基于不同网格尺度福州主城区鸟类多样性与景观特征的关系研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月生态学报 .:/.基金项目:福建农林大学科技创新专项基金项目()福建农林大学林学学科创新团队项目经费()福州市科协 和 年度调研项目收稿日期:采用日期:通讯作者 .:.:./.游巍斌蔡新瑜王英姿王瑞张锦琳陈莹邱晓月方冰汤绍圣坚文倩.基于不同网格尺度福州主城区鸟类多样性与景观特征的关系研究.生态学报():.():.基于不同网格尺度福州主城区鸟类多样性与景观特征的关系研究游巍斌蔡新瑜王英姿王 瑞张锦琳陈莹邱晓月方 冰汤绍圣坚文倩 福建农林大学菌草与生态学院福州 福建农林大学林学院福州 福建省南方森林资源与环境工程技术研究中心福州 福州市自然保护地规划发展中心福州 福州市林学会福
2、州 中国农业大学资源与环境学院北京 福州市晋安河公园管理处福州 福州市闽江公园管理处福州 摘要:理解城市鸟类多样性与景观特征的关系对城市生物多样性保护和可持续发展具有重要意义 通过爬取中国观鸟记录中心网站 年福州主城区 份观鸟报告数据计算鸟类丰富度指数()、多样性指数()和 多样性指数()基于谷歌地球引擎和高分辨率 影像量化景观特征因子在此基础上采用 检验了两个网格尺度(和 )下、和 指数的差异性运用广义线性模型探究了两个尺度下影响鸟类多样性指数的关键景观因子及其重要性 结果表明:()年研究区内共观测到 种鸟类隶属 目 科雀形目鸟类为优势种数量占比从高到低依次为留鸟、冬候鸟、旅鸟和夏候鸟分别为
3、.、.、.和.()两个尺度下鸟类多样性指数差异明显 尺度下 和 指数均显著高于 尺度(.)()两个尺度中仅在 尺度上检测到显著影响鸟类多样性的景观因子的作用(.)城市道路面积占比(负效应)、建筑高度(负效应)、城市绿地总面积占比(正效应)和建筑体积(正效应)等二维和三维结构特征共同影响鸟类多样性其中 是唯一对 个多样性指数均起促进作用的因子()城市鸟类多样性与景观特征关系分析具有尺度依赖性 网格尺度适合开展此类研究 保留城市较大绿地空间且更加紧凑的城市结构的生态功能值得关注关键词:城市化生物多样性景观结构与格局生态城市公民科学 :/.:.()()().(.).().:().:(.)(.)(.)
4、(.).()(.).()(.).()()()().:快速城市化极大地改变了城市原有的自然景观格局人工地表的蔓延使得野生动物的栖息地进一步破碎化城市内部物种多样性受到严重威胁 生物多样性的自然本底属性决定了其与城市生态安全的关系多样性水平降低通过影响到城市生态系统功能有效发挥进而给居民福祉的获得构成威胁 在城市生物多样性相关研究中鸟类多样性水平深刻影响着城市居民身心健康鸟类在城市内对破碎化的栖息环境适应能力强鸟种繁多对其多样性的调查技术也较为成熟城市鸟类常被作为城市生物多样性水平的指示物种鸟类多样性研究备受关注过去 年国内外学者围绕不同尺度(梯度)下城市鸟类生态分布、多样性水平、群落组成、动态变
5、化及其影响因素等领域开展了积极探索 在研究方法的选择上国内研究主要采用样点法和样线法等传统监测方法居多由于观鸟活动的较长发展历史和普及(如圣诞鸟类调查、大型公民观鸟数据平台)国外研究者使用公民科学数据来探讨鸟类多样性方面更加广泛 公民科学是指非专业人士的科 期 游巍斌 等:基于不同网格尺度福州主城区鸟类多样性与景观特征的关系研究:/.学调查研究其常活跃于生物多样性的保护与监测中较为常见则是观鸟活动鸟类具有易于观察、分布广泛、鸟种丰富且色彩多样的特点能够吸引爱好者对其进行观察 我国的公民观鸟活动虽起步较晚但近 年来发展迅速 公民观鸟作为一种监测物种多样性的新手段已有研究表明其所提供的数据与专家提
6、供的数据集同样具有价值亦为研究者提供开展鸟类研究的新途径当前城市鸟类多样性与景观因素关系研究主要集中在植被组成、绿地面积、建筑密度、建筑高度等二维或三维结构特征因子的影响方面而刻画景观功能性特征方面的因素较少被纳入考虑 我们对不同尺度下基于公民数据分析得到的城市鸟类多样性与影响因子作用关系及其影响程度方面的知识仍知之甚少 本研究选择福建省会省福州市的主城区为研究区近年来经过快速城市化的福州市大力推进森林城市的建设特别是在主城区通过添景增绿工程、串珠公园建设等系列行动改善城市内河水系、提升了主城区绿化覆盖率这为开展本研究提供了理想场所 因此本研究在爬取的研究区公众观鸟数据的基础上探究两种尺度下景
7、观特征因子与城市鸟类多样性的关系试图回答以下问题:()不同尺度下福州主城区鸟类组成及多样性特征()影响研究区鸟类多样性的关键景观特征因素及其影响程度旨在为城市鸟类生物多样性保护和生态城市建设提供参考 研究区概况与研究方法.研究区概况福州市为福建省省会地处亚热带气候暖湿、年相对湿度约为、森林茂密、自然生态资源丰富、素有滨江滨海生态园林城市之称 其地形地貌为典型的河口盆地主要地形为山地和丘陵(占全市土地面积的.)年福州市获批创建国家森林城市开展以内河水系为纽带的串珠公园建设等一系列国土绿化行动至 年城区绿化覆盖率已达到了.晋安区北部、东部、鼓楼区北部植被覆盖度相对较高 同时随着福州城市化的快速发展
8、 年全市城镇化水平已经达到.福州主城区人口密集且城镇化率接近百分之百 考虑福州市区域范围大(下辖 个区、个县和 县级市)且城郊区域城市公民数据匮乏故本文仅选择城市化历史最早、程度最高的福州市三环道路范围内的主城区为研究对象涉及鼓楼区、台江区、仓山区及其晋安区的部分区域(图)图 研究区概况.生 态 学 报 卷:/.研究方法.公民观鸟数据采集与多样性指数计算()公民观鸟数据的采集:鸟类观测数据来自中国观鸟记录中心(.)选取研究区范围内 年 月 月公众在该平台上发布的 观鸟报告(累计观测 只)提取信息包括:观鸟时间、观测点经纬度坐标、鸟种(目、科和种)及其相应数量 参照中国鸟类分类与分布(第三版)国
9、家重点保护野生动物名录(年版)和世界自然保护联盟()对鸟类居留型、保护等级和受威胁等级进行分类()不同尺度下鸟类多样性指数计算:鉴于当前广泛使用的生态地理数据的中、低分辨率多为 和 结合鸟类在城市中的活动特征(杨刚等)本研究选择 (的整倍数)和 两个尺度探究不同尺度对研究结果的影响 采用 工具的 工具将研究区划分为 和 两个尺度空间网格分别计算不同尺度下各网格中表征鸟类多样性特征的 个指数:丰富度()指数()、多样性指数()和 多样性指数()同时记录每个网格中公众的观鸟报告数量()上述多样性指数公式如下:()()()式中 为每个网格记录到的物种数为第 个物种个体数占每个网格总个体数的比例.城市
10、景观结构特征的识别与指标量化()城市二维土地利用类型的分类与提取:将研究区土地利用划分为城市绿地、水体、居民区和城市道路 大类为探究不同城市绿地类型对鸟类多样性的影响参考城市绿地分类标准(/)将城市绿地进一步细分为:公园绿地、防护绿地、广场绿地、附属绿地和区域绿地 在此基础上分别计算两个尺度网格单元中绿地总面积占比()、公园绿地面积占比()、防护绿地面积占比()、广场绿地面积占比()、附属绿地面积占比()、区域绿地面积占比()、水体面积占比()、居住区面积占比()、城市道路面积占比()等潜在景观二维结构特征因子 土地利用类型识别通过整合研究区 影像(.)及其零星地块的无人机航飞影像开展人工目视
11、解译实现()城市景观建筑三维特征的提取:在提取的研究区居住区单个建筑高度值的基础上采用 分区统计工具计算不同尺度下各格网中的建筑平均高度()、建筑群高度变异程度()和建筑体积(万)等 个景观三维结构特征指标.城市景观功能特征的识别与指标量化遥感生态指数()是由徐涵秋提出的用来表征区域生态环境质量的指数其由湿度分量()归一化植被指数()干度指数()和地表温度()所构成指标来源完全基于遥感信息具有获取简单计算客观的特点因而表征出来的结果也更为可靠其值越接近 时代表生态环境质量越好 因此由于 指数集成了 个分量的综合信息本研究假定 指数在宏观上能够表征城市景观分析网格中的平均生态功能质量故将 作为表
12、征景观网格生态功能的代替指标 指标信息中包含 指数因此在使用时应当采用植物生长季节的地表反射率数据为了避免季节原因对 造成的影响选取同年 到 月的遥感影像进行 指数计算 采用 平台计算了研究区内不同尺度下各网格中 的平均值 遥感生态指数的具体计算过程参见文献()()式中 为生态环境质量指数 表示第一主成分 是归一化植被指数 是湿度分量是干度指数 是地表温度.统计分析方法采用 检验两个尺度下 个鸟类多样性指数的差异性 采样 指数检测鸟类多样 期 游巍斌 等:基于不同网格尺度福州主城区鸟类多样性与景观特征的关系研究:/.性指数的空间自相关特征 为探究影响鸟类多样性指数(和)的关键景观因子首先采用
13、偏相关系数计算在控制观鸟报告数量 条件下与鸟类多样性指数显著相关的主要景观因子(的变量)诊断自变量间的多重共线性 同时为分析量纲不同的自变量对因变量的影响程度在执行广义线性模型多元回归之前将每个自变量标准化(均值 和标准差)以便通过比较标准化的回归系数来确定自变量影响的强度差异进而确定对城市鸟类多样性指数有显著影响的关键景观因子及其影响程度 采用 .进行统计分析和制图 结果与分析.基于公民数据的城市鸟类基础特征.鸟类组成与濒危保护鸟种空间分布 年研究区范围内公众共观测到鸟类 种隶属 目 科共 只其中以雀形目鸟类最多(种 只)占鸟类总数量的.其次为鹈形目(种 只占比为.)数量最少的为犀鸟目(种
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