杜志博,李洪遠(yuǎn),*,孟偉慶

1 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津 300350 2 天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 天津 300387

生態(tài)恢復(fù)對(duì)生物多樣性保護(hù)的有效性可能會(huì)受到恢復(fù)區(qū)域景觀連接度及破碎化程度的影響,與景觀連接度相關(guān)的參數(shù)如斑塊間連接程度[1]、基質(zhì)滲透度[2]、廊道和墊腳石密度[3]等均會(huì)對(duì)生態(tài)恢復(fù)效果產(chǎn)生影響。有研究表明,具有中等剩余棲息地?cái)?shù)量及一定水平景觀連接度的景觀斑塊可能具有較大的恢復(fù)意義,是生態(tài)恢復(fù)行動(dòng)重要的參考因素[4],而景觀連接度過(guò)高、過(guò)低的生境斑塊均可能不太適合進(jìn)行優(yōu)先恢復(fù)。

景觀連接度是景觀空間結(jié)構(gòu)單元間連續(xù)性的度量,包括結(jié)構(gòu)連接度和功能連接度[5]。早期的景觀連接度研究多集中于結(jié)構(gòu)連接度而忽略基于物種擴(kuò)散行動(dòng)的功能連接度,僅僅進(jìn)行物理上的結(jié)構(gòu)性研究并不現(xiàn)實(shí)且單獨(dú)研究某一方面的功能是較為片面的[6]。1984年,Merrian首次將景觀連接度引用到景觀生態(tài)學(xué)中,對(duì)于破碎景觀中棲息地和多樣性保護(hù)具有重要意義[7-9]。1999年,我國(guó)學(xué)者陳利頂?shù)仁状螌⒕坝^連接度概念引入臥龍自然保護(hù)區(qū)大熊貓的生境評(píng)價(jià)研究中[10]。目前,景觀連接度已在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃[11]、棲息地保護(hù)[12]、生物多樣性保護(hù)[13-14]、生態(tài)恢復(fù)[4]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

距離閾值指生態(tài)流的最大可達(dá)距離,通常用以判斷研究區(qū)域生境斑塊間生態(tài)流是否存在及存在強(qiáng)弱[15-18]。距離閾值的設(shè)定會(huì)影響研究區(qū)域景觀連接度分析,若距離閾值設(shè)置過(guò)低則區(qū)域內(nèi)斑塊間互不連通,破碎化嚴(yán)重；若距離閾值設(shè)置過(guò)高則區(qū)域內(nèi)斑塊均是相互連通的且同屬于同一組分,以上兩種情況均不能真實(shí)反應(yīng)研究區(qū)域景觀的真實(shí)情況。最佳距離閾值的取值方法研究多種多樣,包括目標(biāo)物種分析法[19-21]、距離閾值梯度法[22-23]、關(guān)系曲線法[24-25]等。Szabó等[19]以地面甲蟲(Pterostichusmelas)為目標(biāo)物種,將其最大移動(dòng)距離作為距離閾值進(jìn)行棲息地斑塊重要性研究；Hernández等[20]使用植物種子傳播的3個(gè)代表性距離為距離閾值研究地中海半干旱地區(qū)的景觀動(dòng)態(tài)；Laita等[22]采用閾值梯度法即通過(guò)設(shè)置不同的距離閾值梯度計(jì)算研究區(qū)域斑塊重要性和網(wǎng)絡(luò)中心性；Mailec[25]通過(guò)建立“景觀連接度指數(shù)-距離值”曲線,研究?jī)烧哧P(guān)系及突變點(diǎn)確定研究區(qū)域距離閾值。確定研究區(qū)域合適的距離閾值有利于識(shí)別關(guān)鍵斑塊及連接相對(duì)薄弱的區(qū)域,可為生態(tài)恢復(fù)過(guò)程提供參考。

天津市濱海新區(qū)是東亞至澳大利亞候鳥(niǎo)遷徙的必經(jīng)之地,沿海灘涂、濕地為鳥(niǎo)類提供了豐富的棲息地,近年來(lái)由于城市建設(shè)擴(kuò)張、工業(yè)迅速發(fā)展等原因?qū)е缕錆竦叵到y(tǒng)發(fā)生明顯變化,具體表現(xiàn)為景觀斑塊數(shù)量增加,破碎化程度增加等。本文以濱海新區(qū)為研究區(qū)域,基于該區(qū)域內(nèi)遷徙鳥(niǎo)類棲息地生境的可達(dá)到性及可利用性,利用景觀連接度指數(shù)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行連接度和斑塊重要性分析,設(shè)定不同的距離閾值梯度值,繪制“景觀連接度指數(shù)-距離閾值”曲線,篩選出濱海新區(qū)濕地景觀連接度適宜閾值,為天津市濱海新區(qū)濕地景觀研究提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1研究區(qū)域概況

天津市濱海新區(qū)緊鄰渤海。地理坐標(biāo)為38°40′—39°00′N,117°20′—118°00′E,屬濱海沖擊平原,西北高、東南低,海拔1—3m,地面坡度小于1/10000。陸域面積2270 km2,海域面積3000 km2,海岸線153 km[26]。濱海新區(qū)以濕地生態(tài)系統(tǒng)為主,濕地面積廣闊且功能多樣,廣闊的濕地系統(tǒng)為鳥(niǎo)類提供必要的棲息地,對(duì)鳥(niǎo)類生物多樣性保護(hù)具有重要意義。對(duì)濱海新區(qū)濕地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究發(fā)現(xiàn),2006—2012年間,濱海新區(qū)濕地總面積、各類型濕地面積均有所下降,尤其是灘涂濕地被圍田占用,自然海岸線90%以上被破壞占用,導(dǎo)致濱海新區(qū)濕地系統(tǒng)破碎化嚴(yán)重,人工化程度很高。為防止?jié)竦氐某掷m(xù)退化,對(duì)該區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理的保護(hù)十分必要。

1.1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用遙感數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat- 8衛(wèi)星影像,數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn)。選取2017- 4- 14的Landsat- 8 OLI影像,云量小于5%,該時(shí)期的遙感影像可滿足分析要求。其他輔助數(shù)據(jù)包括天津市濱海新區(qū)邊界矢量圖、天津市植被分布圖及天津市城市總體規(guī)劃等相關(guān)圖件。采用的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括ENVI 5.0、ArcGIS 10.2及景觀連接度分析軟件Conefor Sensinode 2.6[27]。

1.2 研究方法

基于該區(qū)域內(nèi)遷徙鳥(niǎo)類棲息地生境的可達(dá)到性及可利用性,選取天津市濱海新區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,將研究區(qū)域劃分為不同的焦點(diǎn)景觀(Focal Landscape, FL),焦點(diǎn)景觀是依據(jù)研究區(qū)域棲息候鳥(niǎo)的生境面積而劃分的面積大小相同的區(qū)域,并通過(guò)ArcGIS中的泰森多邊形分析實(shí)現(xiàn),一個(gè)多邊形分割得到的區(qū)域作為一個(gè)焦點(diǎn)景觀。通過(guò)焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊分析可以得出基于景觀連接度指數(shù)的各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊的重要性分布,且該分析也可為更大面積區(qū)域研究提供一種新的思路。通過(guò)設(shè)定不同距離閾值計(jì)算整體生境斑塊、各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊的景觀連接度指數(shù),分別繪制整體生境斑塊、各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊的景觀連接度指數(shù)隨距離閾值變化曲線。對(duì)比分析兩者的變化趨勢(shì),確定兩種情況對(duì)應(yīng)的最佳距離閾值是否相同,最終篩選出適合天津市濱海新區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀連通性分析、景觀格局變化研究的最佳距離閾值。

1.2.1焦點(diǎn)景觀(FL)

利用遙感影像處理軟件ENVI 5.3,對(duì)遙感影像進(jìn)行處理。采用UTM投影,坐標(biāo)系采用WGS_1984大地坐標(biāo)系,對(duì)遙感影像進(jìn)行波段組合(5、4、3波段合成)、輻射增強(qiáng)、裁剪處理。根據(jù)遙感圖像的紋理、色調(diào)及野外調(diào)查照片采用監(jiān)督分類法對(duì)天津市濱海新區(qū)濕地進(jìn)行解譯,最終得到研究區(qū)域濕地景觀分布圖,如圖1所示。在ArcGIS中將濕地景觀分布圖柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù),選擇工具箱中的泰森多邊形工具生成多邊形,然后選擇分割工具對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行分割,得到各焦點(diǎn)景觀(FL),如圖1所示。將每一個(gè)焦點(diǎn)景觀(FL)作為一個(gè)新的研究區(qū)域進(jìn)行研究。

圖1 2017年天津市濱海新區(qū)濕地景觀分布圖Fig.1 Spatial distribution map of wetland landscape in Tianjin Binhai New Area in 2017

1.2.2擴(kuò)散距離閾值的設(shè)定

不同物種擴(kuò)散范圍不同,斑塊是否連通與生物的遷移擴(kuò)散特性有重要關(guān)系,鳥(niǎo)類的平均擴(kuò)散范圍為30—32000 m,中小型哺乳動(dòng)物和兩棲爬行動(dòng)物的平均擴(kuò)散范圍為50—1000 m[28-29]。研究顯示,當(dāng)擴(kuò)散距離閾值達(dá)3000 m時(shí),多數(shù)焦點(diǎn)景觀(FL)的組分?jǐn)?shù)等于1,且基本不再發(fā)生變化,這表明景觀中所有斑塊間互相連接且屬于同一組分,此時(shí)進(jìn)行景觀連接度分析沒(méi)有意義。綜上,本文設(shè)定100,200,400,600,800,1000,1500,2000,3000,5000,8000 m共11個(gè)距離閾值,對(duì)2017年天津市濱海新區(qū)濕地景觀距離閾值進(jìn)行研究。

1.2.3景觀連接度指標(biāo)的選取

(1)斑塊間鏈接數(shù)(Number of Links, NL)指景觀中棲息地節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系的數(shù)量,即若任意兩個(gè)斑塊間的距離小于設(shè)定的距離閾值,則認(rèn)為這兩個(gè)斑塊之間存在鏈接數(shù)[11,30]。景觀連接性越好,其鏈接總數(shù)越多。

(2)組分?jǐn)?shù)(Number of Components, NC) 指由功能或結(jié)構(gòu)上相互連接的斑塊組成的整體[22]。一個(gè)孤立的節(jié)點(diǎn)或斑塊將會(huì)組成一個(gè)組分,不同組分之間不存在功能關(guān)系。因此,景觀內(nèi)各斑塊間聯(lián)系越緊密其組分?jǐn)?shù)越少[29]。

(3)等效連接面積指數(shù)(Equivalent Connectivity Area, ECA)指單個(gè)斑塊(最大連接)的大小,該指數(shù)可提供與景觀中實(shí)際棲息地模式相同的連接概率[31],計(jì)算公式如下：

當(dāng)斑塊的屬性與區(qū)域內(nèi)其他棲息地特征(棲息地質(zhì)量、種群大小等)相對(duì)應(yīng)時(shí),等效連接面積指數(shù)(ECA)就可以等同于等效連通性指數(shù)(EC)。本文使用的等效連通性指數(shù)包括等效整體連通性指數(shù)(EC(IIC))和等效可能連通性指數(shù)(EC(PC))[32]。EC(IIC) 、EC(PC)具有IIC、PC指數(shù)的所有理想屬性和優(yōu)先級(jí)排序能力,并且體現(xiàn)出與節(jié)點(diǎn)屬性具有相同的單位、便于量化景觀連通性變化等優(yōu)點(diǎn)[33-34]。

(4)景觀巧合概率指數(shù)(Landscape Coincidence Probability,LCP)指位于景觀內(nèi)的兩個(gè)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)位于同一棲息地的概率,通常通過(guò)研究連通斑塊區(qū)域集來(lái)反映景觀的連貫性程度。一般來(lái)說(shuō),LCP的值隨連通性的提高而增加[35-36]。

1.2.4數(shù)據(jù)處理

本文采用ArcGIS 10.2、ENVI 5.3軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行處理,利用Conefor Sensinode 2.6軟件計(jì)算各連接度指數(shù),采用Origin 8.5軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域整體景觀斑塊與各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊連接度指數(shù)隨距離閾值變化對(duì)比分析

分析可知,對(duì)整體景觀斑塊、各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊進(jìn)行景觀連接度分析所篩選出的最佳距離閾值相同。在進(jìn)行距離閾值選擇研究時(shí),可能會(huì)遇到研究區(qū)域面積過(guò)大等情況,此時(shí)若采用整體景觀斑塊進(jìn)行分析可能會(huì)造成分析速度過(guò)慢、軟件崩潰等問(wèn)題,焦點(diǎn)景觀(FL)的提出可為此類研究提供一種新的思路,在進(jìn)行分析時(shí)可根據(jù)具體實(shí)際情況,選擇最佳的處理方法進(jìn)行分析以便提高分析效率。

2.1.1景觀鏈接數(shù)(NL)、景觀組分?jǐn)?shù)(NC)對(duì)比分析

研究區(qū)域整體景觀斑塊的斑塊間鏈接數(shù)(NL)、組分?jǐn)?shù)(NC)隨距離閾值變化如圖2所示；各焦點(diǎn)景觀的斑塊間鏈接數(shù)(NL)、組分?jǐn)?shù)(NC)隨距離閾值變化如圖3所示。

圖2 整個(gè)生境斑塊的NL、NC值隨距離閾值的變化Fig.2 Changes in values of NL and NC with distance thresholds across the entire habitat patch

圖3 各焦點(diǎn)景觀的NL、NC值隨距離閾值的變化Fig.3 Change in values of NL and NC with distance thresholds across each focal landscape

對(duì)比分析可知,兩種方法中NL值均隨距離閾值的增加而增加,NC值隨距離閾值的增加而下降。除特殊的幾個(gè)焦點(diǎn)景觀(FL)外,其余焦點(diǎn)景觀(FL)的NL、NC值隨距離閾值的變化與整個(gè)生境斑塊的變化趨勢(shì)相似,這可能是由于該焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊均為面積較小的破碎化斑塊且斑塊數(shù)量較少。NL變化呈現(xiàn)出緩慢增長(zhǎng)-迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)；NC變化呈現(xiàn)迅速下降-緩慢下降-趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),具體變化趨勢(shì)分析見(jiàn)2.2.1。

2.1.2等效整體連通性指數(shù)(EC(IIC))、等效可能連通性指數(shù)(EC(PC))對(duì)比分析

研究區(qū)域整體景觀斑塊的等效整體連通性指數(shù)(EC(IIC))、等效可能連通性指數(shù)(EC(PC))如圖4所示；各焦點(diǎn)景觀的等效整體連通性指數(shù)(EC(IIC))、等效可能連通性指數(shù)(EC(PC))如圖5所示。

圖4 整個(gè)生境斑塊的EC(IIC)、EC(PC)值隨距離閾值的變化Fig.4 Changes in EC(IIC), EC(PC) values with distance thresholds across the entire habitat patch

圖5 各焦點(diǎn)景觀的EC(IIC)、EC(PC)值隨距離閾值的變化Fig.5 Changes in values of EC(IIC), EC(PC) with distance thresholds across each focal landscape

對(duì)比分析可知,兩種方法的EC(IIC)值均隨距離閾值的增加而增加,EC(PC)值隨距離閾值的增加而增加。除特殊的幾個(gè)焦點(diǎn)景觀外,其余焦點(diǎn)景觀的EC(IIC)、EC(PC)值隨距離閾值的變化與整個(gè)生境斑塊的變化趨勢(shì)相似,這可能是由于這些焦點(diǎn)景觀內(nèi)生境斑塊面積過(guò)小、破碎化程度過(guò)高引起的。EC(IIC)變化呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)-緩慢增長(zhǎng)-快速增長(zhǎng)-緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)；EC(PC)變化呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)-緩慢增長(zhǎng)-更緩慢增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),具體變化趨勢(shì)分析見(jiàn)2.2.2。

2.2 距離閾值對(duì)景觀連接度的影響

2.2.1距離閾值對(duì)鏈接數(shù)、組分?jǐn)?shù)的影響

由圖2分析可知,隨距離閾值不斷增加,NL值呈遞增趨勢(shì),NC值呈遞減趨勢(shì)并最終趨向于1。根據(jù)結(jié)果可將閾值劃分為4個(gè)區(qū)間。

(1)距離閾值為100—400 m,NC值迅速降低。景觀連接度的提高有助于提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,如果景觀連接度易隨距離閾值的改變而改變,則說(shuō)明該區(qū)間內(nèi)的距離閾值不適合描述研究區(qū)域景觀的連接狀況,因此該距離閾值區(qū)間不能作為合適的距離閾值范圍。

(2)距離閾值為400—800 m,NC值逐漸降低,下降曲線變緩。在此區(qū)間距離閾值內(nèi),雖然景觀組分仍然降低,但其幅度明顯放緩,且在此距離閾值區(qū)間內(nèi)NL值增長(zhǎng)緩慢,說(shuō)明此區(qū)間內(nèi)的景觀連接度較穩(wěn)定,受擴(kuò)散距離閾值變化影響較小,有利于進(jìn)行景觀連接度分析。

(3)距離閾值為800—2000 m,NC值變化率較小,但NL值變化率仍然較大,說(shuō)明在此閾值區(qū)間內(nèi)景觀穩(wěn)定性仍然較差,不適合進(jìn)行景觀格局和過(guò)程分析,因此也不能作為合適的距離閾值范圍。

(4)距離閾值大于2000 m,組分?jǐn)?shù)平緩減小到1,即全部生態(tài)斑塊同屬于一個(gè)組分且斑塊間互相連接。此時(shí),研究區(qū)內(nèi)所有生境斑塊都可看作是相互連接的,都可作為棲息地,這顯然與研究區(qū)實(shí)際生境狀況不符,因此,該距離閾值區(qū)間也不能作為合適的距離閾值范圍。

綜上,由斑塊間鏈接數(shù)(NL)和組分?jǐn)?shù)(NC)分析可知,400—800 m是合適的距離閾值范圍,在該區(qū)間內(nèi)比較適合進(jìn)行研究區(qū)景觀格局分析。

2.2.2距離閾值對(duì)等效連接指數(shù)的影響

由圖4分析可知,EC(IIC)、EC(PC)指數(shù)值均隨距離閾值的增加而增加,根據(jù)結(jié)果可將閾值劃分為4個(gè)區(qū)間。

(1)距離閾值為0—400 m,EC(IIC)、EC(PC)值迅速增長(zhǎng)。說(shuō)明隨距離閾值的增加,研究區(qū)域景觀連通性迅速增加,原因可能是研究區(qū)域許多破碎的小斑塊在距離閾值增加時(shí)被認(rèn)為是連通的,因此連通性指數(shù)增加迅速。但此閾值區(qū)間并不能作為閾值選擇范圍,在該區(qū)間內(nèi)景觀不穩(wěn)定,很容易受到閾值的影響。

(2)距離閾值為400—800 m,EC(IIC)、EC(PC)值增長(zhǎng)緩慢。此時(shí),研究區(qū)域內(nèi)景觀連通性變化波動(dòng)不大,景觀穩(wěn)定性較好。

(3)距離閾值為800—2000 m,EC(PC)值增長(zhǎng)仍然較緩慢,但EC(IIC)值增長(zhǎng)反而迅速增加。由于EC(IIC)指數(shù)與IIC指數(shù)具有相同的指示意義,代表整體連通性,當(dāng)距離閾值再次增加時(shí),面積較大的景觀斑塊也被認(rèn)為是連接的,因此指數(shù)增加；EC(PC)值有所增加但增長(zhǎng)較緩慢,可能是由于在考慮斑塊之間的連通可能性時(shí),一些中間斑塊的貢獻(xiàn)。

(4)距離閾值大于2000 m,EC(IIC)、EC(PC)值均增長(zhǎng)緩慢且逐漸趨于穩(wěn)定。此時(shí)整個(gè)生境斑塊可能被認(rèn)為是連通的,因此隨著距離閾值的增加,連通性指數(shù)增長(zhǎng)逐漸穩(wěn)定。

綜上,根據(jù)距離閾值對(duì)EC(IIC)、EC(PC)值的影響分析,當(dāng)景觀距離閾值為400—800 m時(shí),研究區(qū)域內(nèi)景觀連通性呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài),與2.2.1中斑塊間鏈接數(shù)(NL)、組分?jǐn)?shù)(NC)的分析結(jié)果相同。

2.2.3最佳距離閾值選擇

為進(jìn)一步確定具體的距離閾值,選擇反映斑塊重要性的指數(shù)dLCP、dIIC、dPC進(jìn)行分析,分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在合適的閾值范圍內(nèi),dLCP、dIIC、dPC的變化趨勢(shì)基本保持一致。選取對(duì)景觀整體面積影響較大的6個(gè)斑塊,設(shè)定400 m、600 m、800 m這3個(gè)距離閾值,研究dLCP、dIIC、dPC的變化,結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同距離閾值下dLCP、dIIC、dPC的值Fig.6 The values of dLCP, dIIC, dPC between different distance thresholds a表示距離閾值為400 m；b表示距離閾值為600 m；c表示距離閾值為800 m

分析可知,當(dāng)距離閾值為400 m時(shí),dLCP、dIIC、dPC的變化趨勢(shì)基本一致,在該閾值下可反應(yīng)研究區(qū)域內(nèi)景觀斑塊合理的連通狀況。因此,研究區(qū)域最佳距離閾值為400 m。

3 討論

在進(jìn)行景觀連接度分析時(shí),通常需要考慮到研究區(qū)面積,若研究區(qū)域面積過(guò)大、生境斑塊破碎化嚴(yán)重、景觀連通性情況復(fù)雜,選擇研究區(qū)域整體生境斑塊進(jìn)行研究將會(huì)面臨諸多問(wèn)題,如生境節(jié)點(diǎn)過(guò)多、分析結(jié)果復(fù)雜不易辨別、軟件運(yùn)行速度緩慢出現(xiàn)卡頓等,此時(shí)可將整體生境斑塊劃分為面積較小的焦點(diǎn)景觀(FL)進(jìn)行分析。本文中將研究區(qū)域劃分為20個(gè)小的焦點(diǎn)景觀(FL),并對(duì)比分析整體生境斑塊、各焦點(diǎn)景觀(FL)間連接度指數(shù)隨距離閾值變化趨勢(shì)的異同,研究發(fā)現(xiàn)整體生境斑塊、各焦點(diǎn)景觀(FL)之間連接度指數(shù)隨距離閾值變化趨勢(shì)大體一致,兩種不同方法分析確定的最佳距離閾值相同。但對(duì)于更大面積、景觀連通性更復(fù)雜的景觀斑塊,或進(jìn)行其他景觀分析,將整體景觀斑塊劃分為焦點(diǎn)景觀(FL)的方法是否適用或兩種方法景觀連接度分析是否具有一致性有待進(jìn)一步研究。

在進(jìn)行整體景觀斑塊與焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊景觀連接度指數(shù)隨距離閾值變化對(duì)比分析時(shí),存在特殊的焦點(diǎn)景觀(如FL1),其內(nèi)部斑塊間連接度指數(shù)隨距離閾值增加的變化趨勢(shì)與整體景觀斑塊不同,呈現(xiàn)出在某一距離閾值范圍內(nèi)其鏈接數(shù)、組分?jǐn)?shù)不發(fā)生變化或等效連接指數(shù)出現(xiàn)某個(gè)峰值的現(xiàn)象,這可能是由于進(jìn)行焦點(diǎn)景觀劃分后,該焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊均為破碎化的小面積斑塊且斑塊數(shù)量較少,并不能很好的反映出研究區(qū)域整體景觀連接度現(xiàn)狀,因此隨著距離閾值的增加其景觀連接度指數(shù)表現(xiàn)出不同于整體斑塊分析的趨勢(shì)。同時(shí)若劃分的焦點(diǎn)景觀面積過(guò)小,使得焦點(diǎn)景觀內(nèi)僅存在一個(gè)完整的斑塊,進(jìn)行景觀連接度分析時(shí)也可能會(huì)存在一些問(wèn)題。綜上,在利用焦點(diǎn)景觀進(jìn)行分析時(shí),應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域面積、目標(biāo)物種最小生存面積或研究目的設(shè)置最合適的焦點(diǎn)景觀面積。在進(jìn)行景觀連接度分析時(shí),應(yīng)綜合考慮各個(gè)焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊的實(shí)際情況,選擇最能夠代表整體景觀連接度現(xiàn)狀的焦點(diǎn)景觀進(jìn)行相應(yīng)分析。

距離閾值的選擇需要綜合考慮多方面因素,物種的擴(kuò)散距離是關(guān)鍵因素。不同物種擴(kuò)散距離往往存在很大差異,通常百米級(jí)范圍能滿足大多數(shù)物種的擴(kuò)散需求[10],但城市道路、建筑物及人類活動(dòng)往往會(huì)阻礙這些動(dòng)物的擴(kuò)散,造成景觀破碎化使距離閾值減小。景觀連接度能夠衡量景觀要素在結(jié)構(gòu)和功能上的連通程度,基于圖論的景觀連接度模型通常能更好的反映物種擴(kuò)散、遷徙過(guò)程與景觀格局的相互關(guān)系。在進(jìn)行景觀連接度分析時(shí)需要確定適宜的距離閾值,以便尋找出景觀連接的薄弱環(huán)節(jié)、確定對(duì)整體景觀連通性具有重要貢獻(xiàn)值的小型斑塊。采用IIC、PC等景觀連通性指數(shù)篩選景觀距離閾值時(shí),適宜的距離閾值與濕地景觀斑塊現(xiàn)狀分布密切相關(guān)[26],若研究區(qū)域內(nèi)生境斑塊間距離較大,采用較小的距離閾值則很難發(fā)現(xiàn)景觀連通的薄弱環(huán)節(jié)；若各生境斑塊間距離較小或覆蓋率較高,則必須采用較小的距離閾值進(jìn)行分析,較大距離閾值往往會(huì)將各斑塊默認(rèn)為是相互連通的從而影響小面積斑塊重要性的分析。本文只根據(jù)IIC、PC等景觀連接度指數(shù)篩選出研究區(qū)域景觀連通性分析的最佳距離閾值,對(duì)于最佳距離閾值與研究區(qū)域景觀格局相互作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。在進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)時(shí),進(jìn)行研究區(qū)域景觀連接度研究是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,通過(guò)景觀連接度分析可以清晰了解研究區(qū)域當(dāng)前的景觀連接度現(xiàn)狀及重要斑塊分布情況,這將為生態(tài)恢復(fù)優(yōu)先區(qū)域劃定研究提供一種方法和思路。但值得注意的是,在進(jìn)行距離閾值選擇時(shí)不僅僅要考慮景觀連接度的可執(zhí)行性,還要考慮到不同層次的目的要求,最終確定最適合該研究區(qū)域的距離閾值。

4 結(jié)論

本文將研究區(qū)域劃分為20個(gè)小的焦點(diǎn)景觀(FL),基于景觀連接度原理,設(shè)置11個(gè)不同的距離閾值進(jìn)行天津市濱海新區(qū)濕地景觀連接度最佳距離閾值的篩選,同時(shí)對(duì)比分析研究區(qū)域整體景觀斑塊與各焦點(diǎn)景觀(FL)的連接度指數(shù)隨距離閾值的變化趨勢(shì),最終得出以下結(jié)論：

(1)通過(guò)對(duì)比分析研究區(qū)域整體景觀斑塊與各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊的連接度指數(shù)隨距離閾值變化的趨勢(shì)發(fā)現(xiàn),各焦點(diǎn)景觀內(nèi)斑塊與整體景觀斑塊的景觀連接度指數(shù)隨距離閾值的變化趨勢(shì)相似,即通過(guò)兩種方法篩選出相同的最佳距離閾值。采用軟件進(jìn)行焦點(diǎn)景觀連接度指數(shù)計(jì)算常表現(xiàn)出效率高,有效避免軟件卡頓等優(yōu)點(diǎn)。可為今后更大區(qū)域景觀分析、更復(fù)雜生態(tài)景觀格局研究提供新的思路。

(2)通過(guò)分析不同擴(kuò)散距離閾值條件對(duì)斑塊間鏈接數(shù)(NL)、組分?jǐn)?shù)(NC)、等效連通性指數(shù)(EC,包括EC(IIC)、EC(PC))的影響,篩選出400—800 m作為濱海新區(qū)景觀格局動(dòng)態(tài)變化、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)等研究的適宜距離閾值范圍。在該區(qū)間內(nèi),研究區(qū)內(nèi)生境斑塊連接度較為穩(wěn)定,能較為清晰地顯示出各斑塊的分布情況,有利于識(shí)別景觀中的重要斑塊。

(3)通過(guò)進(jìn)一步對(duì)研究區(qū)域生境斑塊重要性的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)在距離閾值為400 m時(shí),各生境斑塊重要性(dLCP、dIIC、dPC)變化趨勢(shì)一致,最終選定400 m作為天津市濱海新區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)景觀連接度最佳距離閾值。

在整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)中,面積較大斑塊往往會(huì)影響整個(gè)區(qū)域的景觀連通性水平,是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵組成成分,但也發(fā)現(xiàn)一些小面積的生境斑塊由于其數(shù)量眾多,也會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)連通性產(chǎn)生重要影響,且其具有維護(hù)成本低、易管理等優(yōu)點(diǎn),因此,在進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)景觀連通性、景觀格局動(dòng)態(tài)分析及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)研究時(shí),應(yīng)綜合考慮該生態(tài)系統(tǒng)中的所有生境斑塊。