基于景观连接度的土地整理生态效应评价

李海丹

（南京农业大学 土地管理学院，江苏 南京 210095）

基于景观连接度的土地整理生态效应评价

李海丹

（南京农业大学 土地管理学院，江苏 南京 210095）

生境景观连接度是反映生物多样性保护和景观功能维持状况的重要指标之一。基于图论理论的景观连接度方法可将生物个体和种群的扩散距离与行为反应纳入土地整理效应分析之中。本文基于景观连接度理论方法，以竹镇镇重点土地整理项目区双龙村为研究区，利用GIS平台和Conefor2.6软件，选择反映不同物种空间扩散能力的9个景观距离阈值，探讨了土地整理项目区整理前后不同景观阈值下连接度的变化；并在此基础上分析了整理前后各生境斑块对景观连接度的重要程度，识别重要斑块变化规模与空间范围，从功能角度评价整理后的生态效应。结果表明，整理后的综合连接度指数（IIC）和概率连接度指数（PC）值分别比整理前平均降低了45.58%，39.03%，说明土地整理对当地景观连接度造成了不利影响；巨型斑块对生境斑块景观连通性的贡献大且稳定，且随着距离阈值的增大，许多小型斑块、中型斑块对维持景观连接度的贡献作用逐渐增大。

土地整理；景观连接度；斑块重要性；生态效应

文献著录格式：李海丹.基于景观连接度的土地整理生态效应评价［J］.浙江农业科学，2016，57（1）：106-110.

土地整理是指采用一系列生物、工程措施，对田、水、路、林、村进行综合整治，以增加有效耕地面积，提高土地质量和利用率，改善生产、生活条件和生态环境的活动［1］。土地整理的实质是对土地生态系统的重塑，整个过程必然会打破一定地域内土地资源的原位状态，对区域内的水资源、土壤、植被、生物等环境要素及其生态过程产生许多直接或间接、有利或有害的影响［2］，因此土地整理的生态效应评价显得尤为重要。近年来，土地整理的生态环境问题引起学术界的广泛关注，有的学者运用能值分析法、生态系统服务功能价值核算、生态足迹、数学模型等方法定量化研究土地整理的生态环境效应［3-8］，有的学者运用GIS和景观格局指数从景观格局与生态过程的角度探讨土地整理的生态效应评价［9-11］。已有的研究深化了土地整理生态效应评价的方法，也建立了相对完整的指标体系，但是基于景观过程和功能变化的生态效应评价却较少。

景观连接度描述了景观要素在其生态过程和特定生态功能上的有机联系，具有能够促进或阻碍景观内物种和生态流过程在斑块间运动行为的作用，直接影响着景观生态功能［12］，而景观生态功能的变化又会导致物质能量流动、干扰传播等生态过程以及生物迁移扩散运动的变化［13］。基于图论理论的景观连接度方法可以直接利用景观基础空间数据，不仅考虑景观的空间布局，还能将生物个体和种群的扩散距离和行为反应纳入分析之中［14］，即能从功能连接度的角度探讨景观连接度的状况，并且可以得到景观中每一单独生境斑块对于维持现存连接度的贡献程度。本文基于景观连接度理论方法，以竹镇镇重点土地整理项目区双龙村为研究区，研究土地整理前后景观生境连接度变化，识别出影响生物群体的重要地段和关键点，以期丰富土地整理生态效应评价方法，并为土地整理项目区的生态用地结构、布局等提供理论参考。

1 研究区域概况

双龙村（32°28＇52.8″N—32°31＇23.7″N，118° 36＇14.3″E—118°38＇39.9″E）位于江苏省南京市六合区竹镇镇西面，是典型的丘陵地区，属北亚热带气候，多年平均降水量 941.6 mm，年均气温15.6℃。研究区面积635.9 hm2，主要的土地利用类型为耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、城镇村及工矿用地、其他土地，总体生态环境较好。

2 研究方法

2.1 数据及处理

研究数据主要为南京市六合区竹镇镇土地整理项目区整理前土地利用现状矢量图和整理后土地利用现状矢量图（南京市国土资源局提供）。本文将园地、林地、草地、河流水面、坑塘水面、水库水面、沟渠等土地利用/覆被类型归并为生态用地类型，在ArcGIS10.0平台下制作土地整理前后的景观生境图（图1），并利用美国杜克大学研发的Conefor2.6软件计算各连接度指数。

图1 项目区土地整理前（a）和整理后（b）的景观生境

2.2 距离阈值的选择

景观连接度指数的计算需要确定景观斑块连通的距离阈值，当斑块间的距离大于阈值，认为斑块间不连通，当斑块间的距离小于或等于阈值，则认为是连通的。斑块是否连通与生物的迁移扩散过程特性有关系。根据文献记载［15-17］及对南京市六合区竹镇镇双龙村野生动物活动范围进行的调查，该区鸟类活动范围大约在30 000 m以内，小型哺乳动物和两栖爬行动物活动范围大约在50～1 000 m。据此，本研究设定 50，100，200，500，700，1 000，1 500，2 000和3 000 m等9个距离阈值。

2.3 景观连接度指数选取

立足于图论理论，综合连接度与概率连接度指数，并以矢量数据为基础的连接度评价指数，可以同时体现景观的结构连接度及功能连接度，对景观内的变化相当敏感，能够较好地反映景观破碎化，识别垫脚石。同时，概率连接度比综合连接度考虑了一个更丰富的连接模型，不受相邻栖息地的影响。所以，本研究选取综合连接度指数（I I C）和概率连接度指数（P C）来描述项目区整理前后景观连接度及变化情况。此外，本研究还选取路径数、成分数来探究项目区整理前后景观连接度质量的变化，计算方法及意义如下。

2.3.1 I I C

式中：n表示景观中的斑块总数；ai和aj分别表示斑块i和斑块j的面积；nli j表示斑块i和斑块j之间的连接数；Al是整个景观的面积。0≤I I C≤1，当I I C=0时，表示各生境斑块之间没有连接；当I I C=1时，表示整个景观都为生境斑块。

2.3.2 P C

式中：n表示景观中的斑块总数；ai和aj分别表示斑块i和斑块j的面积；表示物种在斑块i和j直接扩散的最大可能性；Al是整个景观的面积。0＜P C＜1，P C指数基于可能性模型，其值越大，表示生境斑块之间连通的可能性越大。

2.3.3 路径数（N L）

路径数是连接网络中任意两个节点的连续线段，表示个体在景观中运动可能遵循的路径。路径数是直观测度景观连接度的一个指标，通常拥有越好连接度的景观，其呈现出的路径数就越多。

2.3.4 组分数（N C）

组分指一组互相连通的斑块，不同组分之间彼此孤立，景观组分越少，景观连接度越高。

2.3.5 斑块重要性值（d1）

斑块的重要性值非常有助于在景观规划和栖息地保护中做决策支持，是量化了的生境斑块对于维持生境景观连接度的贡献作用的大小。可识别如重要的垫脚石等斑块重要性的变化。在C o ne f o r 2.6中计算综合连接度和概率连接度的同时，软件会自动计算景观内斑块重要值（dI I C，dP C）。其表达式为：

式中：I表示景观中的整体，即全部斑块的综合连接度指数，Ir e mo v e是从景观中除去某个斑块后剩余的斑块所构成新景观的综合连接度指数。

3 结果与分析

3.1 土地整理项目区生境斑块景观连接度变化

从表1可以看出，项目区整理后的综合连接度指数（I I C）、概率连接度指数（P C）都较整理前低，说明土地整理使得项目区景观功能连接度下降，土地整理对景观生态功能造成了负面的影响。

表1 整理前后生境斑块的景观连接度变化

整理前后生境斑块N C在50 m时分别为29，9，一方面说明土地整理后生境斑块间的连通性提高了；另一方面，也反映出原有生境斑块的大量灭失。随着阈值增加，组分数减至1，说明此时景观中所有斑块能够互相连接，且属于同一个组分。当阈值在200 m以内，整理后的路径数普遍大于整理前的路径数，说明土地整理后，小范围内生境斑块间具有很高的连接度，沟渠在其中起到关键的连接作用。

距离阈值越大，I I C和P C整理后的下降幅度也越大，且路径数减少的也越多，说明土地整理不仅对于迁移距离小的两栖类和哺乳类动物的迁移扩散过程产生影响，对于鸟类或长距离迁徙的大型哺乳动物也有重要影响。

3.2 土地整理前后生境斑块重要性变化

因概率连接度（P C）比综合连接度（I I C）考虑了一个更丰富的连接模型，不受相邻栖息地的影响，较少考虑基质和道路等廊道的影响。因此，依据生境景观斑块重要值的结果，将整理前后生境斑块重要性从高到低以自然断点方法分为非常高（dP C＞10）、高（2＜dP C≤10）、中（0.5＜dP C≤2）、低（0.1＜dP C≤0.5）、非常低（dP C≤0.1）5个等级，结合GIS软件得出不同阈值下连接度重要值斑块的分布图。以50 m为例，分析土地整理前后斑块重要性变化。

整理前生境斑块重要性“非常高”和“高”的斑块数为15，生境面积为107.44 hm2，占生境总面积的73.08%，而整理后生境斑块重要性“非常高”和“高”的斑块数增加到18个，生境面积减少了近30 hm2，占生境总面积的比重略有增加（74.77%）。整理后，重要值“非常高”和“高”的斑块除了大型的坑塘与水库外，其他均为与小水域相连的沟渠，斑块丰富度明显下降，这对生物的多样性造成不利影响：一方面，这些物种对林地、草地的需求往往大于对水域的需求，且人工修建的沟渠常常不能满足它们生存的需要；另一方面，纵横交错的沟渠在一定程度上阻碍着它们的迁移扩散。

4 讨论

作为水生动植物的栖息地和农田中动物的迁移廊道，沟渠是影响区域生物活动、种类和数量的重要因素，对保持农业景观的生物多样性具有重要意义。但目前的土地整理中，缺少建设生态廊道的观念，人工沟渠大多采用硬化，六合区竹镇镇双龙村也是如此。因此，修建沟渠时应将动物安全通道也考虑在内，连接各孤立的栖息点，使之成为较完整的生存栖息空间，以保护生物多样性。尽量避免修建大量标准宽度的沟渠，应根据实际需要调整沟渠宽度并对其进行生态化设计。

通过对土地整理前后景观连接度的研究，发现土地整理后，综合连接度指数（I I C）平均降低了45.58%，概率连接度指数平均降低了 39.03%，说明土地整理使得项目区景观连接度下降，对景观生态功能造成了不利影响。原有生境斑块大量消失，重要值“非常高”和“高”的斑块除了大型的坑塘与水库外，其他均为与小水域相连的沟渠，斑块丰富度明显下降。

总体来看，采用图论的方法对土地整理项目区进行景观连接度评价，可提前识别影响生物群体的重要地段和关键点，可为项目区规划、景观生态型土地整理的建设提供科学的决策依据。

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（责任编辑：高 峻）

F 301.2；Q 149；X 826

A

0528-9017（2016）01-106-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20160140

2015-11-01

江苏省青蓝工程人才计划项目（804096）；南京农业大学SR T计划项目（1420A 03）

李海丹（1992-），女，江苏淮安人，本科生，专业为土地资源管理，E-mai1：1ihaidan426@163.com。