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道路作为线状人工设施对生态系统具有一系列的生态效应,是反映人为干扰的一个综合指标。在区域尺度上,道路的影响主要表现为道路网络对生态系统的干扰和破坏。道路网络已经成为当今社会和经济发展的中枢,其分布范围之广和发展速度之快,都是其他人类建设工程不能比拟的。面对当今道路突飞猛进的发展,我们必须在发挥其对人类社会经济效益的同时,最大限度的减少道路网络对自然生态系统的干扰和破坏。因此,道路生态学不仅是生态学研究的一个重要内容,更对协调人工与自然生态系统之间的关系方面发挥着巨大的作用。
本研究以云南纵向岭谷区的道路网络、生态系统和地形因子为研究对象,从空间和时间两个方面,分别研究了道路网络和地形因子与生态系统分布的相关性及其独立作用和交互作用,并进一步阐述了道路网络对生态系统的影响阈值。在空间上,通过GIS景观采样,选取2×2km、4×4km、6×6km、……20×20km网格进行多尺度相关分析;在时间上,根据1980~2000年这一时期的土地利用变化,分析路网的显著影响区域及其阈值。本研究的主要结论如下:
(1)道路网络与生态系统面积分布的相关性与路网等级有关,根据Pearson相关指数,其相关程度表现为:整体路网(-0.2<r<0.5)>低等级路网(-0.2<r<0.4)>中等级路网(-0.2<r<0.3)>高等级路网(-0.1<r<0.2),道路网络与生态系统面积分布的相关程度与路网等级呈反比。随着尺度的变化,道路网络与生态系统面积分布的相关性表现为增强型、减弱型、质变型和无尺度效应这4种类型。
(2)地形因子与生态系统面积分布的相关性也存在差异,海拔与生态系统面积分布的相关程度明显大于坡度和坡向。随着尺度的变化,地形因子与生态系统的相关性未受到尺度的制约,说明地形因子不存在尺度效应。
(3)高等级路网的独立作用比较显著,而低等级路网的独立作用不太显著。地形因子对生态系统的分布都具有极显著的独立作用。但是,在大多数尺度下,道路网络和地形因子对生态系统分布既有独立作用,也有交互作用。其中,随着尺度的增大,县乡路网、乡村路网和小路网对生态系统分布的独立和交互作用均显著,且表现出高度的相似性,表明地形对低等级道路的生态学效应具有明显的干扰或屏蔽效应。
(4)路网是导致有林地向疏林地、有林地向中覆盖度草地、灌木林地向疏林地转变的主要影响因子。在影响区域内,海拔主要集中于1500~2000m,坡度基本都在10°以下,属于缓坡;坡向以东南坡(112.5~157.5°)和南坡(157.5~202.5°)为主。路网导致有林地向疏林地转变的路网密度均值为0.8381~0.8800km/km2,导致有林地向中覆盖度草地转变的路网密度均值为0.6984~0.8124km/km2,导致灌木林地向疏林地转变的路网密度均值为1.2770~3.6426km/km2。随着尺度的增大,路网密度的变化不显著。
路网作为人类重大工程建设,是区域生态系统变化的主要驱动力之一,对区域生态系统造成了巨大压力,改变了区域的生态平衡,因此,路网对生态系统变化的作用与影响研究成为当前的热点问题。本研究在已有的研究基础之上,将路网对生态系统影响的研究扩展到不同尺度,分析路网影响的多尺度效应,并结合地形因子,深入探讨了路网和地形对生态系统的交互作用。同时,路网影响阈值的研究,开始从定量的角度探索道路网络对生态系统的影响,对公路建设、规划和管理具有一定的理论和应用价值。