基于指示物種的生物保護(hù)安全格局研究*
——以廣東西江爛柯山省級自然保護(hù)區(qū)為例

吳錦紅 郭如意 魏書精 王明懷

（1.廣東省西江林場，廣東 肇慶 526020；2.廣州市眾森林業(yè)有限公司，廣東 廣州 510642；3.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520）

爛柯山自然保護(hù)區(qū)地理位置十分特殊，整個山體被西江和平原包圍，是一個孤立山系，因此成為該區(qū)域內(nèi)珍稀瀕危野生動植物的庇護(hù)地。當(dāng)前，爛柯山自然保護(hù)區(qū)對森林資源變化[1]、野生觀賞植物資源調(diào)查[2]、保護(hù)區(qū)管理現(xiàn)狀及其改進(jìn)策略[3-4]進(jìn)行了初步研究，對保護(hù)區(qū)內(nèi)的野生動物主要棲息地及其空間格局研究十分有限。

《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護(hù)地體系的指導(dǎo)意見》中指出“根據(jù)各類自然保護(hù)地功能定位，既嚴(yán)格保護(hù)又便于基層操作，合理分區(qū)，實(shí)行差別化管控”[5]。分區(qū)管控是自然保護(hù)地科學(xué)管理的重要組成部分，為科學(xué)合理劃定自然保護(hù)地功能分區(qū)，亟需明確野生生物的核心棲息地的范圍，加強(qiáng)對主要保護(hù)對象的保護(hù)。生物保護(hù)安全格局是生態(tài)安全格局在構(gòu)建生物棲息地網(wǎng)絡(luò)的具體空間結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于各種生物保護(hù)研究中[6]。指示物種對其他物種及各類型棲息地具有指示作用，可以代表至少一類典型生物棲息地，具有生物學(xué)上的代表性與典型性，所選指示物種所構(gòu)成的群落能夠覆蓋研究區(qū)范圍的主要棲息地類型[6-7]。在西江爛柯山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇在棲息地和生物特性都具有代表性的赤麂Muntiacus muntjak作為野生生物的指示物種，基于“源地-廊道”組合方式識別，構(gòu)建適合保護(hù)區(qū)的生物保護(hù)安全格局評價體系[8]，最終得到生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵空間格局，以期為保護(hù)區(qū)的野生生物保護(hù)和科學(xué)管理提供技術(shù)參考。

1 研究區(qū)概況

廣東西江爛柯山省級自然保護(hù)區(qū)于2000 年經(jīng)廣東西江林業(yè)局（西林業(yè)〔2000〕38 號）批準(zhǔn)建立，2004 年經(jīng)廣東省林業(yè)局（粵林函〔2004〕25號）升格為省級自然保護(hù)區(qū)，位于肇慶市和高要市東北郊，西江下游河畔，珠江三角洲西北角。東與高要區(qū)金利鎮(zhèn)接壤，南與高要區(qū)金渡鎮(zhèn)和蜆崗鎮(zhèn)連接，西靠高要區(qū)金渡鎮(zhèn)和廣東羚羊峽省級森林公園，北與鼎湖區(qū)沙浦鎮(zhèn)相鄰。地理坐標(biāo)為東經(jīng)112 ° 34 ′ 58 ″ ～ 112°45′45″，北緯23 ° 03 ′ 30 ″～ 23 ° 09 ′ 17 ″，總面積為7 900.73 hm2（圖1）。主要保護(hù)對象為南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林及其森林生態(tài)系統(tǒng)、國家重點(diǎn)保護(hù)和珍稀瀕危動植物資源及其棲息地。最高峰爛柯頂海拔904 m，保護(hù)區(qū)地處北回歸線南緣，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候[9]。

圖1 研究區(qū)范圍地理位置示意圖Fig.1 Location of the study area

2 研究方法

2.1 指示物種的選取

基于爛柯山自然保護(hù)區(qū)為山地特征，宜選取以海拔高的山區(qū)為棲息地的獸類作為指示物種。紅外相機(jī)技術(shù)相對傳統(tǒng)方法在調(diào)查大中型獸類的物種組成及其活動節(jié)律等方面具有較大優(yōu)勢[10-11]。本文紅外相機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于爛柯山自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察，依據(jù)自然保護(hù)區(qū)面積、范圍，并結(jié)合當(dāng)?shù)刂脖弧⒌匦蔚茸匀画h(huán)境條件，將自然保護(hù)區(qū)均勻劃分為20 個2 km × 2 km 的公里網(wǎng)格，共布設(shè)20 臺紅外相機(jī)。收集并識別出在繁殖季和冬季紅外相機(jī)監(jiān)測獸類記錄（表1），自然保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的主要獸類有鼬獾Melogale moschat、豹貓Prionailurus bengalensis、野豬Sus scrofa和赤麂。指示物種的選取較少考慮保護(hù)物種，因?yàn)楸Ｗo(hù)物種意味著其自身棲息地受到了威脅，對其他物種的代表性或其他物種棲息地指示作用較小，排除國家II 級重點(diǎn)保護(hù)動物豹貓和廣東省重點(diǎn)保護(hù)動物野豬種，其次排除棲息地過于普遍的鼬獾，選出生態(tài)特征典型，不在食物鏈末端又有廣泛分布的屬，研究其詳細(xì)特征與習(xí)性，最終選出在各方面都具有代表性的物種——赤麂作為指示物種。

2.2 赤麂棲息地適宜性分析

2.2.1 評價體系構(gòu)建 棲息地適宜性分析評價結(jié)果最重要是評價因子的選取，在參考其他學(xué)者的研究，并考慮赤麂的生活習(xí)性等基礎(chǔ)上[12-16]，從自然環(huán)境、生物環(huán)境、人為干擾3 方面選取以下指標(biāo)作為影響赤麂棲息地選擇的主導(dǎo)因子構(gòu)建適宜性評價體系：①土地覆蓋（最適宜的棲息地包括喬木林地、灌草叢等隱蔽區(qū)域），②植被類型（赤麂主要棲息于闊葉林帶，特別適宜于多灌叢的生境類型中），③水源（水源地距離影響了赤麂的臥息、覓食等活動），④活動干擾（赤麂大多喜歡在遠(yuǎn)離人類影響的環(huán)境中棲息。人為活動干擾強(qiáng)度可以用距建設(shè)區(qū)域的距離來衡量，距離越遠(yuǎn)，越適宜赤麂棲息），⑤道路（道路對赤麂具有阻隔的影響，距離越遠(yuǎn)，越適宜赤麂棲息。其中水源、活動干擾和道路以水源、干擾源和道路干線的距離作為劃分標(biāo)準(zhǔn)[17]。依據(jù)指示物種對不同因子的適宜性選擇，對各評價因子分類和賦值（表2）。

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重確定 普遍的指標(biāo)權(quán)重確定方法有層次分析法、主成分分析法、熵值法、因子分析等，本文采用在生態(tài)區(qū)域內(nèi)的土地利用、敏感性等方面[18-19]較多運(yùn)用的變異系數(shù)法。變異系數(shù)代表數(shù)據(jù)的離散情況，表明指標(biāo)的變化程度，間接反映出評價因子對指示物種的影響程度，根據(jù)變異系數(shù)模型，獲得各個指標(biāo)的相對權(quán)重（表3）。

2.2.3 棲息地適宜性評價 通過GIS 的Spatial Analyst 工具進(jìn)行計算棲息地適宜性評價結(jié)果，利用ArcMap 將各個因子以柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值，柵格單元大小為5 m×5 m，在RasterCalculator 進(jìn)一步將各個因子按權(quán)重疊加，確定生物棲息地適宜性及其分布格局。

2.2.4 “源”棲息地識別 基于“島嶼生物地理”理論[20-21]認(rèn)為生物多樣性保護(hù)區(qū)域需要足夠大、圓，在棲息地適宜性分析的結(jié)果上篩選面積大于10 hm2的區(qū)域作為“源”棲息地。

2.3 基于MCR 模型的生物保護(hù)安全格局

在不同的類型的土地覆蓋下，指示物種需要克服一定的阻力，才能從“源”棲息地擴(kuò)散至其他區(qū)域。以赤麂核心棲息地作為“源”，研究區(qū)內(nèi)坡度、海拔作為阻力條件，依據(jù)赤麂在不同坡度、海拔的穿越難易程度賦予阻力系數(shù)值（1～500）（表4），基于MCR 模型計算模擬赤麂的空間擴(kuò)散，模型計算表達(dá)式如下：

式中：j代表“源”棲息地；i表示阻力單元；m表示阻力單元數(shù)量；n表示“源”棲息地數(shù)量；Dij表示從“源”棲息地經(jīng)過阻力單元i的擴(kuò)散距離；Ri表示阻力單元對物種擴(kuò)散的阻力程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 赤麂棲息地適宜性分析

赤麂棲息地適宜程度依據(jù)土地覆蓋、植被類型、水源、活動干擾、道路的5 個單因子評價結(jié)果，進(jìn)行權(quán)重疊加分析，使用GIS 空間分析工具，得到赤麂在自然保護(hù)區(qū)的棲息地適宜性綜合結(jié)果（圖2）。赤麂棲息地適宜性較高的區(qū)域主要集中分布在研究區(qū)內(nèi)的西部以及中部，該區(qū)域山高林密，遠(yuǎn)離人類活動干擾，靠近水源地，植被以次生闊葉林、闊葉混交林為主，能夠?yàn)槌圜涞却蟛糠忠吧鷦游锾峁┝己玫呐P棲、覓食、飲水、繁殖條件；赤麂棲息地適宜性中等區(qū)域分布于研究區(qū)西部、東部海拔較高的山腰處，該區(qū)域離水源有一定距離，植被以次生的闊葉混交林、針闊混交林為主，遠(yuǎn)離人類活動干擾，能夠成為部分適應(yīng)性強(qiáng)的赤麂等野生動物的棲息地；赤麂棲息地適宜性較低的區(qū)域主要集中分布與研究區(qū)域邊界、道路兩側(cè)以及坡度陡峭的斜坡，該區(qū)域距離耕地、商品林、道路較近，植被以馬尾松、杉木等針葉林、桉樹林等為主，受到人類活動干擾較大，不適宜赤麂等野生動物棲息。

3.2 赤麂生物安全格局

3.2.1 “源”棲息地的識別 “源”棲息地是赤麂等野生動物生存的最適宜區(qū)域。在赤麂棲息地適宜性分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合“島嶼生物地理”理論，篩選棲息地適宜性評價分值較高（8～10 分），且面積大于10 hm2的區(qū)域，得到赤麂“源”棲息地有13 處（圖3），主要分布于西部、中部海拔坡度適宜的山地?！霸础睏⒌乜偯娣e3 353.06 hm2，其中面積最大為2 565.19 hm2，面積最小為10.61 hm2。從“源”棲息地分布格局為西部片區(qū)分布較集中，面積較大；中部片區(qū)分布較分散，面積相對較小。

圖3 研究區(qū)赤麂核心源棲息地分布Fig.3 Distribution of core habitat of Muntiacus muntjak in the study area

3.2.2 生物安全等級劃分 根據(jù)MCR 模型的生物保護(hù)安全格局分析結(jié)果，研究區(qū)整體為低阻力區(qū)，主要為喬木林地。赤麂“源”棲息地空間擴(kuò)散在研究區(qū)表現(xiàn)為從西向東擴(kuò)散程度逐漸減弱，且零散分布有不易空間擴(kuò)散區(qū)域，主要為陡坡或高海拔的林地。根據(jù)研究區(qū)保護(hù)的需求，劃分為高、中、低3 種水平的赤麂生物保護(hù)格局作為研究區(qū)生物安全格局（圖4，表5）。研究區(qū)低水平的生物安全格局區(qū)是生物保護(hù)最低保護(hù)范圍，面積5 862.73 hm2，分布集中于研究中西部爛柯山頂周邊的溝谷、山頂林地；中水平的生物安全格局區(qū)能夠滿足大部分野生動物保護(hù)范圍，面積6 913.28 hm2，位于中西部及研究區(qū)邊界的林地；高水平的生物安全格局區(qū)對整個研究區(qū)生物進(jìn)行保護(hù)，面積7 900.73 hm2。

表5 不同水平的生物安全格局Table 5 Biological conservation security patterns at different levels

圖4 赤麂生物保護(hù)格局Fig.4 Protection pattern for Muntiacus muntjak

4 結(jié)論與討論

本文采用GIS 空間分析工具，從自然環(huán)境、生物環(huán)境、人為干擾3 方面選取以下指標(biāo)因子，本文選取研究區(qū)生物保護(hù)的指示物種赤麂，構(gòu)建赤麂棲息地適宜性評價體系，識別出赤麂的“源”棲息地，從DEM 中提取坡度和高程，采用最小累積阻力模型，構(gòu)建赤麂生物保護(hù)安全格局，將爛柯山自然保護(hù)區(qū)劃分為高、中、低3 種水平的赤麂保護(hù)格局區(qū)作為研究區(qū)生物安全格局，其中低安全格局區(qū)的面積為5 862.73 hm2，中安全格局區(qū)的面積為6 913.28 hm2，高安全格局區(qū)的面積為7 900.73 hm2。低安全格局區(qū)的斑塊連片集中，且聯(lián)系性較強(qiáng)，內(nèi)部存在面狀空隙，占研究區(qū)總面積的74.20%，能夠保證保護(hù)地野生動植物棲息，有利于生物多樣性的保護(hù)；中安全格局區(qū)為大斑塊內(nèi)部完整，聯(lián)系性強(qiáng)，占研究區(qū)總面積的87.50%，充分滿足野生動植物棲息交流與擴(kuò)散，且保證了生態(tài)系統(tǒng)的高度完整；高安全格局區(qū)覆蓋整個研究區(qū)范圍，最大程度上對野生動植物實(shí)行保護(hù)。若以研究區(qū)生物安全格局進(jìn)行功能區(qū)劃，劃分為三區(qū)的面積比為6.3 ∶1.1 ∶1，與研究區(qū)現(xiàn)有功能分區(qū)（面積比1.12 ∶0.83 ∶1）相比，在生物保護(hù)方面更為有效和嚴(yán)格。研究區(qū)生物安全格局的研究結(jié)果大致符合保護(hù)區(qū)現(xiàn)有功能分區(qū)布局，能夠進(jìn)一步為保護(hù)區(qū)管控分區(qū)、總體規(guī)劃等提供參考和驗(yàn)證。

通過對保護(hù)區(qū)赤麂棲息地適宜性分析，得到赤麂“源”棲息地有13 處，總面積3 353.06 hm2，分布于西部、中部海拔坡度適宜的山地，分析結(jié)果與保護(hù)區(qū)紅外相機(jī)監(jiān)測的棲息地分布重合度高。但爛柯山保護(hù)區(qū)的主要保護(hù)對象國家重點(diǎn)保護(hù)和珍稀瀕危動植物資源及其棲息地，紅外相機(jī)也拍攝到白鷴Lophura nycthemera等鳥類，本研究僅采用獸類中的赤麂作為指示物種具有一定的局限性，若指示物種在獸類、鳥類及兩棲類各選取具有典型代表性的物種進(jìn)行綜合生物安全格局分析，再結(jié)合珍稀瀕危植物分布格局，有可能得到更科學(xué)合理的不同水平的綜合生物安全格局。另外，本文的研究也為今后中華穿山甲（國家一級保護(hù)野生動物）保護(hù)格局專題研究提供借鑒，為保護(hù)區(qū)的保護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。