甘肅岷山大熊貓棲息地生態(tài)廊道的測(cè)定與標(biāo)識(shí)

廖永峰沈曉燕

(1.甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園林工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

生態(tài)廊道是指多個(gè)彼此隔離的植被斑塊連接起來的植被帶[1]，人類活動(dòng)加劇了動(dòng)物生境破碎化程度，已經(jīng)變成一個(gè)普遍現(xiàn)象[2]。生態(tài)廊道可以使破碎化的植物斑塊連接為一體，為動(dòng)物在這些斑塊間無障礙遷徙、擴(kuò)散提供活動(dòng)通道[3]。

岷山地區(qū)是中國珍稀瀕危野生動(dòng)物大熊貓的主要分布區(qū)域，也是中國保護(hù)生物多樣性的重要地區(qū)之一。隨著人類生產(chǎn)生活的加劇，該區(qū)域自然生態(tài)體系受到人類活動(dòng)強(qiáng)烈地沖擊，致使植被斑塊的減少與破碎化,依賴林地生境生存的陸行野生動(dòng)物個(gè)體與種群數(shù)量也大大減少。另外，人為干擾活動(dòng)的頻繁，也對(duì)該區(qū)域野生動(dòng)物遷徙產(chǎn)生了干擾及阻隔效應(yīng)。因此，在該區(qū)域構(gòu)建大熊貓生態(tài)廊道成為大熊貓棲息地完整性和連續(xù)性的關(guān)鍵。本文依據(jù)全國第四次大熊貓調(diào)查數(shù)據(jù)資料和甘肅岷山大熊貓保護(hù)區(qū)巡護(hù)調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)甘肅岷山大熊貓生境廊道進(jìn)行測(cè)定與標(biāo)識(shí)，為大熊貓擴(kuò)大活動(dòng)范圍提供了空間途徑,為大熊貓生境廊道的建設(shè)提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

岷山山系是甘肅大熊貓主要分布區(qū),海拔595～4920m,高山峽谷、谷壁陡峭、峰巒崢嶸、河床狹窄是岷山山系的主要地貌,境內(nèi)河流為嘉陵江水系,主要支流有白水江、達(dá)拉河、讓水河、多兒河等；大部分區(qū)域?qū)倥瘻貛夂?南部的文縣、武都區(qū)屬于亞熱帶山地氣候,最低氣溫4.4℃,最高氣溫25.1℃,年平均氣溫15.6℃；北部的卓尼縣、迭部縣屬于甘南高寒濕潤區(qū),年平均降水量在700mm以上，年平均氣溫為6.7℃；南部和北部氣候差異較大,形成了各自獨(dú)特的地理氣候條件。

2 研究方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

以最新的森林二類資源清查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合小班區(qū)劃獲得研究區(qū)植被分布圖。基礎(chǔ)圖層數(shù)據(jù)以研究區(qū)1∶50000地形圖數(shù)字化處理獲取；選擇ArcGIS軟件完成矢量化處理及空間分析。本研究區(qū)域空間分析使用30m分辨率的DEM(數(shù)字高程模型)，數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)網(wǎng)站下載。

2.2 動(dòng)物廊道調(diào)查

以研究區(qū)的交通路網(wǎng)為主要調(diào)查線路，對(duì)割裂研究區(qū)的道路進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查，記錄群落郁閉度、喬木蓋度、灌木層高、草本平均高度等，對(duì)區(qū)域內(nèi)的河流寬度、河道形狀、水庫的形狀、面積等作為重點(diǎn)調(diào)查內(nèi)容。

2.3 生態(tài)廊道的測(cè)定

最小成本廊道通過最小累積阻力模型(MCR)測(cè)定，賦予不同生境類型一定的阻力值，以此反映物種運(yùn)動(dòng)的最小累積成本，計(jì)算物種從“源”到空間某點(diǎn)的最小累積成本距離，從而模擬最小成本路徑，通過成本加權(quán)距離定義廊道的“寬度”。

2.4 圖形制作

根據(jù)大熊貓棲息地生境選擇與分布特征，利用GIS技術(shù)，制作大熊貓活動(dòng)軌跡圖和廊道標(biāo)識(shí)圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 甘肅岷山大熊貓棲息地現(xiàn)狀

甘肅岷山大熊貓棲息地主要由白水江、博峪、尖山、阿夏、多兒、插崗梁6個(gè)自然保護(hù)區(qū)組成,總面積187238hm2。大熊貓岷山種群有2個(gè)亞種群：岷山A種群和岷山C種群[4]，具體分布情況見表1。

表1 甘肅岷山大熊貓自然保護(hù)區(qū)基本情況

調(diào)查表明，甘肅岷山大熊貓喜歡選擇竹林生長狀況好、喬木高度層在30m以上的天然林，且竹子覆蓋度在50%以上、地勢(shì)較為平緩的針闊林生境。表2是甘肅岷山大熊貓生境因素選擇結(jié)果。

大熊貓對(duì)竹林具有較強(qiáng)的選擇性，調(diào)查表明，大熊貓經(jīng)常選擇在竹林密度適中的區(qū)域覓食，由于竹子種類的差別，竹徑大小不同，選擇的密度也差別較大。各個(gè)區(qū)域大熊貓選擇進(jìn)食的竹子密度各不相同，可能的原因除了與竹種不同有關(guān)外，也與不同地域竹林的發(fā)育程度有關(guān)。岷山山系白水江西段大熊貓選擇缺苞箭竹的密度為50～80株·m-2。

3.2 甘肅岷山大熊貓對(duì)棲息地生境因子的選擇

通過對(duì)研究區(qū)大熊貓棲息地生境調(diào)查表進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到研究區(qū)大熊貓生境選擇的頻數(shù)分布結(jié)果(表3)。選擇頻次與百分率的多少反映了研究區(qū)大熊貓對(duì)各生境因子不同水平的偏好程度。

表3 岷山大熊貓對(duì)各生境因子不同水平的選擇頻次

續(xù)表 岷山大熊貓對(duì)各生境因子不同水平的選擇頻次

調(diào)查表明，在海拔高度上，大熊貓喜歡選擇2000～2800m范圍的生境；在坡位上，大熊貓偏向中、上部坡位活動(dòng)；在坡形上，大熊貓偏好凸坡活動(dòng)；在坡向上，大熊貓偏好東南、西南方位；在坡度上，大熊貓喜歡在6°～30°均勻坡面活動(dòng)；在生境類型上，大熊貓喜歡在針闊混交林中活動(dòng)；在森林起源上，大熊貓喜歡在原始林活動(dòng)；在喬木高度方面，大熊貓喜歡在喬木高度11～20m的生境中活動(dòng)；在喬木郁閉度上，大熊貓喜歡喬木郁閉度在0.2～0.5的空間活動(dòng)；在喬木平均胸徑上，大熊貓喜歡在喬木平均胸徑為11～30cm的生境中活動(dòng)；在灌木蓋度上，大熊貓喜歡灌木蓋度在20%～70%的生境活動(dòng)；在竹子高度上，大熊貓喜歡在竹子高度2～3m的生境活動(dòng)；在竹子蓋度上，大熊貓喜歡竹子蓋度在20%～70%的生境活動(dòng)；在竹子生長類型方面，大熊貓喜歡叢生或混生的生境中活動(dòng)；在竹子生長狀況方面，大熊貓喜歡竹子生長好的生境；在距水源方面，大熊貓選擇偏向不明顯；在人為干擾強(qiáng)度方面，大熊貓喜好沒有人為干擾的環(huán)境生活。

3.3 生態(tài)廊道測(cè)定與分析

根據(jù)源地空間分布和阻力柵格圖層，使用GIS空間分析功能模塊分別計(jì)算每個(gè)斑塊的景觀耗費(fèi)阻力面及回溯鏈接?xùn)鸥衩妗Ｔ诖嘶A(chǔ)上，結(jié)合目標(biāo)源地的柵格圖層，確定最小阻力通道，生成兩地間累計(jì)耗費(fèi)距離，選擇潛在生態(tài)廊道的最佳范圍。生態(tài)廊道構(gòu)建步驟，見圖1。

圖1 生態(tài)廊道構(gòu)建步驟

3.3.1 阻力柵格圖層及阻力系數(shù)

根據(jù)大熊貓對(duì)生態(tài)環(huán)境的傾向設(shè)定阻力系數(shù)，目的是對(duì)柵格圖層中每一個(gè)像元的阻力大小進(jìn)行量化，根據(jù)參考文獻(xiàn)中已有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在生態(tài)景觀學(xué)上阻力系數(shù)可設(shè)置為1～100的值，值越小,說明其阻力越小；值為1時(shí)，說明大熊貓?jiān)谠搮^(qū)域內(nèi)的阻力為0，值為100時(shí)說明大熊貓?jiān)谠搮^(qū)域無法通行或是生存。為此，將適宜區(qū)設(shè)置為1，次適宜區(qū)設(shè)置為30，不適宜區(qū)設(shè)置為80，然后通過GIS的權(quán)重設(shè)定重分類功能對(duì)圖層像元進(jìn)行重分類，得到分類后的阻力柵格圖，完成阻力柵格圖層的構(gòu)建。

3.3.2 最小耗費(fèi)距離和最小耗費(fèi)成本路徑

在研究區(qū)的植被斑塊中確定1個(gè)斑塊為源地，剩余植被斑塊為目標(biāo)源地；然后在ArcGIS軟件中采用ArcToolbox—Spectial Analyst Tools—Distance功能下利用成本距離(cost distance)工具分別獲取從源地到其它各個(gè)目標(biāo)源地的景觀耗費(fèi)阻力面及回溯鏈接?xùn)鸥衩妫缓笸ㄟ^成本路徑的計(jì)算，獲取斑塊源地與目標(biāo)源之間的成本路徑距離。其中，成本距離是一種加權(quán)距離方法，不僅考慮最短路徑的計(jì)算，還要考慮最小成本或是其它最小花費(fèi)的加權(quán)。因此，通過該方法提取出的最小成本值即為最小耗費(fèi)距離值。

操作步驟:打開軟件ArcGIS，點(diǎn)擊ArcToolbox—Spectial Analyst Tools—Distance—Scost Distance,見圖2(a)。參數(shù)設(shè)置：分別輸入源文件和阻力圖層2個(gè)柵格文件；設(shè)置輸出路徑以及回溯鏈接?xùn)鸥衩妫辉诃h(huán)境參數(shù)設(shè)置中設(shè)置輸出范圍與阻力柵格圖層相同；點(diǎn)擊0K確定，生成景觀耗費(fèi)阻力面，見圖3。

圖2 生成景觀耗費(fèi)阻力面參數(shù)設(shè)置

結(jié)束后，點(diǎn)擊ArcToolbox—Spetial Analyst Tools—Distance—Cost Path。參數(shù)設(shè)置如圖2(b)，在對(duì)應(yīng)欄中分別輸入目標(biāo)源地柵格圖層、生成耗費(fèi)阻力面；設(shè)置輸出路徑，在環(huán)境參數(shù)設(shè)置中設(shè)置輸出范圍與阻力面相同；點(diǎn)擊0K確定，生成最小耗費(fèi)路徑圖，見圖3。

圖3 生成景觀耗費(fèi)阻力面

由于源地與目標(biāo)源地的形狀是不規(guī)則多邊形，在計(jì)算廊道的最短路徑時(shí)，生成的路線是源地與目標(biāo)源地最邊緣的連接路徑，在源地內(nèi)部之間也生成了最短距離路徑，因此，會(huì)有多條廊道生成，如圖4所示。

圖4 部分潛在廊道(最小耗費(fèi)路徑)分布示意圖

4 結(jié)論與討論

調(diào)查表明甘肅岷山大熊貓喜歡選擇竹林生長狀況好，喬木高度層在30m以上的天然林且竹子覆蓋度在50%以上、地勢(shì)較為平緩的針闊林，人類干擾程度較輕、水源相對(duì)較近的生境。

本研究針對(duì)岷山大熊貓棲息地，測(cè)定和標(biāo)識(shí)出了700～1700m為大熊貓最小生態(tài)廊道的建議寬度。

本研究利用最小費(fèi)用距離模型識(shí)別岷山大熊貓生態(tài)廊道的過程中，在提取生態(tài)廊道像元時(shí)，確定的閾值帶有一定的主觀性，這就涉及到廊道設(shè)計(jì)時(shí)寬度確定的問題。

甘肅岷山大熊貓種群有2個(gè)亞種群：岷山A種群和岷山C種群。研究表明，甘肅岷山大熊貓棲息地存在隔離帶；某些棲息地被人類開發(fā),已退縮為獨(dú)立的一小塊區(qū)域；某些棲息地范圍也較小,面臨滅絕的可能性大。因此，在棲息地與棲息地之間建立大熊貓走廊帶,以連接分離的棲息地,為大熊貓個(gè)體的基因交換與災(zāi)難庇護(hù)創(chuàng)造條件。加大對(duì)岷山大熊貓棲息地及最適生境的保護(hù)力度,使岷山大熊貓棲息地得到恢復(fù)和擴(kuò)大。