道路和城市化對中國景觀破碎效應(yīng)初步研究.pdf

1、道路建設(shè)從生態(tài)學(xué)角度來觀察，實(shí)際上是將動(dòng)植物棲息地轉(zhuǎn)換為“路基和路域”的過程，隨后誘發(fā)經(jīng)濟(jì)廊道形成并引起城市化蔓延。在分布有道路的生態(tài)景觀中，動(dòng)物種群持久性和生物多樣性面臨的最大威脅是棲息地喪失及其品質(zhì)下降。交通撞死撞傷、噪音干擾、棲息地遭受直接剝奪、徑流模式改變、淤積和干涸過程、遷徙障礙、外來種道旁入侵、景觀結(jié)構(gòu)改變、森林道路邊緣效應(yīng)等都會(huì)使得棲息地品質(zhì)下降，導(dǎo)致動(dòng)物種群在數(shù)量和行為發(fā)生響應(yīng)。道路及其它自然與人為因子，如山體、河流、城

2、市不透水面、農(nóng)田等疊加后會(huì)加劇對棲息地的干擾強(qiáng)度。因此，對這些信息的量化和研究是中國“道路生態(tài)學(xué)”領(lǐng)域首先要開展的基礎(chǔ)性工作。
　　 中國景觀破碎化最主要的因子群是鋪裝有路面的大交通量公路(國道、省道和縣道)、鐵路和城市化面積，其快速增長所導(dǎo)致的最終生態(tài)后果是全國生態(tài)景觀破碎化程度加深，生態(tài)流(Eco-Flow)受到干擾。為提供這方面有用的信息，促使道路和城市規(guī)劃部門了解景觀破碎化現(xiàn)狀并及時(shí)采取生態(tài)保育措施，對全國尺度上破碎化格

3、局和程度進(jìn)行分析和量化就顯得尤為重要。本研究主要通過有效格柵(Meff，Effective-Mesh-Size)方法對由運(yùn)輸網(wǎng)引發(fā)的全國尺度景觀破碎化開展首次評估。1)Meff評估結(jié)果展示：由主要陸路交通運(yùn)輸系統(tǒng)和城市所導(dǎo)致的景觀破碎化具有顯著空間格局，廣大西部地區(qū)破碎化較輕，華東、南地區(qū)影響最為嚴(yán)重；2)以省為報(bào)告單位(Provincial Working Unit)的評估顯示：全國尺度的破碎空間趨勢從東至西呈現(xiàn)5個(gè)明顯遞減層次，以山

4、東省最為嚴(yán)重，向西部依次減輕；3)通過和已報(bào)告的世界上其它地區(qū)有效格柵值進(jìn)行比對，若干東部省份已躋身于世界景觀破碎度嚴(yán)重區(qū)域，某些中、西部省和歐洲、美國加利福尼亞欠發(fā)展地區(qū)破碎度基本一致；4)采用FRAGSTATS量度指標(biāo)，將中國長江中、下游江蘇省類似面積的成熟農(nóng)業(yè)區(qū)(～40,000 km2)道路破碎景觀模式與加州中央谷地區(qū)(California's Central Valley)做了對比研究，結(jié)果表明加州有更多較小的景觀綴塊(Land

5、scape Patch)，但卻保存了較大面積的山區(qū)綴塊，江蘇省對比區(qū)缺少大綴塊，多數(shù)綴塊在20-1000km2之間，中等大小綴塊明顯占有優(yōu)勢。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)美國加州被道路分割的景觀有一個(gè)特點(diǎn)：某幾種面積在所有綴塊面積頻數(shù)統(tǒng)計(jì)中呈現(xiàn)明顯標(biāo)記特征(Size Distribution Signature)，包括640平方英畝(1平方英里)與其2級以下分區(qū)(如40英畝)。相比之下，中國無明顯道路分區(qū)標(biāo)記。
　　 論文還對國內(nèi)不同尺度景觀破碎

6、做了研究，內(nèi)容包括：5)FG1-FG7(Fragmenting Geometrics)梯度上，江蘇、浙江、上海、安徽、江西和福建華東6省市的破碎化現(xiàn)狀；6)典型省份間景觀指數(shù)比對；7)中國生態(tài)地理區(qū)(后稱地生態(tài)區(qū))景觀破碎現(xiàn)狀；8)8處瀕危植物熱點(diǎn)區(qū)和9)全國哺乳動(dòng)物高豐度區(qū)道路影響棲息地完整性評價(jià)。結(jié)果顯示：華東六省在Fg1到Fg7(新增鄉(xiāng)村道、馬車道、水體、山體、農(nóng)田破碎因子)梯度上生境破碎化現(xiàn)狀研究比Fg1-Fg3全國尺度研究更加

7、逼近現(xiàn)實(shí)，鄉(xiāng)道(Rura1 Road)進(jìn)入評價(jià)(Fg4)后，該區(qū)域破碎度進(jìn)一步加重，全部處于＜1000Km2范圍，馬車道(Cart Road)破碎效應(yīng)被納入評價(jià)后(Fg5)變化并不明顯，在考慮水體(Fg6)影響后，有巢湖、太湖、洪澤湖、鄱陽湖、長江分布或流經(jīng)的縣(區(qū))破碎度進(jìn)一步加重，多數(shù)地方有效柵格縮至＜500Km2，考慮農(nóng)田及高于2000m海拔山體后(Fg7)絕大多數(shù)縣(市、區(qū))有效柵格降低到＜200Km2。上海、杭州、寧波周邊、江

8、蘇與安徽大部、江西北部有效柵格均出現(xiàn)＜100Km2破碎化愈嚴(yán)重現(xiàn)象。在所選成對或成組省(市、區(qū))(北京、上海和天津；江蘇和浙江；湖南和湖北；新疆和西藏)Fg3下景觀指數(shù)對比研究中，我們展示了這一代表性區(qū)域其它維的景觀屬性，比如平均綴塊大小(MPS)顯示了不論在11個(gè)對比對象組間，還是3個(gè)直轄市組內(nèi)，MPS上海都為最小，MPS西藏最大，另外MPS西藏＞MPS新疆；MPS北京＞MPS天津＞MPS上海；MPS湖南、MPS湖北、MPS浙江、MP

9、S江蘇和MPS北京基本一致，浙江略大于江蘇，湖南略大于湖北。這些結(jié)果有助于在Meff基礎(chǔ)上進(jìn)一步全面了解某一地區(qū)的景觀破碎特征。對中國地生態(tài)區(qū)、瀕危植物熱點(diǎn)區(qū)和哺乳動(dòng)物不同豐度區(qū)道路影響棲息地完整性評價(jià)結(jié)果表明：若干地生態(tài)區(qū)已成為世界上景觀破碎化程度最嚴(yán)重區(qū)域，如暖溫帶落葉闊葉區(qū)；中國受脅迫植物熱點(diǎn)區(qū)及哺乳動(dòng)物多樣性較高地區(qū)破碎化程度沒有明顯分布規(guī)律，植物熱點(diǎn)區(qū)破碎化分布不均衡，高(低)動(dòng)物豐度區(qū)同時(shí)存在破碎程度高和低的現(xiàn)象。這種結(jié)果揭

10、示了及時(shí)采取保護(hù)和緩解的緊迫和必要性。
　　 10)對甘肅省道路網(wǎng)特征研究結(jié)果顯示：道路長度和廊道特征(綴塊數(shù)、路段數(shù)、結(jié)點(diǎn)數(shù))成明顯正相關(guān)，同時(shí)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)也具有極強(qiáng)相關(guān)性；國道分割綴塊數(shù)與城市人口的Pearson系數(shù)接近8，隨道路等級下降相關(guān)度依次降低。國道兩側(cè)距離梯度與8個(gè)景觀指標(biāo)之間的決定系數(shù)R2均出現(xiàn)了＞0.98的值。上述這些結(jié)果說明甘肅省道路(網(wǎng))、人類活動(dòng)和景觀特征之間關(guān)系密切。另外，通過網(wǎng)絡(luò)分析，各級道路逐漸依次疊加

11、后α值不斷降低，節(jié)點(diǎn)數(shù)增多而回路減少，各縣α值趨于集中，低等級道路使得路網(wǎng)閉合回路率輕微提高，說明路網(wǎng)發(fā)育尚不完善，聯(lián)絡(luò)線多為低等或等外路土石頭道路。β值展現(xiàn)甘肅路網(wǎng)呈明顯樹枝狀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加上縣道、鄉(xiāng)道、馬車道后，單位節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)大約平均1.2-1.5條鏈接線。γ指數(shù)在Fg1-Fg5梯度上趨于集中，說明各縣公路發(fā)展現(xiàn)狀與期望實(shí)現(xiàn)的理想情景間差距趨同。Fg1-Fg4上γ均值呈現(xiàn)下降趨勢，說明加入省道、縣道和鄉(xiāng)道后，其間鏈接程度與理想狀態(tài)差距

12、增大，凸顯樹枝狀路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，點(diǎn)對點(diǎn)交通不便捷，通行多需要通過干線來實(shí)現(xiàn)，而馬車道成為了這種路網(wǎng)結(jié)構(gòu)真實(shí)補(bǔ)充，一定程度改善點(diǎn)對點(diǎn)的通行狀況。在不同等級道路關(guān)系分析中，我們發(fā)現(xiàn)省道密度與鄉(xiāng)道密度的相關(guān)度最高(P-Coefficient:0.93，P＜0.0001)，省道(PR)與縣道(TR)、縣道(TR)與鄉(xiāng)道(RR)密度間相關(guān)較強(qiáng)；國道與其下四類道路密度相關(guān)度小于省道與其下3類道路密度相關(guān)度?？h道(TR)和鄉(xiāng)道(RR)相關(guān)度較高，接近0.8

13、，而與馬車道(CR)相關(guān)度低(R=0.63，P＜0.0001)；國道和省道相關(guān)度在國道與其它道路關(guān)系系數(shù)中相對最高，反映了省道網(wǎng)依據(jù)國道布線的事實(shí)。另外，甘肅省道在網(wǎng)絡(luò)中社會(huì)經(jīng)濟(jì)重要性被突出。道路網(wǎng)絡(luò)密度和地形(海拔)相關(guān)性弱，甚至呈現(xiàn)較弱負(fù)相關(guān)。在道路和經(jīng)濟(jì)關(guān)系上，道路密度在Fg1-Fg5情景下和第一、林業(yè)、畜牧、養(yǎng)殖和漁業(yè)之間相關(guān)度極低。GNP、第二、第三產(chǎn)業(yè)和國道、省道密度具有弱正相關(guān)(R≈0.5，(P＜0.0001)。景觀特征上

14、，國省、縣道、鐵路和城市化面積所分割的景觀綴塊中60-120Km2類數(shù)量最多(200多處)，其次為180-600 Km2(約160處)、30-60 Km2(約120處)、0.6-1 Km2(約100處)、10-20Km2(約80處)、1-2 Km2(約85處)、5-10Km2(約85處)等。其中6000-10000Km2、10000-35000Km2類別中綴塊數(shù)量最少，但所占面積最大。綴塊形狀隨綴塊面積增大更為復(fù)雜。土地利用方面，198

15、0年到2000年20年間，甘肅國道兩側(cè)8Km寬廊道中，農(nóng)村宅基地土地面積增量最大(48.4525 Km2)，其次為旱地(33.6825Km2)、城市用地(19.6326 Km2)。低蓋度和中等蓋度草地?fù)p量最大(38.396和30.95 Km2)，高覆蓋草地?fù)p量較少(約11.457Km2)。另外，水田損失最少，僅0.716 Km2。稀疏林地、灌木林和森林損失分別為5.022、6.682和3.611km2，“其它林地”增量約6.1km2。裸

16、地、戈壁和沼澤大約損失9Km2，鹽堿地和沙化土地增加約2 km2。
　　 甘肅省景觀破碎化研究顯示，省道和鐵路使破碎加深，村道對破碎化格局無明顯改變，馬車道使破碎進(jìn)一步加重。甘肅中部為道路高密度區(qū)，破碎程度有向東南發(fā)展趨勢、河西破碎化面積也會(huì)擴(kuò)大。城市面積進(jìn)入破碎因子組合后，對空間格局影響不及馬車道明顯。農(nóng)田進(jìn)入影響因子組合后，全省多數(shù)地方原破碎化空間格局未發(fā)生變化，但破碎度明顯加深，隴南破碎化面積呈現(xiàn)擴(kuò)大跡象。在考慮山地破碎效

17、應(yīng)后祁連山區(qū)、洮岷山區(qū)、甘南隴南山區(qū)成為破碎化影響地區(qū)，全省破碎化程度均有加重趨勢。水體影響在所選三種尺度中表現(xiàn)不明顯。目前，道路網(wǎng)已對全國土地，尤其是生態(tài)熱點(diǎn)區(qū)造成了不可挽回的影響，規(guī)劃和在建道路以及城市化還將對這些地區(qū)景觀完整性形成進(jìn)一步的影響。為有效保育目前已受威脅的生物多樣性和景觀完整性，我們建議在全國和區(qū)域尺度規(guī)劃中考慮現(xiàn)有國土道路、城市化、自然因素所造成的破碎化模式，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)、動(dòng)物群落和動(dòng)物物種實(shí)現(xiàn)生態(tài)友好型的，可持續(xù)的