生境破碎化对城市化地区生物多样性影响的研究 ——以苏州为例

论文摘要

生境破碎化是城市化地区生物多样性减少的主要原因。本文应用生态学的理论、方法和遥感、GIS技术,对苏州市的生物多样性现状和问题,生境破碎化状况和动态,以及景观格局演变进行了研究,探讨了近20年来苏州城市景观格局演变的机理及驱动机制,并提出了苏州市生物多样性保护规划方案。研究结果有助于揭示由于城市化进程的快速发展,人类干扰的加剧而导致的景观演变和生物多样性变化的机理,为城市化地区的生物多样性保护和规划提供新的视角和理论依据。论文主要研究结果如下:1、苏州市的植物、鸟类、鱼类和两栖类物种通过近两年的调查,记录到苏州市建成区范围（674.6km2）内分布了134科400属623种植物,其中本地植物466种;苏州市域范围（1650 km2）内共有植物145科466属共778种,其中本地植物有616种。本地植物指数分别为0.75和0.79。从区系成分来看,全市有151属为热带分布,占39.02%,温带分布236属,占60.98%,温带成分占首位。建成区的区系成分与市域的几无差别。说明了该地区处于北亚热带南缘的特征。主要外来入侵植物有加拿大一枝黄花（Solidagocanadensis）、豚草（Ambrosia artemisitifolia）、水花生（Alternanthera philoxeroides）、凤眼莲（Eichhornia crassipes）等。建成区的绿化植物集中在一些种类上,特别是道路绿化常用植物,香樟（Cinnamomum camphora）、悬铃木（Platanusacerifolia）、红花檵木（Loropetalum chinense）、小叶黄杨（Buxus microphylla）、龙柏（Sabina chinensis cv.kaizuka）和毛鹃（Rhododendron pulchrum）等使用频度均大于20%,而香樟出现频度超过了70%,说明道路绿化树种在乔木层次上比较单一。而在苏州自然群落中分布的苦槠（Castanopsis sclerophylla）、青冈（Cyclobalanopsis glauca）、紫楠（Phoebe sheareri）、木荷（Schima superba）、冬青（Ilexchinensis）、朴树（Celtis sinensis）、三角枫（Acer buergerianum）、楝树（Meliaazedarach）、南京椴（Tilia queliana）、山合欢（Albizzia kalkora）和栎类（Quercus spp）等是未来丰富道路绿化树种的潜在资源。主要的植被类型有①常绿阔叶林:苦槠群落、紫楠群落、木荷群落;②落叶阔叶林:栓皮栎群落、枫香群落、化香群落;③针阔叶混交林:马尾松+枫香群落;④针叶林:马尾松群落、湿地松群落、杉木群落;⑤次生灌丛:白栎+乌饭群落、白栎+篌竹群落;⑥水生植被:芦苇群落、牛鞭草群落。⑦农田植被。共记录到鸟类203种,隶属于12目44科。其中国家一级保护鸟类有黑鹳（Ciconia nigr）、白鹳（Ciconia ciconia）,中华秋沙鸭（Mergussquamatus）3种,二级保护30种。新增19种记录。苏州市域的鸟类多样性指数为3.45,建成区为3.12。记录到鱼类48种,隶属7目15科38属。太湖地区曾有107种鱼类记录,由于河口水闸的使用、围湖造田、过度捕捞、环境污染等等原因,有相当大部分种类,尤其是洄游性种类已经绝迹多年,如中华鲟（Acipensersinenis）、松江鲈鱼（Trachidermus fasciatus）、暗纹东方鲀（Takifugu obscurus）、胭脂鱼（Myxocyprinus asiaticus）、长吻鮠（Leiocassis longirostris）等。2、苏州的生境破碎度指数及历史变化采用的遥感信息为1987年、1995年,2001年,2005年四个时相的Landsat TM影像,结合外业实地调查,通过ERDAS IMAGE遥感分析软件和ARC/INFO地理信息系统软件进行数据分析处理,得到四个时相的生境破碎度指数为0.2854、0.2901、0.3012、0.3404,逐年增加趋势明显。3、生境破碎化对生物多样性的影响对植物种群的影响:通过苏州3大类9个类型群落的物种丰富度分析,草本类群落（农田、农田杂草、山地草本）的物种丰富度指数最小,人工林群落（人工果林、毛竹林和人工针叶林）的物种丰富度分别为3.76、3.74、4.06,自然林群落（次生灌丛、阔叶落叶林、常绿阔叶林）的物种丰富度分别为3.20、3.33、3.62。在自然林群落中,其物种丰富度指数是由次生灌丛→落叶林→常绿林逐步增加。而人工林地由于边缘效应和驰豫（relaxation）效应的作用而出现人工林群落的物种丰富度大于自然林群落的现象。对两栖动物的影响:通过历史资料的分析,上世纪八九十年代,苏州的两栖动物的Shannon-winner生物多样性指数是2.25,而本次调查则已降到2.10,这与生境破碎度指数当时的0.285和目前的0.340密切相关。对鸟类的影响:通过对市区9个公园的生境破碎化相关的结构、连通性、隔离度、人为干扰等12个特征变量与鸟类数量和出现频率的相关分析,发现常见鸟类中,麻雀（Passer rutilans）和乌鸫（Turdus merula）对生境面积存在显着的相关关系;而黄雀（Carduelis spinus）、黄腹山雀（Parus venustulus）、红头长尾山雀（Aegithalos concinnus）、树鹨（Anthus hodgson）、棕头雅雀（Paradoxorniswebbianus）以及小鸊鷉（Trachybaptus ruficollis）受到人为干扰的影响较为明显;白头鹎（Pycnonotus sinensis）和珠颈斑鸠（Streptopelia chinensis）的数量与生境斑块的形状指数呈负相关;麻雀的数量随着斑块中灌木层密度的增加而上升;白鹡鸰（Motacilla alba）随着乔覆盖度的增加而减少。大山雀（Parus major）和白俏鸰的数量和生境周缘与建筑相接的比例呈正相关。对群落生物多样性的影响:通过苏州境内常绿阔叶林面积大于3km2的五个丘陵山地,共42个样方的分析,南阳山、穹隆山、七子山、灵岩山、官山的生境破碎度指数分别为0.14、0.21、0.20、0.32、0.38,其生物多样性指数分别为2.52、2.41、2.17、2.16、2.18,两者呈显着的负相关,相关性指数为R=-0.962。生境破碎化引起的景观演变及特征:通过1987年、1995年、2001年、2005年四个时相的景观格局变化分析,四个时相的生境破碎度指数增加了16.2%。斑块密度增加了52.3%,平均斑块面积减少了86.1%。耕地、绿地、农农村建设用地的破碎度明显增加,而城市建设区和湿地2个景观类型的斑块破碎度有所降低。从景观水平的斑块边缘复杂程度来看,斑块边缘形状趋于复杂,其形状指数增加了23.1%。从不同景观类型景观格局变化分析,四个时相耕地面积减少,破碎度指数增加;绿地面积由减少到增加,而破碎度指数增加;湿地的平均斑块面积下降,破碎度指数减少;城市建设区面积增加,破碎度指数先降后升。4、苏州市的景观格局演变及其驱动力以苏州1987-2005年的社会经济统计资料为基础,选择人口类、经济发展类、投资类、生活收入类共4大类共13个指标为自变量来分析景观变化的驱动力,其中,非农业人口占总人口的比例、国内生产总值、全社会固定资产投资额、农村居民人均纯收入与生境破碎度关系较大,而贡献率最大的为GDP和全社会固定资产投资额指标。5、苏州城市生物多样性保护规划纲要为更好地保护生物多样性,形成完整的生物多样性的保护体系,制定科学的生物多样性保护与管理措施,实现生物多样性保护和自然资源利用并重,建成生物多样、结构合理、可持续发展的生态园林城市,依据生物多样性保护需要划分为5大功能区域:①森林生物多样性保护区②湿地生物多样性保护区③公园④生物生态廊道⑤人工生态系统。根据不同功能区域制定相应的保护措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 研究综述
• 1.1 研究背景与目的
• 1.1.1 生物多样性——全球关心的热点问题
• 1.1.2 我国生物多样性面临的严峻形势
• 1.1.3 城市化严重威胁生物多样性
• 1.1.4 生物多样性对城市生态系统的价值
• 1.1.5 苏州市生物多样性保护与城市生态建设
• 1.1.6 研究的目的和意义
• 1.2 生境破碎化与城市生物多样性
• 1.2.1 生境破碎化
• 1.2.2 城市化过程中的生物多样性的特点
• 1.2.3 生境破碎化对生物多样性的影响
• 1.2.5 生境破碎化是城市生物多样性丧失的主要原因之一
• 1.3 城市生物多样性研究进展
• 1.3.1 生物多样性保护国内外进展
• 1.3.2 城市生物多样性保护研究进展及热点问题
• 第二章 研究地区概况
• 2.1 地理区位
• 2.2 气候
• 2.3 地质地貌
• 2.4 植被状况
• 2.5 社会经济
• 2.6 城市发展
• 第三章 研究方法
• 3.1 生物多样性研究的景观生态学方法
• 3.2 景观格局演变的研究方法
• 3.2.1 取样范围
• 3.2.2 数据获取
• 3.2.3 景观指数选择
• 3.3 生物多样性调查研究方法
• 3.3.1 鸟类和植物调查取样点选择
• 3.3.2 鱼类调查取样点选择
• 3.3.3 调查方式
• 3.3.4 调查时间
• 3.4 研究技术路线
• 第四章 苏州生境破碎化状况及生物多样性调查
• 4.1 生境破碎化状况
• 4.2 生物多样性调查
• 4.2.1 植物
• 4.2.2 鸟类
• 4.2.3 鱼类
• 4.2.4 综合物种指数
• 第五章 生境破碎化对生物多样性的影响
• 5.1 生境破碎化对生物种群的影响
• 5.1.1 对植物的影响
• 5.1.2 对两栖爬行类动物的影响
• 5.1.3 对鸟类的影响
• 5.2 对群落生物多样性的影响
• 5.3 生境破碎化引起的景观演变及特征
• 5.3.1 生境破碎化演变动态研究
• 5.3.2 苏州生境破碎化的演变特征
• 第六章 景观格局演变及其驱动力分析
• 6.1 人为改造活动与景观变化的空间分布
• 6.1.1 人为干扰强度的梯度分布
• 6.2 景观格局变化的人文驱动力分析
• 6.2.1 数据来源
• 6.2.2 驱动力类型
• 6.2.4 驱动力指标选择
• 6.2.4 主成分计算结果分析
• 6.2.5 景观格局演变的人为驱动力
• 第七章 苏州城市生物多样性保护规划纲要
• 7.1 规划基础与依据
• 7.1.1 前期研究的结论
• 7.1.2 苏州生物多样性保护现状
• 7.2 规划范围
• 7.3 规划目标
• 7.3.1 总体目标
• 7.3.2 分期目标
• 7.4 规划布局与重点
• 7.4.1 森林生物多样性保护区
• 7.4.2 湿地生物多样性保护功能区
• 7.4.3 公园
• 7.4.4 生物生态廊道
• 7.4.5 人工生态系统保护区
• 7.4.6 保护策略与规划措施
• 7.5 古树名木资源保护
• 7.5.1 古树名木的分类保护
• 7.5.2 保护策略与规划措施
• 7.6 外来物种管理
• 7.6.1 外来物种管理现状
• 7.6.2 保护策略与规划措施
• 第八章 结论和展望
• 参考文献
• 附录1 苏州市鸟类名录
• 附录2 苏州市植物名录
• 附录3 苏州市鱼类名录
• 致谢
• 博士学习期间发表论文及获奖情况