滇西北地區(qū)自然村對滇金絲猴生境質(zhì)量的影響

朱淑嫻,李 麗,*,邢 璐,吳鞏勝,國洪艷,王 翔,包廣靜

1 云南財經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,昆明 650221 2 云南財經(jīng)大學(xué)野生動植物管理與生態(tài)系統(tǒng)健康研究中心,昆明 650221

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area C1—15為滇金絲猴種群編碼

生境質(zhì)量是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ),是指生態(tài)系統(tǒng)為生物提供生存、繁殖和發(fā)展的能力[1—4]。生境質(zhì)量取決于一個斑塊生境對人類土地利用和這些土地利用強度的接近性,其退化被看作是附近的土地利用強度增加的結(jié)果[5]。隨著人類對土地利用強度的增加,生境喪失、生境破碎化和生境質(zhì)量下降[6—7],導(dǎo)致生境多樣性和生物多樣性喪失[8]。因此,通過保護生境質(zhì)量,能夠維護生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的持久性和穩(wěn)定性,從而保護生物多樣性[9—10]。

隨著城鎮(zhèn)化水平不斷提升,人類對自然資源的干擾越來越大,在生物多樣性極其豐富的滇西北地區(qū),不僅形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)與多樣化的生境條件,而且孕育了豐富的動植物資源,滇金絲猴就是其中最瀕危的物種之一[11]。由于環(huán)境變化和種群的自然遷移等原因,滇金絲猴部分生境與人類居民點發(fā)生重疊[12]。在這些重疊的區(qū)域內(nèi),由于居民濫砍濫伐,占用耕地發(fā)展經(jīng)濟,使滇金絲猴生境日漸減少,生境破碎化程度加深,生境質(zhì)量也出現(xiàn)不同程度的衰退,加劇滇金絲猴種群數(shù)量減少的風(fēng)險[12]。因此,關(guān)于滇金絲猴生境質(zhì)量的研究,將成為保護生境多樣性和生物多樣性的重要途徑之一[13]。在生境質(zhì)量的研究中,InVEST-Habitat Quality模型是基于生境適宜性,結(jié)合土地覆被和生物多樣性威脅因素評估生境質(zhì)量,使保護物種數(shù)目的最大化,可以替代詳細的方法來迅速檢驗生境的質(zhì)量和數(shù)量的變化,具有方便性、普適性和動態(tài)性[14]。目前關(guān)于滇金絲猴生境研究較多關(guān)注于潛在生境模擬[15]、生境適宜性的預(yù)測與評價[16],景觀格局分析[17—18],生境的連通性分析[19—24]等,但較少有研究關(guān)注社會經(jīng)濟發(fā)展對滇金絲猴的生境質(zhì)量的影響,因此定量研究社會經(jīng)濟對滇金絲猴生境質(zhì)量的影響,可為滇金絲猴種群提出有效的保護措施。

本文選取滇西北地區(qū)約2572個自然村的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和344塊樣地,運用GIS空間分析法的主成分分析和InVEST模型,研究滇西北地區(qū)自然村發(fā)展對滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量的影響,旨在探討以下3個問題:(1)如何評估自然村發(fā)展現(xiàn)狀；(2)基于此現(xiàn)狀,定量評估滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量；(3)探討自然村發(fā)展對滇金絲猴群的影響,規(guī)劃滇金絲猴生境保護的關(guān)鍵區(qū)域及提出保護策略。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于滇西北三江并流區(qū)域,以瀾滄江、金沙江和川、滇、藏省域為界限,大約有16400km2,主要分布于迪慶藏族自治州、大理白族自治州、怒江傈傈族自治州和麗江市,具體包括在7個縣域在內(nèi),分別為德欽縣、維西縣、蘭坪縣、香格里拉縣、麗江縣、劍川縣和云龍縣[25](圖1)。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)數(shù)據(jù)采用研究區(qū)內(nèi)2000年和2018年的SPORT遙感影像圖,利用1∶50000地形圖配準,通過ENVI 4.6對遙感影像進行幾何校正,通過ArcGIS 10.4進行人機交互目視解譯,得到2期土地覆蓋圖,生境植被的解譯已經(jīng)綜合考慮了地形、氣候等相關(guān)因素,經(jīng)檢驗,滿足研究精度要求[26]；2572個自然村點和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)從國家地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)和云南省數(shù)字鄉(xiāng)村網(wǎng)下載；344塊樣地數(shù)據(jù)來自云南省林業(yè)調(diào)查設(shè)計院2017年樣地資源調(diào)查數(shù)據(jù)(樣地是按6 m×8 km布設(shè)的邊長28.28 m、面積0.08 hm2的正方形固定樣地),經(jīng)檢驗,滿足研究精度要求[25]。

2.2 研究方法

2.2.1主成分分析法

選取位于研究區(qū)內(nèi)的2572個自然村,依據(jù)自然資源、人口、經(jīng)濟、基礎(chǔ)設(shè)施、能源和教育因素選取其中30項指標作為主成分分析(PCA)[25,27—28]的基礎(chǔ)(表1)。利用PCA在SPSS 26.0計算,在滿足檢驗精度的要求下,分析選取特征值>1的因子作為主成分,并將各主成分作為自然村發(fā)展因子,得到自然村綜合得分,用于評價自然村的發(fā)展等級。依據(jù)自然村發(fā)展等級劃分標準,將其等級劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ,自然村等級越高表示自然村發(fā)展越好(表2)。

表1 自然村社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)指標

表2 自然村發(fā)展等級劃分標準

2.2.2樣地處理

表3 樣地分類標準

表4 樣地生態(tài)等級評價

2.2.3基于InVEST模型的生境質(zhì)量評價

InVEST模型的Habitat Quality模塊以土地利用/覆被和生物多樣性脅迫因素為基礎(chǔ)進行生境質(zhì)量評價,通過某一地區(qū)各種土地利用/覆被(LULC)類型的范圍和這些類型各自的退化度來表達,并且該模型中生境質(zhì)量和生境稀缺性作為生物多樣性的反映[29—31]。生境質(zhì)量的評價指標包括生境退化度(Habitat degradaton)、生境質(zhì)量和生境稀缺性(Habitat rarity),具體計算公式參見文獻[31—35]。根據(jù)InVEST模型的建模指標,生境退化度和生境質(zhì)量是基于當(dāng)前2018年的土地利用/覆被圖進行分析,而生境的稀缺性是用相對的2000年和2018年的土地利用/覆被圖的基本斑塊來評估,本文以2000年土地利用/覆被圖作為基準的LULC,2018年土地利用/覆被圖為當(dāng)前的LULC,并選取自然村、鄉(xiāng)道、其他非林地、人工經(jīng)濟林、農(nóng)牧地和人工建筑作為生境質(zhì)量的威脅因子[24—25,36],靜態(tài)估算獲得2018年的生境稀缺性。

用ArcGIS 10.6分別以1、1.5、2、2.5、3、3.5 km和4 km為半徑對做不同生態(tài)質(zhì)量等級的樣地做緩沖區(qū),并分別計算緩沖區(qū)內(nèi)自然村和鄉(xiāng)道的平均數(shù)量,利用Eviews 10.0分別做自然村和鄉(xiāng)道與樣地的相關(guān)性分析[27],分析得出自然村和鄉(xiāng)道的最大距離閾值分別為2 km和4 km。對威脅因子權(quán)重、土地利用類型的適宜性和敏感性相關(guān)參數(shù)進行專家打分,最終確定參數(shù)值,得到威脅因子屬性(表5)和土地利用類型對威脅的敏感性(表6)。運行InVEST模型,得到滇西北滇金絲猴分布區(qū)生境退化度、生境質(zhì)量和生境稀缺性指數(shù)的結(jié)果,并與縣級行政區(qū)劃圖進行疊加,統(tǒng)計各個縣域的均值情況。

2.2.4GIS空間分析法

利用ArcGIS的緩沖區(qū)、疊加、重分類、核密度和空間統(tǒng)計功能[37—38]等研究滇西北地區(qū)自然村發(fā)展對滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量的影響。通過ArcGIS把自然村的發(fā)展等級可視化分布,并利用核密度功能制作空間格局圖,準確反映自然村發(fā)展的空間特征[37—39]。通過其緩沖區(qū)、疊加、重分類和空間統(tǒng)計功能評估滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量,分析滇金絲猴群生境質(zhì)量受自然村影響和劃定滇金絲猴生境保護的關(guān)鍵區(qū)域。

3 結(jié)果與分析

3.1 自然村發(fā)展分析

從空間上分析,由圖2可看出,研究區(qū)南部自然村發(fā)展優(yōu)于北部,研究區(qū)域南部自然村密度比北部大,人為干擾程度大。從數(shù)量上分析(表7),等級II的自然村分布最多,其中等級I的自然村占比為4.20%；等級II的自然村占比為59.83%；等級III的自然村占比為24.49%；等級IV的自然村占比為6.26%；等級V的自然村占比為2.45%；等級VI的自然村占比為2.18%；等級VII的自然村占比為0.58%?？偟膩碚f,研究區(qū)域南部自然村發(fā)展相對較好,發(fā)展趨勢呈現(xiàn)多中心輻射現(xiàn)象。

表5 威脅因子屬性

表6 土地利用類型對威脅的敏感性

Vil1:自然村I Village I；Vil2:自然村II Village II；Vil3:自然村III Village III；Vil4:自然村IV Village IV；Vil5:自然村V Village V；Vil6:自然村VI Village VI；Vil7:自然村VII Village VII；Vr:鄉(xiāng)道 Village road；Onfl:其他非林地 Other non-forestry land；Ef:人工經(jīng)濟林 Economic forest；Al:農(nóng)牧地 Agricultural land；Ac:人工建筑 Artifical construction

圖2 滇金絲猴群與自然村發(fā)展等級分布和空間格局Fig.2 Grade distribution and spatial pattern of villages development and Yunnan Snub-nosed monkey groups

表7 自然村發(fā)展等級的數(shù)量

3.2 自然村對滇金絲猴生境質(zhì)量的影響分析

圖3 生境質(zhì)量和生境稀缺性分布Fig.3 The distribution of habitat quality and habitat rarity 由于本文的生境退化度均值-1.512,差異性趨于相同,故不單獨分析

生境稀缺性反映研宄區(qū)內(nèi)生境的土地利用類型斑塊的破碎化程度和區(qū)域生態(tài)安全格局的穩(wěn)定性[36]。生境稀缺性系數(shù)越高,反映該生境斑塊內(nèi)的土地利用類型變化程度大,如果破壞該土地利用類型的生境斑塊,區(qū)域內(nèi)的生境質(zhì)量和生態(tài)安全格局的穩(wěn)定性可能受到劇烈的影響[37—38]。從總體分析(圖3),研究區(qū)北部的生境質(zhì)量比南部高,北部自然村發(fā)展對滇金絲猴生境質(zhì)量比南部的自然村??；北部的生境稀缺性比南部高,生態(tài)穩(wěn)定性差,需要優(yōu)先保護生態(tài)環(huán)境。從各個縣域空間分布情況分析(表8),德欽縣的生境質(zhì)量最高,均值為0.5042；蘭坪縣的生境質(zhì)量最低,均值為0.1630。蘭坪縣的生境稀缺性最高,均值為0.0143；香格里拉縣的生境稀缺性最低,均值為-0.0335。

圖4 各猴群分布區(qū)自然村與生境質(zhì)量和生境稀缺性分布Fig.4 Distribution of villiages, habitat quality and habitat scarcity in each monkey reserve

表8 各縣生境質(zhì)量和生境稀缺性的均值

3.3 滇金絲猴群分布區(qū)受自然村影響的空間分析

由圖4和表9分析可知,在猴群分布區(qū)內(nèi)還存留著12個自然村,分別是咱爪羅村、阿木史光村、木光阿吉村、塞布怕哈村、糟坡村、歸龍村、粗丁村、增打村、義都設(shè)村和力利農(nóng)村；研究區(qū)分布有12個猴群,其生境質(zhì)量的均值為0.7408,總體生境比較高,其中,第11(C11)猴群生境質(zhì)量最高,均值為0.9047,第3、6和14(C3、C6和C14)猴群生境質(zhì)量比較低,自然村發(fā)展對生境質(zhì)量影響大,并且自然村的發(fā)展等級越高,猴群生境質(zhì)量越低；12個猴群的生境稀缺性的均值為-0.0125,生境保持比較穩(wěn)定狀態(tài),C1、C12和C13猴群生境稀缺性比較高,生境脆弱,需要優(yōu)先加強規(guī)劃,C4、C6和C10猴群生境稀缺性比較低,均值為負數(shù)。

表9 各猴群分布區(qū)生境質(zhì)量和生境稀缺性的均值

3.4 滇金絲猴生境保護的關(guān)鍵區(qū)域分析

如圖5和表10分析可知,劃分出4410.32 km2滇金絲猴優(yōu)質(zhì)生境區(qū)域,占總面積的26.85%,高質(zhì)量的生境有利于滇金絲猴群的活動、休憩和繁殖,因此將生境優(yōu)良區(qū)域作為滇金絲猴生境保護的關(guān)鍵區(qū)域；劃分出3356.30 km2滇金絲猴中等生境區(qū)域,占總面積的20.44%,該區(qū)域的生境是滇金絲猴活動的邊緣區(qū)域,因此需要關(guān)注該區(qū)域的自然村對生境質(zhì)量的影響。其中需要對在猴群分布區(qū)內(nèi)存留著12個自然村進行重點關(guān)注和規(guī)劃,使中等生境轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)生境；劃分出8657.64 km2低質(zhì)生境區(qū)域,占總面積的52.71%。該區(qū)域生境質(zhì)量低,需要形成既保護生境質(zhì)量又能促進當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展的模式,通過植被恢復(fù),改善生境質(zhì)量。

表10 滇金絲猴生境保護區(qū)域的面積

4 討論

生境變化被認為是基因、物種或生態(tài)系統(tǒng)變化的代表,滇西北地區(qū)滇金絲猴生境質(zhì)量高的區(qū)域?qū)⒏玫闹С值峤鸾z猴物種的多樣性[13]。自然村發(fā)展伴隨著對生境的破壞,使生境破碎化和生境質(zhì)量降低,這將導(dǎo)致滇金絲猴物種的多樣性的可持久性、彈性、恢復(fù)性的降低,加劇物種數(shù)量的減少的風(fēng)險。本文選用代表自然村用地的土地利用類型,如農(nóng)牧地、人工建筑、人工經(jīng)濟林和其他非林地,間接反映自然村變化,通過對2000年和2018年土地利用/覆被圖相交處理(圖6),從數(shù)量上,發(fā)現(xiàn)由非自然村用地轉(zhuǎn)化為自然村用地的面積占總土地面積的7.42%、由自然村用地類轉(zhuǎn)化為非自然村用地的面積占6.10%,因此,間接反映自然村面積增加了,占總面積的1.32%；從空間上,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)南部的自然村擴張程度比北部要大。

生境稀缺性可以反映生境的穩(wěn)定性,有利于指導(dǎo)未來土地利用規(guī)劃[34—35],對生物多樣性保護非常重要。北部區(qū)域的生境稀缺性總體較高,是因為其他非林地圖斑面積變得稀缺,這樣有利于猴群的保護,需要優(yōu)先加強規(guī)劃；南部區(qū)域的生境稀缺性總體較低,是因為南部地區(qū)受社會經(jīng)濟影響大,為了發(fā)展自然村經(jīng)濟,增加建設(shè)用地、農(nóng)牧地和人工經(jīng)濟林的面積,生境質(zhì)量較低。C1、C12和C13猴群生境稀缺性的均值比較高,是由于其他非林地圖斑面積減少造成的；C4、C6和C10猴群生境稀缺性的均值比較低,是因為人為的開墾農(nóng)牧地導(dǎo)致農(nóng)牧地增加的,這不利于猴群的保護。

依據(jù)研究結(jié)果,從滇金絲猴種群保護、生境質(zhì)量保護和恢復(fù)的角度提出以下三點建議:(1)加強滇金絲猴種群分布區(qū)的連接和生境質(zhì)量保護；(2)協(xié)調(diào)自然村社會經(jīng)濟發(fā)展與生境質(zhì)量保護的關(guān)系,促進人與滇金絲猴協(xié)同發(fā)展,對在C6、C13和C14猴群內(nèi)的12個自然村合理規(guī)劃和布局；(3)對生境稀缺性低的猴群,如C4、C6和C10退耕還林[24],進行植被恢復(fù)工程,促進適宜生境的恢復(fù)。

圖5 滇金絲猴生境保護的區(qū)域Fig.5 Habitat protection region for Yunnan snub-nosed monkey

圖6 自然村用地變化Fig.6 Villages land use change

依據(jù)物種生境本身的特點,分析生境質(zhì)量,從而提出物種保護措施,為物種保護提出了一個新的研究方向,本文是初步的研究和探索,已經(jīng)初步研究自然村的發(fā)展等級越高,猴群生境質(zhì)量越低,將在下一步的工作中定量研究自然村對猴群生境質(zhì)量的范圍和時空演變:(1)由于數(shù)據(jù)保護和獲取途徑有限,研究區(qū)只有滇西北地區(qū)的滇金絲猴分布區(qū),缺少西藏省內(nèi)部分的區(qū)域,研究缺少整體性和全面性,比如高精度和具有時間序列的土地利用數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的獲??；(2)InVEST模型相對較為成熟,在空間表達、動態(tài)研究等方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法,但計算中的參數(shù)設(shè)置存在一定的主觀性,參數(shù)驗證及更多有效的可獲取的變量有待探討；(3)將進一步完善反映自然村社會經(jīng)濟發(fā)展的變量,比如各級道路、人口空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)、集夜間燈光數(shù)據(jù)和GDP空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)集等。