基于最小阻力模型的北京市延慶區(qū)自然保護區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

1研究背景1.1延慶區(qū)——北京市生物多樣性最豐富的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)黨的十九大報告指出，生態(tài)文明建設(shè)是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計，關(guān)乎人民福祉。北京市延慶區(qū)是京西北重要生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)保育和區(qū)域生態(tài)治理協(xié)作區(qū)，擁有全市最大濕地保護區(qū)以及最多的自然保護地。生態(tài)本底良好，生物種類豐富，是全國第一批生態(tài)文明先行示范區(qū)[1]。近年來，延慶區(qū)通過對山水林田湖草沙系統(tǒng)統(tǒng)籌治理以及在生態(tài)環(huán)境保護方面的諸多實踐，使森林覆蓋率增至61.7%，陸生野生動物30目95科450種，物種數(shù)量達到北京市物種總數(shù)的75%，成為北京市生物多樣性最豐富的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)。生物多樣性是生態(tài)文明建設(shè)的重要指標(biāo)，延慶區(qū)應(yīng)立足生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的功能定位和生態(tài)文明示范區(qū)的建設(shè)要求，采取更先進有效的生物多樣性保護辦法，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，全面提升生態(tài)本底，有效保護生物多樣性，形成可復(fù)制、可推廣生態(tài)文明建設(shè)典型模式。1.2生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的方法和意義生態(tài)網(wǎng)絡(luò)又被稱為生態(tài)廊道，是由景觀生態(tài)斑塊構(gòu)成，并由線性空間廊道連接結(jié)合的系統(tǒng)，對維持區(qū)域內(nèi)生態(tài)平衡、保護生物多樣性、修復(fù)受損的自然生態(tài)斑塊具有重要作用[2]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建可以分解為源地選擇和最小阻力模型構(gòu)建2個步驟。目前研究中，源地選擇主要使用形態(tài)學(xué)空間分析法（MSPA）或主觀選擇法，最小阻力模型構(gòu)建則是通過ArcGIS軟件構(gòu)建阻力面并生成廊道。由于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)可以連接孤立的生態(tài)斑塊，有效緩解生態(tài)斑塊的破碎化，提高生物在斑塊間物質(zhì)交流、能量與信息傳遞的有效性，保障動物遷徙安全。因此，延慶區(qū)內(nèi)亟待構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，不僅是保護生物多樣性的重要途徑，也可作為延慶區(qū)生態(tài)文明示范區(qū)建設(shè)中先進、典型的重點工程，并使之成為可復(fù)制、可推廣的有效措施。2研究區(qū)域概況延慶區(qū)位于北京市西北部，全域面積1995km2，北、東、南三面環(huán)山，西鄰官廳水庫。地勢自東北向西南傾斜，中部凹陷形成平坦開闊的山間盆地。延慶區(qū)的母親河——媯水河自東向西流入官廳水庫。由于其地形特征，延慶區(qū)形成森林茂密的山區(qū)，以及平原林田密布、河網(wǎng)交錯的川區(qū)，并呈現(xiàn)“七山一水二分田”的生態(tài)空間布局。因其綠色本底良好，是北京市生物多樣性最豐富的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，現(xiàn)有各類保護地16處，包括松山國家級自然保護區(qū)、野鴨湖市級自然保護區(qū)以及白河堡區(qū)級自然保護區(qū)等10個自然保護區(qū)（見圖1）。圖1延慶區(qū)自然保護區(qū)3研究方法3.1源地選擇自然保護區(qū)建設(shè)是保護生物多樣性的最有效途徑[3]。由于延慶區(qū)自然保護區(qū)建設(shè)較完善，生物多樣性較高，但同時也存在保護區(qū)分布較為分散、棲息地破碎化的問題[4]。因此，選擇延慶區(qū)自然保護區(qū)作為生態(tài)源地（延慶區(qū)自然保護區(qū)位置數(shù)據(jù)來源于北京市延慶區(qū)人民政府網(wǎng)站），構(gòu)建區(qū)域內(nèi)自然保護區(qū)與生態(tài)廊道共同組成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系，旨在提高自然保護區(qū)的連通性，提升生物多樣性保護的功能效果，完善延慶區(qū)自然保護區(qū)管理體系，形成延慶區(qū)生物多樣性保護重點工程[5]。3.2最小阻力模型構(gòu)建選取土地利用類型、坡度、歸一化植被指數(shù)（NDVI）、距道路距離以及距河流距離5個要素構(gòu)建生物遷徙阻力面，各要素的阻力值和權(quán)重見表1。表1延慶區(qū)最小阻力模型評價體系表通過ArcGIS軟件的“要素轉(zhuǎn)點”工具將自然保護區(qū)面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點數(shù)據(jù)。選取其中一個點作為“源點”，其他點作為“目標(biāo)點”，通過“成本距離”工具得到距離柵格和回溯連接?xùn)鸥瘢偈褂谩俺杀韭窂健惫ぞ?，得到“源點1”到其他目標(biāo)點的最小成本路徑。之后，在除源點1的其他點中選取一個作為“源點2”，剩余點作為新“目標(biāo)點”。參照以上步驟分析得到“源點2”到其他點的最小成本路徑，并以此類推得到所有自然保護區(qū)之間的最小成本路徑數(shù)據(jù)。3.3生態(tài)廊道分級與生態(tài)節(jié)點識別對各自然保護區(qū)之間的最小成本路徑數(shù)據(jù)進行重要性分析，劃分生態(tài)廊道級別。若一條路徑重復(fù)出現(xiàn)次數(shù)≥3，則此條路徑重要性較高，為一級廊道，其他路徑為二級廊道；識別一級廊道間的交點為一級生態(tài)節(jié)點，一級廊道與二級廊道的交點為二級節(jié)點。4結(jié)果分析4.1綜合阻力面基于各項阻力因子，構(gòu)建延慶區(qū)綜合阻力面（見圖2）。由綜合阻力面圖可知，阻力值較高的區(qū)域主要集中在中部川區(qū)，其中延慶新城、康莊鎮(zhèn)、舊縣等建設(shè)用地較密集的地區(qū)阻力值最高，此類區(qū)域人類活動頻繁，植被覆蓋度較低，生物遷徙阻力較大。阻力值較低區(qū)域主要分布在延慶區(qū)外圍山區(qū)，以西部的野鴨湖市級自然保護區(qū)、西北部的松山國家級自然保護區(qū)和東部的大灘區(qū)級自然保護區(qū)等區(qū)域為代表。此類區(qū)域人類干擾較低，森林覆蓋度較高，生態(tài)環(huán)境良好，生物遷徙阻力較小，適宜動物遷徙。圖2延慶區(qū)阻力面4.2生態(tài)廊道通過最小阻力模型生成延慶區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。由于自然保護區(qū)多位于北部山區(qū)，因而生態(tài)廊道在北部山區(qū)密度較大，中部川區(qū)其次，南部山區(qū)密度最低，并形成廊道密度較高的西北部和東北部2個組團。其中，紅色一級生態(tài)廊道長度共255.54km，在西北部山區(qū)、川區(qū)濕地河流和東北部山區(qū)密度較高。以松山、玉渡山、太安山、野鴨湖和金牛湖保護區(qū)之間的淺山區(qū)和平原地區(qū)密度最高，該區(qū)域生態(tài)源地面積較大、聚集分布，是生物在中部川區(qū)濕地水域與北部林地山區(qū)遷徙的重要區(qū)域，生態(tài)廊道等級較高。另外，北部山區(qū)以太安山和白河堡保護區(qū)為中心，聯(lián)通東西部各保護區(qū)，形成東西向動物遷徙的重要廊道。藍色的二級生態(tài)廊道長度共343.34km，主要位于東部山區(qū)和中部川區(qū)。由于東南部蓮花山和中部金牛湖保護區(qū)位置較為獨立，二級生態(tài)廊道主要連接蓮花山和金牛湖2個保護區(qū)與其他保護區(qū)，成為南部山區(qū)和中部川區(qū)水網(wǎng)2個區(qū)域與東部自然保護區(qū)動物遷徙的主要通道。此外，二級廊道還分布于西北部和東北部2個廊道密度較高的組團內(nèi)部，起到溝通連接組團內(nèi)部保護區(qū)的功能，滿足生物在組團內(nèi)部保護區(qū)之間短距離遷徙的需求。4.3生態(tài)節(jié)點由廊道相交所形成生態(tài)節(jié)點共26個（如圖3所示）。生態(tài)節(jié)點主要分布在北部山區(qū)，其次是中部川區(qū)的河流濕地，南部山區(qū)節(jié)點數(shù)量較少。圖3延慶區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)紅色一級生態(tài)節(jié)點共11個，其中3個位于中部川區(qū)，其余7個位于北部山區(qū)，1個位于南部山區(qū)。一級生態(tài)節(jié)點在西北部山區(qū)和西部川區(qū)濕地區(qū)域分布密集，主要為聯(lián)通西部和東北部自然保護區(qū)組團的生態(tài)廊道，與聯(lián)通西北部和川區(qū)及南部自然保護區(qū)的生態(tài)廊道相交的節(jié)點，作為動物在延慶區(qū)內(nèi)遷徙時的重要“生態(tài)踏腳石”。藍色的二級生態(tài)節(jié)點共15個，其中11個位于北部山區(qū)，其余4個位于中部川區(qū)，呈現(xiàn)西北部山區(qū)、東北部山區(qū)和中部川區(qū)三組團分布的特征。其中，西北部和東北部自然保護區(qū)組團內(nèi)的二級生態(tài)節(jié)點主要為組團內(nèi)保護區(qū)間生態(tài)廊道的交點，其余二級節(jié)點為川區(qū)中部金牛湖與南部山區(qū)蓮花山2個自然保護區(qū)聯(lián)通其他自然保護區(qū)生態(tài)廊道上的交點。5結(jié)論與討論本研究以第一批生態(tài)文明示范區(qū)——北京市延慶區(qū)為研究對象，以延慶區(qū)內(nèi)自然保護區(qū)為生態(tài)源地，通過構(gòu)建綜合土地利用類型、坡度、歸一化植被指數(shù)（NDVI）、距道路距離以及距河流距離5個要素的阻力面。基于最小阻力模型構(gòu)建了延慶區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，包括一級生態(tài)廊道255.54km，二級生態(tài)廊道343.34km，以及一級生態(tài)節(jié)點11個，二級生態(tài)節(jié)點15個，形成了連接各自然保護區(qū)，保障動物遷徙，有效保護和提高生物多樣性的延慶區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。針對本研究的不足之處，未來深入研究可以細化優(yōu)化生態(tài)源地的選擇方法，例如選取自然保護區(qū)內(nèi)核心保護區(qū)（原核心區(qū)和緩沖區(qū)）作為生態(tài)源地[6]，或通過先進科學(xué)的生物多樣性預(yù)測模型選取生物多樣性