基于不同视角与方法的北京市密云区生境规划对比

王志芳 梁春雪

在生态文明建设的大背景下，生境是在中国自然资源和生态环境保护政策驱动下生态城市建设需要考虑的重要内容，如何规划、管理、保护和提供多种生态系统服务功能的生境是研究重点所在。因为生境不仅可以为野生动物提供栖息地，还可以恢复乡土植物群落[1]。然而国内的生境建设一直具有很多的局限性。一方面，城市化的加速发展和趋利性的经济建设活动使生境规划、管理不到位，导致生境破碎化日益加剧，环境资源丰富度降低，野生动物生境选择困难，种群结构单一和个体行为异常[2]等现象。退化的生境不仅会增大疾病的传播几率，也可能在心理层面上改变人类对场所的感知能力[3]。与此同时，绝大多数规划设计实践项目都在泛谈生境，小范围植树、增添绿地、做立体绿化都会空论“生物多样性”以及生态系统服务，并没有深层次地思考什么是生境以及怎样规划设计生境才符合科学规律。

生境（Habitat）是生态学上的一个基本概念。模糊理解“Habitat”的定义会导致不合理的规划思路与解决方案。国外的研究表明“Habitat”的定义有2个完全不同的视角：即物种与景观[4]。前者涉及一个指定的物种或种群的环境，并假定物种在一个空间范围内为完成其生命周期对自然资源和环境条件有特定需求。后者则指有相似植被覆盖或者土地覆盖的区域，这类生境可能不存在特定物种，例如海岸沙丘生境[5]。根据生境定义的使用，生境规划也可从这2个角度出发。从物种角度规划有2个关键点：1）选择具有生态代表作用的目标物种，以方便认知、管理生态系统。该目标物种能在类型上、空间范围上代表其他物种；2）测定该物种如何运用资源和景观进行生存和繁殖，并形成栖息地[6]。景观角度的规划思路是整体看待生物与非生物所共存的土地空间，借助航空卫星拍摄数据，分析栖息地类型、植被覆盖和格局结构指标等来确定规划区域。然而国内的规划设计却从未探索过从哪一个视角进行生境规划设计才能达到最好的结果，常常完全依赖于规划师的自我决策，缺乏相关研究。

本文作者以北京市密云区为例，从生境定义的2个视角，对比物种方法及景观方法在过程与结果上的优缺点，并讨论如何实现2种规划思路的有机结合，为更多城市化进程中的类似生境空间规划、管理提供参考。

1 物种方法规划流程图Flow chart of species-based approach planning

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况与数据来源

密云区位于北京市东北部，东、北、西三面环山，中部是密云水库，西南是冲积平原。总面积为222 945hm2，其中山地和丘陵占79.5%。密云对于北京市有重要生态战略意义，体现在3个方面：1）密云是首都最大的饮用水源供应地，对于水资源紧缺的北京至关重要。2）密云是北京东北部重要的生态保护屏障，以云蒙山、雾灵山、云峰山为主构成生态保护线。3）密云是西伯利亚候鸟迁移路线上的一个重要生态节点。然而密云的生物多样性已经发生变化，山中野生动物，如狼、豹、斑羚等，几乎绝迹，山鸡和草兔等动物的数量逐年增多[7]。密云已出现入侵物种，如意大利苍耳[8]、刺萼龙葵[9]，且靠近古北水镇的山体边缘地带已出现荒地。密云发展的前提需明确生态保护体系，对土地进行科学生境规划，以避免造成不可逆的生态破坏后果。

本研究的数据来源主要包括空间数据云2017年4月29日对密云区域的landsat7 ETM卫星遥感图，辅以密云区人民政府网站上提供的最新规划图纸细化获得数据，并参考相关文献资料数字化生成研究区域栖息地类型图。密云区栖息地类型主要有8类：落叶阔叶林（柞树 、桦树等），针叶林（松等），灌木、灌草丛（酸枣、荆条等），人工林（苹果树、梨树、杨树等），农田（玉米、水稻等），水库湖泊湿地（密云水库），河流水域（潮、白河），平原建成区（密云新城）。

1.2 物种方法过程分析

物种方法操作分为三步（图1），首先选取密云目标物种。密云区动物有4类：鸟类（141种），兽类（34种），两栖动物（4种），爬行动物（18种）[7]。在咨询相关专家后，选取陆地兽类生物——豹猫为密云区的最佳目标代理物种。豹猫最主要的活动类型为觅食，活动时间偏好夜晚和黄昏，活动行径为1.8～7.6km。白天喜深林区活动，善游泳，冬季喜雪浴。春夏季交配，一只雄豹猫一般要交配2～3只雌豹猫。除了交配季节外，日常喜独处，产子一般选在茂密的植被地带。严冬季节因缺少食物，活动半径会扩大到13～15km，并可能会靠近居民区捕食家畜[10]。干燥季节偏爱湿地区域饮食，捕食灵敏。豹猫为杂食动物，其食物构成比例为：植物（72.4%）、松鼠科（20.7%）、鼠科（48.3%）、鸟类（62.1%）、草兔（13.8%）、昆虫和鱼类（24.1%）[11]。根据其食物构成比例可得出豹猫觅食活动的栖息地类型及权重。例如在针叶和针阔混交林常出现鼠科、松鼠科动物，这样类型的栖息地觅食活动的权重就较高。

第二步为栖息地适宜性评价，本研究采取生态适宜度模型（Habitat suitability index，简称HSI）。该模型框架是基于对目标物种的生态特性分析，评估出最能满足其生活必需品的空间[12]。对目标物种不同季节活动权重、不同类型的活动权重、不同类型栖息地的活动适宜度采用专家打分法进行赋值，并取10位专家的平均值作为最终值（表1）。最后，计算结果大于10的高适宜活动区域为目标物种源地。基于ArcGIS10.1中cost path模块构建最小成本路径模型建立源地间廊道联系。路径消耗的成本面是根据目标物种在不同利用类型土地上活动扩散所遇到的阻力程度来进行赋值产生的。目标物种豹猫活动半径很大，最大可达15km，且善游泳、攀爬、奔跑。水域和地形复杂的山体环境不对其构成较大的环境阻力，仅建设用地和交通用地对其阻力较大。因此，平坦农田区域赋值为1，山地、林地和水域区域赋值为15，交通与建设用地阻力赋值为1 000。在构建源地之间的联系时将栅格值设为30m×30m，最终生成最小成本路径布局（图2）。

表1 基于HSI模型的专家打分法（数值显示均为平均值）Tab. 1 Expert scoring method based on HSI model (numerical values are averaged)

2 密云区物种方法的栖息地网络格局Habitat network pattern of species-based approach

3 景观方法规划流程图Flow chart of landscape-based approach planning

1.3 景观方法过程分析

景观方法分为2步（图3），优先规划大型自然斑块（含水源涵养地）以维持关键物种，并有一定和足够数量的廊道用于物种扩散和物质能量流动[13]。结构连通性较好的景观同样拥有较好的功能连通性，即与其他斑块连通性水平很高、面积较大的核心斑块应该首先被连接起来。用ENVI解译遥感图像可获得植被覆盖度较高的自然林地区域。将自然林地基于Guidos软件运用MSPA法可区分出7类不同类型的景观（核心区、桥接区、岛屿等），分析过程以八领域扩散和60m边缘宽度为基准。MSPA（Morphological Spatial Pattern Analysis）即形态学空间格局分析，是Vogt等[14]基于腐蚀、膨胀、开运算、闭运算等数学形态学原理对栅格图像的空间格局进行度量、识别和分割的一种图像处理方法，能够更加精确地分辨出景观的类型和结构。简单来说，MSPA是在已提取的前景林地和背景非林地图形的基础上，根据栅格空间格局分布特征，通过数学计算把图像处理分类为互不重叠的7类景观（表2），其中核心区即为景观源地。

运用Conefor Sensinode 2.6[15]计算分析核心区的可能连接度。模型设置扩散距离阈值为500m，连通概率为0.5（中等扩散距离对应的扩散概率）[16]。按照斑块的连接度不同可将核心区分4类：小于0.1，0.1～1，1～4，大于4。其中，提取连通度大于4[17]、面积大于1hm2的核心区作为景观主要源地。在ArcGIS10.1中模拟最小成本路径模型生成景观核心源地间的廊道（图4）。源地扩散的成本面是由不同利用类型的土地决定的。成本阻力值主要由植被覆盖率、植被类型、绿地单元建立时间和人为干扰强度4个因子构成，而4个因子主要根据卫星影像数据以及实际调查来定义[18]。根据道路类别将铁路、高速公路与国道等高阻力区域赋值为5 000，其他交通用地赋值为1 000，水体阻力赋值为10 000。城市建设用地因遭受强烈的人为干扰赋值为50 000[19]。人工林等其他城市绿地赋值为15，山区林地等自然区域赋值为1，农田赋值为3[20]。构建源地之间的联系时栅格值设为30m×30m，最终生成最小成本路径布局（图4）。

表2 密云林地7类景观Tab. 2 Seven types of landscape in Miyun forest land

表3 两种方法格局空间结构指数对比Tab. 3 Comparison between the spatial structure index of two approaches

4 密云区景观方法的栖息地网络格局Habitat network pattern of landscape-based approach in Miyun district

5 密云区物种与景观方法源地空间分布对比Comparison of source spatial distribution of two approaches in Miyun district

2 研究结果

2.1 空间格局结构对比

相较于物种方法，景观方法的空间格局面积更大、分布更广（表3）。为了定量分辨2种格局结构差异，解析空间结构特征，本研究运用Fragstats 4.2（Fragmentation statistics）计算对比2种空间格局指数，主要计算的指数分为2个部分，即景观单元特征和景观整体特征。其中，景观单元分析主要描述斑块特征，选取的指数有斑块总面积（TA）、斑块数（NP）、斑块总周长（TE）、边界密度（ED）；分析景观整体特征的指数有距离指数（ENN_MN）、连接度指数（CONNECT）[21]。景观方法所提取的被保护源地面积大于物种方法源地，景观源地水平生态过程中的交流程度要优于物种方法（表3）。物种方法的景观斑块数量较多，破碎程度较高，群聚程度较低，所需构建潜在最小成本廊道数量则更多，但是达到的物种斑块网络结构连通度理想效果要优于景观生态网络。因此，从空间结构上来看，基于形态学空间格局分析的景观生态学规划的方法要优于物种方法，即水平生态过程与斑块间的连通程度要优于物种方法。

2.2 源地空间分布对比

2种规划方法结果对比显示（图5），景观方法所得源地并没有覆盖所有物种方法的源地。2种方法所得的源地重叠区域面积为4 928hm2，占物种源地总面积（19 403hm2）的25%，占景观源地总面积（56 174hm2）的8%。这表明景观方法所得源地中仅有8%的土地符合目标物种高适宜性栖息地需求，证明了大部分高连通度、大尺度的景观核心源地并不适合目标物种豹猫的栖息觅食与日常活动，目标物种豹猫发挥在林地对于其他物种的基石、保护伞以及生态环境的指示作用几率是很小的。换言之，用景观方法所规划的源地虽然能潜在地为许多物种提供栖息环境与资源，但是并不能满足在生态系统中承担重要作用的目标物种的栖息地需求。

3 综合2种方法的规划建议

1）核心区界定。

2种方法所得到的源地按照保护程度可划分为3个等级。一级核心保护区为景观方法与物种方法的交叉重叠区域，主要集中分布在低山植被与水域的生态交错带。这些区域不仅是目标物种的高适宜性活动区，也是高连接度的景观源地，是生态保护的重中之重。二级核心保护区选择重叠区域以外的景观源地，主要集中在山地区域（密云云蒙山自然风景区、黑龙潭自然风景区等），在这些区域的景观源地里，植被覆盖程度高、景观连通度高、斑块面积大、植被群落垂直分布明显、生态系统服务功能显著。三级核心保护区为重叠区以外的目标物种源地，大多集中在河流附近的绿地。这部分虽然植被覆盖程度不高、景观连通度低，却仍可以为有重要生态意义的目标物种提供高适宜度的栖息环境。

2）廊道构建。

大部分物种源地间的最小成本路径均在景观源地内，且2种方法的路径重叠率很高。根据2种方法所得最小成本路径的位置将廊道分为3个等级。第一级廊道是在景观源地内的物种方法路径。这部分廊道除了可满足目标物种扩散迁移的功能外，也有为大多数物种提供栖息环境的景观源地属性。一级廊道在景观源地的基础上把所有一级核心保护区联系了起来。这样的生态格局是最易形成的，构建难度和成本最低，也是生态功能最重要的。第二级廊道是景观源地以外的路径重叠部分。二级廊道承载了2种源地间生态过程的联系功能，没有源地功能。第三级廊道为没有与源地重叠，也没有与路径重叠的单路径区域。三级廊道生态联系功能相对弱，构建难度大于一、二级廊道，且路径所连接的源地与其他源地的群聚程度低。如果部分廊道与城市建设相矛盾，应尽量为生态过程交流留出未来发展的余地。长期隔断和忽视核心源地之前的联系，会造成不可逆的生态影响。例如密云区北部的高速路和国道的建设可以架空设计或建立地下通道，留出生物通道。面临长城等特殊历史文物与生境廊道产生矛盾时，应考虑对地块进行特殊设计。

表4 2种方法优劣势对比Tab. 4 Comparison of advantages and disadvantages of the two approaches

4 结语

由密云的生境规划结果显示，2种方法的源地空间分布差异较大，源地重叠率低（重叠区域只占物种源地总面积的25%、占景观源地8%），2个角度的方法都有各自的优缺点（表4）。因此，生境源地的空间规划不能仅选择一种方法，否则会忽视另一种视角下的生境含义，遗漏了潜在的、具有重要生态意义的源地空间。2种方法应综合使用，相互弥补，更加全面地对城市的自然、近自然区域进行有选择的规划保护。有机结合2种方法所得的源地与廊道结果，根据地块现状所承载的生态学意义、生态功能的重要程度、构建的难易程度，按等级先后确定源地核心保护区，并建立不同层级的空间格局体系。这样的空间格局也可以为自然资源与生态环境保护政策的实施提供技术支持和解决路径；与此同时，对于这些不同层级的土地空间，应相应配套实行不同层级的管理手段。控制人类活动与生产建设的强度和类型，明确功能和权限，分级权衡保护与开发利用间的关系。坚持保护优先原则，实现最佳的生境规划以及有效的、可持续的生态系统服务。

注释：

文中所有表和图均为笔者自绘。