自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的方法研究

自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的方法研究3徐海根133包浩生2(1國家環(huán)?？偩帜暇┉h(huán)境科學(xué)研究所,南京210042;2南京大學(xué)城市與資源學(xué)系,南京210093【摘要】由于生態(tài)破壞和自然棲息地的喪失,造成野生動植物種群的破碎化.自然保護(hù)區(qū)已成為孤立的生境島嶼.目前以單個、孤立保護(hù)區(qū)為主的生物多樣性保護(hù)模式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,應(yīng)在廣泛的時空尺度上保護(hù)生態(tài)過程和生物多樣性各組成成份,建立一個整體的保護(hù)網(wǎng)絡(luò).根據(jù)國內(nèi)外生物多樣性保護(hù)的要求和發(fā)展趨勢,提出了自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的概念.它是綜合考慮了生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)的一種協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略,首先從區(qū)域?qū)哟窝芯勘Ｗo(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì);其次,在網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點(diǎn)(保護(hù)區(qū),研究保護(hù)區(qū)的面積、形狀和內(nèi)部功能分區(qū);最后,研究網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)的連接(廊道.自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)維持生態(tài)系統(tǒng)的地域完整性和生態(tài)過程完整性,采用迭代法、整數(shù)規(guī)劃方法和地理途徑方法,為一個或多個保護(hù)目標(biāo)勾畫出多種保護(hù)規(guī)劃藍(lán)圖.關(guān)鍵詞自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)文章編號1001-9332(200407-1266-05中圖分類號X36文獻(xiàn)標(biāo)識碼AOnthemethodsofecologicalsecuritydesignfornaturereserves.XUHaigen1,BAOHaosheng2(1NanjingInsti2tuteofEnvironmentalSciences,SEPA,Nanjing210042,China;2DepartmentofUrbanandResourceSciences,NanjingUniversity,Nanjing210093,China.2Chin.J.Appl.Ecol.,2004,15(7:1266~1270.Ecologicaldamageandlossofnaturalhabitatshavebeenresultinginthefragmentationofwildanimalandplantpopulation,andnaturereserveshavebecometheislandsofhabitats.Thetraditionalapproachthatfocusesonasingleandisolatednaturereserveisnotenoughtoprotectbiodiversity.Ecologicalprocessesandcomponentsofbiodiversityinbroadtemporalandspatialscopeshouldbeprotected,andawholeconservationnetworkshouldbeestablished.Basedontherequirementsandthetrendsofbiodiversityconservationathomeandabroad,thispaperpresentedtheconceptofecologicalsecuritydesignfornaturereserves,whichisacoordinatedplanningstrategythatintegratesecological,socialandeconomicaspects.Firstly,anetworkofnaturereservesisdesignedatregionallevel;secondly,thearea,shape,internalzoningofanaturereserveisdesignedatthenode(naturereserveofthenetwork;andfinally,theconnectivitybetweenthenetworkandnodes(corridorsisdesigned.Networkdesignofnaturereservesshouldmaintaintheregionalintegrityandtheecologicalprocessintegrityofecosystems.Iterativemethod,integerlinearprogramming,andGeographicApproach(GAPshouldbeemployedtoprovideblueprintsofconservationplanningforoneormultipleconservationobjectives.KeywordsNaturereserve,Ecologicalsecurity,Naturereservenetwork,Design.3國家“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2001BA611B206和歐盟第5期科技項(xiàng)目(ICA42CT22001210024.33通訊聯(lián)系人.2002-02-02收稿,2003-12-10接受.1引言自然保護(hù)區(qū)在保護(hù)生物多樣性,維護(hù)生態(tài)平衡,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展,支持科學(xué)研究和公眾教育等方面發(fā)揮著重要的作用.自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)是自然保護(hù)區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)工作.《生物多樣性公約》第8條(b款規(guī)定:“于必要時,制定準(zhǔn)則據(jù)以選定、建立和管理保護(hù)區(qū)或需要采取特殊措施以保護(hù)生物多樣性地區(qū).”我國先后發(fā)布了《中國自然保護(hù)綱要》、《自然保護(hù)區(qū)條例》,提出了保護(hù)區(qū)選劃的條件和功能分區(qū)的原則,但所提出的條件和原則針對性、可操作性不強(qiáng),難于應(yīng)用于實(shí)際工作.我國自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)過分強(qiáng)調(diào)瀕危物種本身的保護(hù),對生態(tài)系統(tǒng)的完整性和自然棲息地的整體保護(hù)重視不夠.由于生態(tài)破壞和自然棲息地的喪失,造成野生動植物種群的破碎化.保護(hù)區(qū)往往成為孤立的島嶼,缺少物種遷移和基因交換的通道.異質(zhì)種群理論[8,9,42]、景觀生態(tài)學(xué)理論[5,11,28,36,37,43]和種群生存力分析[6,7,12]提出的生境斑塊網(wǎng)絡(luò)、景觀破碎度、景觀連接度、最小可存活種群等概念對于自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義.特別是,景觀規(guī)劃提出了一些有利于生物多樣性保護(hù)的空間戰(zhàn)略,如景觀生態(tài)安全格局[39~41].物種的持續(xù)生存和生態(tài)系統(tǒng)的整體保護(hù)需建立自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò),目前以單個、孤立自然保護(hù)區(qū)為主的生物多樣性保護(hù)模式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,應(yīng)在廣泛的時空尺度上包含生態(tài)過程和生物多樣性各組成成份,因此一個全面的自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)以生物等級系統(tǒng)的各個層次或節(jié)點(diǎn)作為保護(hù)對象,將節(jié)點(diǎn)連接成為一個整體的保護(hù)網(wǎng)絡(luò).本文首次在國內(nèi)詳細(xì)論述自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的概念、層次結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的原則和方法.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)2004年7月第15卷第7期CHINESEJOURNALOFAPPLIEDECOLOGY,Jul.2004,15(7∶1266~12702自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的涵義與程序由于沒有從區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)高度對保護(hù)區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),保護(hù)區(qū)的主要功能即保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性、代表性和生態(tài)過程以及生物多樣性受到質(zhì)疑,現(xiàn)有保護(hù)區(qū)系統(tǒng)不能對自然生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危動植物的天然棲息地提供有效保護(hù),不能抵御人類干擾、環(huán)境污染和生態(tài)破壞的影響,自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)安全已引起廣泛關(guān)注.安全有多種內(nèi)涵,包括軍事安全、經(jīng)濟(jì)安全、社會安全、環(huán)境安全和生態(tài)安全等[35,38].安全最早是一個軍事術(shù)語,很少考慮非軍事威脅和解決威脅的非軍事手段.隨著世界經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的交流與合作不斷發(fā)展,安全已不僅僅局限于軍事和主權(quán)等領(lǐng)域.環(huán)境外交日趨活躍和公眾環(huán)境意識的提高,要求對安全這一概念重新審視.Mathew[22]提出擴(kuò)展安全這一傳統(tǒng)概念,認(rèn)為環(huán)境退化會削弱經(jīng)濟(jì)發(fā)展的潛力,影響人類社會的進(jìn)步,導(dǎo)致社會的不穩(wěn)定.一個群落的自然環(huán)境能滿足群落持續(xù)生存的需求,而不損害自然環(huán)境的潛力,被稱為生態(tài)安全.生態(tài)安全是社會安全和經(jīng)濟(jì)安全的基礎(chǔ).因?yàn)槿绻祟惢蛉郝涞纳姝h(huán)境受到威脅,人類賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,就會威脅到社會安全和經(jīng)濟(jì)安全.同時,生態(tài)安全需要社會安全和經(jīng)濟(jì)安全來保障.因?yàn)槿绻鐣邮幉话?人民生活窮困潦倒,偷獵、亂砍濫伐十分猖獗,生態(tài)安全就無從談起.自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì),就是根據(jù)維持生態(tài)系統(tǒng)地域完整性和生態(tài)過程完整性的原則和保護(hù)生物多樣性的原則及一定的保護(hù)目標(biāo),提出一個區(qū)域內(nèi)自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)、保護(hù)區(qū)各功能區(qū)和保護(hù)區(qū)間廊道的合理布置,以有效地保護(hù)生物多樣性和自然棲息地.自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)并不是一個新的概念,在以往保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)工作中,實(shí)際上已體現(xiàn)了生態(tài)安全設(shè)計(jì)的概念.如保護(hù)區(qū)分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū),這實(shí)際上是一種安全考慮.當(dāng)然,自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)不僅與生物因素有關(guān),而且與社會、經(jīng)濟(jì)等因素有關(guān).它是在一定的保護(hù)目標(biāo)如物種豐富度、面積百分比和預(yù)算的條件下,提出的一種保護(hù)區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化配置方案.一個保護(hù)區(qū)的選址、大小和形狀,不僅取決于生態(tài)系統(tǒng)和保護(hù)對象的生態(tài)學(xué)特征,還取決于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、土地利用、社會等因素.因此,自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)是綜合考慮了生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)的一種協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略.自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)適用于生物資源類自然保護(hù)區(qū),即自然生態(tài)系統(tǒng)類和野生生物類保護(hù)區(qū).自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)分3個層次.首先要從區(qū)域?qū)哟窝芯勘Ｗo(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì);其次,在網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點(diǎn)(保護(hù)區(qū),研究保護(hù)區(qū)的面積、形狀和內(nèi)部功能分區(qū)(核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū);最后,研究網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)的連接(廊道(圖1.3自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)311自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的原則自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)需要大量資金和土地資源的投入,成本(土地、資金等的無限制增長會影響保護(hù)區(qū)的持續(xù)生存,因此保護(hù)區(qū)實(shí)際能使用的預(yù)算是有限的,受自然保護(hù)區(qū)預(yù)算的限制,保護(hù)區(qū)實(shí)際能提供保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)、物種或生境也是有限的.自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)就是在一定的預(yù)算(如土地面積、資金等范圍內(nèi),最大程度地保護(hù)生物多樣性,或者在一定的保護(hù)目標(biāo)(如包含所有物種或典型生態(tài)系統(tǒng)下,使保護(hù)區(qū)數(shù)或總面積最少.自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則.圖1自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的框圖Fig.1Diagramofecologicalsecuritydesignfornaturereserves.A:Networkdesignofnaturereserves,B:Gepgraphicappraoch(GAP,C:Scoringmethod,D:Iterativemethod,E:Integerlinearprogramming,F:Determiningthelocalityofnaturereserves,G:Designofcorezone,H:Populationviabilityanalysis,I:Habitatmodelingmethod,J:Resistancemodelingmethod,K:Designofbufferzone,L:Single2widthmethod,M:Analytichierarchyprocess,N:Resistancemodelingmethod,O:Zoningofnaturereserve,P:Designofexperimentalzone,Q:Determiningthescaleandborderofnaturereserve,R:Designofcorridors,S:Increasingtheconnectivityofnaturereserves.31111完整性原則按照景觀生態(tài)學(xué)的等級-尺度理論,自然保護(hù)區(qū)僅是更大時空尺度中的一個組分,因此自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)在廣泛的時空尺度上包含生態(tài)過程和生物多樣性各組成成份,應(yīng)以生物等級系統(tǒng)的各個層次或節(jié)點(diǎn)作為保護(hù)對象,將節(jié)點(diǎn)連接成一個完整的保護(hù)網(wǎng)絡(luò).景觀異質(zhì)性有利于物種的持續(xù)生存和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,例如,一些物種在幼體和成體不同生活史階段需要兩種完全不同的棲息環(huán)境,還有不少物種隨著季節(jié)變換或進(jìn)行不同生命活動時,也需要不同類型的棲息環(huán)境.根據(jù)保護(hù)對象的生物學(xué)特征,應(yīng)考慮保護(hù)對象的各生長階段或各季節(jié)生活所必需的生境需要.對游遷性的物種,應(yīng)包括冬夏兩季的棲息地,或幾種不同類型的棲息環(huán)境.對魚類,要注意保護(hù)產(chǎn)卵場、越冬場、幼體索餌場以及洄游通道.對于候鳥,更應(yīng)考慮繁殖地和越冬地的聯(lián)合保護(hù)[17,19,33].因此,維持生態(tài)系統(tǒng)的地域完整性和生態(tài)過程的完整性是自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基本原則.31112生物多樣性原則自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)最大程度地代表所處生物地理區(qū)域的生物多樣性.通過這一網(wǎng)絡(luò),所處生物地理區(qū)域內(nèi)的典型生態(tài)系統(tǒng)、野生生物資源以及珍稀瀕危物種的集中分布區(qū)都將受到保護(hù).為了盡可能維持生態(tài)過程76217期徐海根等:自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)的方法研究和進(jìn)化,保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)包括一個區(qū)域的大部分地方特有種和稀有物種,因?yàn)樗鼈兪窃摰貐^(qū)群落的主要組成部分.如有可能,保護(hù)區(qū)應(yīng)從自然的或受到干擾很少的地區(qū)選擇.312自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法針對保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)中存在的問題,國外對保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了大量探索.澳大利亞、南非、挪威開展了保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的研究,提出了保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的計(jì)分方法、迭代法和整數(shù)規(guī)劃方法,并應(yīng)用于特定區(qū)域或生物類群的保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[1,3,25~27,31].31211地理途徑方法(GAP分析地理途徑方法(GAP分析是通過對研究區(qū)域的植被狀況、物種分布及其豐富度、野生動物生境等分布信息的分析,尋找生物多樣性保護(hù)的熱點(diǎn)地區(qū)(hotspots,然后對比當(dāng)?shù)赝恋乩矛F(xiàn)狀和生物多樣性保護(hù)現(xiàn)狀,最終識別當(dāng)前生物多樣性保護(hù)的空白點(diǎn)(gaps和差距[4,11,29,32].GAP分析比較直觀,能指出重點(diǎn)地區(qū)和薄弱地區(qū),但要求有較詳細(xì)的植被圖.31212計(jì)分方法計(jì)分方法根據(jù)一個或一組指標(biāo),如多樣性指標(biāo)和稀有性指標(biāo),計(jì)算各單元的得分,把這些單元依得分大小排序,然后根據(jù)保護(hù)要求取位于前n位的單元,作為保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的備選地點(diǎn)[18,25].因此,計(jì)分方法(包括以下網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法首先要把研究區(qū)域劃分為若干個單元,單元可以是規(guī)則的柵格,或不規(guī)則的柵格如生境類型、土地利用類型.其次,要提出一個或一組指標(biāo),量化各單元保護(hù)價值的相對重要性,得分高的單元表明其保護(hù)價值也高.計(jì)分方法能提供具有相對重要性的備選地點(diǎn)清單,但不是最優(yōu)解,有效性低,對初始條件敏感,互補(bǔ)性差,有冗余.31213迭代法迭代法是逐步進(jìn)行的,每一步往備選地點(diǎn)集添加的單元,最大程度地補(bǔ)充備選地點(diǎn)集中單元的屬性,即每次添加的單元對整個保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的代表性貢獻(xiàn)最大[10,21,24].它的運(yùn)算步驟與計(jì)分法相似.首先要確定自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目標(biāo),如以最少的單元數(shù)或總面積使所有物種至少出現(xiàn)一次;然后把研究區(qū)域分成若干單元,制定篩選單元的算法(一組規(guī)則,根據(jù)規(guī)則計(jì)算單元的得分,并根據(jù)得分篩選單元.迭代法的規(guī)則集可以根據(jù)實(shí)際情況和保護(hù)要求,作適當(dāng)修改.同樣,也可以根據(jù)保護(hù)區(qū)的保護(hù)對象和管理目標(biāo)確定代表性指標(biāo).迭代法靈活、有效,運(yùn)算速度快,比計(jì)分方法有效性高,可以對備選地點(diǎn)排序,但它不是最優(yōu)解,對初始條件較敏感,互補(bǔ)性差,有冗余.31214整數(shù)規(guī)劃方法計(jì)分法和迭代法求出的保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)備選地點(diǎn)集,并不是數(shù)學(xué)意義上自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)選擇問題的最小解或最優(yōu)解[34].自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的選擇問題實(shí)際上是以最少的保護(hù)區(qū)數(shù)包含所有屬性.其模型為[34]:MinZ=6mj=1Xj約束條件:(1所有屬性在保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)中至少出現(xiàn)一次,即對于任何i(i=1,2,…,n6j∈NiXj≥1(2整數(shù)要求Xj=0或1,對于任何j(j=1,2,…,m其中,n表示區(qū)域中屬性的數(shù)量;m表示區(qū)域中單元的數(shù)量;Ni表示{j|如果單元j包含屬性i}(i=1,2,…,n;Xj表示單元j是否被保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)選中,1表示單元j被保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)選中,否則0(j=1,2,…,m.選擇自然保護(hù)區(qū)的整數(shù)規(guī)劃模型還有多種[2,3,23].整數(shù)規(guī)劃方法是最優(yōu)解,有效性最高,互補(bǔ)性好,與初始條件無關(guān),沒有冗余,但不能指明各備選地點(diǎn)的相對重要性,計(jì)算量可能較大,有時會無解.4自然保護(hù)區(qū)功能分區(qū)方法411核心區(qū)設(shè)計(jì)方法自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是生態(tài)安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因?yàn)橹挥忻鞔_保護(hù)區(qū)的具體位置后,才能討論保護(hù)區(qū)的最小面積、功能分區(qū)及必要的廊道設(shè)計(jì)[30].保護(hù)區(qū)功能分區(qū)是生態(tài)安全設(shè)計(jì)的保障,而廊道設(shè)計(jì)是生態(tài)安全設(shè)計(jì)的補(bǔ)充.保護(hù)區(qū)各功能區(qū)的不同功能,要求首先根據(jù)保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行核心區(qū)的設(shè)計(jì),繼而緩沖區(qū),最后完成整個保護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì)[13~16,20].在設(shè)計(jì)核心區(qū)時,應(yīng)確定適宜的大小、形狀和地點(diǎn),使其構(gòu)成一有效的保護(hù)單元.目前核心區(qū)設(shè)計(jì)的主要方法有種群生存力分析方法、棲息地分布模型方法和阻力面分析方法.41111種群生存力分析方法通過種群生存力分析,可以知道一定大小的種群在一定時間內(nèi)的存活概率,并結(jié)合物種的領(lǐng)域面積,可以確定核心區(qū)所需的最小面積.其具體步驟為:(1確定目標(biāo)類群,(2用種群生存力分析求解最小可存活種群,(3評估目標(biāo)類群的生物領(lǐng)域面積,(4評價適宜生境在空間和時間上的可達(dá)性,(5評價剩余生境(如野生生物廊道對維持最小面積的有效性,(6確定最小面積.41112棲息地分布模型方法該方法通過對影響棲息地選擇的變量的空間分析,構(gòu)造目標(biāo)種棲息地分布模型,并根據(jù)目標(biāo)種的生物領(lǐng)域面積、棲息地破碎度和景觀連接度的知識,確定核心區(qū).具體步驟如下[16]:(1變量的初步選取.根據(jù)野外觀察,初步確定可能影響棲息地選擇的變量,對變量進(jìn)行柵格化處理.(2變量的空間采樣.運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,對變量進(jìn)行空間采樣,即通過對某一生物或非生物因子在空間上已抽樣的數(shù)據(jù)推測未抽樣點(diǎn)的數(shù)據(jù),最終確定的采樣方案應(yīng)使樣點(diǎn)空間獨(dú)立.(3確定相關(guān)變量.運(yùn)用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)初步選取的變量是否確實(shí)與棲息地選擇有關(guān).(4主成分分析.相關(guān)變量可能相互之間有一定的相關(guān)性,主成分分析的作用是簡化相關(guān)變量,將相關(guān)變量線性組合成一些新的、相互獨(dú)立的綜合變量,這個綜合變量稱為主成分(PCi.(5建立Logistic回歸模型:log(pi/(1-pi=a0+a1PC1i+a2PC2i+…+anPCni其中pi是第i個柵格上物種出現(xiàn)的概率,其值位于0和1之8621應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)15卷間;(PC1i,PC2i,…,PCniT為第i個主成分;ai為回歸系數(shù).(6核心區(qū)的確定.對以上棲息地分布模型確定一個分界點(diǎn)p0,對大于p0的p設(shè)為1,對小于p0的p設(shè)為0,這樣得到目標(biāo)種的棲息地預(yù)測結(jié)果.然后根據(jù)目標(biāo)種的生物領(lǐng)域面積,把大于生物領(lǐng)域面積的棲息地斑地作為核心區(qū),并用棲息地破碎度、景觀連接度指標(biāo)判斷核心區(qū)設(shè)計(jì)的合理性.41113阻力面分析方法阻力面分析方法是景觀生態(tài)安全格局的分析方法.它可以根據(jù)不同的生態(tài)安全閾值,確定核心區(qū)的范圍,具體包括[39~41]:(1源的確定;(2最小累積阻力模型的建立;(3阻力面的建立;(4根據(jù)一定的保護(hù)目標(biāo)確定安全閾值,劃定核心區(qū).412緩沖區(qū)設(shè)計(jì)方法緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)不僅涉及生態(tài)、地形地貌等自然因素,還要考慮社會經(jīng)濟(jì)因素.目前主要有3種緩沖區(qū)設(shè)計(jì)方法.41211等寬度法等寬度法是在核心區(qū)外圍設(shè)計(jì)一個等寬度的帶狀環(huán)形區(qū),顯然這種做法缺乏科學(xué)依據(jù)[20].41212層次分析法層次分析法針對外界因素對核心區(qū)影響程度的不同,將核心區(qū)分成若干區(qū)段,確定緩沖帶寬度的決策方案和影響因素,構(gòu)造緩沖帶設(shè)計(jì)的層次結(jié)構(gòu),以專家咨詢法確定兩兩比較矩陣,最后根據(jù)兩兩比較矩陣確定每一區(qū)段緩沖帶的寬度[15].這樣最終確定的緩沖帶寬度在各區(qū)段應(yīng)有所不同.41213阻力面分析方法阻力面分析方法與41113的內(nèi)容相似.該方法利用阻力面的等阻力線來確定緩沖區(qū)的邊界和形狀.阻力面類似于地形表面,其中有緩坡和陡坡,呈現(xiàn)一些閾值特征.據(jù)此來劃分緩沖區(qū),不但可以有效地利用土地,而且可以判別緩沖區(qū)合理的形狀和格局,減少緩沖區(qū)劃分的盲目性.5結(jié)語由于生態(tài)破壞和棲息地的喪失,造成野生動植物種群的破碎化.自然保護(hù)區(qū)已成為孤立的生境島嶼.現(xiàn)有保護(hù)區(qū)系統(tǒng)不能對自然生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危動植物的天然棲息地提供有效保護(hù).目前以單個、孤立自然保護(hù)區(qū)為主的生物多樣性保護(hù)模式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,應(yīng)在廣泛的時空尺度上包含生態(tài)過程和生物多樣性各組成成份,以生物等級系統(tǒng)的各個層次或節(jié)點(diǎn)作為保護(hù)對象,將節(jié)點(diǎn)連接成為一個整體的保護(hù)網(wǎng)絡(luò).自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全設(shè)計(jì)是綜合考慮了生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)的一種協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)戰(zhàn)略,首先從區(qū)域?qū)哟窝芯勘Ｗo(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì);其次,在網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點(diǎn)(保護(hù)區(qū),研究保護(hù)區(qū)的面積、形狀和內(nèi)部功能分區(qū)(核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū);最后,研究網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)的連接(廊道.景觀生態(tài)安全格局和最小可存活種群是確定自然保護(hù)區(qū)生態(tài)安全閾值的依據(jù).自然保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循生態(tài)系統(tǒng)的地域完整性和生態(tài)過程完整性原則及生物多樣性原則,采用迭代法和整數(shù)規(guī)劃方法.當(dāng)有詳細(xì)的植被分布圖時,也可以采用地理途徑方法.保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)選擇算法的作用是指導(dǎo)性的,它為一個或多個保護(hù)目標(biāo)的保護(hù)規(guī)劃勾畫出多種藍(lán)圖.這對保護(hù)目標(biāo)的確定和政府決策起到重要作用.要比較各種替代設(shè)計(jì)方案,并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會、管理、土地、資源和生物多樣性保護(hù)的需要,確定最終的保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案.自然保護(hù)區(qū)功能分區(qū)應(yīng)采用逆向設(shè)計(jì)的途徑[13~16],首先進(jìn)行核心區(qū)的設(shè)計(jì),繼而緩沖區(qū),最后完成整個保護(hù)區(qū)的設(shè)計(jì).核心區(qū)設(shè)計(jì)的主要方法有種群生存力分析方法、棲息地分布模型方法和阻力面分析方法.緩沖區(qū)設(shè)計(jì)的主要方法有等寬度法、層次分析法和阻力面分析方法.參考文獻(xiàn)1BedwardM,PresseyRLandKeithDA.1992.Anewapproachforselectingfullyrepresentativereservenetworks:addressingefficien2cy,reservedesignandlandsuitabilitywithaniterativeanalysis.BiolConser,62:115~1252ChruchRL&DavisRR.1992.Thefixedchargemaximalcoveringlocationproblem.PapRegSci,71:199~2153CocksKDandBairdIA.1989.Usingmathematicalprogrammingtoaddressthemultiplereserveselectionproblem:anexamplefromtheEyrePeninsula,SouthAustralia.BiolConser,49:113~1304FearnsidePMandFerrazJ.1995.AconservationgapanalysisofBrazil’sAmazonianvegetation.ConserBiol,9:1134~11475FuB2J(傅伯杰.1995.Landscapediversityanalysisandmapping.ActaEcolSin(生態(tài)學(xué)報(bào),15(4:345~350(inChinese6GilpinMEandSouleME.1986.Minimumviablepopulations:pro2cessesofspeciesextinction.In:SouleEed.ConservationBiology.Sunderland,Massachusetts:SinauerAssociates.7GrumbineRE.1990.Viablepopulation,reservesize,andfederallandsmanagement:Acritique.ConserBiol,4:127~1358HanskiI.1994.Metapopulationdynamicsandconservation:aspa2tiallyexplicitmodelappliedtobutterflies.BiolConser,68:167~1809HanskiIandSimberloffD.1997.Themetapopulationapproach,itshistory,conceptualdomainandapplicationtoconservation.In:Han2skiIandGilpinME.eds.MetapopulationBiology:Ecology,Genet2icsandEvolution.SanDiego:AcademicPress.10KirkpatrickJB.1983.Aniterativemethodfores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