貴州省生物多樣性熱點地區研究

王 瑞, 安裕倫, 王培彬, 馬良瑞

(1.貴州師范大學 地理與環境科學學院, 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的保護成為研究的熱點。本文根據貴州省生物多樣性的現狀，選取了生境質量指數、物種多樣性指數和景觀多樣性指數為評價參數，來計算生物多樣性指數，再借助空間相關分析方法確定了貴州省生物多樣性的熱點地區。結果顯示，貴州省生物多樣性保護熱點地區總面積達37 662.68 km2，占研究區總面積的21.37%，涵蓋了582種指示物種，占全部指示物種數目的94.0%。貴州省生物多樣性熱點地區共有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；黔北大婁山區及赤水河、習水河河谷；黔東南雷公山、月亮山區及都柳江河谷；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。通過分析結果，建議開展生物多樣性的全面調查和長期動態監測，并利用3S技術建立自然保護區的信息數據庫，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; 熱點區; 空間相關分析

生物多樣性是人類賴以生存的物質基礎[1].但隨著近些年來全球生態環境的不斷惡化，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]。世界自然保護聯盟(IUCN)發布的“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，因此在區域尺度上使具有代表性的生態系統類型和棲息地均能保存下來成為當前學界對于地球生態多樣性保護的共識[5]。

隨著人們生態環境意識的提高，保護生物多樣性成為人們關注的焦點[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，國際上業已開展了許多關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的劃定和基于該生態學區域的科學研究已經成為國內外研究的熱點。許多學者從全球、區域及地區等不同尺度，進行了相關研究[7]。研究成果包括開發了基于系統保護規劃的C-Plan軟件，建立了基于生態位理論的生態位模型等，這些整合了其他相關學科和復雜數學計算工具的模型系統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的規劃提供有力的理論、技術和工具支持。

隨著該領域研究工作在我國的起步，我國的學者也在近些年對于區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的研究[8]，我國西部地區生物多樣性熱點地區的評定與劃分[9],安徽省鳥類分布熱點區的評價[10]和中國生物多樣性熱點地區(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方面的發展。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，即生物多樣性熱點區[12-13]。

貴州省位于中國西南部，地處長江和珠江上游地區，是典型的喀斯特巖溶地區，生物物種較為豐富，但是由于特殊的地質演化背景和過程，使得石漠化發育程度較高，導致生態系統非常脆弱，經濟發展緩慢，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域內尤為重要[14]。本文結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量指數、物種多樣性指數、景觀多樣性指數三個評價指標參數，計算貴州省生物多樣性指數，再采用空間相關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。該研究旨在為貴州省的生物多樣性保護規劃提供理論依據和技術支持，也為今后該區域的生態學科研和工作提供借鑒和參考。

1 研究區概況

貴州省位于北緯24.37°—29.13°、東經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。貴州氣候屬亞熱帶季風氣候，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，植被是中亞熱帶常綠闊葉林，在省的西南部部分地區，則發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《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 數據準備

研究區內行政區劃、植被、土地覆蓋/利用、道路、自然保護區和物種分布等數據被作為本研究的源數據，并采用ArcGIS軟件，通過輸入和匯總，建立地理信息系統數據庫。其中植被圖來自《貴州省國土資源地圖集》中的植被類型數據(比例尺為1∶1 500 000)，經過數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，通過進行監督分類，并根據實地調查驗證修改得到。自然保護區分布圖來自數字化后的貴州省林業部門的自然保護區規劃圖；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 本研究選取了生境質量指數、物種多樣性指數、景觀多樣性指數三個評價指標參數，以柵格為統計單元，利用公式(1)計算生物多樣性指數。

BIx= 生境質量指數+物種多樣性指數+

景觀多樣性指數

(1)

式中：BIx——柵格單元x的生物多樣性指數。將計算得到的生物多樣性指數進行最大值標準化處理，使得指數取值在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表示出來。

(1) 生境質量。本研究的生境質量指數通過采用InVEST生物多樣性模型進行計算[15-16]，模型需要輸入的數據有土地利用圖，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、農田、居民點、人口等矢量數據，根據模型需要，要將矢量數據進行向柵格數據轉化。威脅源表中的威脅強度、威脅距離威參考已有的相關文獻資料[17]，威脅因子的相對權重值來自專家打分。生境敏感性表中的敏感性值參考模型推薦數據，并根據貴州省特定的生境狀況進行了優化調整。關系式如下：

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——威脅因子相對權重。

(2) 物種多樣性。物種的多樣性熱點地區是指指示物種集中分布的地區。本文根據《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，根據林業部門相關統計資料，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軟件的柵格統計功能，計算出貴州省物種多樣性指數。

表1 貴州省動植物指示物種類別

(3) 景觀多樣性。景觀多樣性指數采用Shannon-Weiner多樣性指數進行計算(見公式4)，根據O，Neill的經驗性原則[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，其值越大表明評估單元內的植被系統越豐富；Pi——評估單元x內的植被群系i的面積比例；n——植被群系的數目。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

3 結果與討論

3.1 生物多樣性指數

根據模型計算出的生物多樣性指數見圖1。從縣域行政區分布來看，貴州省生物多樣性指數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大部分地區以及除興義市外的黔西南州大部分地區生物多樣性指數較低。從分布面積上來看，生物多樣性指數高值區面積為31 027.44km2，面積占全省面積,17.62%，指數低值區面積為30 688.66km2，占全省面積的17.43%。從地貌上來看，生物多樣性指數高的地區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，這些地區大多數為高原山地，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。而生物多樣性指數較低的地區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，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

3.2生物多樣性熱點區

圖2 貴州省指數

4 結論與建議

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

(2) 貴州省生物多樣性熱點地區共有六個，分別是：黔東北—梵凈山、佛頂山為中心的高中山、中山山地；黔北大婁山區及赤水河、習水河河谷；黔東南雷公山、月亮山區及都柳江河谷；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。這些地區應成為貴州省生物多樣性保護重點關注的地區。

表2 貴州省生物多樣性保護熱點區

(3) 本研究所得出的熱點地區基本涵蓋了貴州省大部分國家級、省級自然保護區，這些地區植被覆蓋度較高，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域內也具有豐富的生物多樣性，而這些地區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。

綜上，由于復雜的地質過程和由此產生的生態地理條件的復雜多樣，造就了貴州省生物多樣性的現狀。然而，由于現有保護區規劃方法不完備，保護體系的不完善，造成了保護區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范圍之內，為貴州省今后的生態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工作中，以熱點區為基本保護單元，開展生物多樣性的分階段、分步驟的全面調查和長期動態監測，并利用3 S技術建立自然保護區的信息數據庫，以便更好地為生物多樣性保護與恢復研究服務。

[1] 李智琦,歐陽志云,曾慧卿.基于物種的大尺度生物多樣性熱點研究方法[J].生態學報，2010，30(6):1586-1593.

[2] 王棒,關文彬,吳建安,等.生物多樣性保護的區域生態安全格局評價手段:GAP分析[J].水土保持研究,2006,13(1):192-196.

[3] 萬本太,徐海根,丁暉,等.生物多樣性綜合評價方法研究[J].生物多樣性,2007,15(1):97-106.

[4] 李迪強,宋延齡.熱點地區與GAP分析研究進展[J].生物多樣性,2000,8(2):208-214.

[5] 趙淑清,方精云,雷光春.全球200:確定大尺度生物多樣性優先保護的一種方法[J].生物多樣性,2000,8(4):435-440.

[6] 葉其炎,楊樹華,陸樹剛,等.玉溪地區生物多樣性及生境敏感性分析[J].水土保持研究,2006,13(6):75-78.

[7] 徐佩,王玉寬,楊金鳳,等.汶川地震災區生物多樣性熱點地區分析[J].生態學報,2013,33(3):718-725.

[8] 劉吉平,呂憲國.三江平原濕地鳥類豐富度的空間格局及熱點地區保護[J].生態學報,2011,31(20):5894-5902.

[9] 劉廣超,陳建偉.我國西部地區生物多樣性熱點地區的評定與劃分[J].西部林業科學,2004,33(3):18-25.

[10] 張有瑜,周立志,王岐山,等.安徽省繁殖鳥類分布格局和熱點區分析[J].生物多樣性,2008,16(3):305-312.

[11] 馬克平.中國生物多樣性熱點地區(Hotspot)評估與優先保護重點的確定應該重視[J].植物生態學報,2001,25(1):124-125.

[12] 王智,蔣明康,秦衛華.中國生物多樣性重點保護區評價標準探討[J].生態與農村環境學報,2007,23(3):93-96.

[13] 徐衛華,歐陽志云,張路,等.長江流域重要保護物種分布格局與優先區評價[J]. 環境科學研究,2010,23(3):312-319.

[14] 趙衛權,吳克華,蘇維詞,等.貴州省生物多樣性綜合評價與分析[J].水土保持通報,2011,31(3):171-174.

[15] Nelson E, Mendoza G, Regetz J, et al. Modeling multiple ecosystem services, biodiversity conservation, commodity production, and tradeoffs at landscape scales[J]. Frontiers in Ecology and the Environment,2009,7(1):4-11.

[16] Kareiva P M, Tallis H, Ricketts T H, et al. Natural Cpaital:Theory and Practice of Mapping Ecosystem Services[M]. New York:Oxford University Press,2011.

[17] 彭怡. InVEST模型在生態系統服務功能評估中的應用研究:以汶川地震災區為例[D].成都:中國科學院,2010.

[18] 李迪強,宋延齡,歐陽志云.全國林業系統自然保護區體系規劃研究[M].北京:中國大地出版社,2003.

[19] ONeill R V, Riitters K H, Wickham J D, et al. Landscape pattern merics and regional assessment[J]. Ecosyst Health,1999,5(4):225-233.

[20] ONeill R V, Krummel J R, Gardner R V, et al. Indices of landscape pattern[J]. Landscape Ecol.,1988,1(3):153-162.

[21] 張松林,張昆.局部空間自相關指標對比研究[J].統計研究,2007,24(7):65-67.

[22] 范新生,應龍根.中國SARS疫情的探索性空間數據分析[J].地球科學進展,2005,20(3):282-291.

[23] 呂安民,李成名.中國省級人口增長率及其空間關聯分析[J].地理學報,2002,57(2):143-150.

[24] 張松林,張昆.全局空間自相關Moran指數和G系數對比研究[J].中山大學學報:自然科學版,2007,46(4):93-97.

[25] 張松林,張昆.空間自相關局部指標Moran指數和G系數研究[J].大地測量與地球動力學,2007,27(3):31-34.

[26] 彭斌,張鷹,胡代玉,等.利用空間分析技術探討結核病發病的空間分布模式[J].中國衛生統計,2007,24(3):229-231.

[27] 沈綠珠.空間關聯分析及其應用[J].統計與決策,2006(8):28-30.

[28] Getis A, Ord J K. The analysis of spatial association by use of distance statistics[J]. Geographical Analysis,1992,24(3):189-206.

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遙感與生態環境保護研究。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遙感與生態環境保護研究。E-mail:anyulun@126.com

X176；Q143

：A

：1005-3409(2014)06-0152-06