自然保護區(qū)景觀生態(tài)學(xué)研究

自然保護區(qū)景觀生態(tài)學(xué)研究

1建立自然保護區(qū)自然資源是保護、開發(fā)和研究自然條件和自然資源的重要基地，它們對生物和環(huán)境有重要的科學(xué)價值，包括具有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、瀕危野生動植物的自然區(qū)域、獨特的自然景觀、具有科學(xué)價值的自然歷史遺跡，以及重要的自然遺跡和水源保護區(qū)。建立自然保護區(qū)是保護自然資源和生態(tài)環(huán)境最重要、最有效的措施,是維護生態(tài)安全,促進生態(tài)文明,實現(xiàn)經(jīng)濟全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展和人與自然和諧共存的重要保障。自然保護區(qū)的發(fā)展至今已有100多年的歷史,但卻一直缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo),極大地削弱了其保護功能的發(fā)揮,景觀生態(tài)學(xué)給自然保護區(qū)研究帶來了新思想、新理論和新方法,景現(xiàn)生態(tài)規(guī)劃格局原理及干擾與生物多樣性保護的相關(guān)性,為指導(dǎo)生物多樣性保護、保護區(qū)設(shè)計、景觀規(guī)劃及土地開發(fā)提供相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)。2景觀異質(zhì)性原則美國哈佛大學(xué)的福爾曼和戈德倫(1986年)根據(jù)對景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)的初步研究,提出7條景觀生態(tài)學(xué)原理。①景觀結(jié)構(gòu)和功能原理(LandscapeStructureandFunctionPrinciple):景觀是異質(zhì)性的,在其斑塊、廊道和本底中,物種、能量和物質(zhì)的流動方面有功能性的差別。②生物多樣性原理(BioticDiversityPrinciple):景觀異質(zhì)性可降低內(nèi)部稀有物種的豐度,增加需要兩個或兩個以上景觀要素的邊緣種和動物的豐度,增強總體物種共存的潛在能力。③物種流動原理(SpeciesFlowPrinciple):景觀要素中物種的擴張和收縮既對景觀異質(zhì)性有較大影響,又受其制約。④養(yǎng)分再分配原理(NutrientRedistributionPrinciple):景觀要素間礦質(zhì)養(yǎng)分的再分配速度隨景觀要素中干擾強度的增大而增加。⑤能量流動原理(EnergyFlowPrinciple):景觀中流經(jīng)不同斑塊、廊道和本底邊界的熱量和生物量隨景觀異質(zhì)性的增加而增加。⑥景觀變化原理(LandscapeChangePrinciple):當(dāng)不受干擾時,景觀的水平結(jié)構(gòu)逐漸趨向于均質(zhì)化,中度干擾會迅速增加異質(zhì)性,而嚴重干擾則可能增加或減少異質(zhì)性。⑦景觀穩(wěn)定性原理(LandscapeStabilityPrinciple):景觀斑塊的穩(wěn)定性按以下3種方式增高,趨向于物理系統(tǒng)穩(wěn)定性;受干擾后的快速恢復(fù);對干擾的較高抗性。3景觀生態(tài)學(xué)原理在自然保護區(qū)的規(guī)劃中的應(yīng)用3.1規(guī)劃核心區(qū)的劃分景觀生態(tài)學(xué)理論中一般將自然保護區(qū)劃分為三個功能區(qū):核心區(qū)、緩沖區(qū)和實驗區(qū)。(1)核心區(qū)是自然保護區(qū)的精華所在,是被保護物種和環(huán)境的核心,需要加以絕對嚴格保護,一般將典性的森林植被和瀕危動植物資源,認為干擾少,自然生態(tài)系統(tǒng)保存比較完好的區(qū)域化為核心區(qū)。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)規(guī)劃原理,核心區(qū)的面積一般不得小于自然保護區(qū)面積的三分之一。(2)緩沖區(qū)是指核心區(qū)外圍為保護、防止和減緩?fù)饨鐚诵膮^(qū)造成影響和干擾所劃出的區(qū)域。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理,緩沖區(qū)的建立可根據(jù)邊際效應(yīng)影響程度來確定,緩沖區(qū)的設(shè)立應(yīng)遵循以下兩點:一是到每一個核心斑塊的距離不低于某一特定值,二是緩沖區(qū)應(yīng)該覆蓋所有的斑塊,我國規(guī)定自然保護區(qū)的緩沖區(qū)寬度不應(yīng)低于500m。(3)實驗區(qū)是指自然保護區(qū)內(nèi)可進行多種科學(xué)實驗的地區(qū)。它為核心區(qū)提供良好的緩沖條件,同時可開展科學(xué)實驗、科考、珍惜動植物馴養(yǎng)繁殖、多種經(jīng)營及生態(tài)旅游活動。3.2環(huán)境保護的生態(tài)規(guī)劃原則應(yīng)用生態(tài)景觀學(xué)原理在自然保護區(qū)的規(guī)劃設(shè)計中,應(yīng)該把握以下原則:(1)生態(tài)穩(wěn)定性保護進行自然保護區(qū)的規(guī)劃建設(shè),首先要考慮自然資源和生態(tài)環(huán)境的維系保護。保護原生態(tài)的自然景觀、維持自然景觀過程及功能,是自然保護區(qū)生物多樣性以及自然景觀資源得到合理開發(fā)和持續(xù)利用的基礎(chǔ)。(2)景觀空間的異質(zhì)性景觀中斑塊多樣性、類型多樣性和格局多樣性,構(gòu)成了景觀空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異質(zhì)性。維持自然保護區(qū)景觀生態(tài)的異質(zhì)性,就能維護其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,對于自然保護區(qū)的生存發(fā)展有重要的意義。(3)連續(xù)性原則自然保護區(qū)的景觀規(guī)劃應(yīng)以可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ),立足于景觀資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的維持改善,保證社會經(jīng)濟資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。(4)從整體角度出發(fā),注重景觀生態(tài)規(guī)劃的整體性、機械化和機構(gòu)化景觀是由多個生態(tài)系統(tǒng)組成具有一定結(jié)構(gòu)和功能的整體,是自然與文化的復(fù)合載體,這就要求景觀生態(tài)規(guī)劃必須從整體綜合的角度出發(fā),對整個景觀進行綜合分析,使保護區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)、格局與保護區(qū)自然特征和經(jīng)濟發(fā)展相適應(yīng),謀求社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,以達到景觀的整體最優(yōu)化利用。3.3自然資源的景觀生態(tài)規(guī)劃和設(shè)計3.3.1保護區(qū)的功能分區(qū)基質(zhì)是景觀的本底,是景觀中面積最大、連接最最好、對景觀控制能力最強的景觀要素?；|(zhì)對于斑塊嵌體等景觀要素內(nèi)的物質(zhì)能量流動、生物遷移覓食等生態(tài)過程有著明顯的控制作用,因此作為背景的基質(zhì)對于自然保護區(qū)生物多樣性保護以及生態(tài)功能過程的維持至關(guān)重要。根據(jù)島嶼生物地理學(xué)理論,大保護區(qū)比小保護區(qū)更有利于維持物種數(shù)量,因為它們擁有更大的種群數(shù)量和多樣化的生境,能把邊緣效應(yīng)減至最小。因此,在規(guī)劃設(shè)計自然保護區(qū)時,對于同樣類型的生境,應(yīng)該選擇大面積的保護區(qū),同時盡可能保證本底基質(zhì)的完整,避免破碎化,以便保護盡可能多的物種;對于已建立的自然保護區(qū),可以通過擴大與保護區(qū)相連的其他土地來增加現(xiàn)存保護區(qū)的面積;保護區(qū)之間應(yīng)該盡量距離靠近,呈擁簇狀配置,以減少隔離程度,便于物種擴散。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)與島嶼生物地立學(xué)理論,就自然保護區(qū)稀有性、多樣性、脆弱性、自然型進行科學(xué)評價,在此基礎(chǔ)上,進行保護區(qū)的功能分區(qū),保護區(qū)基質(zhì)形狀最好符合同心圓狀,中間是核心區(qū),其次是緩沖區(qū),外圍是實驗區(qū),3個區(qū)的面積從里向外逐步拓寬。核心區(qū)的面積一般不得小于自然保護區(qū)面積的三分之一。3.3.2合理利用斑塊的作用和意義斑塊是不同于周圍背景的非線性景觀元素,有著與周圍基質(zhì)不同的物種組成。斑塊是物種的聚集地,它的大小、形狀、類型、數(shù)量以及內(nèi)部均質(zhì)程度對自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)和多樣性保護具有重要意義。斑塊的最優(yōu)設(shè)置是在幾個大型自然植被斑塊組合中,分散眾多與之相聯(lián)系的小斑塊,形成一個有機的整體。大型斑塊能提高碎裂種群的存活率,更有能力維持和保護基因的多樣性,尤其有利于保護稀有種。小型斑塊雖不利于內(nèi)部物種的生存和生物多樣性的保護,但占地少,可分布在人為景觀中,提高景觀多樣性,起到臨時棲息地的作用,可作為對大斑塊的補充。同時,由于斑塊之間的緊密聯(lián)系,有利于物種的擴散遷移。圓形斑塊形狀的保護區(qū)內(nèi)部障礙可能較小,生境異質(zhì)性較小,對內(nèi)部種和邊緣種都能提供生存條件,有利于保存能量、養(yǎng)分,是生物多樣性保持的理想模式。而長條形斑塊易于促進斑塊與周圍環(huán)境物質(zhì)、能量、生物方面的交換,因此對于保護區(qū)的設(shè)計規(guī)劃應(yīng)該根據(jù)實際情況具體分析。斑塊的數(shù)目越多,景觀和物種的多樣性就越高;斑塊數(shù)目小,就意味著物種生境的減少,物種滅絕的危險性將增大。一般而言,兩個大型的自然斑塊是保護某一物種的最低斑塊數(shù)目,4~5個同類型斑塊對維持物種的長期健康與安全較為理想。3.3.3廊道景觀功能的保護廊道是景觀中與周圍基質(zhì)有顯著區(qū)別的狹長帶狀景觀,是聯(lián)系斑塊之間的紐帶。在自然保護區(qū)中,可能是小溪、河流、道路、植被帶等。廊道的作用在很大程度上影響著斑塊之間的連通性,同時影響著斑塊間物種、物質(zhì)、能量的交流。廊道的數(shù)目、構(gòu)成、寬度、形狀、格局等都是影響廊道作用發(fā)揮的重要因素。廊道能增加生境斑塊的連接度,提高斑塊間物種的遷移率,促進斑塊間基因交換和物種流動,有利于物種的空間運動,增加物種重新遷入機會。同時,廊道在一定程度上分割生境斑塊,造成生境破碎化,或引導(dǎo)外來物種及天敵的侵入,威脅鄉(xiāng)土物種生存。正是廊道功能上的矛盾性與復(fù)雜性,要求謹慎考慮如何使廊道有利于特殊物種的保護,其中最重要的一點是必須使廊道具有原始景觀的本底及鄉(xiāng)土特性,廊道應(yīng)是自然的或是對原有自然廊道的恢復(fù),任何人為設(shè)計的廊道都必須與自然的景觀格局相適應(yīng)。廊道的寬度,要根據(jù)規(guī)劃目的和保護區(qū)的具體情況,確定適宜的廊道寬度。為游人修建的廊道,道路寬度在1.5m~2m之間較為適宜,為一般動物修建的廊道寬度1km左右,而大型動物則需要幾公里寬。廊道的格局,網(wǎng)狀或輻射狀較好,可提高自然保護區(qū)中的通達度,有利于保護物種之間的交換,從而增強整個群體的生存能力;有利于物質(zhì)和能量的流動,從而維持保護區(qū)的整個生態(tài)系統(tǒng)功能得到最優(yōu)發(fā)揮。3.3.4“相結(jié)合”景觀格局依據(jù)自然優(yōu)先原則確定自然保護區(qū)的基本格局,即在基本格局中應(yīng)該包括天然植被,水系水道、生物棲息的斑塊和流動擴散的廊道,在基質(zhì)上設(shè)置小斑塊,增加景觀的多樣性和異質(zhì)性,此種格局是生態(tài)規(guī)劃的基本格局。其次,從生態(tài)學(xué)意義上設(shè)計“集中與分散相結(jié)合”的景觀格局,這是Forman基于生態(tài)空間理論提出的景觀生態(tài)規(guī)劃格局。它包括以下7種景觀生態(tài)屬性:(1)大型自然植被斑塊用以涵養(yǎng)水源,維持關(guān)鍵物種的生存;(2)兼有大斑塊和小斑塊,滿足景觀整體的多樣性和局部點的多樣性;(3)注重干擾時的風(fēng)險擴散;(4)基因多樣性的維持;(5)交錯帶降低邊界抗干擾性;(6)小型自然植被斑塊作為臨時棲息地或避難所;(7)廊道用以物種的擴散及物質(zhì)和能量的分布與流動。這7種屬性強調(diào)集中使用土地,保持大型植被斑塊的完整性,同時在人類活動區(qū)可以保留小的自然植被斑塊,并且沿自然植被和廊道地帶設(shè)計小的人工斑塊,形成集中與分散相結(jié)合的景觀格局。通過對自然保護區(qū)景觀空間結(jié)構(gòu)的調(diào)整,使各類斑塊大集中、小分散,確立景觀異質(zhì)性來實現(xiàn)生物多樣性以及自然景觀的保護。4保護區(qū)的建立和廊道的設(shè)置建立自然保護區(qū),保護自然資源和物種賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)和棲息地,從而保護生物多樣性,特別是拯救某些瀕于滅絕的生物種源。利用景觀生態(tài)學(xué)原理,從基質(zhì)、斑塊、廊道、景觀格局幾方面進行自然保護區(qū)的規(guī)劃。在規(guī)劃設(shè)計自然保護區(qū)時,對于同樣類型的生境,應(yīng)該選擇大面積的保護區(qū),同時盡可能保證本底基質(zhì)的完整,避免破碎化,以便保護盡可能多的物種;對于已建立的自然保護區(qū),可以通過擴大與保護區(qū)相連的其他土地來增加現(xiàn)存保護區(qū)的面積;保護區(qū)之間應(yīng)該盡量距離靠近,呈擁簇狀配置,以減少隔離程度,便于物種擴散。根據(jù)保護區(qū)的實際情況,建立大型斑塊、小型斑塊和圓形斑塊的保護區(qū),斑塊的數(shù)目越多,景觀和物種的多樣性就越高。一般而言,兩個大型的自然斑塊是保護某