边缘效应与生态绿道宽度关系研究*

岳晓雷 徐文辉 陈青红 黄一成

浙江农林大学风景园林与建筑学院 浙江临安 311300

绿道是近年来景观生态学的重要概念，在总结Little［1］、Ahern［2］和 Fabos［3］相关文献基础上，可将其定义为:沿自然廊道 (河谷、山脊等)或游憩道路延伸，连接生态景观斑块或者文化旅游景观的线性、带状绿地结构。狭义的绿道专指内设可供行人和骑车者进入的景观游憩线路;广义的绿道还包括生态绿道，即物流、能流移动通过的线路通道。绿道的最小与最适宽度是规划设计的难题。宽度过窄对敏感物种不利，边缘效应会降低内部种数量，影响绿道中物种的分布和迁移［4］。

虽然朱强、达良俊等相关专家已对生态廊道宽度作出一定研究［5－10］，但目前国内外还不存在系统、全面的宽度规划设计方法与技术。本文将从边缘效应与生物保护绿道宽度关系的角度进行相关研究。

1 边缘效应的概念及其与绿道宽度的关系

1.1 边缘效应的概念

边缘效应指生态交错带内物种种类与个体数量多于邻近生态系统的现象。肖笃宁等将景观斑块的边缘效应定义为斑块边缘部分由于受到外界环境的影响而表现出与其中心部分不同的生态学特征［11］。

1.2 边缘效应特征与绿道宽度

绿道边缘效应区域食物链较长，生物多样性高，抗干扰能力较差，干扰后恢复周期较长［12］。保持绿道边缘结构的多样性、曲折度的适宜性、宽度和形状的适宜性以及边缘效应对外部有害因素的过滤作用，对其生态功能的发挥起到重要作用。绿道边缘的过滤功能可以提供比较稳定的内部生境系统，如生态交错带可以过滤林缘外物理因素如光照、风等、河流缓冲带可过滤污染物。

1.3 边缘结构多样与绿道宽度

绿道网络与基底进行物质和能量强烈交换的区域主要集中在绿道的边缘。边缘效应的程度影响着目标物种在绿道中的分布状况，绿道边缘区域结构的多样性决定着对物种影响程度的多样性［13］，也影响到绿道的宽度。例如，河道边缘缓冲带、高速公路与自然保护区生境廊道具有不同的结构和功能，植物垂直与水平配置方式不同，绿道宽度也不同［14］。一般来讲，当绿道通过区域景观破碎度较大、绿道边缘结构复杂时，容易受到外界干扰，绿道宽度增加。

1.4 曲折度的多样性与绿道宽度

绿道作为线性连接结构，曲折度增加可以增加线路长度，边缘生境与外部基质作用强度也会增加，更易受到外界环境干扰。绿道通过郊野山区时可以通过增加其曲折度营造多样的边缘生境，增加边缘生物多样性。在这种情况下，可适当减小绿道宽度，减少生物体在绿道内部的横向移动。当绿道连接城市中的绿地斑块时，可以通过增加绿道宽度提高内部生境面积比率，目标物种栖息地与迁徙通道的稳定性也会增加。

1.5 绿道通过的“垫脚石”系统与绿道宽度

目标物种在绿道中的迁徙移动过程需要有临时栖息地。具有捕食等功能的“垫脚石”斑块的大小与形状对“垫脚石”功能的发挥有重要影响。一般认为，生存面积大的肉食动物比生存面积小的更容易灭绝，因为其需要较大的“垫脚石”生态节点才能保证食物需求。生态节点的形状决定其与基质相互作用的强度，影响到物种分布稳定性以及扩展、收缩、迁移的趋势等。一般情况下，当斑块面积不变时，斑块形状越简单，内部生境面积越大，物种丰富度和种群数量也较大。

2 边缘效应影响因素分析

边缘效应受多种因素的影响。在不同的情况下，某一种或几种因素对边缘效应的影响比较突出，成为绿道宽度设计的关键因素。

2.1 目标物种

边缘效应是有针对性的。在多数情况下，绿道规划之初已经确定好目标物种，尤其是对边界比较敏感，如对人类活动、天敌、城市噪声、道路污染等反应比较明显的物种。濒危物种、大型哺乳动物、季节性迁徙物种多成为绿道保护的目标物种，在针对这些物种进行格局保护规划时，边缘效应宽度是进行绿道宽度设计时考虑的重要因素;但多生境物种对边缘效应反应并不强烈，对这些物种进行保护规划时，边缘效应的影响可以作为次要因素［15］。绿道宽度增加到某一目标值后，边缘种数量将趋于稳定，而内部种数量会逐渐增加［16］。

2.2 相邻景观适宜性

绿道边缘效应与其相邻斑块景观适宜性有关［17］。如果绿道与周边斑块生境相近，则边缘效应较弱;如果绿道与周边斑块环境差异较大，则表现出强烈边缘效应。边缘效应弱的情况下，绿道宽度要求相对较低;相反，需要增加绿道宽度以保证内部适宜的宽度和稳定的生境。太阳辐射角、盛行风向、水源和坡度等都是影响边缘效应强度的景观适宜性评价因子［18］。

2.3 特殊的宽度

绿道作为线性或带状生境，从横向上可以将其划分为一组小生境斑块;当绿道宽度足够宽时，还可以从纵向上划分为边缘生境和内部生境。边缘生境宽度由边缘物种决定，一般为当地生物或小型动物;内部生境宽度由内部物种决定，一般为大型哺乳动物或季节性迁移扩散生物种群。Harrison提出以等于平均行动圈面积的长与宽之比为2∶1的长方形的宽度作为廊道的最小宽度［19］。

3 边缘效应分析

3.1 边缘效应分析基础

景观类型空间制图分析是边缘效应定量分析的基础。制图分析首先要确定研究地现有的各种景观类型及其空间分布特征，分析各斑块的大小、数目、形状和连接程度。斑块内容在一定程度上也影响到边缘效应。在此基础上，应进一步根据绿道周边斑块的属性特征，分析他们可能对目标物种的影响［20］，评价区域的景观适宜性，选择合适的绿道网络线路，定量分析绿道的宽度。

3.2 边缘效应表示方法

传统的边缘效应研究中，仅仅基于斑块形状的周长与面积之比 (P/A)并不适合绿道宽度设计。边缘效应的定量评价最终目标是确定绿道的宽度，即确定绿道边界或边界范围。由于对景观属性特征不同的研究区域可以采用不同的研究方法，边缘效应的表示方法也不同。对于绿道来讲，边界的确定可以采用网络人为切割的方法或移动窗口分析的方法。

3.2.1 系统人为切割法

系统人为切割方法是把绿道网状格局当作样地，统计分析网格内各种要素分布情况，用聚类方法勾绘景观单元的边界，尽量顺应自然地形划分多边形。首先通过航片卫星地图解译判断边界的大致位置，再通过计算机和实地调查进一步确定边界具体位置。此方法较适合用于以栅格数据为基础的地理信息系统，可用于初步的绿道线路和边界的确定。

图1中，土地利用类型分为林地和建设用地，林地包括A，B，C，D共4个斑块。其中，A与B为同质林地，通过狭长林地D连接在一起;C为不同类型林地。根据土地利用情况和自然地形地貌划分为不同斑块，假设A与B为某个目标物种的核心生境，如图1所示，可选择的生态绿道线路有2条。

图1 绿道系统人为切割

3.2.2 移动滑块分析法

移动滑块分析法是从分析边缘效应的影响因子出发，利用地理信息系统中的滤波功能，以一定的窗口大小计算中心单元的景观适宜性负荷值;然后通过比较每一个单元景观适宜性负荷值的大小来确定该单元受到边缘效应影响 的 程 度［21］。如果该单元的景观适宜性负荷值大于边缘效应的临界点，则认为它不属于边缘效应的影响区，在进行生态功能区划时应该划归为核心区;如果其负荷值小于边缘效应的临界点，则应该划为边缘效应的影响范围。

图2 移动滑块分析法

在实际操作过程中，需要考虑到目标物种对不同斑块的适宜性。例如，图1中C斑块对不同目标物种适宜性的权重赋值差别较大，先计算D斑块的适宜性问题。在图2，将基质以边长为1的单元格等分，假设某目标物种领域面积为R2，同时R=1.5，滑块a，b，c边长为R。当滑块内部基质为林地且均质时，权重赋值为1.0;完全没有林地时赋值为0。滑块a中林地面积为60%，赋值为0.6;滑块b中林地面积为100%，赋值为1.0;滑块c中林地面积为70%，赋值为0.7。依同理对整条绿道线路赋值。

3.3 边缘效应影响区域

一般情况下，斑块边缘效应区域应与该物种活动领域面积相当。确定绿道宽度一般分为以下几个步骤:首先，确定区域内目标物种和目标物种移动线路，根据活动领域半径提出参考的绿道宽度;其次，根据地形地貌和植被绿化情况人为切割土地为栅格单元，划出多边形边界;最后，通过对景观斑块的景观适宜性进行赋值，分析确定绿道宽度范围。

在图2中，假设绿道线路适宜性达到0.7时某目标物种可以正常迁徙，则在a、b和c滑块中只有b和c适合物种迁移;在滑块a处需要对土地利用情况进行合理调配，使其适宜性赋值达到0.7。最小绿道宽度为D=0.7R=0.7×1.5=1.05。

结果表明，适合目标物种迁徙的绿道宽度至少要达到1.05单元格宽度值，不能够满足次宽度的区域对物种迁移会造成一定影响，需要增加绿道宽度以满足功能需求。

3.4 案例分析

黑麂迁徙绿道宽度R一般可取180 m。绿道宽度设计中，网格大小适宜取1/10R～1/3R，即18～60 m，此处单元格宽度36 m，移动滑块宽度180 m;滑块沿绿道线路移动，当某一段绿道以黑麂采食功能为主且植被覆盖较好时，适宜性需要取0.6，则D=0.6×R=0.6×5，单元格宽度=3×36=108 m;当以黑麂栖息与隐蔽功能为主、植被覆盖0.7时，适宜性需要取 0.8，则 D=0.8×R/0.7=0.8×180/0.7=205.5 m;当以黑麂迁徙功能为主、植被覆盖0.5时，适宜性需要取0.6，则D=0.6×180/0.5=216 m。

4 结语

自然保护区缓冲带宽度设计是边缘效应理论最直接的应用，缓冲带与生物保护绿道需要达到一定的宽度才能发挥其生态功能，精确度较高的定量评价有助于缓冲带宽度的合理设置。在适宜性分析的基础上通过边缘效应分析来确定绿道宽度，为绿道宽度规划设计提供了新思路，不再局限于生态分析层面。

［1］Little C．Greenways for American［M］．Baltimore:Johns Hopkins University Press，1990:7 －20．

［2］Ahern J．Greenways as a planning strategy［J］．Landscape and Urban Planning，1995，33(1/2/3):131 －155．

［3］Fá bos J G．Greenway planning in the United States:its origins and recent case studies［J］．Landscape and Urban Planning，2004，68(2/3):321－342．

［4］周年兴，俞孔坚，黄震方．绿道及其研究进展［J］．生态学报，2006，26(9):3108－3116．

［5］朱强，俞孔坚，李迪华．景观规划中的生态廊道宽度［J］．生态学报，2005，25(9):2406 －2412．

［6］达良俊，余倩．城市生态廊道构建理念及关键技术［J］．中国城市林业，2010，8(3):11 －14．

［7］李开然．绿道网络的生态廊道功能及其规划原则［J］．中国园林，2010(3):24－27．

［8］滕明君，周志翔，王鹏程，等．基于结构设计与管理的绿色廊道功能类型及其规划设计重点［J］．生态学报，2010，30(6):1604－1614．

［9］武正军，李义明．生境破碎化对动物种群存活的影响［J］．生态学报，2000，23(11):2424－2435．

［10］廉振民，于广志．边缘效应与生物多样性［R］．生物多样性，2000，8(1):120－125．

［11］肖笃宁，李秀珍，高峻，等．景观生态学［M］．北京:科学出版社，2003．

［12］王健锋，雷瑞德．生态交错带研究进展［J］．西北林学院学报，2002，17(4):24 －28．

［13］夏继红，林俊强，姚莉．河岸带的边缘结构特征与边缘效应［J］．河海大学学报．2010，38(2):215 －219．

［14］张建春，彭补拙．河岸带研究及其退化生态系统的恢复与重建［J］．生态学报，2003，23(1):56 －63．

［15］陈利顶，徐建英，傅伯杰，等．斑块边缘效应的定量评价及其生态学意义［J］．生态学报，2004，24(9):1827 －1832．

［16］车生泉．城市绿色廊道研究［J］．城市规划，2001，11(25):44－48．

［17］张爽，刘雪华，靳强，等．秦岭中段南坡景观格局与大熊猫栖息地的关系［J］．生态学报，2004，24(9):1950 －1957．

［18］周洁敏．大熊猫栖息地评价指标体系初探［J］．中南林学院学报，2005，25(3):39 －44．

［19］刘玥玮，秦华．城市生态廊道建设探讨［J］．南方农业，2013(3):87－89．

［20］王宜成．最优化设计连续的自然保护区［J］．生态学报，2011，31(17):5033－5041．

［21］孔繁花，尹海伟．济南市城市绿地时空梯度分析［J］．生态学报，2005，25(11):254 －26．