由单一走向多样：平原农业区生物多样性保护的规划途径——以辽宁省黑山县为例

贾一非/JIA Yifei

同济大学建筑与城市规划学院在读博士研究生/研究方向为景观生态规划设计

王云才*/WANG Yuncai

同济大学建筑与城市规划学院生态智慧与生态实践研究中心教授，博士生导师/同济大学高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室主任/本刊编委

摘要： 平原农业区的生产和土地利用方式严重影响区域的生物多样性，利用融合多学科的景观空间规划构建有效的评价方法和格局优化模式以实现多样化的生境保护和恢复，提升生物多样性具有重要的作用。以辽宁省黑山县为例，首先梳理了平原农业区对于生物多样性威胁的机制和研究的框架；其次识别平原农业区的特殊生境类型，使用景观格局指数和InVEST模型的生境质量评价构建多尺度生境质量评价机制；同时使用基于图论和电路理论的Linkage Mapper软件，识别和分级空间中的重要生态源地、潜在廊道及廊道上的关键夹点区域。结果显示，农业景观中空间异质性和连接性影响生物多样性；研究区有主要生境23类，整体生境质量较差，农田面积较大是造成该问题的主要原因；识别出核心斑块33个，重要廊道34条，通过与卫星图比照，廊道位置与线性生境重合；关键夹点区域位于靠近农村居民点的自然生境上，故营造人类干扰与生态平衡农村居住区是空间规划的重点；同时根据以上研究提出了多尺度的空间规划途径，为平原农业区生境优化和生物多样性保护提供了一定的理论参考。

关键词： 风景园林；平原农业区；生境；生物多样性；景观异质性；空间连接性

Abstract: The production and land use patterns in the plain agricultural areas seriously affect the regional biodiversity, and it is important to use multidisciplinary landscape spatial planning to build effective evaluation methods and pattern optimization models to achieve diverse habitat conservation and restoration and enhance biodiversity. Taking Heishan County of Liaoning Province as an example, this research firstly compares the mechanisms and research priorities of threats to biodiversity in plain agricultural areas. Secondly, special habitat types in plain agricultural areas are identified, and the multiscale habitat quality index is constructed using the landscape pattern index and habitat quality evaluation of the InVEST model. Linkage Mapper software based on graph theory and circuit theory is also used to identify and classify important ecological source sites, potential ecological corridors, and key pinch point areas on the corridors. The results show that spatial heterogeneity and connectivity in agricultural landscapes affect biodiversity. The study area has 23 types of habitats, and the large area of agricultural land is the main reason for the poor habitat quality. 33 core patches and 34 important corridors are identified, and the corridor locations overlaps with linear habitats by comparing with satellite maps. The key pinch point area is located on a natural habitat close to the rural settlement, so the creation of a rural settlement with human disturbance and ecological balance is the focus of spatial planning. At the same time, corresponding spatial planning approaches are proposed based on the above studies, which provide theoretical references for habitat optimization and biodiversity conservation in plain agricultural areas.

Keywords: landscape architecture; plain agricultural area; habitat; biodiversity; landscape heterogeneity; spatial connectivity

人类社会最紧迫的挑战之一是减缓全球生物多样性的丧失和灭绝的速度，这也是亟待解决的联合国可持续发展目标的重要一环。农业区作为生物多样性丧失最快的区域，是当前研究的热点之一。大量研究表明，农业景观中的植被、节肢动物、鸟类、哺乳动物等多样性已严重降低，并且损害了生态系统服务的运作。平原农业区在空间维度上改变了原有多样化的土地覆盖类型和景观结构，同时景观组成和结构异质性在不同尺度上影响着物种分布和生态系统服务，这些影响也会反作用于农业生产，造成产量下降。以上问题的本质是抽象的人地关系的体现，根源在于人地关系的失调。故解决平原地区生物多样性问题的本质在于解决人居、生产与生态空间之间的耦合关联，以实现人与自然和谐相处的目标。由于现有研究多局限于生物物种的保护措施，空间规划相关的研究方法不明晰，故亟待探索新的方式，即由单一物种考量转向结合景观空间变化，处理人地关系平衡的生态智慧。主要体现为生态智慧引导、问题分析、实践途径、优化提升4个方面(图1)。

图1 生态智慧指引下的农业区生物多样性规划研究框架

平原农业区集约化的生产方式给区域的生物多样性带来了挑战，通过景观规划的方式提高平原农业区多尺度的空间异质性，构建多样化的生境和廊道是有效的解决手段。本研究的结论具体为以下几方面。

1)不同生境对于生物生存的影响有着较大的区别。本文通过辨别农田的种植模式，林地的树木种类、农业区水域的不同功能、农业区建设用地类型，将研究区域的生境类型分为23个生境(图2)。其中坑塘、沟渠功能为农业生产，但对于平原农业区生物多样性的促进具有一定的潜力。同时需要注意的是，农村居住用地和城镇居住用地相比，对于生物多样性的威胁较低。

图2 黑山县生境类型识别结果

2)本研究结合景观格局指数和生境质量评价发现，区域内整体生境质量不佳，高质量区域面积较小且分布孤立(图3)，农田是影响整体生境的主要原因。景观格局指数对于区域景观异质性的描述不能够完全代表该区域的景观生境的质量，从而对生物多样性的提升做出决策，主要原因在于景观格局指数只能反映斑块之间的数量关系、空间关系等，不能反映斑块之间内在生态层面的相互影响。故引入生境之间相互作用的关系权衡作为补充，可使研究较为完整。

图3-1 研究区区域空间异质性(左上角)

图3-2 研究区斑块空间异质性(右上角)

图3-3 研究区斑块生境质量(左下角)

图3-4 研究区区域生境质量(右下角)

3)本研究以“源地-廊道-节点”的生态空间构建范式优化平原农业的生境格局。识别生境源地80个，潜在生态廊道208条，并根据其重要性做出分级(图4)。在最优距离阈值4km下，以区域生境质量评价为基础，选取dI值大于0.5、面积大于5hm ² 的自然斑块80个，总面积为34.42km ² ，作为生物迁徙和栖息的生态源地；识别源地间潜在廊道208条，长度为42~34975m，其主要沿河流、沟渠、林网分布(图4-1)。基于斑块中心度和廊道电流密度，对所识别的廊道和斑块进行分级(图4-2)，其中，廊道电流强度集中在33~474A之间，选取大于177.62A的为重要廊道，共34条，总长度为68.88km；选取大于127.93A的为一般重要廊道，共44条，总长度为244.22km；同时选取中心度大于200的33个斑块为重要生态源地，同时发现中心度越高的斑块其所连接的生态廊道越多。重要生态源地主要分布在西北丘陵区，以中心度最高的龙湾水库为中心，向北连接蛇盘山风景区、老官水库，向东连接黑山子，向西连接医巫闾山，形成了密集的生态网络；高密度电流的生态廊道主要集中在东北、西北、东南3个区域范围内，南北虽有连通，但廊道电流密度相对较低，也同时说明由于中部区域生态源地的缺乏。夹点区域的识别结果显示(图4-3)，关键夹点区域主要分布在农田边缘区且靠近农村居民点，对照遥感影像发现，80%以上的重要夹点区域与河道、沟渠、坑塘或防风林网位置重合(图4-4)，说明农村居民点的建设对于原有廊道空间的干扰对物种迁移造成了一定的阻力，同时沟渠、坑塘和防风林可以作为生态廊道的重要载体。

同类型的研究将文献或实际观测的生物(鸟类、节肢动物等)空间分布与所识别的廊道和源地进行比照，可以进一步提高结果的可信度，但本研究可参照的数据较少；同时本文将鸟类的飞行半径作为连通距离阈值，是因为在区域尺度上鸟类对于生态空间的连通性特别敏感，且相关数据的获取更为容易；但在更小尺度上，相关研究通常采用节肢动物如蝴蝶、蜜蜂等作为指示物种，研究其迁徙的路径和物种丰度，作为廊道研究分布的补充，但本文由于数据的限制未考虑此部分。斑块B15所处的区域林地面积较大，实际生境质量较好，但在Linkage Mapper计算的中心度较低，未选择其为重要斑块，由于该模型对于中心度数值的计算依赖于与其他斑块的连接数量，该斑块所处的位置为行政区划边缘，影响了最终结果。本研究所识别的关键夹点区域靠近农村居民点，与河道、坑塘、沟渠、林地等生境重叠，通常为农田的边缘区域，受到农村居民点的干扰。同类型的研究也证实了以上结论，夹点区域通常位于不同类型景观的边缘区域，同时受到干扰较大，如道路切割、建设用地占据等。

图4-1 生态源地与潜在廊道识别(左上角)

图4-2 斑块及廊道重要性分级图(右上角)

图4-3 廊道关键夹点识别(左下角)

图4-4 卫星图对照研究(右下角)

4)最后提出了多尺度的平原农业区生物多样性保护规划途径，包括保护和恢复核心生境，构建“营林造盘”的生态廊道关键夹点，形成以林网、水网、坑塘网为依托的生境体系(图5)。除了空间规划之外，农业生产管理也对生物多样性有着重要的影响。丰富的种植模式在增加斑块内异质性的同时，避免由于种植单一农作物而造成的病虫害，以及过量化学品的施用造成的经济和生态损失。后期的研究还需针对农业系统提出生产的多样性规划，鼓励发展立体农业技术，促进生态系统物质循环稳定，提高生物多样性。

图5 多网共生的栖息地网络构建及分类效果图

注：文中图片均由作者绘制。