邊緣效應與生態(tài)綠道寬度關系研究*

岳曉雷 徐文輝 陳青紅 黃一成

浙江農(nóng)林大學風景園林與建筑學院 浙江臨安 311300

綠道是近年來景觀生態(tài)學的重要概念，在總結Little［1］、Ahern［2］和 Fabos［3］相關文獻基礎上，可將其定義為:沿自然廊道 (河谷、山脊等)或游憩道路延伸，連接生態(tài)景觀斑塊或者文化旅游景觀的線性、帶狀綠地結構。狹義的綠道專指內(nèi)設可供行人和騎車者進入的景觀游憩線路;廣義的綠道還包括生態(tài)綠道，即物流、能流移動通過的線路通道。綠道的最小與最適寬度是規(guī)劃設計的難題。寬度過窄對敏感物種不利，邊緣效應會降低內(nèi)部種數(shù)量，影響綠道中物種的分布和遷移［4］。

雖然朱強、達良俊等相關專家已對生態(tài)廊道寬度作出一定研究［5－10］，但目前國內(nèi)外還不存在系統(tǒng)、全面的寬度規(guī)劃設計方法與技術。本文將從邊緣效應與生物保護綠道寬度關系的角度進行相關研究。

1 邊緣效應的概念及其與綠道寬度的關系

1.1 邊緣效應的概念

邊緣效應指生態(tài)交錯帶內(nèi)物種種類與個體數(shù)量多于鄰近生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)象。肖篤寧等將景觀斑塊的邊緣效應定義為斑塊邊緣部分由于受到外界環(huán)境的影響而表現(xiàn)出與其中心部分不同的生態(tài)學特征［11］。

1.2 邊緣效應特征與綠道寬度

綠道邊緣效應區(qū)域食物鏈較長，生物多樣性高，抗干擾能力較差，干擾后恢復周期較長［12］。保持綠道邊緣結構的多樣性、曲折度的適宜性、寬度和形狀的適宜性以及邊緣效應對外部有害因素的過濾作用，對其生態(tài)功能的發(fā)揮起到重要作用。綠道邊緣的過濾功能可以提供比較穩(wěn)定的內(nèi)部生境系統(tǒng)，如生態(tài)交錯帶可以過濾林緣外物理因素如光照、風等、河流緩沖帶可過濾污染物。

1.3 邊緣結構多樣與綠道寬度

綠道網(wǎng)絡與基底進行物質(zhì)和能量強烈交換的區(qū)域主要集中在綠道的邊緣。邊緣效應的程度影響著目標物種在綠道中的分布狀況，綠道邊緣區(qū)域結構的多樣性決定著對物種影響程度的多樣性［13］，也影響到綠道的寬度。例如，河道邊緣緩沖帶、高速公路與自然保護區(qū)生境廊道具有不同的結構和功能，植物垂直與水平配置方式不同，綠道寬度也不同［14］。一般來講，當綠道通過區(qū)域景觀破碎度較大、綠道邊緣結構復雜時，容易受到外界干擾，綠道寬度增加。

1.4 曲折度的多樣性與綠道寬度

綠道作為線性連接結構，曲折度增加可以增加線路長度，邊緣生境與外部基質(zhì)作用強度也會增加，更易受到外界環(huán)境干擾。綠道通過郊野山區(qū)時可以通過增加其曲折度營造多樣的邊緣生境，增加邊緣生物多樣性。在這種情況下，可適當減小綠道寬度，減少生物體在綠道內(nèi)部的橫向移動。當綠道連接城市中的綠地斑塊時，可以通過增加綠道寬度提高內(nèi)部生境面積比率，目標物種棲息地與遷徙通道的穩(wěn)定性也會增加。

1.5 綠道通過的“墊腳石”系統(tǒng)與綠道寬度

目標物種在綠道中的遷徙移動過程需要有臨時棲息地。具有捕食等功能的“墊腳石”斑塊的大小與形狀對“墊腳石”功能的發(fā)揮有重要影響。一般認為，生存面積大的肉食動物比生存面積小的更容易滅絕，因為其需要較大的“墊腳石”生態(tài)節(jié)點才能保證食物需求。生態(tài)節(jié)點的形狀決定其與基質(zhì)相互作用的強度，影響到物種分布穩(wěn)定性以及擴展、收縮、遷移的趨勢等。一般情況下，當斑塊面積不變時，斑塊形狀越簡單，內(nèi)部生境面積越大，物種豐富度和種群數(shù)量也較大。

2 邊緣效應影響因素分析

邊緣效應受多種因素的影響。在不同的情況下，某一種或幾種因素對邊緣效應的影響比較突出，成為綠道寬度設計的關鍵因素。

2.1 目標物種

邊緣效應是有針對性的。在多數(shù)情況下，綠道規(guī)劃之初已經(jīng)確定好目標物種，尤其是對邊界比較敏感，如對人類活動、天敵、城市噪聲、道路污染等反應比較明顯的物種。瀕危物種、大型哺乳動物、季節(jié)性遷徙物種多成為綠道保護的目標物種，在針對這些物種進行格局保護規(guī)劃時，邊緣效應寬度是進行綠道寬度設計時考慮的重要因素;但多生境物種對邊緣效應反應并不強烈，對這些物種進行保護規(guī)劃時，邊緣效應的影響可以作為次要因素［15］。綠道寬度增加到某一目標值后，邊緣種數(shù)量將趨于穩(wěn)定，而內(nèi)部種數(shù)量會逐漸增加［16］。

2.2 相鄰景觀適宜性

綠道邊緣效應與其相鄰斑塊景觀適宜性有關［17］。如果綠道與周邊斑塊生境相近，則邊緣效應較弱;如果綠道與周邊斑塊環(huán)境差異較大，則表現(xiàn)出強烈邊緣效應。邊緣效應弱的情況下，綠道寬度要求相對較低;相反，需要增加綠道寬度以保證內(nèi)部適宜的寬度和穩(wěn)定的生境。太陽輻射角、盛行風向、水源和坡度等都是影響邊緣效應強度的景觀適宜性評價因子［18］。

2.3 特殊的寬度

綠道作為線性或帶狀生境，從橫向上可以將其劃分為一組小生境斑塊;當綠道寬度足夠?qū)挄r，還可以從縱向上劃分為邊緣生境和內(nèi)部生境。邊緣生境寬度由邊緣物種決定，一般為當?shù)厣锘蛐⌒蛣游?內(nèi)部生境寬度由內(nèi)部物種決定，一般為大型哺乳動物或季節(jié)性遷移擴散生物種群。Harrison提出以等于平均行動圈面積的長與寬之比為2∶1的長方形的寬度作為廊道的最小寬度［19］。

3 邊緣效應分析

3.1 邊緣效應分析基礎

景觀類型空間制圖分析是邊緣效應定量分析的基礎。制圖分析首先要確定研究地現(xiàn)有的各種景觀類型及其空間分布特征，分析各斑塊的大小、數(shù)目、形狀和連接程度。斑塊內(nèi)容在一定程度上也影響到邊緣效應。在此基礎上，應進一步根據(jù)綠道周邊斑塊的屬性特征，分析他們可能對目標物種的影響［20］，評價區(qū)域的景觀適宜性，選擇合適的綠道網(wǎng)絡線路，定量分析綠道的寬度。

3.2 邊緣效應表示方法

傳統(tǒng)的邊緣效應研究中，僅僅基于斑塊形狀的周長與面積之比 (P/A)并不適合綠道寬度設計。邊緣效應的定量評價最終目標是確定綠道的寬度，即確定綠道邊界或邊界范圍。由于對景觀屬性特征不同的研究區(qū)域可以采用不同的研究方法，邊緣效應的表示方法也不同。對于綠道來講，邊界的確定可以采用網(wǎng)絡人為切割的方法或移動窗口分析的方法。

3.2.1 系統(tǒng)人為切割法

系統(tǒng)人為切割方法是把綠道網(wǎng)狀格局當作樣地，統(tǒng)計分析網(wǎng)格內(nèi)各種要素分布情況，用聚類方法勾繪景觀單元的邊界，盡量順應自然地形劃分多邊形。首先通過航片衛(wèi)星地圖解譯判斷邊界的大致位置，再通過計算機和實地調(diào)查進一步確定邊界具體位置。此方法較適合用于以柵格數(shù)據(jù)為基礎的地理信息系統(tǒng)，可用于初步的綠道線路和邊界的確定。

圖1中，土地利用類型分為林地和建設用地，林地包括A，B，C，D共4個斑塊。其中，A與B為同質(zhì)林地，通過狹長林地D連接在一起;C為不同類型林地。根據(jù)土地利用情況和自然地形地貌劃分為不同斑塊，假設A與B為某個目標物種的核心生境，如圖1所示，可選擇的生態(tài)綠道線路有2條。

圖1 綠道系統(tǒng)人為切割

3.2.2 移動滑塊分析法

移動滑塊分析法是從分析邊緣效應的影響因子出發(fā)，利用地理信息系統(tǒng)中的濾波功能，以一定的窗口大小計算中心單元的景觀適宜性負荷值;然后通過比較每一個單元景觀適宜性負荷值的大小來確定該單元受到邊緣效應影響 的 程 度［21］。如果該單元的景觀適宜性負荷值大于邊緣效應的臨界點，則認為它不屬于邊緣效應的影響區(qū)，在進行生態(tài)功能區(qū)劃時應該劃歸為核心區(qū);如果其負荷值小于邊緣效應的臨界點，則應該劃為邊緣效應的影響范圍。

圖2 移動滑塊分析法

在實際操作過程中，需要考慮到目標物種對不同斑塊的適宜性。例如，圖1中C斑塊對不同目標物種適宜性的權重賦值差別較大，先計算D斑塊的適宜性問題。在圖2，將基質(zhì)以邊長為1的單元格等分，假設某目標物種領域面積為R2，同時R=1.5，滑塊a，b，c邊長為R。當滑塊內(nèi)部基質(zhì)為林地且均質(zhì)時，權重賦值為1.0;完全沒有林地時賦值為0。滑塊a中林地面積為60%，賦值為0.6;滑塊b中林地面積為100%，賦值為1.0;滑塊c中林地面積為70%，賦值為0.7。依同理對整條綠道線路賦值。

3.3 邊緣效應影響區(qū)域

一般情況下，斑塊邊緣效應區(qū)域應與該物種活動領域面積相當。確定綠道寬度一般分為以下幾個步驟:首先，確定區(qū)域內(nèi)目標物種和目標物種移動線路，根據(jù)活動領域半徑提出參考的綠道寬度;其次，根據(jù)地形地貌和植被綠化情況人為切割土地為柵格單元，劃出多邊形邊界;最后，通過對景觀斑塊的景觀適宜性進行賦值，分析確定綠道寬度范圍。

在圖2中，假設綠道線路適宜性達到0.7時某目標物種可以正常遷徙，則在a、b和c滑塊中只有b和c適合物種遷移;在滑塊a處需要對土地利用情況進行合理調(diào)配，使其適宜性賦值達到0.7。最小綠道寬度為D=0.7R=0.7×1.5=1.05。

結果表明，適合目標物種遷徙的綠道寬度至少要達到1.05單元格寬度值，不能夠滿足次寬度的區(qū)域?qū)ξ锓N遷移會造成一定影響，需要增加綠道寬度以滿足功能需求。

3.4 案例分析

黑麂遷徙綠道寬度R一般可取180 m。綠道寬度設計中，網(wǎng)格大小適宜取1/10R～1/3R，即18～60 m，此處單元格寬度36 m，移動滑塊寬度180 m;滑塊沿綠道線路移動，當某一段綠道以黑麂采食功能為主且植被覆蓋較好時，適宜性需要取0.6，則D=0.6×R=0.6×5，單元格寬度=3×36=108 m;當以黑麂棲息與隱蔽功能為主、植被覆蓋0.7時，適宜性需要取 0.8，則 D=0.8×R/0.7=0.8×180/0.7=205.5 m;當以黑麂遷徙功能為主、植被覆蓋0.5時，適宜性需要取0.6，則D=0.6×180/0.5=216 m。

4 結語

自然保護區(qū)緩沖帶寬度設計是邊緣效應理論最直接的應用，緩沖帶與生物保護綠道需要達到一定的寬度才能發(fā)揮其生態(tài)功能，精確度較高的定量評價有助于緩沖帶寬度的合理設置。在適宜性分析的基礎上通過邊緣效應分析來確定綠道寬度，為綠道寬度規(guī)劃設計提供了新思路，不再局限于生態(tài)分析層面。

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