【科技赋能】量化生态修复项目相关的生态网络动态
北京师范大学环境学院城市与区域生态工程教研所党支部刘世梁教授团队研究发现,生态修复工程在遏制当前生态退化趋势、恢复生态网络、保障区域生态安全等方面发挥了重要作用。在我国,已经实施了众多大型、高投资的项目,强调系统保护和综合修复的理念。然而,在大规模生态修复的背景下,生态修复如何提高生态网络的有效性仍不清楚。针对这一问题,文章选取了中国西南地区典型喀斯特地区的六冲河流域,对2016-2018年期间与生态修复工程相关的生态网络变化进行了评估。应用形态空间格局分析(MSPA)模型识别生态源地,利用Linkage Mapper工具构建生态网络,进一步量化生态网络关键特征的变化。结果表明,2010年、2015年和2020年分别确定了32个、26个和38个生态源地。在生态阻力值保持相对稳定的同时,生态廊道的数量和长度显著增加,特别是在河道治理工程(RCRP)和水源修复工程(WSRP)的影响下。α、β和γ指数分别提高了15.31%、11.18%和8.33%,表明网络电路、结构可达性和节点连通性有所改善。这些增强功能表明,生态系统正在向更加一体化和有韧性的生态系统转变。研究结果表明,生态修复能够促进生态网络的完整性,对系统保护和综合修复具有积极作用。
文章以六冲河流域为研究区,该流域位于乌江流域西南部和乌蒙山地区,野生动物资源丰富。然而,随着农业和畜牧业的不断发展和扩大,破坏自然生态系统的人类活动变得越来越普遍,导致荒漠化和自然植被退化,危及野生动物的生存条件。近年来,六冲河流域实施了水源修复工程(WSRP)、河道治理工程(RCRP)、生态林修复工程(EFRP)、石漠化治理工程(RDCP)、矿山生态环境修复与治理工程(MEERAMP)和草原生态保护工程(GEPP)等多项生态修复工程。因此,研究生态修复工程背景下的生态网络变化,对于保护生物多样性、实现可持续发展具有重要意义。
研究首先使用MSPA方法和景观连通性指数确定了六冲河流域的生态源地,目标是猕猴和梅花鹿。之后选择土地利用、DEM、坡度和距主要河流的距离作为自然影响因素,选择夜间灯光数据、到居民点的距离、到矿区的距离、到高速公路的距离和到道路的距离作为人为因素,根据恒河猴和梅花鹿在山区环境中已知的生态偏好、运动模式和栖息地敏感性来选择分配给每个因素的阻力值。然后使用ArcGIS10.7中Linkage Mapper工具的软件工具Linkage Pathways进行计算,以确定最小成本路径和生态网络的空间布局。采用“all-to-one”模式下的pinch point mapper模块获得研究区域的累积电流值,并根据自然断点法将累积电流分为五个等级,具有最高累积电流值最大范围的区域被确定为夹点。最后,研究为生态恢复项目建立了缓冲区,并使用ArcGIS 10.7软件将这些缓冲区叠加到生态网络上,提取并分析生态修复工程缓冲区内的生态阻力值和生态廊道长度,阐明了生态网络动态与生态修复工程之间的关系。
生态源地识别结果显示,2010年、2015年和2020年分别确定了32个、26个和38个生态源地。生态源地数量在2010-2015年显著减少,2015-2020年显著增加。2010年、2015年和2020年研究区生态源地分布均匀。
2010年、2015年和2020年六冲河流域综合生态阻力面和生态阻力水平结果显示,2010年六冲河流域综合生态阻力面生态阻力范围为33.65-89.18,2015年生态阻力区间为34.74-92.34,2020年生态阻力在33.34-92.65之间。2010年、2015年和2020年生态阻力平均值分别为61.42、63.54和62.99。综合生态阻力面生态阻力呈先增加后降低的趋势。
生态廊道结果显示,2010年共提取生态廊道74条,其中重点生态廊道19条(276km)、一般生态廊道36条(866km)、脆弱生态廊道19条(466km),总长度1609km。2015年共提取生态廊道56条,其中重点生态廊道14条(251km)、一般生态廊道28条(765km)、脆弱生态廊道14条(473km)),总长度1489km。2020年共提取生态廊道91条,其中重点生态廊道23条(362km)、一般生态廊道45条(895km)、脆弱生态廊道23条(695km),总长度1951km。2010-2015年生态廊道数量减少,2015-2020年生态廊道数量明显增加。从生态廊道整体布局来看,2010-2020年间由西南向东北拓展,2016-2018年生态修复工程实施后,均匀分布在六冲河流域。重点生态廊道分布在六冲河流域中部,2010-2020年数量先减少后增加。2010-2020年,一般生态廊道和脆弱生态廊道由西向东逐渐扩张,数量也呈现先减少后增加的趋势。生态廊道具有横向和纵向环环相扣的空间格局,有效连接生态源地。
2010-2020年共识别出27、23和33个生态夹点。2010年生态夹点主要集中在研究区中部。2015年生态夹点较为分散,呈网状分布,数量也有所减少。生态修复工程实施后,生态夹点数量明显增加,生态夹点均匀分布。2010-2020年,生态屏障中心值呈波动变化,先增后减。
2010-2020年,生态阻力值呈先上升后降低的趋势,不同类型生态修复项目对生态阻力值的影响基本一致。自2016-2018年期间开展生态修复工程以来,各修复工程均不同程度地降低了生态阻力值,其中EFRP、GEPP和WSRP的修复效果更为突出。然而,各类生态修复工程对生态廊道长度的影响差异较大,其中RCRP、WSRP和GEPP的修复效果尤为显著。此外,生态修复工程对各级生态廊道的效果为一般生态廊道优于脆弱生态廊道,优于重点生态廊道。
2010-2015年,六冲河流域生态网络α、β、γ指数分别下降了9.50%、6.86%和5.40%,表明网络结构简化。相比之下,CR值增加了0.88%,表明在此期间整体连接性略有增强。2015年至2020年期间,生态网络发生了重大改进。α指数上涨了15.31%,β指数上涨了11.18%,γ指数上涨了8.33 %,反映了网络复杂性的增加和节点连接的改善。然而,CR值略微下降了0.94%,可能是由于生态斑块的重组。生态流动循环更加高效,节点可达性提高,生态网络的结构复杂性增强,表明恢复措施具有积极的生态效应。
文章量化了六冲河流域生态网络与生态修复工作相关的动态,并对其生态影响进行区域评估。本研究有助于为生态修复背景下区域生态安全格局的构建提供参考。
然而,研究还存在以下不足:首先,未考虑六冲河流域生态廊道的影响范围,即未设置走廊的宽度。廊道的宽度直接影响生态功能,在未来的研究中应开发确定最佳廊道宽度的方法。此外,这项研究的重点是六冲河流域,由于研究结果是本地化的,因此可能无法推广到其他地区。由于缺乏评价生态源地、阻力面构建和生态廊道的统一确定方法,不同研究的结果难以进行比较。未来的研究可以在更大范围内构建和评估生态网络。同时,在未来的深入研究中,应逐年进行统计分析,并对数据进行显著性检验,以探究研究区实施生态修复前后生态网络的时空变化。
本文发表于国际期刊Global Ecology and Conservation,2025年第62卷,通讯作者为北京师范大学的刘世梁教授。原文请见:Fan J, Liu S, Wang W, et al. Quantifying the ecological network dynamics associated with ecological restoration projects: A case study in Southwest China. Global Ecology and Conservation, 2025, 62: e03744.
我要评论 (网友评论仅供其表达个人看法,并不表明本站同意其观点或证实其描述)
全部评论 ( 条)