基于FESI和MSPA的森林生态网络构建——以湖南省金洞林场为例

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森林景观破碎化和面积锐减是导致生物多样性持续下降的重要原因之一。构建森林生态网络模型,确定森林生物多样性保护优先区,是维持森林生物多样性的重要方法,为森林可持续经营提供了技术支撑和理论依据。本文以湖南省永州市金洞林场作为研究区,采用森林适宜性指数(FESI)和形态学空间格局分析(MSPA)相结合的方法识别核心森林景观斑块,利用斑块重要性指数(dIIC、dPC)确定了生态源区;使用最小耗费距离模型和重力模型提取了生态廊道;以生态源区为点,生态廊道为边构建森林生态网络模型;提出了森林景观网络优化措施,并采用生态网络综合指数:α网络闭合度、β线点率以及γ网络连接度,对优化前后的森林生态网络结构进行了对比评价。主要研究结论如下:(1)利用FESI模型进行森林景观适宜性评价;将高适宜性等级的森林景观斑块最为前景进行MSPA分析,确定核心斑块;利用景观连接度指数对核心斑块进行连接度评价,确定生态源区。结果显示:最低适宜生境面积、较低适宜生境面积、中等适宜生境面积、较高适宜生境面积、最高适宜生境面积分别占研究区面积的0.03、0.25、0.35、0.33和0.04。核心区(Core)一共有345个,面积约为7312.5hm2,占适宜区面积的38.5%;边缘区(Edge)、穿孔(Perforation)、桥接(Bridge)、分支(Branch)、孤岛(Islet)、环(Loop)分别占适宜区面积的31.4%、1.21%、6.57%、11.5%、8.92%、1.9%。在此基础上,通过核心区的连接度重要性分析从中筛选11个生态源区。结果表明:金洞林场大部分地区是森林资源的高适宜性区域,天然林主要分布在生态源区内,人工林面积占比随着斑块重要性的增加而减少,采用FESI和MSPA的方法相对于树种和面积法能更好地确定生态源区。在考虑森林景观斑块适宜性的同时也考虑到了斑块空间形态的重要性,改善了以往森林生态网络构建中只考虑大面积森林斑块作为源斑块的主观性。(2)采用最小耗费距离模型提取森林生态网络的最小阻力路径,去除重复边得到潜在生态廊道;基于重力模型构建相互作用矩阵,计算各潜在生态廊道的相互作用强度,并定量评价潜在廊道的优先度,以生态源区为点,生态廊道为边构建森林生态网络模型。结果显示:斑块263与275之间的相互作用最强,为6186.85,斑块284和斑块163的相互作用强度最小仅为2.51;将相互作用强度超过100的潜在廊道作为金洞林场的生态廊道,得到森林生态廊道54条。结果表明:研究区域的廊道主要分布于中南部,整体生态廊道空间分布不均匀,应该合理规划的新的脚踏石斑块和生态廊道,以增强研究区森林生态网络的整体连通性。(3)通过探究森林生态网络的基本特征,采取的策略主要是遵循可持续发展等原则、增补关键生态踏脚石和生态廊道来改善网络连接性,通过综合考虑核心斑块的dI值和研究区的实际情况,本文建议增加10个生态踏脚石斑块和24条生态廊道,补充的源区和生态廊道与原有网络相连,以平衡生态源的布局,形成新的生态网络,新建廊道呈四条平行线条南北贯穿了金洞林场的森林景观生态,弥补了南北之间的连通性差异。结果表明:优化后金洞林场森林景观生态网络结构指数α、β、γ分别由0.49、1.86、0.67提升为0.55、2、0.7,各指数都有一定的提升,说明森林景观网络结构得到了充分优化。
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