道路网络与森林覆盖变化权衡关系的地理变异机理

The expansion of road network is a major driving factor leading to the fragmentation of forest habitat. How to quantify and locate the characteristics of the road network and its ecological effects is a key scientific issue of road ecology. Taking the upper reaches of the Minjiang River as an example, this project aims to design sample space units of different scales and subdivides the changes of forest cover into three types of changes (i.e., forest loss, forest gain and forest regeneration), and their change rate during 2000~2015 will be calculated at the sample space unite scale, respectively. Then, from the two different dimensions of line and polygon, the geographical variation characteristics of the trade-off relationship between road network and forest cover, its internal mechanism and scale effect will be explored. In the line dimension, a new method for defining the road-effect-zone based on slope is proposed, and it will be employed to explore the law of forest cover change and its dynamic spatial division. In the polygon dimension, a comprehensive index to characterize multidimensional features of the road network is proposed, and it will be used to examine the geographical variation and scale effects of the trade-offs between road networks and forest cover change rates, on the basis of a local model. Finally, by comparing the size and sign of the regression coefficients of each variable for each sample space unit, we can select the best index of the road network and identify the sensitive factors of different trade-offs at the sample unit level. Our study can realize the visualization, quantification and localization the trade-off relationship between road network and forest cover change.

道路网络扩展是导致森林生境破碎化程度加剧的重要驱动因子，如何定量并定位表征道路网络特征及其生态效应是道路生态学的一个关键科学问题。拟以闽江上游区域为例，设计不同尺度的样本空间单元，将森林覆盖变化细分为森林丧失、森林恢复和森林采伐更新这3种变化类型，分别统计2000~2015年期间的变化速率；在线上，提出一种考虑坡度的道路影响域划分新方法，探讨道路影响域内3种森林覆盖变化规律并分别对其进行动态空间区划；在面上，采用道路网络线密度和影响域面密度、离最近道路欧氏距离和一种表征道路网络多维特征的综合指数(成本距离)多种指标来量化道路网络，并运用一种局部回归模型，探索道路网络与森林覆盖变化之间权衡关系的地理变异。最后通过对比各变量在各样本空间单元回归系数的变化规律，筛选最佳的道路网络测度指标并识别不同权衡关系的敏感因子，实现道路网络与森林覆盖变化权衡关系的地理变异及其内在机制的可视化和定量化。

道路网络扩展是导致森林覆盖变化的重要驱动因子，而当前在大尺度上对道路网络与森林覆盖变化之间的空间关系及其内在机理的研究较为匮乏。本项目基于森林覆盖变化、道路网络空间分布和社会经济等数据，采用缓冲区、探索性回归及GWR等空间分析方法，首先对道路网络测度指数进行了有益的探索，在此基础上，识别了道路网络与森林覆盖变化之间权衡关系的地理变异及其内在机理。主要研究内容和结果总结如下：（1）提出了新型的道路网络测度指数并将其与传统指数进行比较，探讨适合于研究区的道路网络测度指数。结果发现，考虑到坡度影响，同等级的道路缓冲带宽度并不是一个固定值，这突破了传统认知；所有指数均呈显著正相关，同类指数相关性大，不同类指数相关性小，若仅采用单一的线密度或面密度指数，则将导致信息不全；虽然同类指数间相关性很大，相互印证，但改进后的指数更加符合客观事实，建议采用。（2）探究了不同道路影响域内（路域）森林覆盖变化。结果发现，森林覆盖受到道路网络的较大影响，路域内森林覆盖变化明显大于路域外，多条路域重叠区的影响明显大于单条路域。（3）探究了道路网络与森林覆盖变化之间的权衡关系。研究区路网对森林覆盖的影响程度是随着样点的变化而变化的，即具有“空间非平稳性”；在研究区西北部和中部，GWR的回归系数及相关系数均较大，表明这两个区域道路对森林覆盖变化影响大且解释力较强，应引起相关管理部门的重点关注。（4）探讨了道路网络与森林覆盖权衡关系地理变异的机理。结果发现，二者关系地理变异的主要驱动因子为人均GDP、城镇居民人均可支配收入和城镇化率；人均GDP主要呈负相关关系；城镇居民人均可支配收入正相关区域明显扩大但影响降低；城镇化率主要表现为正相关关系且影响程度有所下降。本项目研究一方面可为道路生态学领域的研究提供新方法、新思路；另一方面可为实行更加精准的森林覆盖保护策略提供科学依据。