东圳水库流域的景观连通度分析

张文婷，潘文斌，郑 鹏

(福州大学环境与资源学院，福州350108)

0 引言

景观连通度是指景观有利于或者妨碍生物在资源斑块间运动的程度［1］，景观连通度缺乏和栖息地斑块隔离会干扰授粉、种子传播、基因流、野生动物迁移和繁殖及其他生态过程，因此景观连通度研究是现代生物多样性保护策略研究的关键技术，开展此类研究对于区域生物多样性保护和生态平衡维持具有重要意义。景观连通度包括结构连通度和功能连通度。结构连通度重点分析栖息地和景观类型在空间上的连续，它不涉及任何特殊的物种或生态过程。从功能连通度来看，在评价生态流和景观可利用性，景观连通度必须考虑到不同的生物体通过非栖息地的能力。高的功能连通度不仅保证当前栖息地单元是连续的，同时由可渗透的基底、一系列踏脚石或其他链接元素组成景观，并允许特定生物体在栖息地间迁移。景观连通度缺乏和栖息地斑块隔离会干扰授粉、种子传播、基因流、野生动物迁移和繁殖及其他生态过程。增加景观连通度是现代生物多样性保护策略的关键部分，且是抵消栖息地破碎化和促进物种在自然范围内迁移的最佳手段［2］。

近年来，许多外国学者提出了许多不同的连通度指数试图获得景观连通度的状态、变化趋势以及与它相关的生态过程［3-5］。目前分析景观连通度的方法有基于图论方法和栖息地可利用性2种［6］。基于图论的方法将景观被表示为一系列的节点和链接，节点表示栖息地斑块，链接表示特定物种迁移的可能性或斑块之间传递生态流的可能性［7］，这种结构在模拟景观网络和分析连通度及种群持续性方面极为有效，因为栖息地可利用性方法则认为一个斑块本身是有连接度存在的空间［7］;而连通度被认为是一个允许物种到达大量栖息地资源的景观属性［5］。重要景观元素的定量和保护的优先秩序都是基于不同元素在网络中拓扑指标的相对重要性。本研究选取福建莆田东圳水库流域为研究区域，利用了2001、2006、2010年东圳水库流域的遥感影像，通过分析其土地覆盖变化，研究人类土地利用逐步增强的流域长期景观连通度动态变化趋势，探讨保持流域景观的高连通度，进而确保区域各物种传播和基因流动，以减缓生物多样性下降的方法。

1 概况

图1 东圳水库流域位置示意Figure1 Location of Dongzhen Reservoir Watershed

东圳水库位于莆田市城厢区常太镇木兰溪支流的延寿溪中游地带，于1960年4月建成，库区跨城厢、仙游、涵江、荔城等4个县区、8个乡镇的部分地区，东与白沙镇、西天尾镇交界，西与钟山西部各村及榜头镇接壤，南与华亭镇、盖尾镇相邻，北与游洋镇北部各村毗邻 (图1)。集雨总面积321 km2，水库总库容4.35亿m3，库区多年平均水位面积17.8 km2，设计正常蓄水位为80.5 m，相应库容2.8亿m3，库区多年平均净流量3.13亿m3［8］。东圳水库库区受加里升运动和第三纪末、第四纪初的喜马拉雅运动影响，水库流域地势从西北向东南方向倾斜，地貌以低山为主，丘陵次之，山间盆谷发育其中。该流域范围属中、南亚热带海洋性季风性气候，多年平均气温17～20℃，受地形作用，自东南向西北递减。该范围主要包括城厢区、常太镇的大部分以及仙游县钟山、游洋2个镇的一小部分，共52个行政村，水库流域内人口约6.26万人，其中农业人口为6.05万人，农村劳动力3.03万人。随着经济发展，居民地、乡镇道路和环库公路的建成及果园经济林的增多，东圳水库流域的景观连通度受到极大的影响。

2 数据资料来源与处理

本研究采用的数据资料有:30 m×30 m的SRTM数字高程模型，2001年3月4日Landsat ETM+遥感影像，2006年11月5日和2010年5月24日的Landsat TM5遥感影像。在ERDAS软件中，对3幅遥感影像进行遥感解译，将其分为林地、果园、耕地、水体、建设用地、裸地。其中2001年的总分类精度为88.33%，Kappa系数为0.81;2006年的总分类精度为90%，Kappa系数为0.86;2010年的总分类精度为93.33%，Kappa系数为0.9，满足分类的精度要求。再通过ARCVIEW 3.2软件中的CONEFOR INPUTS插件对解译好的遥感影像生成计算连通度的2个前置文件 (node.txt和distance.txt)。最后，在CONEFOR 26中，利用2个前置文件计算景观连通度。

3 研究方法

CONEFOR 26软件是由马德里理工大学的Santiago Saura和Josep Torne在2.2版本 (Saura和Torne)上发展起来，计算栖息地斑块和链接对景观连通度改善或维持的重要性，也可以估算栖息地和土地利用变化对连通度的影响，通过该软件识别对生态连通度有重要作用的斑块，支持决策者在生态保护和景观规划中的决策。本研究应用该软件计算IICnum、BC、dIICintra、dIICflux、dIICconnector、dPCintra、dPCflux、dPCconnector、BC_IIC、BC_PC［9-10］。

本研究主要分析2001、2006、2010年东圳水库流域连通度变化和对连通度产生影响的最重要斑块(技术路线如图2)。利用IICnum来指示研究范围内的景观连通度。利用5组指数 (表1)选取重要的栖息地斑块，中心度 (Betweenness centrality，BC)、dPCconnector和dIICconnector为一组 (Baranyi_2011)，dIICconnector、dIICintra和dIICflux为一组 (Saura_and_Rubio_2010)，BC_IIC、dIICconnector、dIICintra和dIICflux为一组 (Manual_conefor_26)，dPCconnector、dPCintra和dPCflux为一组(Saura_and_Rubio_2010)，BC_PC、dPCconnector、dPCintra和dPCflux为一组 (Saura_and_Rubio_2010)。本研究首先找出每个指标排名前50的斑块，再在每个组中找出在每个指标中都能排名前50的斑块，最后找出在这5个组中出现频率最高的斑块。在2001、2006、2010年景观连通度的分析中物种距离阈值分别设置为1 000 m、500 m、300 m、100 m、50 m，研究对象在设定的距离内到达目标斑块的概率值均设置为0.5的景观连通度。

图2 本研究的技术路线Figure2 The technical route

表1 各组指数Table1 Indices of every group

4 研究结果与分析

从表2可知，当距离阈值和概率值均设置一致时，景观连接度从2001—2010年有递减的趋势，表明了斑块破碎化加大，景观连接度逐年递减。同一年中，当距离阈值增大，物种的迁移距离越大，斑块之间的连接越好，景观连接度增大。

表2 2001、2006、2010年距离为1 000 m、500 m、300 m、100 m、50 m的景观连通度总指标Table2 General landscape connectivity indicators in 2001，2006 and 2010

由表3可以看出，在一定的距离阈值范围内，随着距离阈值的增加，对景观连通度产生影响的重要斑块数量有减少的趋势。从这些重要斑块的土地覆盖类型来看，林地、果园、耕地、水体都对景观连通度产生影响，而在这些重要斑块中，建设用地和裸地对景观连通度没有贡献。

表3 2001年距离为1 000 m、500 m、300 m、100 m、50 m时的重要斑块Table3 Important patches affecting landscape connectivity in 2001

由图3可以看出，2001年对景观连通度产生重要作用的斑块占总景观面积的大部分，且它们之间的链接好，景观连接度好。

由表4可以看出，随着距离阈值的增加，对景观连通度产生影响的重要斑块数量有减少的趋势。从这些重要斑块的土地覆盖类型来看，林地、果园、耕地、水体都对景观连通度产生影响，少部分的建设用地在距离阈值增大时对景观连通度产生影响，裸地对景观连通度没有贡献。

表4 2006年距离为1 000 m、500 m、300 m、100 m、50 m时的重要斑块Table4 The critical patches impact on landscape connectivity at 2006

由图4可以看出，2006年对景观连通度产生重要作用的斑块占总景观面积的大部分，但是较2001年少，它们之间的链接较好，景观连通度较好。

由表5可以看出，随着距离阈值的增加，对景观连通度产生影响的重要斑块数量有减少的趋势。从这些重要斑块的土地覆盖类型来看，林地、耕地、和果园对景观连通度有影响。

表5 2010年距离为1 000 m、500 m、300 m、100 m、50 m时的重要斑块Table5 Important patches affecting landscape connectivity in 2010

由图5以看出，2010年对景观连通度产生重要作用的斑块占总景观面积明显减少，大多数斑块对景观连通度产生的作用不明显，景观连通度较差。

从图3、图4、图5明显看出，2001年对景观连通度产生重要作用的斑块数量多，占总景观面积最大，斑块之间的链接最好，景观连通度大;2006年对景观连通度产生重要作用的斑块数量较多，占总景观面积较大，斑块之间的链接较好，景观连通度较大;2010年对景观连通度产生重要作用的斑块数量最少，占总景观面积最少，景观连通度最小。

由表3、表4、表5可以看出，当距离阈值设置一致时，2001年对景观连通度产生影响的重要斑块数量最多，2006年则稍微减少，2010年则明显减少，这是由于2010年的景观连通度已经很差，斑块与斑块之间的连接越来越少，能对景观连通度产生影响的斑块数也急剧下降。

由表6数据显示，重要斑块中土地覆盖类型为果园的斑块在对景观连通度产生重要作用的斑块中出现的频率最大，在不同距离阈值设定下，重要斑块发生了一定的增减。重要斑块中土地覆盖类型为林地的斑块在对景观连通度产生重要作用的斑块中出现的频率最小，却占总面积的比例最大，达到了一半以上，说明了2001年东圳水库流域林地保存良好，对景观连通度产生了明显作用。

由表7数据显示，重要斑块中土地覆盖类型为果园的斑块在对景观连通度产生重要作用的斑块中出现的频率最大，但与2001年相比有所减少。重要斑块中土地覆盖类型为耕地的斑块在对景观连通度产生重要作用的斑块比2001年出现的频率和占总面积都略有增大。重要斑块中土地覆盖类型为林地的斑块在对景观连通度产生重要作用的斑块中出现的频率小，占总面积的比例最大，可与2001年相比下降了13%。且土地覆盖类型为建设用地的斑块在重要斑块中出现，建设用地对景观连通度产生了较小的影响。

由表8数据显示，重要斑块中土地覆盖类型为果园和耕地的斑块面积比2006年减少，重要斑块中土地覆盖类型为林地的斑块占总面积的比例比2006年更少，土地覆盖类型为水体的斑块已经不在重要斑块中出现，因为水体斑块在dBC_PC这个指标中没有在前50名内出现，从图3、4、5可以看出水体周边的斑块出现在重要斑块中的数量急剧减少，即使水体斑块包含大量的生态流，丢失该斑块也不会对其他栖息地之间的连通度产生很大影响，水体斑块对其他栖息地之间的连通作用贡献减少，这说明东圳水库周边的土地利用发生很大改变，使得斑块与斑块之间的连通被减小或阻断，使得水体斑块也不再作为重要的栖息地斑块，这时东圳水库流域的土地覆盖类型与2001年相比有很大的变化，景观连通度产生了较大变化。

图3 2001年对景观连通度产生重要作用的所有斑块Figure3 All important patches affecting landscape connectivity in 2001

图4 2006年对景观连通度产生重要作用的斑块Figure4 All important patches affecting landscape connectivity in 2006

5 结论与展望

图5 2010年对景观连通度产生重要作用的斑块Figure5 All important patches affecting landscape connectivity in 2010

研究数据显示，2001年景观连通度最大，对景观连通度产生重要作用的斑块数量最多，重要斑块占总景观面积最大，2006年轻微减少，2010年有明显减少。重要斑块中土地覆盖类型为果园和耕地的斑块面积先增长，在2006年达到最大后下降。重要斑块中土地覆盖类型为林地的斑块面积在2001年最大后一直减少。2010年水体不再作为重要斑块。这说明东圳水库流域的景观连通度发生了很大变化，随着经济发展，人类活动越来越剧烈，使得斑块之间的破碎化加大，斑块与斑块之间的连通被减小或阻断，廊道逐渐消失，重要斑块面积减小，景观连通度大幅下降。这会使得物种在斑块之间迁移活动减少，生态流降低，生物多样性下降，导致生态环境失去平衡。高的景观连通度对生物多样性和生态系统有重要作用。在将来的土地利用规划中，应该尽量修复或扩大那些消失在重要斑块中的斑块和链接，把景观连通度作为评价土地利用规划的重要指标之一。

表6 2001年各地类重要斑块的相关指标Table6 Related indices of important patches in 2001

表7 2006年各地类重要斑块的相关指标Table7 Related indices of important patches in 2006

表8 2010年各地类重要斑块的相关指标Table8 Related indices of important patches in 2010

随着人们对景观连通度作用的深入了解，对景观连通度的研究将在以下几个方面得到发展:1)分析每个斑块面积、周长、形状，位置对景观连通度的影响和不同景观类型的结构和功能对区域生态功能流的影响;2)分析不同尺度下，景观连通度对生物多样性的不同影响;3)研究景观连通度与景观破碎化及其他景观评价指标的关系;4)研究景观连通度对景观生态流和景观功能的影响。

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