基于电路理论模型的街区鸟类友好廊道构建

张雨阳

摘要：目前对于城市化趋势所带来的诸如生态系统破坏和生物多样性的减少等问题日益严峻，生境的分离化与碎片化是生物多样性丧失风险增加的信号。鸟类作为监测全球生态环境变化的具有代表性的物种之一，构建其生态廊道与完善城市生境网络已成为促进城市生物多样性保护和城市可持续发展的重要手段。然而，在城市尺度上对城市建筑空间与建筑本身对鸟类活动廊道空间的影响定量研究相对不足。因此，本研究以沈阳市为研究对象，以鸟类视角在城市中活动，旨在探讨城市三维景观对于鸟类活动的影响及城市空间的鸟类生态廊道构建方法。本文在城市层级上，利用沈阳市国土三调数据、DEM高程数据等，结合Circuitscape与ArcGIS平台，综合识别出沈阳市重点街区鸟类栖息地源地空间。在环境阻力分析方面，选取土地利用、天空开阔度、植被指数等8个环境阻力因子，形成街区鸟类活动阻力面。通过电路理论与Linkage Mapper平台对鸟类生态廊道进行初步识别，并提取分析出鸟类生态夹点与生态障碍点，为沈阳市鸟类生态保护和生态修复提供关键区域空间信息。通过对建筑深入分析，探索出鸟类友好的建筑优化措施。

1. 研究区概况与数据来源

1.1研究区概况

沈阳市位于中国东北地区南部，辽宁省中部，南连辽东半岛，北依长白山麓，是环渤海地区与东北的重要结合部，[[1]]位于北纬41°48′11.75″、东经123°25′31.18″之间。由于本文以鸟类活动来研究城市空间，则研究范围处于沈阳市鸟岛及鸟岛以西依据鸟类活动范围与城市主要道路为界限划分研究范围。研究区面积6018公顷。在研究区范围东边止于伯官大桥，西侧止于东塔桥。

1.2数据来源

1）空间信息数据：使用2019年的Landsat 8卫星影像数据来获取沈阳市的空间信息，分辨率为10m x 10m，主要用于提取植被覆盖度等数据。数字高程模型（DEM）数据来自地理空间数据云中的Landsat 8，分辨率为30m x 30m。土地利用数据来自第三次全国土地调查数据，主要用于提取矿业用地、坡度、地形湿度等空间信息。

2）建筑高度数据：三维建筑信息数据与水体数据来源于百度地图。

2. 研究方法

2.1 MSPA与Invest模型结合关键区域选取识别源地

本文首先基于MSPA与Invest模型各权重0.5叠加并根据自然断点法分为五个层级选取第一层级作为鸟类活动源地的初步源地[[2]]。由于本文研究的落脚点是优化城市中的建筑空间从而使其对鸟类友好。所以在构建片区鸟类活动廊道之前需要对鸟类活动源地进行重筛选。参考相关文献并结合研究区区域条件在建筑空间中选取较为开阔且景观质量较高的空间作为重筛选之后的源地空间。[[3]]

2.2 鸟类活动阻力要素的选取

根据影响鸟类活动三组影响因子：环境要素，建筑指数，人为干扰。以及8个主要指标：生境质量，植被指数，天空开阔度，夜间灯光指数，土地利用，距公园距离，距建成区距离，距道路距离建立层次结构模型。专家三轮打分的不一致性均值为0.06达到小于0.1的标准水平，证实了该矩阵结果的可靠性。随后构建鸟类活动的综合阻力面。

2.3 生态流路径识别

1）构建风险扩散的累积阻力面。使用最小累积阻力模型来构建阻力面，[[4]]该模型考虑了资源源、距离和景观界面特征，阻力面可以反映物种运动[[5]]的潜在可能性和趋势。[[6]]最小累积阻力模型(MCR)[[7]](公式1)的表达式如下：

（1）

2）生态廊道识别：本研究使用Linkage Mapper软件构建核心栖息地矢量图形和阻力栅格，以绘制核心区域之间的最低成本联系。Linkage Mapper软件的优点在于可以通过廊道的宽度更直观地反映生态廊道的质量。

3. 结果与分析

3.1生态源地空间分布

源地重筛选前鸟类栖息地源地空间主要分布于乔木覆盖度高或天空开阔度高的城市空间如浑河流域，鸟岛与东陵公园。这些片区对于鸟类活动与迁徙的阻力相对较小且景观与物种多样性高，可以为鸟类提供丰富的食物源。[[8]]重筛选后的源地空间加入建筑空间的考量以景观踏脚石斑块的形式散布于建筑空间内，保留了鸟岛源地空间与浑河流域中生境较高的节点空间。对于该片区来说，鸟类活动源地分布以浑河流域为界限，浑河北部源地较多，浑河南部源地较少。所以通过本研究对于空间网络的优化实现浑南区域亲生态化也是本文的研究目的之一。

3.2生态廊道空间分布

研究区内的鸟类活动廊道分布呈现北密南疏的分布特点。根据鸟类活动阻力面的阻力值分布可以看出浑河以北鸟类活动阻力值较低，浑河以南阻力值较高。北陵公园区域阻力值较低所以北部廊道由鸟岛跨越北陵公园到达城市空间。浑河区域整体阻力值偏低所以在研究区范围内的生态廊道中，由东侧鸟岛生态源地到西侧景观斑块跨越浑河流域的廊道强度和质量较高。

3.3鸟类活动生态夹点与生态障碍点分析

Barrier Mapper 是 Linkage Mapper 工具箱的组成之一，可以检测到影响通道质量的重要屏障（障碍物），可通过两种设定分别检测出改进得分高的节点与原始连接相对较高的节点，[[9]]可将此区域也作为研究区生态节点以对原有研究区生态廊道进行有效维护。Pinch point Mapper工具是在已有廊道基础上，通过调用 Circuitscape 程序在最小成本通道中识别“夹点”（又称瓶颈），用以优先考虑保护这些对研究区连接性具有重要作用的区域。[[10]]

4. 鸟类友好生态廊道的空间优化

4.1鸟类建筑空间活动节点确定与廊道构建

综合上文的鸟类活动生态障碍点与生态夹点的分布并考虑到建筑不同功能空间对于鸟类活动适宜性做出不同的优化反应。通过对于三种建筑空间的优化和改造试图引入灰喜鹊及其伞护种鸟类从栖息地空间到达建筑空间。综合研究区鸟类活动网络的完整性与建筑空间的多样性将三个建筑空间节点确定在西北侧1号建筑空间，中部2号建筑空间与南侧3号建筑空间。

图4.1：街区鸟类活动廊道构建意向图（图片来源：作者自绘）

4.2鸟类友好的街道空间优化

1）鸟类友好道路设计：道路生态学是一个不断发展的研究和实践领域，人们在许多地方投资于野生动物立交桥和地下通道，这在提高生态连接和连通性方面取得了显著成效。有效的设计响应会因许多因素而变化，包括物种和地区。因此，需要更多的研究和加速的设计测试和试验，以更好地了解鸟类问题的严重性，以及如何快速减少这些类型的道路和公路影响。这样的研究和实践将有助于制定更有效的策略，提高道路与鸟类共存的可能性。

4.3鸟类友好建筑优化

1）建筑鸟类友好玻璃优化措施：美国鸟类保护协会的科学家们对不同类型的玻璃和花纹进行了检验发现，只要给玻璃加上间距5x5厘米、直径1厘米的圆点矩阵，或是间距10厘米的垂直线，就能有效防止鸟撞。这些花纹最好能够安装在玻璃的外侧，这样才能同时避免透明和反射造成的鸟撞。而更多的尝试也在国内广泛落地和推广。

2）人工巢箱的设计：在确定盒子安装位置以及解决住宅建筑问题时，考虑了飞行高度和建筑立面；某些房屋具有阁楼单元，这使得安装变得更加复杂。这些Swift盒子在生物学上具有重要意义，不仅可容纳灰喜鹊，还能提供其他鸟类，尤其是麻雀等灰喜鹊伞护种的鸣禽。

5. 结论

1）沈阳市片区研究区内鸟类生态夹点和生态障碍点的识别是基于鸟类生态廊道的位置，生态夹点共计49处，其中浑河以北37处，浑河以南12处。生态障碍点11处，浑河以北8处，浑河以南3处。生态障碍点分布没有同夹点和廊道同倍数关系正相关可见浑河以南城市空间与生态空间需要一定的生态修复去改善空间环境。

2）通过合理的控制玻璃面积与对玻璃进行优化设计可以有效的降低鸟撞对鸟类活动的伤害，秋季时期当玻璃面积＞41%时鸟撞数量与玻璃面积呈正比关系。建筑玻璃面积占比在21-40%范围内鸟撞发生的概率最低。我们在进行建筑立面设计时应将玻璃面积控制在合理范围内以对鸟类活动友好，如果无法避免大面积玻璃的使用应以与在玻璃窗上贴上防撞贴纸，在玻璃窗上安装特殊的膜等措施并行。

3）在建筑垂直空间设计与利用方面，利用住宅阳台空间等设计人工巢箱与屋顶绿化空间的合理优化可以将灰喜鹊及其伞护种鸟类从鸟类栖息地源地空间引入到建筑空间。完成物种多样性由绿色空间向灰色空间的渗透。

参考文献：

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[[1]] 李绥,吴尚遇,石铁矛等.基于生态风险路径识别与风险过程干预的矿业城市生态格局优化[J].中国园林,2022,38(01):82-87.DOI:10.19775/j.cla.2022.01.0082

[[2]] 吴静,黎仁杰,程朋根.城市生态源地识别与生态廊道构建[J].测绘科学,2022,47(04):175-180.

[[3]] Mahmood Ahmad,Ping Jiang,Abdul Majeed,Muhammad Umar,Zeeshan Khan,Sulaman Muhammad. The dynamic impact of natural resources, technological innovations and economic growth on ecological footprint: An advanced panel data estimation[J]. Resources Policy,2020,69.

[[4]] 于成龙,刘丹,冯锐,唐权,郭春玲.基于最小累积阻力模型的东北地区生态安全格局构建[J].生态学报,2021,41(01):290-301.

[[5]] 汉瑞英,赵志平,肖能文.生物多样性保护优先区生态网络构建与优化——以太行山片区为例[J].西北林学院学报,2021,36(02):61-67.

[[6]] Adriaensen F ,Chardon J ,Blust D G , et al.The application of ‘least-cost’ modelling as a functional landscape model[J].Landscape and Urban Planning,2003,64(4):233-247.

[[7]]  汪金梅,雷军成,王莎,吴婕,梁屹,陈永林,熊星,王军围.东江源区陆域生态网络构建与评价[J].生态学杂志,2020,39(09):3092-3098.

[[8]] 赵伊琳,王成,白梓彤等.城市化鸟类群落变化及其与城市植被的关系[J].生态学报,2021,41(02):479-489.

[[9]] 丁广辉.基于电路理论的生态保护修复关键区域识别及策略研究[D].中国地质大学(北京),2021.DOI:10.27493/d.cnki.gzdzy.2021.000414

[[10]] 韦宝婧,苏杰,胡希军,徐凯恒,朱满乐,刘路云.基于“HY-LM”的生态廊道与生态节点综合识别研究[J].生态学报,2022,42(07):2995-3009.