基于InVEST模型的珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道生境質(zhì)量評(píng)價(jià)*

陳楚民 張瓊銳 楊錫濤 黎榮彬 辛成鋒

（1.廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510663；2.華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631；3.廣東省科學(xué)院動(dòng)物研究所，廣東 廣州 510275）

生境質(zhì)量是指物種生存空間為個(gè)體或種群所提供的適合生存條件的能力[1]。隨著城市化進(jìn)程的加快，生態(tài)系統(tǒng)破碎化程度不斷提高，生境質(zhì)量下降明顯，生物多樣性面臨巨大威脅[2-3]。生物廊道被證明是能夠有效連接生境斑塊，為生物在斑塊間的遷移和擴(kuò)散提供有效途徑[4]。如粟海軍等[5]分析了貴州省3 處保護(hù)區(qū)之間的生物廊道對(duì)保護(hù)區(qū)之間聯(lián)通性，發(fā)現(xiàn)3 處保護(hù)區(qū)間連通性良好。Catalina 等[6]評(píng)估了哥倫比亞安第斯山脈四個(gè)生物走廊蜜蜂的生境價(jià)值，發(fā)現(xiàn)生物廊道能夠顯著促進(jìn)非生物廊道主要目標(biāo)種群蜜蜂的授粉服務(wù)。陸恒等[7]采用樣線法對(duì)珠三角佛山新城區(qū)域鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)林地灌叢生境多樣性指數(shù)最高。

生物廊道的功能和重要性被越來(lái)越多的學(xué)者和管理者所關(guān)注。2020 年廣東省林業(yè)局印發(fā)《珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道建設(shè)規(guī)劃（2020—2025年）》[8]（以下簡(jiǎn)稱“《規(guī)劃》”），《規(guī)劃》基于“3S”廊道理論，按照三級(jí)廊道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，依托沿海灘涂、珠江、西江和東江等重要水系，構(gòu)建珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道空間布局，旨在保護(hù)珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)及其聚集區(qū)，促進(jìn)珍稀野生水鳥(niǎo)的種群規(guī)模增長(zhǎng)，改善水鳥(niǎo)生境，同時(shí)推動(dòng)自然教育和生態(tài)旅游的發(fā)展。

然而，生物廊道只有在滿足物種使用的條件下才能充分發(fā)揮其功能，已有研究通過(guò)分析廊道的寬度、結(jié)構(gòu)和位置來(lái)分析生物廊道適宜性[9]。本研究從生境質(zhì)量視角出發(fā)，通過(guò)InVEST 模型中的生境質(zhì)量制圖來(lái)分析珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道現(xiàn)狀選址的生境質(zhì)量，為未來(lái)珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道建設(shè)實(shí)施提供參考。

1 研究區(qū)概況

珠江三角洲位于廣東省中南部，珠三角地區(qū)包含的9 個(gè)城市——廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門(mén)和肇慶呈“U”形密集于珠江口一帶[8]，地理坐標(biāo)為北緯21°31′～24°20′、東經(jīng)111°22′～115°22′。

珠江三角洲屬于熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，終年高溫，光照充足，降水豐沛，河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，主要水道共105 條，長(zhǎng)1 738 km，主要分為西江、東江、北江3 個(gè)水系，擁有豐富的濱海濕地和水網(wǎng)濕地。根據(jù)廣東省第二次濕地資源調(diào)查數(shù)據(jù)以及相關(guān)的研究文獻(xiàn)[8]，珠三角地區(qū)濕地總面積79.05萬(wàn)hm2，濕地率14.39%（圖1）。

圖1 珠三角地區(qū)濕地分布示意圖Fig.1 Wetlands distribution in the Pearl River Delta

珠三角地區(qū)是我國(guó)候鳥(niǎo)遷徙路線的節(jié)點(diǎn)，全球8 條主要鳥(niǎo)類(lèi)遷徙通道中的3 條遷徙通道途徑我國(guó)珠三角地區(qū)，每年成百上千萬(wàn)的遷徒性水鳥(niǎo)在此南來(lái)北往或繁衍后代。珠三角地區(qū)的126 種水鳥(niǎo)中，遷徙鳥(niǎo)類(lèi)87 種，占總數(shù)的69.05%，其中有夏候鳥(niǎo)7 種，冬候鳥(niǎo)80 種[10]。

珠三角地區(qū)作為我國(guó)改革開(kāi)放的前沿地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人口密集，過(guò)去三十年的生境質(zhì)量呈現(xiàn)“上升-下降-上升-下降”的趨勢(shì)，隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步推進(jìn)，珠三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)[11]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

珠三角地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，來(lái)源于30 m 全球地表覆蓋數(shù)據(jù)2020 年GlobeLand30（http://globallandcover.com/），N49 和N50 圖幅數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)總體精度為85.72%，Kappa 系數(shù)0.82。數(shù)據(jù)中將珠三角地區(qū)土地利用分為耕地、林地、草地、灌木林、濕地、水體、裸地、人造地表和海洋9 類(lèi)。

珠三角水鳥(niǎo)生態(tài)廊道數(shù)據(jù)來(lái)源于2020 年廣東省林業(yè)局印發(fā)的《珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道建設(shè)規(guī)劃（2020—2025 年）》，編制單位廣東省嶺南綜合勘察設(shè)計(jì)院?！兑?guī)劃》以“3S”廊道理論為基礎(chǔ)，圍繞“兩橫四縱多支多點(diǎn)”的空間布局，開(kāi)展“主廊道-支廊道-次廊道”三級(jí)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道建設(shè)。

2.2 生境質(zhì)量評(píng)估方法

本研究采用InVEST 模型中的Habitat Quality模型。InVEST 中j類(lèi)型土地覆被的x柵格的生境質(zhì)量用Qxj表示，計(jì)算公式如下:

式中，Hj表示生境適宜度，D表示生境脅迫水平，針對(duì)水鳥(niǎo)的生境需求，將人造地表和裸地作為威脅因子，其中濕地適宜性最高設(shè)定為1；z為比例因子，系統(tǒng)指定為2.5；k為半飽和系數(shù)，本研究中指定為0.5，具體威脅因子設(shè)定和敏感性因子參考王曉琦等[12]和潘菲等[13]的研究設(shè)定，本研究敏感性因子設(shè)定如表1。

表1 生境適宜度及敏感性因子Tab.1 Table of habitat suitability and sensitivity factors

2.3 用地適宜性評(píng)價(jià)

在Arcgis10.7 軟件中對(duì)珠三角InVEST 形成的生境質(zhì)量制圖結(jié)果進(jìn)行重分類(lèi)，分為[0,0.2]，(0.2,0.4]，(0.4,0.6]，(0.6,0.8]，(0.8,1]5 類(lèi)，并依次設(shè)定其對(duì)應(yīng)趨于的水鳥(niǎo)生境適宜性為差、較差、中、良、優(yōu)5 個(gè)等級(jí)。

依據(jù)《規(guī)劃》中對(duì)3 條廊道的平均寬度的規(guī)定，對(duì)主廊道、次廊道、支廊道分別設(shè)置兩側(cè)600、300 和150 m 的緩沖區(qū)，建立1 200 m 的主廊道緩沖帶、600 m 次廊道緩沖帶和300 m 支廊道緩沖帶，然后從珠三角地區(qū)生境質(zhì)量制圖中提取各級(jí)別廊道的生境質(zhì)量并提取到表進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 珠三角各市生境質(zhì)量分析

InVEST 中Habitat Quality 模型生成的結(jié)果為無(wú)量綱綜合性指標(biāo)，生境質(zhì)量指數(shù)結(jié)果區(qū)間為[0,1]，數(shù)值越大，代表相應(yīng)區(qū)域的生境質(zhì)量越優(yōu)。從珠三角地區(qū)生境質(zhì)量結(jié)果圖（圖2）可以看出，珠三角地區(qū)的生境質(zhì)量存在明顯的空間分異，總體呈現(xiàn)西部和東北生境質(zhì)量相對(duì)較佳，而中部生境質(zhì)量低的狀態(tài)。結(jié)合表2 可知，珠三角地區(qū)總體生境質(zhì)量為良，有64.03%的地區(qū)生境質(zhì)量處于(0.6,0.8]，不可忽視的是有16.09%的地區(qū)生境質(zhì)量為差。生境質(zhì)量差的紅色區(qū)域主要集中在珠江口一帶。

圖2 珠三角地區(qū)生境質(zhì)量Fig.2 Habitat quality map of the Pearl River Delta

從珠三角地區(qū)各地級(jí)市生境質(zhì)量指數(shù)平均值來(lái)看，肇慶市的生境質(zhì)量最優(yōu)，有91.81%的地區(qū)生境質(zhì)量達(dá)到良好及以上的水平，其次為惠州市和江門(mén)市分別有85.34%和78.15%的地區(qū)生境質(zhì)量達(dá)到良好及以上水平。東莞市、深圳市和佛山市依次為珠三角地區(qū)生境質(zhì)量最差城市的前三名，分別有49.69%、45.74%、38.00%的地區(qū)生境質(zhì)量指數(shù)處于[0,0.2]。

結(jié)合各市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平來(lái)看，經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的深圳市、東莞市、佛山市生境質(zhì)量相對(duì)較差，可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)生境質(zhì)量的影響不容忽視。作為省會(huì)城市的廣州市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平同樣遙遙領(lǐng)先，從表2 中可見(jiàn)，廣州市的整體生境質(zhì)量指數(shù)平均值為0.52，處于中等水平，但是地區(qū)生境質(zhì)量指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到0.32，有25.45%的地區(qū)生境質(zhì)量為差，集中在天河區(qū)、越秀區(qū)和海珠區(qū)等城市核心區(qū)，廣州市的生境質(zhì)量空間差異較大。廣州市在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展情況下，總體生境質(zhì)量能夠保持中等，主要是由于廣州市2008 年在廣東省率先建成首個(gè)國(guó)家森林城市，近年來(lái)聚焦森林屏障、綠色生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、綠色休閑生態(tài)空間、嶺南園林景觀、花城品牌等5 大體系的構(gòu)建，為保障廣州市生境質(zhì)量做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是廣州核心區(qū)生境質(zhì)量較差與大面積的城市建設(shè)區(qū)域關(guān)系密切。珠海市與廣州市的生境質(zhì)量指數(shù)平均值相同，但珠海中等及以上的生境質(zhì)量區(qū)域大于廣州市，總體看來(lái)珠海在平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障生境質(zhì)量方面協(xié)調(diào)相對(duì)較好。

表2 珠三角地區(qū)生境質(zhì)量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of habitat quality in the Pearl River Delta

3.2 水鳥(niǎo)生態(tài)廊道生境質(zhì)量分析

采用珠三角生態(tài)廊道緩沖帶（圖3）提取生境質(zhì)量，得到珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道生境質(zhì)量圖（圖4），可以看出珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道生境質(zhì)量存在空間分異。結(jié)合表3 中數(shù)據(jù)結(jié)果，主廊道、次廊道、支廊道的生境質(zhì)量指數(shù)平均值均在0.5 以下，總體生境質(zhì)量不佳，其中支廊道的生境質(zhì)量相對(duì)最差，平均生境質(zhì)量指數(shù)為0.44，標(biāo)準(zhǔn)差為0.30，波動(dòng)較大。

表3 廊道生境質(zhì)量統(tǒng)計(jì)Tab. 3 Statistical table of corridors’ habitat quality

圖3 珠三角水鳥(niǎo)生態(tài)廊道Fig.3 The buffer zone of waterfowl ecological corridors in the Pearl River Delta

圖4 珠三角水鳥(niǎo)生態(tài)廊道生境質(zhì)量Fig.4 Habitat quality map of waterfowl ecological corridors in the Pearl River Delta

北部主廊道和南部主廊道的生境質(zhì)量指數(shù)平均值分別為0.45 和0.49，南部主廊道生境質(zhì)量相對(duì)較佳，主要是因?yàn)槠淇拷０稁?，濕地和紅樹(shù)林分布相對(duì)較多，為水鳥(niǎo)提供了較多的落腳點(diǎn)?！兑?guī)劃》中主廊道經(jīng)過(guò)的生態(tài)節(jié)點(diǎn)最多，其中北部主廊道9 個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)，南部主廊道10 個(gè)生態(tài)節(jié)點(diǎn)，2 條主廊道需要發(fā)揮廊道骨架結(jié)構(gòu)作用，是水鳥(niǎo)遷移、咸淡水循環(huán)的重要通道。雖然規(guī)劃中所選擇的生態(tài)節(jié)點(diǎn)主要為濕地公園和自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)較優(yōu)的區(qū)域，但是目前主廊道的總體生境質(zhì)量尚未達(dá)到良好水平，因此在進(jìn)一步建設(shè)的過(guò)程中不能只關(guān)注生態(tài)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量提升，整條廊道的生境質(zhì)量提升也應(yīng)納入地方生境提升計(jì)劃之中。

4 條次廊道中生境質(zhì)量最優(yōu)的為流溪河次廊道，平均生境質(zhì)量指數(shù)為0.5，主要穿過(guò)廣州從化區(qū)，中部和西部次廊道雖然穿過(guò)生境質(zhì)量總體不太優(yōu)的城市，但選址較佳，因此生境質(zhì)量居4 條次廊道之中。次廊道主要是連接主廊道和支廊道大型的自然河流，是水鳥(niǎo)遷移、水系循環(huán)的重要廊道，因此在未來(lái)建設(shè)過(guò)程中需要重視河流生境和濕地生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與營(yíng)造。

13 條支廊道中，賀江簇、綏江簇、西枝江簇和曾江簇的生境質(zhì)量總體均為良好，其生境質(zhì)量指數(shù)平均值均處于(0.6-0.8]之間，深圳河簇和東江支流簇的生境質(zhì)量相對(duì)最差，生境質(zhì)量指數(shù)平均值分別為0.26 和0.28，臨近差的水平，且標(biāo)準(zhǔn)差均大于0.3，生境質(zhì)量起伏較大?！兑?guī)劃》中支廊道的作用主要是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，營(yíng)造小氣候以及發(fā)揮自然教育作用，而只有良好的生境才能吸引訪客，達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)，在建設(shè)中不僅要重視生境的提升和自然教育場(chǎng)所的營(yíng)造，同時(shí)應(yīng)該注重對(duì)公眾保護(hù)水鳥(niǎo)行為的引導(dǎo)。

4 結(jié)論與討論

本研究基于InVEST 模型的生境質(zhì)量制圖分析評(píng)價(jià)珠三角地區(qū)的整體生境質(zhì)量和擬建珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道生境適宜性。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）珠三角地區(qū)生境質(zhì)量總體處于良好，空間分異明顯，總體呈現(xiàn)西部和東北地區(qū)生境質(zhì)量相對(duì)較佳，而中部生境質(zhì)量低的狀態(tài)，這與前人[11]基于Google Earth Engine 云計(jì)算結(jié)果相一致，證明了基于InVEST 生境質(zhì)量研究的可靠性。珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的生境質(zhì)量相對(duì)較差，因此珠三角在進(jìn)一步建設(shè)中應(yīng)做好規(guī)劃，協(xié)調(diào)平衡生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

（2）珠三角地區(qū)水鳥(niǎo)生態(tài)廊道選址區(qū)域目前平均生境質(zhì)量指數(shù)不足0.5，未來(lái)建設(shè)仍需投入較多精力恢復(fù)生境，尤其是功能性最強(qiáng)的主廊道生境質(zhì)量提升。4 條支廊道的生境質(zhì)量應(yīng)注重河道生態(tài)修復(fù)，支廊道在營(yíng)造自然教育場(chǎng)所時(shí)應(yīng)關(guān)注公眾的水鳥(niǎo)保護(hù)行為引導(dǎo)[14]。

本研究在模型威脅因子和敏感度因子的設(shè)定上，參考福建省和云南省的相關(guān)參數(shù)，可能會(huì)對(duì)生境質(zhì)量分析結(jié)果略有影響，未來(lái)研究中可以進(jìn)一步針對(duì)水鳥(niǎo)生境需求設(shè)定參數(shù)。