提 要 以臥龍自然保護區(qū)大熊貓保護為實例,提出了自然保護區(qū)中景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些基本原則和方法。認為在進行景觀要素設(shè)計之前,應(yīng)先進行景觀適宜性評價,之后進行核心斑塊、緩沖區(qū)和廊道的設(shè)計。①核心斑塊:不僅要考慮斑塊的景觀適宜性,而且斑塊的面積應(yīng)能維持一定物種數(shù)量;②緩沖區(qū):在考慮距離對目標物種影響的同時,還應(yīng)考慮緩沖區(qū)的范圍應(yīng)該覆蓋所有的核心斑塊;③廊道:需要辨識兩種情況,其一是對現(xiàn)存生境廊道的保護,為了避免不同核心斑塊被隔離,必須嚴格保護現(xiàn)存的生境廊道。其二是對潛在生境廊道的建設(shè),在條件允許時,通過植被重建,建立適宜的生境廊道。
關(guān)鍵詞 自然保護區(qū);景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計;核心區(qū);緩沖區(qū);廊道;物種保護
中圖分類號 S759.9;P901
文獻標識碼 A
文章編號 1000-3037(2000)02-0164-06
隨著人類活動的不斷加強和經(jīng)濟活動范圍的擴大,全球范圍內(nèi)適宜于生物生存的棲息地在不斷減少[1-3]。建立合理的自然保護區(qū)成為保護生物多樣性和稀有物種的有效手段之一,然而若自然保護區(qū)建立的不適當,將可能降低不同自然種群之間的基因交流,其結(jié)果是加速了物種的退化和滅絕[1、3、4]。在建立自然保護區(qū)時,不僅要考慮碎裂種群的生存能力,而且還要從整體上考慮不同種群及其棲息地在空間上的分布和相互聯(lián)系,包括結(jié)構(gòu)上和功能上兩個方面[5-8]。隨著自然棲息地的減少和破碎化,生物多樣性保護受到嚴重威脅[2、8],建立自然保護區(qū)、保護瀕危物種具有重要意義。一般認為,一個完善的自然保護區(qū)包括核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)和研究區(qū)。如何從物種保護角度,研究核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)以及廊道的設(shè)計具有實際意義。景觀設(shè)計是在一定尺度上對資源的再分配,通過研究景觀格局對生態(tài)過程的影響,在景觀分析、綜合評價的基礎(chǔ)上,提出景觀資源合理利用的方案 [9]]。景觀生態(tài)建設(shè)與景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計在生物多樣性保護中具有重要作用[10、11]。
1 自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
為了更準確地設(shè)計核心保護區(qū)、緩沖區(qū)和廊道,我們認為,除了了解物種的空間分布外,研究景觀的適宜性成為景觀設(shè)計的基礎(chǔ)。在自然保護區(qū)功能區(qū)設(shè)計時應(yīng)考慮以下基本原則:
1.1 生物保護優(yōu)先原則
在景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計時,如核心斑塊、緩沖區(qū)和生境廊道,必須首先考慮目標物種的生態(tài)特性和種群最小生存能力,根據(jù)生物物種對自然環(huán)境的需求進行景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計,不僅要求每一個景觀要素必須有利于物種的保護,而且還要求從景觀尺度上有利于目標種群的保護。
1.2 微觀與宏觀相結(jié)合的原則
對某一碎裂種群的保護,往往從局部的生存環(huán)境考慮,設(shè)計適宜的保護區(qū),與此同時,人為地將它與外界隔絕[1、3]。為了從長遠角度考慮整個種群的保護,必須從宏觀上研究不同碎裂種群之間的相互聯(lián)系和保護,如建立合理的緩沖區(qū)和生境廊道等,在加強不同棲息地之間的聯(lián)系的同時,促進生物種群之間基因交流,提高物種多樣性。
1.3 綜合性原則
影響生物生存的景觀因子十分復(fù)雜,在自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計時,不能僅僅考慮某一個或某幾個景觀因子,不同景觀因子的空間組合將直接影響景觀對物種的生存。因此在進行景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要考慮所有影響物種生存的景觀因子,在景觀適宜性評價的基礎(chǔ)上,設(shè)計合理的核心區(qū)、緩沖區(qū)和生境廊道。自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程可以用圖 1 表示。
圖 1 自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計流程
Fig.1 Flowchart of landscape structure design for nature reserve
2 景觀適宜性評價
景觀適宜性評價就是根據(jù)不同景觀因子相對于目標物種的重要性(影響程度),確定不同景觀因子對目標物種的權(quán)重,在此基礎(chǔ)上,評價各種景觀因子在空間上組合對物種的景觀適宜性。下面我們以臥龍自然保護區(qū)大熊貓的保護為例,詳細說明景觀適宜性評價的方法和過程。
臥龍自然保護區(qū) 2000km2 多,約有 140 只大熊貓,目前是我國大熊貓自然保護區(qū)中最大的一個。該保護區(qū)位于四川省的汶川縣,地理位置在
102°52′~103°24′E 和 30°45′~31°20′N 之間,屬于四川盆地的西緣山地,整個地勢從西向東降低。最高處 6250m,最低處 1150m。該區(qū)年均氣溫 8.5℃,年均降水量約 890mm,無霜期 180~200d 左右。除了食物來源——竹類分布對大熊貓的影響比較突出外,海拔高度和地形坡度也是重要的影響因子[12],此外,人類活動對大熊貓的生存也有顯著影響。在此,我們主要選取了食物來源、海拔高度和坡度進行景觀適宜性評價。①食物來源。一般認為,竹類的空間分布和豐富程度將直接影響大熊貓的生存。在臥龍自然保護區(qū),大熊貓的主要可食竹類有冷箭竹、拐棍竹、華西箭竹、大箭竹、油竹、白夾竹和水竹等。研究發(fā)現(xiàn),大熊貓最喜歡取食冷箭竹和拐棍竹,其它竹類次之[12]。由此可以根據(jù)大熊貓對不同竹類的喜愛程度,進行權(quán)重賦值(表 1)。②海拔高度。隨著海拔高度的增加,限制了大熊貓的活動范圍和覓食能力。通常大熊貓在 1400~3600m 范圍內(nèi)活動,但不同海拔高度范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率明顯不同,反映出高度變化對大熊貓的影響[12]。由此可以認為,大熊貓出現(xiàn)頻率較高的地段是最適合于大熊貓活動和生存的地方,大熊貓出現(xiàn)頻率較低的地段景觀適宜性較差。根據(jù)海拔高度對大熊貓的適宜程度可以進行權(quán)重賦值(表 1)。③地形坡度。據(jù)野外調(diào)查,大熊貓一般喜歡在坡度小于 20°的地方活動和覓食。在臥龍自然保護區(qū),約有 63% 的大熊貓活動在坡度小于 20°以下地區(qū),25% 的大熊貓在坡度
20~30°地區(qū)活動,僅有 12% 的大熊貓活動在坡度 30°以上地區(qū)[12]。由此可以認為,20°以下的地區(qū)最有利于大熊貓的生存,而 20~30°的地區(qū)次之,30~40°的地區(qū)再次之。當?shù)匦纹露冗_到 40°以上時,將不再適宜大熊貓生存,由此可以進行權(quán)重賦值(表 1)。
表 1 不同景觀因子權(quán)重賦值(mg/kg)
Table 1 Weight assigned to different landscape factors
分級 高程 (m) 地形坡度 (°) 食物來源 權(quán)重賦值 (ui)
Ⅰ級 2000-3000 20 冷箭竹、拐棍竹地區(qū) 1.000
Ⅱ級 1150-2000 20-30 華西箭竹、大箭竹、油竹、白夾竹地區(qū) 0.667
3000-4000
Ⅲ級 4000-5000 30-40 水竹地區(qū) 0.333
Ⅳ級 5000 40 無竹類地區(qū) 0.000
在上述權(quán)重賦值的基礎(chǔ)上,我們利用下式計算景觀適宜性指數(shù):
式中,S 表示不同景觀單元針對大熊貓的景觀適宜性指數(shù),n 取 3,表示食物、海拔高度和地形坡度三大影響因子;ui 表示不同景觀因子的權(quán)重。通過 GIS,首先將該區(qū) 1∶10 萬地形圖輸入計算機中建立 DEM 模型,依據(jù)上述分級指標(表 1)派生出地形高度分級圖和坡度分級圖[13],同時將該區(qū) 1∶50 萬竹類分布圖輸入計算機。根據(jù)表 1,對上述 3 種景觀因子類型圖進行再分類,產(chǎn)生大熊貓各因子的權(quán)重評價圖。利用公式 (1) 計算景觀適宜性指數(shù),評價結(jié)果見表 2 和圖 2。
表 2 臥龍自然保護區(qū)大熊貓景觀適宜性評價
Table 2 Landscape suitability assessment for Giant Panda in Wolong Nature Reserve
景觀適宜性分級 面積統(tǒng)計 (km2) 占總面積的百分比 (%) 適宜性評價 代碼
1 90.36 4.47 最適宜 S1
0.5~1 226.42 11.19 適宜 S2
0.3~0.5(含 0.30) 286.09 14.13 中等適宜 S3
0~0.3(0.3、0 除外) 183.93 9.10 勉強適宜 S4
0 1236.51 61.11 不適宜 S5
圖 2 臥龍自然保護區(qū)大熊貓景觀適宜性評價
Fig.2 Landscape suitability assessment for Giant Panda in Wolong Nature Reserve
3 臥龍自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計與大熊貓保護
3.1 核心保護區(qū)設(shè)計
通常,大型斑塊比小型斑塊內(nèi)有更多的物種,能提高碎裂種群的存活率,也有利于維持和保護基因的多樣性,而小型斑塊則不利于斑塊內(nèi)部物種的生存和物種多樣性的保護[9、14]。然而對于具體物種而言,即使有較大的保護區(qū),倘若景觀適宜性較差,也將不利于物種的保護。臥龍自然保護區(qū)就是一個實例,總面積 2000km2 多,但最適宜和適宜大熊貓生存的面積只有 300km2 多,且處于十分破碎狀態(tài)。在核心斑塊設(shè)計時,不僅要考慮核心斑塊的大小,還需考慮核心區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此,核心斑塊的設(shè)計應(yīng)滿足以下兩個主要條件:一是斑塊的景觀適宜性較好(為適宜級以上);二是每一個斑塊應(yīng)具有足夠大的面積可以維持一定數(shù)量的物種(至少可以容納 5 只大熊貓),即滿足種群的最低生存能力。
具體的設(shè)計方法:在景觀適宜性評價圖基礎(chǔ)上,利用 GIS 圈劃出景觀適宜地區(qū)組成的所有潛在斑塊(圖 3a),并統(tǒng)計出所有潛在核心斑塊的面積?？紤]到每只大熊貓一般需要 389~640hm2 的活動領(lǐng)域[12],如果將可以容納 5 只以上大熊貓的面積作為核心斑塊的最小面積(取 400hm2 作為一只大熊貓的最小活動區(qū)域),則核心斑塊的面積最小應(yīng)為 2000hm2。通過重新賦值可以得到核心斑塊的分布(圖 3b)。
圖 3 臥龍自然保護區(qū)大熊貓潛在核心斑塊分析(a 為所有潛在核心斑塊,圖例括弧中顯示了
斑塊可以
容納大熊貓的數(shù)量:b 為設(shè)計的核心保護區(qū))
Fig.3 Analysis of potential core patchs for Giant Pands conservation in Wolong Nature Reserve
(a indicates all the potential core patchs; b indicates the promising core patchs)
3.2 緩沖區(qū)設(shè)計
緩沖區(qū)是圍繞著核心區(qū)來設(shè)計的,通常做法是在核心區(qū)外設(shè)計一定寬度作為緩沖區(qū)。考慮到臥龍自然保護區(qū)核心區(qū)由幾個斑塊構(gòu)成,為了更有效地保護大熊貓生存,以單個的核心斑塊建立緩沖區(qū)已經(jīng)失去意義,應(yīng)將幾個核心斑塊作為一個整體來考慮建立緩沖區(qū),可以保證緩沖區(qū)內(nèi)幾個核心斑塊上大熊貓自由遷移。緩沖區(qū)的設(shè)計應(yīng)滿足下列兩個條件:一是距離每一個核心斑塊的距離不應(yīng)低于某一特定的值(此處取 3km);二是緩沖區(qū)應(yīng)覆蓋所有的核心斑塊。
設(shè)計方法:首先利用 GIS 計算出以核心斑塊為中心的距離指數(shù)(圖 4a)?？梢钥闯?在所有以核心斑塊為中心的等距線中,2km 等距線所覆蓋的范圍可以將所有核心斑塊包含在內(nèi),因此在確定緩沖區(qū)時,應(yīng)以該等距線作為基本緩沖區(qū)的邊界線。為了保證大熊貓不受影響,設(shè)計中我們?nèi)?3km 等距線作為緩沖區(qū)的外邊界(圖 4b)。
圖 4 臥龍自然保護區(qū)緩沖區(qū)的設(shè)計(a 為距核心斑塊的距離指數(shù)圖;
b 為設(shè)計的緩沖區(qū))
Fig.4 Buffer design in Wolong Nature Reserve (a indicates various
distance to core area; b shows the buffer area in the study area)
3.3 廊道設(shè)計
不同的棲息地之間建立合理的廊道可以促進不同種群之間的基因交換,有利于整個種群的保護,然而廊道位置、寬度的確定具有較大的模糊性。固然,廊道數(shù)量越多越好、寬度越大越好,但這樣往往會導(dǎo)致大量投入,在經(jīng)濟上存在一定困難。如上分析,雖然緩沖區(qū)的設(shè)計已經(jīng)將不同的核心斑塊包括在內(nèi),但只是限定了人類在這個范圍內(nèi)活動的強度和方式,由于景觀適宜性差異,生物種能否在核心斑塊之間自由遷移與交換尚存疑問。為了避免割斷不同核心斑塊之間物種交換的通道,還需辨識不同核心斑塊之間存在的生境廊道,進行嚴格保護。實際中有兩種情況需要辨識:一是對現(xiàn)有生境廊道的保護與改善;二是潛在生境廊道的建設(shè)。
現(xiàn)有生境廊道的確定:不同核心斑塊之間是否存在生境廊道?怎么來確定?圖 3b 顯示了核心斑塊的位置,可以看出核心區(qū)是由幾個較大的斑塊構(gòu)成,不同斑塊之間仍然存在一些狹長的通道,這些通道可以認為是連接不同斑塊的生境廊道
(圖 5a),應(yīng)該進行嚴格保護。
圖 5 臥龍自然保護區(qū)廊道設(shè)計(a 顯示了現(xiàn)有的生境廊道;b 顯示了所有可能成為潛在
生境廊道的位置;c 為設(shè)計的潛在的生境廊道)
Fig.5 Corridor design in Wolong Nature Reserve (a indicates the existing corridors; b shows the location
of all possible corridors; c indicates all the potential corridors in Wolong Nature Reserve)
潛在生境廊道的確定:潛在生境廊道是指空間上的一些通道,由于某種景觀因子限制,目前無法成為大熊貓遷移的安全通道,但經(jīng)過改造可以成為可用的生境廊道。潛在生境廊道應(yīng)滿足以下條件:一是地形條件必須是適宜的,如坡度和高度應(yīng)為中等適宜以上(級別Ⅱ以上),這是因為地形條件是難以改變的景觀因子,為了滿足大熊貓的生存,必須具有一定的適宜性;二是食物來源適宜性較低(低適宜或不適宜級別,Ⅲ級以下),經(jīng)過植被恢復(fù)可以將該地區(qū)改造為適宜的生境廊道;三是廊道的寬度應(yīng)為 1 只大熊貓自由活動領(lǐng)域等面積圓的直徑,一般 1 只大熊貓的核心活動領(lǐng)域為 389~640hm2[12],若以 400hm2 計,則與之同面積的直徑約 2250m。
根據(jù)以上條件,利用 GIS 可以得到臥龍自然保護區(qū)潛在的廊道分布圖
(圖 5c)。
4 結(jié)語
建立自然保護區(qū)的主要目的是防止物種滅絕和生物多樣性消失,然而孤立地建立自然保護區(qū)恰似一座孤立的島嶼,其周圍被人類創(chuàng)造的異質(zhì)環(huán)境所包圍,保護區(qū)的物種將受到不同程度的隔離[1、2、4]。有時自然保護區(qū)的建立不僅未能起到保護物種和生物多樣性,反而加速了物種生態(tài)習性的退化,不利于生物多樣性保護。如何從整體上保護瀕危物種和生物多樣性,不僅需要設(shè)計功能合理的自然保護區(qū),而且需要從更大尺度上考慮不同棲息地之間物種的遷移和交換,如建立適宜生境廊道、緩沖
區(qū) [6、7] 等。本文以臥龍自然保護區(qū)為例,提出了自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些實用方法,認為在進行景觀結(jié)構(gòu)設(shè)計之前,應(yīng)首先進行景觀適宜性評價,在此基礎(chǔ)上,進行了核心斑塊、緩沖區(qū)和廊道的設(shè)計,具有一定的實用價值
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