城市水网是城市中支持生物多样性的重要生境和生态廊道。以上海各区县作为统计单元,通过水网闭合度、线点率、网络连接度与生物多样性指标的相关分析,探讨水网景观连接度对生物多样性的影响机制。结果显示,网络回路较多、连通性较好、连线数量较多、水网景观节点之间的连接性也较强的水网系统对鸟类、两栖类、爬行类和鱼类的物种丰富度具有一定的正面效应。因此,在规划中需要考虑水域生境节点间的网络通道效应,提高城市河网水系的连接度,保证生物的迁移活动和能量流的交换。
1研究区域
上海位于我国南北海岸线的中点,长江三角洲的东缘,黄金通道长江的入海口,长江和钱塘江入海口交汇处,地势低洼,水网纵横,水域面积较大。根据2013年公布的《上海市第一次水利普查暨第二次水资源普查公报》,全市共有大小河道26 603条,河道总长度约25 348.48 km,总面积527.84km2,河道密度约为4 km/km2,湖泊692个,总面积91.36 km2。城市水系网络形成了以黄浦江、苏州河为主体的格局,包括大治河、金汇港、淀浦河、油墩港、川杨河等5条景观走廊,以及淀山湖、滴水湖、明珠湖、北湖、东滩湖、金山湖等6个湖泊体系,构建了“一纵、一横、四环、五廊、六湖”相互沟通又各具特色的景观水系网络。
由于地处陆地生态系统、河流生态系统与海洋生态系统的交错地带,上海的生境类型多样,尤其是近32万hm2的沿江沿海滩涂湿地和内陆湖泊湿地提供了丰富的栖息环境和食物资源。根据2013年公布的《上海市生物多样性保护战略与行动计划(2012—2030年)》,上海全市共有淡水鱼类300多种,陆生脊椎动物530多种(包括两栖动物14种,爬行动物36种,鸟类445种,哺乳动物42种);野生维管束植物780种,隶属于2门6纲125科,其中蕨类植物4纲17科25属35种,被子植物共2纲108科415属745种。野生动物主要物种中除了数量繁多的野生鸟类之外,还有刺猬、貉、黄鼬、狗獾、华南兔等哺乳动物,蟾蜍、黑斑蛙、泽蛙、金线蛙等两栖动物,壁虎、北草蜥、王锦蛇、乌龟等爬行动物,蜻蜓、蝴蝶等昆虫和生活在湿地环境中的螃蜞、河蚬等无脊椎动物,以及生活在水中的刀鱼、鲥鱼等鱼类。
自1990年代浦东开发以来,上海进入了城市空间跨越式发展阶段,土地利用强度不断提高,人口密度不断攀升,有限的市域自然生态空间被逐步蚕食,仅2006—2008年,全市湿地面积减少5.5%,尤其是沿海滩涂湿地面积持续减少,不断蚕食野生动物的栖息空间。环境污染,特别是水体污染对水生和河岸生物多样性及物种栖息地造成一定影响。野生动植物赖以生存的生境数量减少,质量下降,破碎化趋势明显,导致陆域野生动物与水生动物种群普遍偏小且分布较为孤立,基因交流较少,遗传多样性未得到有效保护。在多重因素影响下,部分生态系统功能退化,物种濒危程度一直未得到根本缓解。
2数据来源
2.1 生物多样性统计数据及其空间分布
本文采用上海市环境科学院2011年所承担的国家环保部《基于野生动植物物种丰富度的生物多样性评价研究报告》中的各区县生物多样性统计数据,该研究以区、县级行政区为研究单元,将中心城区(杨浦区、虹口区、黄浦区、闸北区、卢湾区、静安区、长宁区、徐汇区、普陀区)作为一个统计单元,宝山区、青浦区、闵行区、嘉定区、松江区、金山区、奉贤区、浦东新区以及崇明县等郊区区县则分别作为统计单元,基于可获取的文献资料数据梳理汇总,并根据《区域生物多样性评价标准》(HJ623—2011)计算生物多样性指数。
上海各区县生物多样性指数(2011)
2.2 水网景观连接度测度指标选择及计算方法
网络景观连接度是景观中各元素在功能上和生态过程上的联系,是测定景观生态过程的一种重要指标,通过这种生态过程,景观中一些生物亚群体相互影响,相互作用形成一个有机整体。本研究参考景观生态学中将景观简化为抽象“点—线”图形的网络结构指数,选择水网闭合度(α指数)、线点率(β指数)、网络连接度(γ指数)作为水网景观连接度的指标,以上海市ArcGIS底图计算各区县统计单元的河流廊道数量和节点数,分别计算和测度水生态廊道网络的闭合和连接水平。
α指数:测度水网的闭合度,即网络中实际回路数与网络中存在的最大可能回路数之比,是连接网络中景观节点环路的程度,公式为:α=(L-V+1)/(2V-5),L代表廊道数,V为节点数,L-V+1为实际环路数,2V-5为最大可能环路数。
β指数:测度水网中每个节点的平均连线数,是度量一个景观节点与其他景观节点联系难易程度的指标,公式为:β=2L / V。
γ指数:测度网络的连接度,描述一个网络中所有景观节点被连接的程度,公式为:γ=L / 3(V-2)。
3分析与讨论
3.1 水网景观连接度与生物多样性的相关分析
本文采用IBM SPSS Statistics 19软件,对各区县的水域生态格局指标和生态多样性指标进行Pearson相关分析,采用双侧检验法进行显著性检验,从而揭示水网景观连接度对上海市生物多样性的影响。
结果显示,α指数、β指数、γ指数均与高等动物物种丰富度在0.05水平上呈显著正相关,与鸟类、两栖动物、爬行动物、鱼类的物种丰富度也呈现一定正相关性,与外来入侵种和哺乳动物呈现一定负相关性。这表明闭合度更好、回路更多、节点间的连接性和网络连通性也较好的城市水网,能对某些生物的物种丰富度起到一定的正面作用。
上海市各区县水网景观连接度指标与生物多样性指标的相关分析(Pearson相关)
3.2 水网景观连接度对生物多样性的影响机制
城市水网是城市重要的生态廊道之一,能够为城市水环境内部及其周边的动植物提供多种多样的栖息地,城市生态系统中的能量流、物质流和生物物种常常沿着水网进行迁移和运动。研究结果表明:网络回路较多、连通性较好、连线数量较多、水网景观节点之间的连接性也较强的水网系统对鸟类、两栖类、爬行类和鱼类的物种丰富度具有一定的正面效应,对哺乳动物物种丰富度具有负面效应,表明连接度较好的水网对鸟类、两栖类、爬行类和鱼类具有生境和廊道的作用,而对哺乳动物和外来入侵种具有一定的阻隔作用。考虑到城市生物营养级类群中的哺乳动物并不多,因此提高水网的景观连接度仍然是对大部分物种有利的举措。提高城市水网回路的比例,增加水网中的回路数量和规模,改善水网的环通连接系统,重点增加网络中节点数量和规模,提高城市水网的通达性和节点密度,将更有利于发挥河流的带状廊道生境功能,使生物物种等可以更顺利地运动和迁移,提高城市整体的生物多样性。
4结论与建议
根据以上研究结果,水网的回路闭合度、线点率、网络连接度,对野生动物的栖息和迁移起到了一定的影响。面向生物多样性保护和提升,在上海市水生态景观系统规划中建议:
(1)保持和提高城市河网水系的密度。随着城市社会经济的发展,城市规模的扩大,上海原有的城市河道、湖泊及水塘,在填湖建房、埋河筑路等建设活动的影响下,有逐渐减少的趋势。从保护生物多样性的视角,为了保证稳定的种群,应对具有一定自然和近自然生态保育功能的水系和近水域用地进行保护和修复,增加河流廊道的密度,可设定水面率和河湖水系与湿地资源保存率作为城市蓝绿基础设施控制指标,纳入城市水系统综合规划,从而更好地发挥河流廊道和湿地廊道对多种物种栖息的线性廊道生境功能。
(2)提高城市河网的连接度,强化“生态桥接”系统建设。在河湖水系中,具有合理的生态系统组织结构和良好的运转功能,对长期或突发的扰动能保持韧性、稳定性以及一定自我恢复能力且景观良好的河道,通常被认为具有生态廊道的栖息地、通道、过滤、源、汇这5大功能,在城市生态网络的建设中具有不可取代的作用,可与道路和绿地形成复合生态基底,连接重要栖息地节点,充分发挥网络效应。在城市生态网络建设中,应重视河流的生态化修复和河网水系的连通性,通过建设具有一定规模的城市水网节点和连通性较高的“生态桥接”系统来提高城市河网生态景观节点之间联系的有效性,解决由于廊道分割而导致的不同城市生态景观斑块可达性较低的问题,满足城市水网中及周边多种多样的动植物栖息地之间的生物栖息、迁移和基因交流的需求,增加城市生物的多样性。
水生态系统是城市复合生态系统中极为重要的组成部分,本文从宏观尺度上探讨了城市水网景观连接度对生物多样性的影响及作用机制,并提出了水生态景观系统规划的相关策略建议,可为通过空间规划提升城市水资源的生态系统支持服务功能提供参考依据。
详情请关注《上海城市规划》2018年第4期《上海城市水网景观连接度对生物多样性的影响研究》,作者:丁宇新,上海同济城市规划设计研究院;干靓 (通讯作者),同济大学建筑与城市规划学院。
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