武夷山风景名胜区景观生态安全度时空分异规律.doc
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1、生态学报Vol 31,No 21Nov ,2011第 31 卷第 21 期2011 年 11 月ACTA ECOLOGICA SINICA游巍斌,何东进,巫丽芸,洪伟,詹仕华,覃德华,游惠明 武夷山风景名胜区景观生态安全度时空分异规律 生态学报,2011,31( 21) : 6317-6327You W B,He D J,Wu L Y,Hong W,Zhan S H,Qin D H,You H M Temporal-spatial differentiation and its change in the landscape ecological security ofWuyishan Sce
2、nery District Acta Ecologica Sinica,2011,31( 21) : 6317-6327武夷山风景名胜区景观生态安全度时空分异规律 游巍斌1 ,何东进1,* ,巫丽芸1 ,洪伟1 ,詹仕华1 ,覃德华2 ,游惠明1( 1 福建农林大学,福建福州 350002; 2 河南科技大学农学院,河南洛阳 471003)摘要: 以世界文化和自然遗产地武夷山中受自然和人类生态过程作用最为强烈和频繁的风景名胜区为研究对象 ,通过景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建景观生态安全度指数,并借助空间统计学方法对武夷山风景名胜区景观生态安全度的空间分布 特征和变异规律进行探讨。结果表明:
3、 19862009 年武夷山风景名胜区景观生态安全度总体上呈递增趋势; 19862009 年风景区景观生态安全度 Moranss I 表现为一定程度的正相关,19861997 年间正相关关系明显增强,且景观生态安全度全局 自相关存在尺度响应; 1997 年和 2009 年风景区景观生态安全度局域自相关格局较一致,而景观生态安全度的集群结构及显 著水平在 19861997 年间发生明显改变; 风景区各时期景观生态安全度所表现出较强的空间相关性是结构性因素和非结构 性因素综合作用的结果,地形地貌、土壤类型等结构因素对风景区景观生态安全度的空间分布起决定性作用,而 非 结 构 因 素( 旅游开发建设
4、、毁林种茶、弃农种茶等人类活动) 对景观生态安全度的演变有重要影响。关键词: 武夷山风景名胜区; 尺度; 生态安全度; 空间统计分析; 时空分异Temporal-spatial differentiation and its change in the landscape ecologicalsecurity of Wuyishan Scenery DistrictYOU Weibin1 ,HE Dongjin1,* ,WU Liyun1 ,HONG Wei1 ,ZHAN Shihua1 ,QIN Dehua2 ,YOU Huiming11 Fujian Agriculture and For
5、estry University,Fuzhou 350002,China2 College of Agronomy,Henan University of Science and Technology,Luoyang,Henan 471003,ChinaAbstract: Located in the northwestern part of Fujian Province,Wuyi Mountain is the most outstanding area for biodiversityconservation in southeast China and a refuge for a l
6、arge number of ancient,relict species,many of them endemic to China In December 1999,Wuyi Mountain was included on the World Natural and Cultural Heritage List by the 23rd Session of the World Heritage Committee of UNESCO and described as “a natural landscape so unique,rare and marvelous,it is the b
7、eauty of nature and embodiment of the harmonious relations between human being and environment” Wuyi Mountain is now the largest of Chinas World Heritage sites,which together cover 999 75 square kilometers Wuyi Mountain is divided into four areas,the Biodiversity Preserve to the west,the Nine-twist
8、Stream Ecological Preserve in the center,the Natural Beauty Cultural Landscape Preserve to the east ( i e Wuyishan Scenery District ) ,and the ancient Chencun Minyue Relics to the southeastLandscape patterns embody both landscape heterogeneity and the accumulation of ecological processes Changes in
9、landscape patterns and their distributions are comprehensive reflections of the ecological environment,which is impacted by both natural disturbance and human intervention Where human activities dominate landscapes,the impacts of our different uses and usage intensities in different landscape types
10、ultimately reflect ecosystem or landscape structures and patterns Changes of large-scale structure and pattern can change landscape ecological security in time and space Therefore,the基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 30870435 ) ; 福建省科技厅重点资助项目 ( 2009N0009 ) ; 教 育 部 博 士 学科点专项基金资助项目 ( 20103515110005) ; 福建省自然科学基金资助项
11、目( 2008J0116)收稿日期: 2011-05-31;修订日期: 2011-08-22* 通讯作者 Corresponding author E-mail: fjhdj1009 126 comlandscape level is an appropriate scale at which to study the impacts of human activities on the environmentAlthough all four of the Wuyi Mountain regions have been well protected in accordance with th
12、e strict management criteria for a world heritage site,the Wuyishan Scenery District has been more severely disturbed than the other three regions In this study,the degree of landscape ecological security was established based on landscape disturbance and fragility indices Spatial statistics were us
13、ed to evaluate the temporal-spatial differentiation and patterns of change of ecological security in 1986,1997 and 2009 The results show that between 1986 and 2009,the ecological security degree gradually increased in Wuyishan Scenery District Moran s I showed positive spatial autocorrelation,and th
14、is correlation was most apparent between 1986 and 1997 The general autocorrelation of landscape ecological security degree had a scaled response Between 1997 and 2009,the local autocorrelation pattern was consistent However,the cluster structure and significance level of ecological security degree o
15、bviously changed between 1986 and 1997 The strong spatial correlation of ecological security degree resulted from the combined influences of structural and non-structural factors Structural factors such as topography,landform and agrotype had significant impacts on spatial distribution Non-structura
16、l factors,including tourism,development and construction,reclaiming forest land,and shifting farmland to tea plantations,strongly influenced changes in spatial distributionKey Words: Wuyishan Scenery District;scale;ecological security degree;spatial statistics analysis;spatial-temporal differentiati
17、on1989 年,国际应用系统分析研究所 ( IASA) 在建立全球生态安全监测系统时首次提出了生态安全的概念,随后生态安全研究备受关注1-2。简言之,生态安全是生态系统健康和完整状况的表征,是生态风险的反函数3。其研究内容主要包括生态安全评价4-8、格局与过程对生态安全的影响9-10、模拟预测和预警11-13、调控和维护管理14-16等内容。景观既是自然社会资源又是人类开发利用的对象,人类经济开发活动主要也是在景观层次上进行,因而景观尺度被认为是研究人类活动对环境影响的适宜尺度4。如土地利用生态安 全、农业生态安全、水资源生态安 全、自然保护区生态安全、旅游区生态安全等研 究17-21 着眼
18、的正是生态系 统、景观、区域、流域等景观生态学中关注的尺度。而且,景观生态学原理与方法能发挥景观结构组分特征易 于保存信息的优势,同时由于景观与区域、流域在组织尺度上是连续的,它能使从景观尺度转换到区域尺度过 程中的信息损失程度较小22-23,有利于在尺度推绎上维持研究结果的准确性,因此,运用景观生态学的理论 与方法能够更为科学的认识并解释大中尺度上生态安全的实质。景观空间格局既是景观异质性的体现,又是多种生态过程作用的积累结果。景观格局及变化是自然与人为多种因素或生态过程作用在某尺度上的生态环境体系的综合反映24,特别是在人为活动占主导的景观内,不同景观类型利用方式和强度产生的生态过程影响具
19、有区域性和累积性的特征,并且直观地反映在生态系统的结构和组成上,从而影响生态安全。目前生态安全分异研究主要从景观角度和系统评价角度两方面构建指数25。系统评价角度研究生态安全时空分异较为复杂且对数据要求高,而从景观角度的研究因其简单明了、数据易获取,广受采用23-24。景观生态安全时空分异研究对于了解研究区生态安全的历史演变、现状,识别出危险区域,并以此为基础开展生态安全模拟预警,进而为实现生态经济社会的可持续提供指导方面具有重 要意义。武夷山风景名胜区是武夷山世界文化和自然遗产地中受自然和人类等生态过程作用最为强烈和频 繁的区域25-26。一定时期内风景区发展规划方案、游客旅游活动、区内居民
20、生产生活方式都对景观生态安全 格局产生作用。通过研究武夷山风景名胜区 1986 年、1997 年和 2009 年 3 个时期( 1986 年武夷山风景名胜 区总体规划方案获批准、1997 年武夷山开始申报世界遗产、2009 年为获取的最新一期数据) 的景观生态安 全时空分异特征能更好地理解风景区内各生态学过程与作用机制以及人类活动对风景区内景观结构和功能 的累积性结果,发现武夷山风景名胜区内景观类型的生态状况及时空演变特征,揭示景观生态安全格局和过 程的作用规律,可为武夷山风景名胜区的科学管理和发展规划等提供参考。游巍斌 等: 武夷山风景名胜区景观生态安全度时空分异规律21 期63191研究地
21、区与研究方法1 1研究区概况武夷山世界文化与自然遗产地位于我国福建省北部,11724121180250E,273236275515N,总面积 99 975 hm2 ,包括东部风景名胜区、中部九曲溪生态、西部生物多样性以及城村闽越王城遗址等四个保护区,平均海拔 1200 m,中山 地 貌,属典型的亚热带季风气候,年 平 均 气 温 在 8 518 ,年降雨量一般在 14822150 mm,局部地方 高 达 3 000 mm 以 上,年 蒸 发 量 为 1 000 mm 左 右,相 对 湿 度 78% 84% ,无 霜 期253272 d。它是全球同纬度带最完整、最典型、面积最大的中亚热带原生性森
22、林生态系统,是世界生物多样 性保护的关键地区。1999 年 12 月被列入世界文化与自然遗产名录,是我国继泰山、黄山、峨眉山乐山大佛之后第四个被列入世界双重遗产名录。研究区其他概况详见课题组前期的研究文献5-6,26-28。1 2研究方法景观生态安全是从景观尺度上反映人类活动和自然胁迫对生态安全的响应状况。通过景观类型干扰度 指数和脆弱度指数构建景观生态安全度指数21,借助空间统计学方法分析武夷山风景名胜区景观生态安全 度的空间分布特征和时空变异规律。1 2 1景观生态安全度构建 ( 1) 景观干扰度指数景观格局的特征可以通过格局指数进行定量描述。以景观的破碎度、分离度和优势度为基础构建景观干
23、 扰度指数,公式为:Ei = aCi + bSi + cDi( 1)式中,Ei 为景观干扰度指数,Ci 为类型斑块破碎度,Si 为类型斑块分离度,Di 为类型斑块优势度,a、b、c 分别为破碎度、分离度和优势度的权重。类型斑块破碎度( Ci )景观破碎化程度的度量,公式为:Ci = Ni / A类型斑块分离度指某景观类型中斑块间的分离程度,公式为:( 2)类型斑块分离度( Si )( 3)Si = 槡C i /2pi类型斑块优势度( Di )类型斑块优势度是度量某斑块在景观中重要程度的指标,其值大小直接反映了斑块对景观格局形成和变化的影响程度,公式为:Di = ( Qi + Mi + Pi )
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