景观干扰对乡村半自然生境植物多样性的影响分析.pdf
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1、21景观干扰对乡村半自然生境植物多样性的影响分析Analysis of the Impact of Landscape Disturbance on Plant Diversity in Rural Semi-natural Habitats摘 要:乡村半自然生境植物多样性的影响分析,有助于推动乡村生态景观高质量发展。村以下尺度乡村植物多样性研究存在生境类型分析不全面、景观影响因子单一化、定量干扰机制不深入等问题。在南京江宁西南部乡村地区,采用逐步回归模型和广义加性模型,探讨了多种景观干扰对6类乡村半自然生境植物多样性的影响,并提出了基于乡村植物多样性维持的景观响应策略。结果表明:1)乡村景观
2、格局、景观管理强度和类型等对不同半自然生境植物多样性产生了显著影响,其综合解释度约为10%50%,小规模林斑、连接度高的半自然生境、小面积池塘(0.8hm2)、茶田景观粗放管理方式、乡土树种混交林等对植物多样性的正向促进作用显著;2)在所有显著性指标中,斑块面积、斑块隔离度对各类半自然生境植物多样性的影响最为突出,是驱动乡村植物多样性变化的重要景观因素。关 键 词:风景园林;乡村景观;植物多样性;影响分析;半自然生境;景观干扰Abstract:The impact analysis of plant diversity in rural semi-natural habitats is hel
3、pful to promote the high-quality development of rural ecological landscape.In the study of rural plant diversity at the sub-village scale,there are problems such as incomplete analysis of habitat types,simplification of landscape impact factors,and no in-depth quantitative interference mechanisms.In
4、 the rural areas in southwestern Jiangning,Nanjing,the research explored the impact of multiple landscape disturbances on plant diversity in six types of rural semi-natural habitats by using stepwise regression models and generalized additive models,and proposed landscape responses strategy based on
5、 the maintenance of rural plant diversity.The results show that:1)Rural landscape pattern,intensity and type of landscape management had a significant impact on plant diversity in different semi-natural habitats,and the comprehensive explanation degree was about 10%-50%.Small-scale forest patches,hi
6、ghly connected semi-natural habitats,small ponds(0.8hm2),extensive management of tea field landscapes,and mixed forests of native tree species have a significant positive effect on plant diversity.2)Among all the significant indicators,the patch area and the isolation degree of patches have the most
7、 prominent impact on the plant diversity of various semi-natural habitats,and are important landscape factors driving the change of rural plant diversity.Keywords:landscape architecture;rural landscape;plant diversity;impact analysis;semi-natural habitat;landscape disturbance陈思淇 余翩翩 洪静萱 张玉钧*CHEN Siq
8、iYU PianpianHONG JingxuanZHANG Yujun文章编号:1000-6664(2023)07-0021-07DOI:10.19775/j.cla.2023.07.0021中图分类号:TU 986 文献标志码:A收稿日期:2023-04-06 修回日期:2023-06-06基金项目:国家重点研发计划项目子课题“乡村生态景观物种多样性维护技术研究”(编号2019YFD11004032)资助*通信作者(Author for correspondence)E-mail:中国自1993年正式加入生物多样性公约以来,生物多样性保护实践不断深入。中国是世界上生物多样性最丰富的12个国
9、家之一,近25%的国家保护物种和20%的受威胁物种以乡村生态系统为栖息地1。但是,国内现有生物多样性研究大量集中于自然区域生态系统,乡村地区相关研究又多局限于农业生态系统,生物多样性保护相关工作尚未在乡村建设中形成主流2。党的二十大后迎来新一轮的乡村振兴机遇,迫切需要研究者将乡村振兴的理念与乡村空间规划、生物多样性保护相结合。尽管保留了重要的自然元素,但在持续的人为活动低干扰下,乡村呈现出了介于城市和自然区域之间有机进化的“半自然特征”,是一种生态系统与人类活动持续作用的双重系统。已有研究表明,受人为管理的乡村半自然生境(semi-natural habitat)是维持乡村生物多样性的重要生境
10、类型3。结合相关定义(表1),乡村地区半自然生境通常包括各类林地、草地和裸地等受广泛低干扰性斑块,不包括耕地、园地等作物生境,也不包括建设用地和水域空间。根据乡村景观构成要素的不同,乡村半自然生境通常包括以下类型:1)分布在农田、园地边缘的非作物或非生产性生境;2)居民点(settlement)周边生境,通常陈思淇,余翩翩,洪静萱,张玉钧*.景观干扰对乡村半自然生境植物多样性的影响分析.中国园林,2023,39(7):21-27.22中国园林/2023年/第39卷/第7期包括庭院林、道路林、游憩林等人居林;3)分布在沟渠、池塘、湿地等水域边缘的护岸生境;4)其他被管理的各类乡村林地(rural
11、 forest)。与自然及荒野区域一样,地形、水文、气候、土壤等非生物因子仍是乡村生物多样性存在的重要基础,但景观实践与土地管理、人居环境营建等人与自然协调作用下的景观干扰,也对乡村生物多样性起到了重要的维持作用4。乡村景观管理、景观异质性等对生物多样性的影响也一直受到国内外学者的广泛关注5-6。针对乡村半自然生境,探索多种景观干扰对生物多样性的作用机制,对于厘清人为参与下的乡村绿色空间对生物多样性的影响逻辑十分关键。然而,由于高精度景观干扰数据较难获取,针对村以下尺度的生物多样性研究和探索相对较少,且多集中于动物多样性7,植物多样性分析较少。现有村以下尺度半自然生境的植物多样性研究存在以下局
12、限。1)集中于农业生态系统及田间半自然生境,这些研究通常对比分析农田边缘的景观斑块结构对物种多样性的影响8,而对于乡村居民点、池塘边缘、次生林等非农生态系统研究较少。2)植物多样性研究集中于植被组成调查,例如珠海市乡村人居林的树种构成研究9,长三角地区乡村植被种类调查和群落多样性分析10,影响机制研究处于起步阶段。3)影响机制分析侧重于探讨地形、土壤等自然因素或单一人为干扰对植物多样性的影响分析,例如选取人工纯林改造11、建筑密度12等作为干扰变量进行相关性分析,较少涉及人为活动下的多种景观干扰对植物多样性的影响分析。基于上述研究背景和研究局限,在南京市江宁区西南部江宁、谷里、秣陵、横溪四街道
13、(乡镇级别)选取14个自然村落进行植物多样性调查,采用逐步回归模型、广义加性模型,分析了景观格局、景观管理强度及类型对乡村多种半自然生境植物多样性的影响,并基于影响机制提出乡村景观响应策略。研究创新点主要体现在景观干扰和乡村半自然生境的全面性、影响机制分析的深入性及响应策略的可实操性。典型村落样本选择的依据主要基于以下3个原因:1)江宁西南部位于江淮东部丘陵区与江淮平原区交汇的过渡地带,可以对山水交错特征地貌下的长三角地区乡村植物多样性保护起到较好的示范作用;2)该地乡村景观仍呈现出传统的池塘、农田、林斑和村庄建筑镶嵌共生风貌,半自然生境类型丰富;3)所遴选的自然村落在平原农业区、缓坡及高岗地
14、貌林区均有分布,随着地势升高,存在一定半自然生境面积比例变化梯度,有助于未来制定差异化的乡村管理策略。1 研究区概况与研究方法1.1 研究区概况南京市江宁区位于长江三角洲地区东部,属长江下游丘陵地区,气候类型属于暖温带向北亚热带过渡的湿润季风气候。在长三角地区山水交错的区域地貌背景下,江宁区西南部乡村呈现出异质性较高的山-林-田-塘-居的复合景观风貌。1.2 研究方法1.2.1 样方设置在实地调研中发现,由竹类、马尾松、栗树等单一树种构成的人工纯林及茶园分布广泛。结合前文对乡村半自然生境分布区域的划分,将农田、园地边缘的非生产性生境进一步分为农田边缘和茶林交错2类。并将林地生境划分为单一树种人
15、工纯林和其他林地2类,后者包括分布在居民点和农田生境外的林地(woodland,此处不含人工纯林)、小规模树丛(groves)、零散树木(scattered trees)及各类线性树篱(hedgerow),并由乡村社区管理和改造14。本研究的植物多样性样方设置在农田边缘、居民点周边、近水生境、人工纯林、茶林交错生境、其他林地6类生境中。图1 研究区乡村景观要素及植物群落调查样方空间分布表1 半自然生境相关定义定义来源主要包括被广泛管理的草地、农林业地区非作物生境文献3除改良草地、耕地和园艺地、针叶林地和城市以外的所有广泛生境类型文献6除作物、水域、建设用地以外,包括常绿和落叶林、灌木林、草原、
16、牧场地和湿地等在内的土地利用类型文献1323中国园林/2023年/第39卷/第7期在遴选的14个村落中,每个村落分别设置812个群落样方进行植物多样性调查,调查时间为2021年510月。样方设置情况及分布见表2、图1。所有样方设置时保留10m以上的缓冲带。参考方精云等的研究15,森林样方调查面积为20m30m,在样方对角设置2个10m10m的灌木层样格,在样方四角和中心共设置5个1m1m的草本层小样方。测量并记录样方的坐标、海拔、地形地貌、坡度坡向、生境类型、林分起源、周边环境、干扰强度和具体干扰类型,以及不同群落层次的郁闭度、盖度和优势物种等。乔木层(层高3m)测记胸径3cm植株的树种、树高
17、、胸径、冠幅和生长状态;灌木层(层高0.53m)测记物种名、平均高、基径、株树和盖度(Braun-Blanquet等级);草本层(层高0.5m)测记物种名、平均高度、盖度、多度(Drude等级)。1.2.2 景观干扰因子类型与数据处理人类活动干扰下的土地利用和土地覆被变化是乡村景观的载体和基质16,诸多研究表明,基于土地利用数据的景观格局对生物多样性具有重要影响17-18。也有部分研究将多种景观格局指标合成综合景观干扰指数进行生态研究19,该概念通常通过景观斑块结构配置差异来反映人为干扰梯度20。同时,乡村景观管理活动类型,例如弃耕21、农业集约化22等,对乡村生物多样性的影响研究越来越多。此
18、外,现有研究还常以道路距离、村庄距离等作为景观综合管理强度进行生物多样性影响分析23-24。综上,选取景观格局、景观管理强度及类型作为植物多样性影响分析的景观干扰变量(表3)。1)针对景观格局指标,景观生态学中的斑块水平指标更适用于村以下尺度景观格局分析25,故选择斑块面积、斑块形状指数、欧式最邻近距离(Euclidean nearest neighbor distance,ENN)这3个能较全面反映半自然生境所在斑块面积、形状和聚散性特征的代表性指标。其中,景观形状指数表示斑块的复杂程度;欧式最邻近距离表示同类斑块隔离度。2)针对景观管理强度指标,选取植物群落受干扰等级、样方与道路距离、样方
19、与居民建筑点距离3个景观综合因子作为所有生境类型共同变量。并针对不同生境,进一步遴选样方周边景观斑块面积或距离指标表征景观管理强度。3)针对景观管理(活表2 研究区不同生境不同层次植物样方的数量统计(单位:个)半自然生境类型及采样方法 乔木层灌木层草本层茶林交错生境分布于茶田边缘与林地边缘交错区,取样中心点与茶田边缘距离在50200m范围4187216近水生境样方中心点与池塘边缘距离在100m以内范围2667148居民点周边样方中心点与居民点建筑距离在100m以内范围2453140农田边缘样方中心点与农田边缘距离在100m以内范围152880人工纯林主要包括毛竹、马尾松、赤松、栗林等10287
20、3其他林地其他低干扰性次生林生境2457123样方数合计140320780表3 不同生境植物多样性影响分析的景观干扰变量遴选景观变量类型农田边缘居民点周边人工纯林近水生境茶林交错生境其他林地景观格局斑块面积斑块形状指数斑块欧式最邻近距离景观管理强度干扰度道路距离居民点距离农田面积池塘面积池塘距离茶田面积景观管理类型管理方式人工纯林树种茶林位置关系池塘表面清洁度驳岸类型注:打处,表示在该生境选择了该变量进行植物多样性影响分析。表4 不同景观变量指标释义及公式景观变量释义斑块面积等于斑块的面积a(m2)除以10 000(转换为公顷):AREA=aij(1/10 000)斑块形状指数等于斑块周长p(
21、m)除以斑块面积a(m2)平方根:SHAPE=0.25pij欧式最邻近距离等于到最近相同的类型邻块的距离h(m),基于最短的边到边距离:NEAR=hij干扰度分为极强(5分)、强(4分)、中(3分)、弱(2分)、几乎无(1分)5种级别道路距离样方与道路之间的距离居民点距离样方与居民建筑点之间的距离农田面积农田的面积池塘面积池塘的面积池塘距离近水生境样方中心点与池塘边缘距离茶田面积茶田的面积管理方式非集约管理、集约管理和废弃农田3类人工纯林树种根据实际调研的人工纯林树种分类茶林位置关系按样方与茶田、林地的交错关系分为茶中林岛、茶田边缘2类池塘表面清洁度池塘表面清洁度分为3级:池塘表面清洁度从级至
22、级逐渐降低,水面漂浮物逐渐增多驳岸类型根据实际调研中的池塘边缘驳岸硬化程度情况,分为生态驳岸、半硬质驳岸注:植物群落样方干扰强度分级参考县域生物多样性调查与评估技术规定(环境保护部公告2017年第84号);管理方式分类中,集约管理主要指规模化外租承包式、机械化作业程度高的大面积单一种植农田或茶园,非集约管理主要指由农户以家庭为单位进行管理的农田或茶田(面积多小于1hm2),废弃农田指常年处于杂草丛生但保留一定田埂的弃耕地。24中国园林/2023年/第39卷/第7期动)类型的差异,在不同生境遴选了部分因子型分类变量,包括管理方式、人工纯林树种、茶林位置关系、池塘表面清洁度、驳岸类型。用 于 计
23、算 景 观 格 局 指 数 的 用 地 分 类 数据,通过2021年遥感影像数据(高分1号卫星)和高精度正射影像数据(近地面飞行高度为100200m)解译获取,结合田野调查和入户访谈进行校验,使用Fragstats 4.2.1软件进行计算。表征景观管理强度的距离和面积等指标在ArcGIS中根据正射影像数据进行测度。景观管理类型数据通过实地调研进行分类统计。各指标释义和公式见表4。1.2.3 植物多样性指数选取与关联性研究方法采用Shannon-Wiener多样性指数(H)和Pielou均匀度指数(J)指标来测定不同生境类型中的物种多样性。前者侧重于表示物种丰富度;后者侧重于表示植物群落中不同物
24、种分布的均匀水平。在R Studio平台中通过“vegan”语言包进行植物多样性指标计算。指数计算公示如下:H=-S i =1(PilnPi)J=1-S i =1(Ni/N)2/(1-1/S)式中,S为样方面积内的种数(即物种丰富度);n为某个特定物种的植株数量;N为所有物种的植株总量;Pi为第i个种的多度比例(相对丰度),即Pi=Ni/N0。采 用 逐 步 回 归 模 型、广 义 加 性 模 型(Generalized Additive Model,GAM)进行植物多样性与景观变量之间的相关性分析。相较于多元线性回归分析,逐步回归具备更合理的自变量筛选机制;而广义加性模型是一种自由灵活的统计
25、模型,适合探查数据并可视化因变量与自变量之间的非线性回归关系。在R语言平台中,对景观干扰因子及植物多样性指数结果标准化后,使用“step”函数对植物多样性进行逐步回归分析,并使用“car”包中的vif函数以去冗余因子。同时,使用箱线图对比景观管理类型差异下的植物多样性组成。最后,根据逐步回归结果,采用广义加性模型分析植物多样性指标与不同生境重点景观解释变量之间的相互作用。2 结果与分析2.1 植物多样性的影响分析按照APG分类系统,共调查到维管束植物图2 基于逐步回归模型的植物多样性影响分析(数值型变量)注:显著性*(p0.001),*(p0.01),*(p0.05);红、蓝、灰填充表示正相关
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