滇西北地區(qū)自然村對(duì)滇金絲猴生境質(zhì)量的影響

朱淑嫻,李 麗,*,邢 璐,吳鞏勝,國(guó)洪艷,王 翔,包廣靜

1 云南財(cái)經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,昆明 650221 2 云南財(cái)經(jīng)大學(xué)野生動(dòng)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(gè)斑塊生境對(duì)人類土地利用和這些土地利用強(qiáng)度的接近性,其退化被看作是附近的土地利用強(qiáng)度增加的結(jié)果[5]。隨著人類對(duì)土地利用強(qiáng)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(guò)保護(hù)生境質(zhì)量,能夠維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的持久性和穩(wěn)定性,從而保護(hù)生物多樣性[9—10]。

隨著城鎮(zhèn)化水平不斷提升,人類對(duì)自然資源的干擾越來(lái)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(dòng)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(diǎn)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(jì),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(xiǎn)[12]。因此,關(guān)于滇金絲猴生境質(zhì)量的研究,將成為保護(hù)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(píng)估生境質(zhì)量,使保護(hù)物種數(shù)目的最大化,可以替代詳細(xì)的方法來(lái)迅速檢驗(yàn)生境的質(zhì)量和數(shù)量的變化,具有方便性、普適性和動(dòng)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(cè)與評(píng)價(jià)[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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)滇金絲猴的生境質(zhì)量的影響,因此定量研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)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(hù)措施。

本文選取滇西北地區(qū)約2572個(gè)自然村的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和344塊樣地,運(yùn)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(duì)滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量的影響,旨在探討以下3個(gè)問(wèn)題:(1)如何評(píng)估自然村發(fā)展現(xiàn)狀；(2)基于此現(xiàn)狀,定量評(píng)估滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量；(3)探討自然村發(fā)展對(duì)滇金絲猴群的影響,規(guī)劃滇金絲猴生境保護(hù)的關(guān)鍵區(qū)域及提出保護(hù)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?yàn)榻缦?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(gè)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(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)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(zhǔn),通過(guò)ENVI 4.6對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正,通過(guò)ArcGIS 10.4進(jìn)行人機(jī)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(yàn),滿足研究精度要求[26]；2572個(gè)自然村點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)從國(guó)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?cái)?shù)據(jù)來(lái)自云南省林業(yè)調(diào)查設(shè)計(jì)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(zhǎng)28.28 m、面積0.08 hm2的正方形固定樣地),經(jīng)檢驗(yàn),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(gè)自然村,依據(jù)自然資源、人口、經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施、能源和教育因素選取其中30項(xiàng)指標(biāo)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(jì)算,在滿足檢驗(yàn)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(píng)價(jià)自然村的發(fā)展等級(jí)。依據(jù)自然村發(fā)展等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),將其等級(jí)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ和Ⅶ,自然村等級(jí)越高表示自然村發(fā)展越好(表2)。

表1 自然村社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo)

表2 自然村發(fā)展等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2樣地處理

表3 樣地分類標(biāo)準(zhǔn)

表4 樣地生態(tài)等級(jí)評(píng)價(jià)

2.2.3基于InVEST模型的生境質(zhì)量評(píng)價(jià)

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(jìn)行生境質(zhì)量評(píng)價(jià),通過(guò)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(lái)表達(dá),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(píng)價(jià)指標(biāo)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(jì)算公式參見(jiàn)文獻(xiàn)[31—35]。根據(jù)InVEST模型的建模指標(biāo),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(jìn)行分析,而生境的稀缺性是用相對(duì)的2000年和2018年的土地利用/覆被圖的基本斑塊來(lái)評(píng)估,本文以2000年土地利用/覆被圖作為基準(zhǔn)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(jì)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(duì)做不同生態(tài)質(zhì)量等級(jí)的樣地做緩沖區(qū),并分別計(jì)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(duì)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(jìn)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(duì)威脅的敏感性(表6)。運(yùn)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(jí)行政區(qū)劃圖進(jìn)行疊加,統(tǒng)計(jì)各個(gè)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(jì)功能[37—38]等研究滇西北地區(qū)自然村發(fā)展對(duì)滇金絲猴分布區(qū)生境質(zhì)量的影響。通過(guò)ArcGIS把自然村的發(fā)展等級(jí)可視化分布,并利用核密度功能制作空間格局圖,準(zhǔn)確反映自然村發(fā)展的空間特征[37—39]。通過(guò)其緩沖區(qū)、疊加、重分類和空間統(tǒng)計(jì)功能評(píng)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(hù)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(jí)II的自然村分布最多,其中等級(jí)I的自然村占比為4.20%；等級(jí)II的自然村占比為59.83%；等級(jí)III的自然村占比為24.49%；等級(jí)IV的自然村占比為6.26%；等級(jí)V的自然村占比為2.45%；等級(jí)VI的自然村占比為2.18%；等級(jí)VII的自然村占比為0.58%。總的來(lái)說(shuō),研究區(qū)域南部自然村發(fā)展相對(duì)較好,發(fā)展趨勢(shì)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(duì)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(jì)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(jí)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(jí)的數(shù)量

3.2 自然村對(duì)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(dú)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(duì)滇金絲猴生境質(zhì)量比南部的自然村小；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(hù)生態(tài)環(huán)境。從各個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)生境質(zhì)量影響大,并且自然村的發(fā)展等級(jí)越高,猴群生境質(zhì)量越低；12個(gè)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(qiáng)規(guī)劃,C4、C6和C10猴群生境稀缺性比較低,均值為負(fù)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(hù)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(dòng)、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(hù)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(dòng)的邊緣區(qū)域,因此需要關(guān)注該區(qū)域的自然村對(duì)生境質(zhì)量的影響。其中需要對(duì)在猴群分布區(qū)內(nèi)存留著12個(gè)自然村進(jìn)行重點(diǎn)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(hù)生境質(zhì)量又能促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式,通過(guò)植被恢復(fù),改善生境質(zhì)量。

表10 滇金絲猴生境保護(hù)區(qū)域的面積

4 討論

生境變化被認(rèn)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(duì)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(xiǎn)。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(jì)林和其他非林地,間接反映自然村變化,通過(guò)對(duì)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(kuò)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(lái)土地利用規(guī)劃[34—35],對(duì)生物多樣性保護(hù)非常重要。北部區(qū)域的生境稀缺性總體較高,是因?yàn)槠渌橇值貓D斑面積變得稀缺,這樣有利于猴群的保護(hù),需要優(yōu)先加強(qiáng)規(guī)劃；南部區(qū)域的生境稀缺性總體較低,是因?yàn)槟喜康貐^(qū)受社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響大,為了發(fā)展自然村經(jīng)濟(jì),增加建設(shè)用地、農(nóng)牧地和人工經(jīng)濟(jì)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?yàn)槿藶榈拈_(kāi)墾農(nóng)牧地導(dǎo)致農(nóng)牧地增加的,這不利于猴群的保護(hù)。

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

圖5 滇金絲猴生境保護(hù)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(diǎn),分析生境質(zhì)量,從而提出物種保護(hù)措施,為物種保護(hù)提出了一個(gè)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(jí)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(duì)猴群生境質(zhì)量的范圍和時(shí)空演變:(1)由于數(shù)據(jù)保護(hù)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(shí)間序列的土地利用數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的獲取；(2)InVEST模型相對(duì)較為成熟,在空間表達(dá)、動(dòng)態(tài)研究等方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法,但計(jì)算中的參數(shù)設(shè)置存在一定的主觀性,參數(shù)驗(yàn)證及更多有效的可獲取的變量有待探討；(3)將進(jìn)一步完善反映自然村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變量,比如各級(jí)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。