貴州省生物多樣性熱點地區(qū)研究

王 瑞, 安裕倫, 王培彬, 馬良瑞

(1.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院, 貴陽 550001; 2.白城市國土資源局 國土資源信息中心, 吉林 白城 137000)

貴州省生物多樣性熱點地區(qū)研究

王 瑞1,2, 安裕倫1, 王培彬1, 馬良瑞1

(1.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院, 貴陽 550001; 2.白城市國土資源局 國土資源信息中心, 吉林 白城 137000)

全球的氣候變化和人類對生物資源的不合理利用，對全球的生物多樣性造成了前所未有的干擾和破壞，生物多樣性熱點地區(qū)的保護成為研究的熱點。本文根據(jù)貴州省生物多樣性的現(xiàn)狀，選取了生境質(zhì)量指數(shù)、物種多樣性指數(shù)和景觀多樣性指數(shù)為評價參數(shù)，來計算生物多樣性指數(shù)，再借助空間相關(guān)分析方法確定了貴州省生物多樣性的熱點地區(qū)。結(jié)果顯示，貴州省生物多樣性保護熱點地區(qū)總面積達37 662.68 km2，占研究區(qū)總面積的21.37%，涵蓋了582種指示物種，占全部指示物種數(shù)目的94.0%。貴州省生物多樣性熱點地區(qū)共有6個，分別是:黔東北—梵凈山、佛頂山為中心的高中山、中山山地；黔北大婁山區(qū)及赤水河、習水河河谷；黔東南雷公山、月亮山區(qū)及都柳江河谷；荔波—獨山喀斯特低中山地；黔西北威寧草海高原湖泊；黔西南南盤江、北盤江及紅水河谷。通過分析結(jié)果，建議開展生物多樣性的全面調(diào)查和長期動態(tài)監(jiān)測，并利用3S技術(shù)建立自然保護區(qū)的信息數(shù)據(jù)庫，以便更好地為生物多樣性保護與恢復研究服務。

貴州省; 生物多樣性指數(shù); 熱點區(qū); 空間相關(guān)分析

生物多樣性是人類賴以生存的物質(zhì)基礎[1].但隨著近些年來全球生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，以及人類對生物資源不合理的利用加劇，全球的生物多樣性遭受了前所未有的破壞[2]。世界自然保護聯(lián)盟(IUCN)發(fā)布的“2004年瀕危物種紅色名錄”表明，1/3的兩棲類動物、1/2以上的龜類、1/8的鳥類和1/4的哺乳動物正面臨生存的威脅。目前，全球15 000多個物種正在消失[3]。近年來，保護生物學家已經(jīng)注意到，人類活動導致生境喪失是生物多樣性的最大威脅，保護單一物種的作用十分有限，應該以生境為單位進行研究和保護，尤其在較大的生態(tài)尺度上進行保護工作是未來的方向[4]。在大尺度上，例如以地球為單位，保護所有的生物和其生境是學者和生態(tài)工作者的愿景，但在當前的科技、社會和自然資源條件下卻是無法承擔的，因此在區(qū)域尺度上使具有代表性的生態(tài)系統(tǒng)類型和棲息地均能保存下來成為當前學界對于地球生態(tài)多樣性保護的共識[5]。

隨著人們生態(tài)環(huán)境意識的提高，保護生物多樣性成為人們關(guān)注的焦點[6]，生物多樣性保護的重要性也逐漸得到社會的了解和認可，國際上業(yè)已開展了許多關(guān)于生物多樣性保護的研究與實踐工作。特別是近些年來，生物多樣性保護熱點區(qū)的劃定和基于該生態(tài)學區(qū)域的科學研究已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。許多學者從全球、區(qū)域及地區(qū)等不同尺度，進行了相關(guān)研究[7]。研究成果包括開發(fā)了基于系統(tǒng)保護規(guī)劃的C-Plan軟件，建立了基于生態(tài)位理論的生態(tài)位模型等，這些整合了其他相關(guān)學科和復雜數(shù)學計算工具的模型系統(tǒng)無論在思路和研究方法上都較為全面、成熟，可以為生物多樣性保護熱點區(qū)的規(guī)劃提供有力的理論、技術(shù)和工具支持。

隨著該領(lǐng)域研究工作在我國的起步，我國的學者也在近些年對于區(qū)域尺度的生物多樣性保護開展了許多工作：例如針對三江平原濕地鳥類分布熱點地區(qū)的研究[8]，我國西部地區(qū)生物多樣性熱點地區(qū)的評定與劃分[9],安徽省鳥類分布熱點區(qū)的評價[10]和中國生物多樣性熱點地區(qū)(Hotspot)評估[11]等，這些研究從不同層面推動了我國在生物多樣性保護熱點區(qū)方面的發(fā)展。這些研究考慮到實踐中對生物多樣性保護所投入的人力和物力具有一定的有限性，因此對所有區(qū)域采取相同的保護策略和投資是無必要的。為使有限的資源得到最有效的利用，必須找到生物多樣性最豐富的，同時受到人類與自然威脅較嚴重的地區(qū)，即生物多樣性熱點區(qū)[12-13]。

貴州省位于中國西南部，地處長江和珠江上游地區(qū)，是典型的喀斯特巖溶地區(qū)，生物物種較為豐富，但是由于特殊的地質(zhì)演化背景和過程，使得石漠化發(fā)育程度較高，導致生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱，經(jīng)濟發(fā)展緩慢，生物生境受到自然與人類的雙重威脅，因此生物多樣性保護在該區(qū)域內(nèi)尤為重要[14]。本文結(jié)合貴州省生物多樣性保護的實際情況，選取了貴州省生境質(zhì)量指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)三個評價指標參數(shù)，計算貴州省生物多樣性指數(shù)，再采用空間相關(guān)分析的方法以識別和劃定貴州省的生物多樣性保護熱點區(qū)。該研究旨在為貴州省的生物多樣性保護規(guī)劃提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，也為今后該區(qū)域的生態(tài)學科研和工作提供借鑒和參考。

1 研究區(qū)概況

貴州省位于北緯24.37°—29.13°、東經(jīng)103.36°—109.35°的云貴高原東部，全省面積176 167 km2。全省地勢西部最高，中部次之，向北、東、南三面傾斜。隆起于四川盆地、廣西丘陵盆地和詳細丘陵，屬我國第二階梯。貴州河流以苗齡為分水嶺，以北屬長江流域，以南屬珠江流域。貴州氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候，年平局氣溫14～18℃，雨量充沛，年降水量在1 100～1 300 mm之間。貴州植被受不同熱量條件的影響，在省的中部、北部地區(qū)，植被是中亞熱帶常綠闊葉林，在省的西南部部分地區(qū)，則發(fā)育了南亞熱帶具有的熱帶成分的常綠闊葉林及溝谷季雨林。根據(jù)《IUCN物種紅色目錄瀕危等級和標準》中收錄的極危(CR)、瀕危(EN)、易危(VU)的物種，貴州省境內(nèi)植物物種受威脅程度為：瀕危138種、極危54種、易危251種；動物受威脅程度為：獸類瀕危30種、極危6種、易危62種；魚類瀕危5種、極危1種，易危19種；鳥類瀕危4種、易危23種。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)準備

研究區(qū)內(nèi)行政區(qū)劃、植被、土地覆蓋/利用、道路、自然保護區(qū)和物種分布等數(shù)據(jù)被作為本研究的源數(shù)據(jù)，并采用ArcGIS軟件，通過輸入和匯總，建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。其中植被圖來自《貴州省國土資源地圖集》中的植被類型數(shù)據(jù)(比例尺為1∶1 500 000)，經(jīng)過數(shù)字化后得到貴州省主要植被類型圖。土地利用圖來自貴州省域范圍的1∶30 TM遙感影像，通過進行監(jiān)督分類，并根據(jù)實地調(diào)查驗證修改得到。自然保護區(qū)分布圖來自數(shù)字化后的貴州省林業(yè)部門的自然保護區(qū)規(guī)劃圖；貴州省各瀕危物種以其生活的縣域和分布生境為單位，通過貴州省野生動植物調(diào)查報告與資料來收集信息。

2.2 研究方法

2.2.1 生物多樣性指數(shù) 本研究選取了生境質(zhì)量指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)三個評價指標參數(shù)，以柵格為統(tǒng)計單元，利用公式(1)計算生物多樣性指數(shù)。

BIx= 生境質(zhì)量指數(shù)+物種多樣性指數(shù)+

景觀多樣性指數(shù)

(1)

式中：BIx——柵格單元x的生物多樣性指數(shù)。將計算得到的生物多樣性指數(shù)進行最大值標準化處理，使得指數(shù)取值在0～1之間，最后利用ArcGIS軟件以圖形的形式將生物多樣性指數(shù)表示出來。

(1) 生境質(zhì)量。本研究的生境質(zhì)量指數(shù)通過采用InVEST生物多樣性模型進行計算[15-16]，模型需要輸入的數(shù)據(jù)有土地利用圖，合法可達性圖層，生境威脅因子圖層，威脅源表(包括威脅強度、威脅距離、威脅因子相對權(quán)重值)，生境敏感性表。本研究選取的威脅因子包括道路、鐵路、農(nóng)田、居民點、人口等矢量數(shù)據(jù)，根據(jù)模型需要，要將矢量數(shù)據(jù)進行向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。威脅源表中的威脅強度、威脅距離威參考已有的相關(guān)文獻資料[17]，威脅因子的相對權(quán)重值來自專家打分。生境敏感性表中的敏感性值參考模型推薦數(shù)據(jù)，并根據(jù)貴州省特定的生境狀況進行了優(yōu)化調(diào)整。關(guān)系式如下：

Quality_1= ∑sen_name×name_prox×

legal_access×(W_name/sumW)

(2)

對Quality_1進行標準化處理得到Quality_2

Quality_2=Normalizad(Quality_1)

(3)

式中：name——道路、居民點、鐵路、農(nóng)田和人口威脅因子；sen_name——威脅因子敏感性值；name_prox——威脅因子威脅值；legal_access——合法可達性；W_name/sumW——威脅因子相對權(quán)重。

(2) 物種多樣性。物種的多樣性熱點地區(qū)是指指示物種集中分布的地區(qū)。本文根據(jù)《IUCN物種紅色目錄瀕危等級和標準》中收錄的極危(CR)、瀕危(EN)、易危(VU)珍惜瀕危動植物種類，選取生活在貴州省的619種瀕危珍稀動植物為指示物種，見表1。再根據(jù)物種的生存狀況和受威脅的程度，選取李迪強對指示物種的選擇和賦值標準[18]對指示物種分別賦予一個受威脅值：1) 中國特有且瀕危的物種，賦值0.3。2) 中國特有且受威脅物種，賦值0.25。3) 其他瀕危物種，賦值0.2。4) 其他受威脅物種，賦值0.15。5) 其他具有保護意義物種，賦值0.1。以貴州省縣級行政圖和植被圖為基礎，根據(jù)林業(yè)部門相關(guān)統(tǒng)計資料，確定每個指示物種的潛在分布生境和分布縣域，通過ARCGIS軟件得出物種生境分布圖，再利用ARCGIS軟件的柵格統(tǒng)計功能，計算出貴州省物種多樣性指數(shù)。

表1 貴州省動植物指示物種類別

(3) 景觀多樣性。景觀多樣性指數(shù)采用Shannon-Weiner多樣性指數(shù)進行計算(見公式4)，根據(jù)O，Neill的經(jīng)驗性原則[19-20]，選擇50 km2的單位面積作為評估單元。評估單元的形狀方面，采用當前國際上比較流行的六邊形評估單元。

(4)

式中：Hx′——評估單元x的植被群系多樣性指數(shù)，其值越大表明評估單元內(nèi)的植被系統(tǒng)越豐富；Pi——評估單元x內(nèi)的植被群系i的面積比例；n——植被群系的數(shù)目。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

3 結(jié)果與討論

3.1 生物多樣性指數(shù)

根據(jù)模型計算出的生物多樣性指數(shù)見圖1。從縣域行政區(qū)分布來看，貴州省生物多樣性指數(shù)屬于較高水平的有江口縣、印江縣、臺江縣、劍河縣、黎平縣、榕江縣、荔波縣、道真自治縣、興義市、赤水市以及威寧自治縣，而安順市全市、除威寧自治縣外的畢節(jié)大部分地區(qū)以及除興義市外的黔西南州大部分地區(qū)生物多樣性指數(shù)較低。從分布面積上來看，生物多樣性指數(shù)高值區(qū)面積為31 027.44km2，面積占全省面積,17.62%，指數(shù)低值區(qū)面積為30 688.66km2，占全省面積的17.43%。從地貌上來看，生物多樣性指數(shù)高的地區(qū)主要分布在黔西高原山地、黔南山地、黔北山地和和黔東南山地丘陵地區(qū)，這些地區(qū)大多數(shù)為高原山地，地形起伏較大，生長著茂密森林植被，這些植被為動植物的棲息繁衍提供了良好的環(huán)境，又因為地形起伏較大，受到人為干擾較少，所以在這種地形的控制下形成了有利于各種生物生存的小生境。而生物多樣性指數(shù)較低的地區(qū)主要分布在黔中山原丘陵，這里海拔相對較低，存有少量平原地區(qū)，人口眾多，人類活動也較為劇烈，因此生物棲息地受到的人為干擾較為強烈。

圖1 貴州省生物多樣性指數(shù)

3.2生物多樣性熱點區(qū)

圖2 貴州省指數(shù)

4 結(jié)論與建議

(1) 本文采用InVEST模型對研究區(qū)內(nèi)的生境質(zhì)量進行了定量評價，并結(jié)合物種多樣性指數(shù)與景觀多樣性性指數(shù)對貴州生物多樣性指數(shù)進行計算，應用空間相關(guān)分析方法識別出生物多樣性保護的熱點地區(qū)。貴州省生物多樣性保護熱點地區(qū)總面積達37 662.68km2，占研究區(qū)總面積的21.37%，涵蓋了582種指示物種，占全部指示物種數(shù)目的94.0%。

(2) 貴州省生物多樣性熱點地區(qū)共有六個，分別是：黔東北—梵凈山、佛頂山為中心的高中山、中山山地；黔北大婁山區(qū)及赤水河、習水河河谷；黔東南雷公山、月亮山區(qū)及都柳江河谷；荔波—獨山喀斯特低中山地；黔西北威寧草海高原湖泊；黔西南南盤江、北盤江及紅水河谷。這些地區(qū)應成為貴州省生物多樣性保護重點關(guān)注的地區(qū)。

表2 貴州省生物多樣性保護熱點區(qū)

(3) 本研究所得出的熱點地區(qū)基本涵蓋了貴州省大部分國家級、省級自然保護區(qū)，這些地區(qū)植被覆蓋度較高，景觀復雜，水熱條件較好，適宜動植物的生存與繁衍。但在興義市、安龍縣、冊亨縣和望謨縣等行政區(qū)域內(nèi)也具有豐富的生物多樣性，而這些地區(qū)可能并未引起人們的足夠重視，因此應當考慮建立自然保護區(qū)。

綜上，由于復雜的地質(zhì)過程和由此產(chǎn)生的生態(tài)地理條件的復雜多樣，造就了貴州省生物多樣性的現(xiàn)狀。然而，由于現(xiàn)有保護區(qū)規(guī)劃方法不完備，保護體系的不完善，造成了保護區(qū)在空間上分布不均衡，使得一些物種聚集度高的地方并未被劃入保護區(qū)范圍之內(nèi)，為貴州省今后的生態(tài)安全建設和保障留下了極大的隱患。因此本文建議貴州省今后在開展貴州省生物多樣性保護的相關(guān)工作中，以熱點區(qū)為基本保護單元，開展生物多樣性的分階段、分步驟的全面調(diào)查和長期動態(tài)監(jiān)測，并利用3 S技術(shù)建立自然保護區(qū)的信息數(shù)據(jù)庫，以便更好地為生物多樣性保護與恢復研究服務。

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StudyonBiodiversityConservationHotspotsinGuizhou

WANG Rui1,2, AN Yu-lun1, WANG Pei-bin1, MA Liang-rui1

(1.SchoolofGeographicandEnvironmentalSciences,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550001,China; 2.LandandResourcesInformationCenter,LandResourcesBureauofBaichengCity,Baicheng,Jilin137000,China)

Unreasonable use of biological resources by human beings and climate change have the negative impacts on biodiversity at global scale, thus the hotspot of biodiversity zone has been the major focus in researches. Based on the condition of biodiversity in Guizhou province, this paper collected the index of habitat quality, biodiversity and landscape diversity as the evaluation factors to calculate the index of biodiversity, and further to locate the hotspots of biodiversity in Guizhou province via the method of spatial correlation. The area of biodiversity hot zone in Guizhou reached 37 662.68 km2, accounting for 21.37% of the study area, which covered 582 indicator species, accounting for 94% of all indicator species. There are six zones of biodiversity hotspot in Guizhou province, such as Northeast of Guizhou-Fanjingshan, the center of Fuodingshan in Gaozhongshan and Zhongshan; Daloushan, Chishui river, valley of Xishui river in North Guizhou; Leigongshan, Yueliangshan and valley of Liujiang in Southeast of Guizhou; Libo-Dushan karst mountainous area; the plateau lakes of Weiningcaohai; south Panjiang and north Panjiang and valley of Hongshui river in southwest of Guizhou. According to the analysis, we suggest it is necessary that the navigation and dynamic monitoring of biodiversity should been carried out in Guizhou, and a database of protection zone should be established by 3S method with respect to the better protection of biodiversity and ecological restoration.

Guizhou province; biodiversity index; hotspot; spatial correlation analysis

2013-12-12

：2014-01-20

國家自然科學基金(41161002);貴州省科學技術(shù)廳,黔省專合字(2011)46號

王瑞(1987—),男,吉林白城人,碩士研究生,主要從事地理信息統(tǒng)遙感與生態(tài)環(huán)境保護研究。E-mail:327163664@qq.com

安裕倫(1957—),男,貴州貴陽人,教授,博導,主要從事地理信息系統(tǒng)遙感與生態(tài)環(huán)境保護研究。E-mail:anyulun@126.com

X176；Q143

：A

：1005-3409(2014)06-0152-06