 192 330 354 149
12 0 56 477 405 22
13 0 201 97 16
14 0 385 17
15 0 52
16 0
表 6摇 基于重力模型计算的生境斑块间的相互作用矩阵(参考消费面 1)
Table 6摇 Node interaction (G) based on the gravity model (reference cost surface 1)
斑块号 Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 0 167 28 578 73 56 26 49 33 58 98 20 17 18 41 129
2 0 613 848 175 122 306 61 47 99 145 71 22 42 134 188
3 0 77 16 29 515 10 7 16 42 40 9 20 69 20
4 0 2195 312 69 219 171 325 300 46 35 39 80 5616
5 0 225 14 47 61 304 120 14 10 11 22 1907
6 0 41 29 46 781 286 41 18 23 51 122
7 0 9 8 26 72 104 15 38 139 18
8 0 70 37 71 11 9 10 21 137
9 0 85 207 21 13 15 26 112
10 0 1330 57 33 40 63 179
11 0 489 159 273 356 127
12 0 48 654 516 18
13 0 174 87 13
14 0 500 1471
15 0 43
16 0
N
0 50 100km
a b c
廊道1
廊道2
廊道3
图 4摇 基于重力模型提取的重要廊道图
Fig. 4摇 The maps of important ecological network based on gravity method
a基于基本消费面,b基于参考消费面 1,c基于参考消费面 2
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表 7摇 基于重力模型计算的生境斑块间的相互作用矩阵(参考消费面 2)
Table 7摇 Node interaction (G) based on the gravity model (reference cost surface 2)
斑块号
Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 0 168 32 449 60 43 29 42 24 47 83 21 16 18 41 104
2 0 1375 1388 392 309 528 71 48 128 228 119 31 52 125 245
3 0 127 30 41 240 13 8 19 64 43 10 17 43 29
4 0 3669 247 100 227 118 327 289 62 40 46 92 10088
5 0 280 23 51 65 421 127 23 13 15 27 1770
6 0 73 26 61 660 416 97 25 36 59 90
7 0 11 11 36 184 253 21 47 100 24
8 0 59 37 57 13 10 10 21 158
9 0 245 206 28 19 19 31 90
10 0 795 85 37 47 71 183
11 0 1965 359 570 499 124
12 0 61 300 298 25
13 0 330 115 16
14 0 380 18
15 0 34
16 0
表 8摇 基于最小路径方法生成的廊道吻合度统计表
Table 8摇 Fitness level of corridor based on the LCP model
消费面
Cost surface
基本消费面鄄参考消费面 1
Basic鄄reference1
基本消费面鄄参考消费面 2
Basic鄄reference2
总体吻合度水平 Fitness level / % 54. 31 27. 76
吻合度大于 80%的廊道数 Corridor number of fitness is above 80% 3 1
吻合度 60%—80%的廊道数 Corridor number of fitness is 60%—80% 14 7
吻合度 40%—60%的廊道数 Corridor number of fitness is 40%—60% 28 14
吻合度 20%—40%的廊道数 Corridor number of fitness is 20%—40% 36 55
吻合度小于 20%的廊道数 Corridor number of fitness is below 20% 39 43
3摇 结果分析
3. 1摇 生态网络的景观结构组成
由表 4 可见,潜在生态廊道总面积约为 7伊104hm2,约占研究区总面积的 0. 70% 。 林地特别是密林地是构
成生态廊道的主要景观类型,约占生态网络总面积的 87% ,这说明林地在生态网络中既是生物物种的“源冶,
又是生物物种迁移与扩散的重要通道;其次是耕地,约占生态网络总面积的 5% ;水域和道路交通用地作为生
态廊道的面积约占生态网络总面积的 2%—3%;其他土地利用类型作为廊道的面积较小,所占比例也都不
高,但这些景观类型特别是城乡建设用地、工矿用地对生物物种扩散的阻隔作用明显,在未来生态网络规划建
设过程中必须加以足够重视。 综上所述,密林地、耕地是构建的生态网络的主要优势景观要素类型,其次是水
域(湿地)和道路交通用地,其他用地类型所占比例极小。
3. 2摇 生境斑块间的相互作用强度
由表 5—表 7 可见,不同生境斑块间的相互作用强度差异显著,斑块 4 与 16 之间相互作用最强,表明斑块
间生态廊道的景观阻力较小,生境适应性较强,廊道在生态网络中的地位突出,对生物物种的丰富度、迁移与
扩散等起着重要作用,因此必须加以严格控制与保护;而斑块 7 与 9 之间的相互作用最弱,表明斑块间的景观
阻力很大,因此必须在未来的绿地系统规划中加以改善,提高这一廊道的生境适宜性。
0782 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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3. 3摇 生态网络的结构框架
壶瓶山绿核
洞庭湖绿心
六步溪绿核 岳麓-昭山绿核
幕埠-大围绿核
衡山绿核
罗宵山绿核
图 5摇 研究区生态网络框架结构图
Fig. 5摇 The ecological network structure in study area
节点与廊道的有机整合对提供生态功能和景观连
接性至关重要[23]。 本文基于最小费用路径方法与重力
模型提取的重要潜在生态廊道,结合湖南省城市群重要
生态要素(山体、水系、重要湖泊、湿地)的空间分布,并
以主要生境斑块的有效连接为原则,规划提出“一心六
核,三纵四横冶的生态网络框架结构(图 5)。
“一心冶:指洞庭湖绿心。 “六核冶:幕阜鄄大围绿核、
罗霄山绿核、衡山绿核、岳麓鄄昭山绿核、六步溪绿核、壶
瓶山绿核。 “三纵冶:东部生态廊道,连接洞庭湖绿心、
幕阜鄄大围绿核、罗霄山绿核;湘江生态廊道,连接洞庭
湖绿心、岳麓鄄昭山绿核、衡山绿核;西部生态廊道,连接
壶瓶山绿核、六步溪绿核、衡山绿核。 “四横冶:分别是
指澧水生态廊道、沅水生态廊道、资水生态廊道以及连
接六步溪绿核、洞庭湖绿心、幕阜鄄大围绿核的生态
廊道。
3. 4摇 消费面对生态网络的影响分析
由图 4、表 8 可见,基本消费面和参考消费面 1 之
间的廊道重合率仅为 54. 31% ,且多数廊道的吻合率均
在 60%以下,基本消费面与参考消费面 2 之间的吻合
率则更低,不足 30% ,表明消费面对生态网络结果有重
要影响。 因此,有必要根据研究需要设置多种情景,从而克服消费面模型构建所带来的对生态廊道的重要影
响,使研究结果更趋合理。
4摇 生态网络优化的对策
4. 1摇 完善重要的生境斑块
重要生境斑块往往是区域内的重要生态节点,是区域内生物的重要源地,其自身数量和质量的提升对于
区域生态环境和生物多样性保护至关重要。 研究区林地资源丰富、森林覆盖率较高,但分布不均,且面临快速
城市化的强烈干扰,岛屿化与破碎化趋势明显。 因此,建议严格保护国家级、省级自然保护区、森林公园,大型
林地、湿地等区域性重要生境斑块的完整性,并尽量将其与周围林地作为一个整体进行统筹考虑,形成连片的
生境斑块,从而增大斑块面积,丰富斑块内的生物种类,提高生境质量,增加生境适宜性。
4. 2摇 增加斑块之间连接的有效性
由图 2、图 3 可见,在研究区北部和南部等地区虽然存在潜在的生态廊道,但由于生境适宜性程度不高,
景观阻力较大,高质量的生物通道相对缺乏,致使整个生态网络的连接度不高。 本文根据生物扩散的需要和
生态建设的可能性,建议规划斑块 1—斑块 2、斑块 1—斑块 3、斑块 6—斑块 7、斑块 13—斑块 14 四条主要的
生物通道,从而增加斑块之间的有效连接。
4. 3摇 加快生态断裂点(裂点)的修复
构建的生态网络的景观组成包括一定的道路建设用地,说明道路对生态网络存在一定的切割,存在断裂
点,造成栖息地的破碎化(图 6)。 在生态廊道的设计过程中,道路特别是高等级路网对生物通道的阻隔作用
不容忽视。 机动车道阻碍了生物通道内物种的正常流动,使得物种迁移时难以跨越生态断裂点,造成野生动
物因车辆撞击造成的死亡率将升高[24]。 目前已有许多学者呼吁在建设高等级道路时应考虑提供野生动物通
道,如野生动物的地下通道、隧道、天桥等措施。 根据研究区现状经济发展水平,建议以地下通道与隧道建设
1782摇 10 期 摇 摇 摇 尹海伟摇 等:湖南省城市群生态网络构建与优化 摇
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为主,加快生态断裂点的修复工作。
4. 4摇 加强暂息地的规划建设
不同物种迁移、扩散的距离存在较大差异,对迁移距离比较远的物种来说,暂息地(也称踏脚石)的建设
显得非常重要。 暂息地的数量、质量和空间配置情况在很大程度上决定了物种迁移的时间、频率和成功率。
根据研究区的实际情况,结合潜在重要生物通道的交汇点、两个源地之间廊道穿越的重要生境斑块,确定了
10 个主要的区域性暂息地(图 7)。
N
0 50 100km
图例
主要裂点
次要裂点
高速公路
铁路
国道
省道
源地
重要廊道
图 6摇 研究区生态裂点分布图
Fig. 6摇 The map of ecological breaking point
重要暂息地
源地
重要生态斑块
廊道1
廊道2
廊道3
N
图例
0 50 100km
图 7摇 研究区重要暂息地分布图
Fig. 7摇 The map of important stepping stone
4. 5摇 加强与省域和大区域内重要生境斑块的连接
生态网络是一个开放的系统。 因而,除了研究区内部网络的完善外,加强与周边区域生态网络的对接也
非常重要和必要。 只有实现区域内外网络的互通,才能实现区域内外生态系统之间的物质交换和能量流动,
进而增强生态系统的稳定性。 研究区以及湖南省省域范围内有很多森林公园和自然保护区,森林覆盖率较
高,周边的湖北、重庆、江西、贵州、广西、广东等省市生态环境也较好,因此加强与周边区域重要生境斑块的连
接,促进不同尺度生态网络的对接与互动,增强不同物种的交流与融合,既有利于本地物种保护与保持,也有
利于大区域生物多样性的保护。
5摇 结论与讨论
区域尺度生态网络的构建和优化对区域生态环境和生物多样性保护具有重要意义。 本文以湖南省城市
群为例,基于 RS和 GIS软件平台,采用最小费用路径和情景分析方法,对潜在的生态网络进行了构建与模
拟。 研究结果表明,林地和耕地是组成生态网络的优势景观要素类型;不同生境斑块间的相互作用强度差异
显著;消费面模型能够在较大程度上影响到生态网络的分析结果。 因此结合研究区实际,选取代表性强的物
种进行深入分析探讨将显得非常重要和必要。
同一生境斑块,对于不同物种而言通常具有不同的生境适宜性程度。 例如 Serif H 等选用 4 个目标物种
(棕鬣狗,Hyaena hyaena;猞猁,Lynx lynx;狞猫,Caracal caracal和丛林猫 Felis chaus)对土耳其伊兹密尔省进行
2782 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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了生态网络分析,结果表明其生成的生态廊道各不相同,很少存在重叠[19]。 因此,生态网络构建的关键是科
学确定不同生境斑块对不同物种的生境适宜性程度,从而建立合理的消费面模型。 然而,在缺少详细生物物
种信息的情况下,准确设定生境斑块的生境适宜性将十分困难。 本文的研究限于数据资料的可获得性,仅参
考了植被覆盖率和人为干扰强度两个因子来进行景观阻力的赋值,且缺少这些因子与物种迁移较为准确的数
据关系,因此赋值带有较大的主观性,研究结果可能并不适合特定的生物种群。 但在景观尺度上,构建的生态
廊道将有利于物种的迁移和扩散,从而有利于区域生物多样性的维持。
为了探讨景观阻力赋值可能带来的结果差异,本文采用情景分析法,选用了 3 套赋值方案进行了比较分
析,结果表明,赋值方案与赋值的区间均会对生态网络的结果产生重要影响。 情景分析方法可以有效弥补由
于缺乏代表性物种信息可能带来的结果误差,提高研究结果的可靠性。 例如,Thomas S H 通过对佛罗里达黑
熊的各种生活习惯和生境的调查研究,采用了 16 种景观阻力的赋值方案,并通过分析对比这些方案的结果,
得到了保护黑熊的生态网络结构[24]。
尺度问题是景观生态学的核心问题之一。 生态网络的构建和优化也应在不同的尺度上进行。 不同尺度
的生态网络在空间结构和功能上应该是镶嵌的、匹配的,而不应相互冲突。 本文的生态网络是整个城市群的
生态网络规划的战略框架和骨架,在此基础上各地市需要结合自身实际,以此为指导,进行各地市生态网络的
规划和建设。 只有不同尺度上生态网络相互耦合和合理镶嵌,才能真正保护生物多样性,改善区域生态环境,
实现区域可持续发展。
不同物种对迁移廊道宽度的要求不同。 本文基于最小费用路径方法获取的潜在生态廊道宽度仅为栅格
数据一个像元的宽度(本文采用的栅格大小为 30m伊30m),而这一宽度通常不能满足物种迁移所需的最小廊
道宽度,即获取的廊道可能存在较多的瓶颈区域需要加以重点的关注。 因而,识别廊道建设的瓶颈区,并提出
具体的规划策略和行之有效的方针政策,需要深入探讨。
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参考文献:
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4782 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 10 May,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Circadian activity pattern of giant pandas during the bamboo growing season
ZHANG Jindong, Vanessa HULL,HUANG Jinyan, et al (2655)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………
The vivipary characteristic of Anabasis elatior and its ecological adaptation HAN Jianxin, WEI Yan, YAN Cheng, et al (2662)……
Relationships between plant community characteristics and environmental factors in the typical profiles from Dzungaria Basin
ZHAO Congju, KANG Muyi, LEI Jiaqiang (2669)
………
…………………………………………………………………………………
The relationship between pollen assemblage in topsoil and vegetation in karst mountain during different restoration period of typical
vegetation community HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou,et al (2678)………………………………………………
Early responses of soil CO2 emission to simulating atmospheric nitrogen deposition in an alpine meadow on the Qinghai Tibetan Plateau
ZHU Tianhong, CHENG Shulan, FANG Huajun, et al (2687)……………………………………………………………………
Spatial pattern of soil moisture and vegetation attributes along the critical area of desertification in Southern Mu Us Sandy Land
QIU Kaiyang, XIE Yingzhong, XU Dongmei, et al (2697)
……
…………………………………………………………………………
Dynamics ofdominant tree seedlings in montane evergreen broadleaved forest following a snow disaster in North Guangdong
OU Yuduan, SU Zhiyao, XIE Dandan, et al (2708)
…………
………………………………………………………………………………
A comparative analysis of the hydrological effects of the four cypress stand types in Sichuan Basin
GONG Gutang, CHEN Junhua, LI Yanqiong, et al (2716)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of cutting management on soil moisture in semi鄄arid Loess Hilly region LI Yaolin, GUO Zhongsheng (2727)…………………
Dynamics of understory vegetation biomass in successive rotations of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantations
YANG Chao,TIAN Dalun,HU Yueli,et al (2737)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial and temporal variation of solar radiation in recent 48 years in North China
YANG Jianying, LIU Qin,YAN Changrong, et al (2748)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Impact of stand features of short鄄rotation poplar plantations on canker disease incidence at a mesoscale landscape: a case study
in Qingfeng County, Henan Province, China WANG Jing,CUI Lingjun,LIANG Jun,et al (2757)………………………………
Effects of different soil tillage systems on weed biodiversity and wheat yield in winter wheat (Triticum aestivum L. ) field
TIAN Xinxin, BO Cunyao, LI Li, et al (2768)
……………
……………………………………………………………………………………
Habitat suitability evaluation of Elliot忆s pheasant (Syrmaticus ellioti) in Guanshan Nature Reserve
CHEN Junhao, HUANG Xiaofeng, LU Changhu,et al (2776)
……………………………………
………………………………………………………………………
Relationships between arthropod community characteristic and meteorological factors in Zanthoxylum bungeanum gardens
GAO Xin, ZHANG Xiaoming, YANG Jie, et al (2788)
……………
……………………………………………………………………………
The differences of ecosystem services between vegetation restoration modelsat desert front
ZHOU Zhiqiang, LI Ming, HOU Jianguo, et al (2797)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Response to salt stresses and assessment of salt tolerability of soybean varieties in emergence and seedling stages
ZHANG Haibo, CUI Jizhe, CAO Tiantian, et al (2805)
……………………
……………………………………………………………………………
Dynamic change of salt contents in rhizosphere soil of salt鄄tolerant plants DONG Liping, CAO Jing,LI Xianting, et al (2813)………
Effect of short鄄term salt stress on the absorption of K+ and accumulation of Na+,K+ in seedlings of different wheat varieties
WANG Xiaodong, WANG Cheng, MA Zhihong, et al (2822)
…………
………………………………………………………………………
Effects of the micro鄄environment inside fruit bags on the structure of fruit peel in ‘Fuji爷 apple
HAO Yanyan, ZHAO Qifeng, LIU Qunlong, et al (2831)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Enhancement of soil quality in a rice鄄wheat rotation after long鄄term application of poultry litter and livestock manure
LI Jiangtao, ZHONG Xiaolan, ZHAO Qiguo (2837)
…………………
………………………………………………………………………………
MSAP analysis of DNA methylation in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) under Oxytetracycline Stress
DU Yaqiong, WANG Zicheng, LI Xia (2846)
………………………………
………………………………………………………………………………………
Distribution of dinoflagellate cysts in surface sediments from Changshan Archipelagoin the North Yellow Sea
SHAO Kuishuang, GONG Ning,YANG Qing, et al (2854)
…………………………
…………………………………………………………………………
Developing and optimizing ecological networks in urban agglomeration of Hunan Province, China
YIN Haiwei, KONG Fanhua, QI Yi, et al (2863)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Dynamic simulation of Shanghai urban expansion based on multi鄄agent system and cellular automata models
QUAN Quan, TIAN Guangjin,SHA Moquan (2875)
…………………………
………………………………………………………………………………
“Micro鄄canyon effect冶 of city road green belt and its effect on the pollutant concentration above roads for non鄄motorized vehicles
LI Ping, WANG Song, WANG Yaying,et al (2888)
……
………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The abundance and diversity of nanoplankton in Arcitic Ocean GUO Chaoying,WANG Guizhong,ZHANG Fang,et al (2897)………
Advances in plant seed鄄associated microbial ecology ZOU Yuanyuan,LIU Yang,WANG Jianhua,et al (2906)………………………
Improving validity and reliability of contingent valuation method through reducing biases and errors: theory, method and applic鄄
ation CAI Zhijian, DU Liyong, JIANG Zhan (2915)………………………………………………………………………………
Discussion
The analysis of Chinese ecological academic journals LIU Tianxing, KONG Hongmei, DUAN Jing (2924)……………………………
Scientific Note
Seasonal variations in salt tolerance of Oligostachyum lubricum GU Daxing, GUO Ziwu, LI Yingchun, et al (2932)…………………
Variation of a spring bacterial community from Wuqia Sinter in Xinjiang during the pre鄄 and post鄄earthquake period
YANG Hongmei,OTKUR ·Mahmut,ZENG Jun,et al (2940)
…………………
………………………………………………………………………
Comparison of the effect of two prey species on the population growth of Orius similis Zheng and the implications for the control
of Tetranychus urticae Koch HUANG Zengyu, HUANG Linmao, HUANG Shoushan (2947)……………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 10 期摇 (2011 年 5 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 10摇 2011
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