基于最小费用模型的辽河三角洲水禽生境绿道构建

唐 强，范业展

（沈阳大学生命科学与工程学院，辽宁 沈阳 110044）

生境破碎化、片段化会造成种群面临局地灭绝风险［1］，反之，较好的景观连接能够促进种群在残留生境之间的扩散，对生物多样性保护具有重要意义.为了避免近交、种内竞争和近缘个体之间竞争，物种形成了扩散行为［2］.在扩散过程中，由于受到自身和外界环境的影响，其往往选择阻力相对较小的通道运动.在景观基质中，各种不同基质对物种运动产生的阻力是不尽相同的，这就决定了物种是否扩散与扩散的方向，其分析对营造物种的生境网络，促进物种生境景观渗透，增强景观连接度，都具有实际意义.本文将借助最小费用模型，分析在辽河三角洲域内水禽生境绿道如何构建.

1 研究区域

辽河三角洲是我国四大河流（长江、珠江、黄河、辽河）三角洲之一.区域内沟壑纵横，主要河流有大辽河和双台子河，两股河流均向南流入渤海辽东湾，它们同大凌河一起作用，冲积形成辽河三角洲平原.其核心区域为盘锦市，地理坐标为东经121°31′～122°28′，北纬40°40′～41°27′.其境内地势平坦，地貌类型单一，主要为冲海积平原，平均高程低于7 m，坡降为1／20 000～1／25 000.

2 研究对象

经实地调查，并参照相关文献［3］，全区域共有鸟类236种，其中水禽100种，隶属于17目46科125属.从水禽所属生物类群来看，主要可分为芦苇沼泽鸟类群落、滩涂鸟类群落和河沿沟渠鸟类群落3种.芦苇沼泽鸟类群落和滩涂鸟类群落对地域环境限定性要求较高，多不选择扩散，而河沿沟渠鸟类群落是3个类群中扩散特征比较明显的一类，因此研究辽河三角洲水禽生境绿道，选择其作为研究对象比较合适.河沿沟渠鸟类群落主要分布在河流、渠道、水塘岸边.群落优势种类为以鱼类为食的水禽为主，常见的种类有草鹭（Purpurea manillensis）、白鹭（Alba modestus）、红脚鹬（Tringa totanus）、青脚鹬（Tringa nebularia）、绿翅鸭（Anas crecca）等.本文将选择在辽河三角洲最为常见的绿翅鸭（Anas crecca）作为研究对象.

3 研究方法

最小费用模型，又称“阻力模型”或者“引力模型”.在依靠“图论”原理形成的节点网络中，点与点之间的连接状况分析依靠“最小费用模型”来完成.最小费用模型是应用广泛的空间相互作用模型，它是用来分析和预测空间相互作用形式的数学方程.由于其应用广泛，对其表达的形式也各有不同，本文主要参照Linehan在1995年的研究成果［4］，列为

式中，Gij为两个生境节点之间的相互作用力，用来表现两个斑块之间相对的重要性，Gij＝Gji.Ni和Nj分别为两个节点的“质量”，Dij为两个节点之间的距离.N 所代表节点“质量”，算法为

式中，S 代表生境斑块面积.对于具有领域性鸟，Smin代表研究对象巢域面积；对于非领域性鸟，Smin代表最小生境面积.

式（1）中的D 在最小费用模型中，最初采用的是普通欧式距离［5］，即两点之间的直线距离，实际上，普通欧式距离并不能反映两个节点之间真正的阻力距离，后期形成的距离模型解决了这个问题.在新的最小费用距离模型中，增加了对景观介质阻力的分析.其与欧式距离共同点也是强调点与点之间的空间关系.但它又不同于点与点之间的实际距离，而是基于生物体通过不同景观单元时的阻力系数［6］来计算，得到的距离D 可以取代普通欧式距离.

本文涉及到的“费用距离”主要借助GIS 空间分析模块中“费用距离”模块功能计算得到，在确定了主要生境节点的基础上，构建主要的生境节点之间的网络结构［7］，并结合辽河三角洲实际生境状况，确定区域主要生境绿道位置.

4 水禽生境绿道构建与分析

4.1 生境网络节点的确定

以绿翅鸭为例，其生境网络节点的确定，主要基于其对生境选择的要求，来明确其主要生境节点位置.绿翅鸭同其他水禽一样，其选择生境的基本条件主要包括区域的受干扰程度、积水状况、食物的丰富度和隐蔽状况.将绿翅鸭不同生境因子进行分级，并确定权重（见表1），然后借助GIS的空间分析模块中的叠加功能，将不同生境因子进行叠加组合，进一步确定其主要生境栖息区域、可觅食区域和可扩散区域，如图1.在研究区域内，绿翅鸭属于夏候鸟，一般在4月末左右迁徙到本地，10月左右迁出，主要在此完成繁殖，因此关于绿翅鸭在辽河三角洲的扩散特征分析主要基于其繁殖期行为特征.在迁徙来初期，绿翅鸭一般栖于开阔的大型湖泊、江河和沼泽地带，繁殖期则主要栖息于水生植物茂盛且干扰少的中小型湖泊和水塘中.基于此，进一步确定绿翅鸭在辽河三角洲主要生境节点位置，如图2.

表1 绿翅鸭生境因子分级和权重［8］Table 1 Grades and weights of habitats factors of Anas crecca

注：基于绿翅鸭生活习性，对绿翅鸭生境因子评级并分为3个类型：（1）（轻干扰＋潮间带＋食物充足＋隐蔽）、（轻干扰＋深积水＋食物充足＋隐蔽）列为绿翅鸭主要栖息生境；（2）（中干扰＋深积水＋食物比较充足＋隐蔽）、（中干扰＋深积水＋食物比较充足＋比较隐蔽）列为可觅食区域；（3）（中干扰＋浅积水＋食物比较充足＋隐蔽）、（中干扰＋浅积水＋食物比较充足＋较隐蔽）列为可扩散区域.其他生境因子的组合将列为绿翅鸭的不适宜生境区域.

图1 绿翅鸭主要栖息生境分布图Fig.1 The main habitats distribution of Anas crecca

绿翅鸭的栖息区域受到水域限制较大，这与实际调查结果相符，其现状主要分布在双台子河和大辽河及两侧附近，以及河口滩涂的潮上带芦苇群落隐蔽性相对较好的区域.在人工水田区域的灌渠中虽有发现，但数量较少，与绿翅鸭集群活动特征表现不符.

图2 绿翅鸭主要栖息生境节点图Fig.2 The main habitat knots of Anas crecca

4.2 生境节点间阻力分析

基于辽河三角洲用地现状［9］，绿翅鸭的生境及连接区域特征如下：①在辽河三角洲东部，绿翅鸭主要生境区域同三角洲内部分布的池塘水渠之间多为水田、建设用地等，区域内经济活动频繁，尤其路网密布在一定程度阻碍了绿翅鸭的扩散过程；②辽河三角洲西部分布的苇田湿地区域对绿翅鸭的扩散影响较小，其扩散阻力同其他水禽一样，主要源于油气作业形成的油井区域和作业道路.综合绿翅鸭生境之间区域用地分布特征（见图3），苇田湿地、水域等对绿翅鸭扩散和繁殖影响较小，但其间的水田、建设用地、油井和道路等对其扩散影响较大，并且局部将绿翅鸭的生境割裂成了孤岛状.经实地调查，这些连接区域的水域生境结构也不够完整，很少能够为绿翅鸭提供扩散时需求的隐蔽物和觅食植物群落结构，这些不利条件对绿翅鸭扩散带来较多不便.

图3 绿翅鸭生境连接区域现状图Fig.3 Status quo of the connection regions of Anas crecca haibitats

通过对绿翅鸭生境及其连接区域的定性分析，参照相关文献，对不同用地阻力系数进行定量化，见表2.然后将区域图形“栅格化”，结合各用地的阻力系数，对区域各用地阻力状况进行分析，这一过程借助GIS“空间分析模块”的叠加功能协助实现，得到图4.

表2 各用地对绿翅鸭阻力系数［10］Table 2 Resistance coefficients of land utilization types to Anas crecca

图4 绿翅鸭生境连接干扰阻力分析图Fig.4 Resistance to habitats connection of Anas crecca

4.3 生境网络的构建

经过GIS软件中空间分析的费用距离模块循环计算，进一步明确各主要生境节点之间阻力关系，选择最小费用距离作为最佳路径，见图5.参照该网络结构，并结合区域用地现状，完成绿翅鸭水禽生境网络图纸的绘制，见图6.

在图6中，生境连接绿道1主要是指辽河三角洲主要的干渠，经过河岸植物群落结构调整，可以使其成为绿翅鸭主要生境连接绿道；生境连接绿道2为潜在绿道，因为这些区域并不是连续的干渠水体，或者是宽度较小的沟渠，但从图5中的图形分析可知，其连接意义较大，应通过适当调整水渠宽度，丰富岸边植物群落结构，使其成为绿翅鸭等沿河水禽生态类群的扩散绿道.

图5 绿翅鸭生境节点及连接绿道网络结构图Fig.5 Greenway network and habitat knots of Anas crecca

图6 绿翅鸭生境主要连接绿道布局图Fig.6 Greenway layout based on habitats protection of Anas crecca

5 结 语

本文以“绿翅鸭”为研究对象，借助最小费用模型构建原理阐释了辽河三角洲水禽生境绿道的构建过程.从绿翅鸭所在的生境斑块节点分布特征来看，其主要集中在大辽河和双台子河附近区域，绿道布局结构呈现大格局分枝状、小格局网络状特征，即在靠近河道附近呈现斑块节点网络密集化特征，远离河道区域网络渗透性较差，这与绿翅鸭的生态习性相符.同时也说明，即使辽河三角洲水网密布，但由于这些水网结构不具备绿翅鸭栖息生境特征，因此阻力依然较大，要想帮助绿翅鸭向内部区域渗透，构建合理生境结构非常重要.

基于此，对水禽在辽河三角洲的生境绿道构建提出主要措施如下：

（1）适当整合区域土地利用形式，控制建设用地范围，减少不必要的人为干扰和破坏，以拓展生境保护区域范围.

（2）增加对主要干渠滨水植物群落的保护，在道路与邻路水体之间适当补植芦苇，为水禽提供隐蔽物.

（3）在主要干渠交汇处适当拓宽水面，丰富水深变化，以滨水植物群落组成结构，为水禽提供栖息点.

（4）除原有水道之外，结合构建的生境绿道分布图，在低阻力通道区域营造以池塘和滨水植物群落为地理特征的生境驻足点.

总之，通过构建合理的生境绿道，可以进一步减少水禽在该区域出现的局地灭亡，能够进一步促进区域生物综合保护.

［1］武正军，李义明.生境破碎化对动物种群存活的影响［J］.生态学报，2003，23（11）：2424－2435.（Wu Zhengjun，Li Yiming.Effects of Habitat Fragmentation on Survival of Animal Populations［J］.Acta Ecologica Sinica，2003，23（11）：2424－2435.）

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