基于綜合指數(shù)法的白龍江流域生物多樣性空間分異特征研究

謝余初,鞏 杰,齊姍姍,胡寶清,王克林

1 廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室,南寧 530001 2 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院西部環(huán)境教育部重點實驗室,蘭州 730000

基于綜合指數(shù)法的白龍江流域生物多樣性空間分異特征研究

謝余初1,2,3,鞏 杰2,*,齊姍姍2,胡寶清1,王克林3

1 廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室,南寧 530001 2 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院西部環(huán)境教育部重點實驗室,蘭州 730000

大中區(qū)域尺度上生物多樣性空間分布格局識別是制定和實施區(qū)域生物多樣性保護(hù)計劃的前提條件,也是生物多樣性保護(hù)確定優(yōu)先區(qū)域研究工作迫切需要解決的關(guān)鍵問題之一。擬以甘肅白龍江流域為例,結(jié)合InVEST模型和遙感、GIS技術(shù),以區(qū)域生境質(zhì)量、植物凈初級生產(chǎn)力和景觀狀態(tài)指數(shù)為評價指標(biāo),應(yīng)用歸一化處理方法,構(gòu)建區(qū)域生物多樣性空間格局綜合評估方法,在柵格像元尺度上開展白龍江流域生物多樣性評價及其空間分異特征分析。結(jié)果表明：白龍江流域生物多樣性較為豐富,空間分異特征明顯。生物多樣性較高的區(qū)域(Ⅰ和Ⅱ級以上)面積約占39.80%,且主要集中在自然保護(hù)區(qū)和林業(yè)管護(hù)區(qū)。生物多樣性較低的地區(qū)主要分布在舟曲-武都-文縣的白龍江兩岸及其以北區(qū)域、宕昌縣岷江沿岸、高寒稀疏植被區(qū)和高山積雪-裸巖區(qū)。

生物多樣性；評價指標(biāo)；空間分異；InVEST模型；甘肅白龍江流域

生物多樣性不僅是人類賴以生存發(fā)展的不可缺少的物質(zhì)條件和基礎(chǔ),而且在調(diào)節(jié)氣候、保持水土、維持自然平衡等方面起著不可替代的作用[1- 2]。然而,隨著全球環(huán)境變化、外來物種入侵以及人類活動干擾,全球生物多樣性喪失問題正日趨嚴(yán)重[3- 4]。2010 年《全球生物多樣性展望》報告指出,15000多個物種正在消失,且生物多樣性喪失的趨勢仍沒有得到有效遏制[5]。2014年聯(lián)合國環(huán)境署(UNEP)也強(qiáng)調(diào),生物多樣性持續(xù)減退是繼氣候變化之后又一個嚴(yán)重威脅人類的全球環(huán)境問題[6]。因此,加強(qiáng)對生物多樣性的認(rèn)知、評價、保護(hù)、規(guī)劃、管理和政策制定,不僅是實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要保證,而且已迫在眉睫。

開展大中尺度上生物多樣性及其空間分異特征研究,是生物多樣性保護(hù)重要區(qū)和生態(tài)補(bǔ)償區(qū)識別、界定和規(guī)劃的基礎(chǔ),也是小尺度生物多樣性評價、保育與管理的前提條件。為此,國內(nèi)外學(xué)者們就大中區(qū)域尺度下生物多樣性研究開展了大量工作。朱萬澤等[7]通過構(gòu)建區(qū)域生物多樣性綜合評價指標(biāo)體系與方法,分析了長江上游生物多樣性保護(hù)的重要性。李詠紅等[8]以縣域為評價單元探討了成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)生物多樣性空間分布特征。Hou等驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)(DPSIR)框架思路細(xì)化各評估指標(biāo),開展了社會經(jīng)濟(jì)活動對生物多樣性影響的評估工作[9]。Luo等從物種豐富度、特有種屬和威脅因子狀態(tài)與格局的角度分析了中國兩棲動物保護(hù)及優(yōu)先保護(hù)區(qū)的識別[10]。這些研究多以行政區(qū)劃為評價單元或傾向于通過生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)來獲得野外觀測數(shù)據(jù),而在柵格單元上開展生物多樣性空間尺度和時間尺度的研究報道較為鮮見[11]；同時,在缺乏全面的生物監(jiān)測數(shù)據(jù)的大尺度區(qū)域范圍內(nèi),基于行政單元的生物多樣性評估,其結(jié)果在一定程度上與實際分布狀況可能存在一定差距或不一致的現(xiàn)象。近年來,隨著3S技術(shù)和生態(tài)模型的發(fā)展,區(qū)域生物多樣性評估逐漸趨向于空間化、定量化、精細(xì)化、模型化。InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Service and Tradeoff)模型是由斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會、世界自然基金會等機(jī)構(gòu)共同開發(fā),可用于量化多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(如: 生境多樣性、碳儲量、產(chǎn)水量、土壤保持和水體凈化等),并能將評估結(jié)果以專題地圖的形式展現(xiàn)出來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評估模型[12- 13]。楊芝歌等[14]基于森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)和InVEST模型分析和評估了北京山區(qū)生物多樣性與碳儲量功能。徐佩等[15]利用InVEST模型和GIS空間分析技術(shù)探討了汶川地震災(zāi)區(qū)生物多樣性熱點地區(qū)。Polasky等[16]通過InVEST模型模擬分析了明尼蘇達(dá)州土地利用變化對生物多樣性保護(hù)的影響。由此可見,利用GIS和生態(tài)模型空間量化生物多樣性空間格局是可行的。

甘肅白龍江流域位于嘉陵江流域上游,是長江上游生物多樣性重要保護(hù)區(qū)的重要組成部分,也是中國滑坡和泥石流災(zāi)害四大高發(fā)區(qū)之一[17]。近年來,隨著該地區(qū)的植被破壞、水土流失、滑坡、泥石流等生態(tài)和自然災(zāi)害問題突出(如2010年流域內(nèi)舟曲特大泥石流災(zāi)害),正嚴(yán)重威脅著社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生物多樣性的維護(hù),亟需開展該區(qū)域生物多樣性空間分異評估工作。為此,本文擬在了解和認(rèn)識該流域生物、氣候、地質(zhì)地貌等多種地理環(huán)境因素的基礎(chǔ)上,采用遙感、GIS技術(shù)和InVEST模型,構(gòu)建大尺度區(qū)域水平上生物多樣性空間分異評估方法,在柵格單元上定量分析流域內(nèi)生物多樣性空間分異特征,旨在為區(qū)域生物多樣性保護(hù)與規(guī)劃管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅白龍江流域(32°36′— 34°24′N,103°00′— 105°30′E)地處青藏高原東緣、西秦嶺與岷山山脈交匯地帶,是長江上游重要的水源地和生態(tài)屏障。流域內(nèi)地形復(fù)雜,山巒疊嶂、溝壑縱橫、坡陡流急,素以“山大溝深”著稱。氣候類型復(fù)雜多樣,氣候垂直地帶分異明顯,夏季高溫多雨,冬季溫涼少雨,年均氣溫6—15℃,年均降水量400—850 mm。植被覆蓋較好,森林廣布,流域源頭屬青藏高原高寒植被區(qū)域,中上游以暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域為主,下游多為亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域[17],有珙桐(DavidiainvolucrataBaill)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、銀杉(Cathaya)、香果樹(EmmenopteryshenryiOliv.)、連香樹(Cercidiphyllaceae)、鵝掌樹(AcerpaxiiFranch)、紅椿(ToonaciliataRoem.)、南方紅豆杉(Taxuschinensis(Pilger) Rehd.var.)、水青樹(TetracentronsinenseOliv.)等多種珍稀瀕危植物以及國家一級保護(hù)植物7種,二級保護(hù)植物19種[18]；當(dāng)歸(Angelicasinensis)、黨參(Codonopsispilosula(Franch.) Nannf.)、大黃(RheumpalmatumL.)、紅芪(HedysarumpolybotrysHand. Mazz)、柴胡(Radixbupleuri)等藥用植物近700種；擁有大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)、金絲猴(Rhinopithecusroxellana)、羚羊(Antidorcasmarsupialis)、短尾猴(Macacaarctoides)、麝(MoschusmoschiferusLinnaeus)、毛冠鹿(Elaphoduscephalophus)、鯢(Megalobatrachusjaponicusdaoidianuas(Blanchard))等20多種保護(hù)動物。

1.2 研究方法

生物多樣性評價研究是一個十分復(fù)雜的過程,可分為遺傳、物種、生態(tài)系統(tǒng)、景觀 4個層次,但在大尺度區(qū)域水平上多指景觀的度量,包括景觀的豐富度、均勻度和彈性等。從景觀地理學(xué)的角度去理解和分析生物多樣性的概念、層次和喪失原因等,同時考慮到各評估指標(biāo)空間表達(dá)的可操作性和可視性,本文擬遴選生境質(zhì)量、植被凈初生產(chǎn)力(NPP)和景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)3個指標(biāo)來分別反映區(qū)域生物棲息地質(zhì)量、區(qū)域環(huán)境狀況和生態(tài)系統(tǒng)景觀多樣性。

(1) 生境質(zhì)量

可通過InVEST模型計算獲得。InVEST模型是從土地利用與覆被變化角度出發(fā),通過結(jié)合景觀類型敏感度和外界威脅強(qiáng)度,認(rèn)為生境質(zhì)量是一個連續(xù)的變量,由研究區(qū)內(nèi)可供生物生存、繁殖和發(fā)展所需資源的多少來決定,其值的大小將代表區(qū)域的生物多樣性豐富程度[12,19- 20]。即,生境質(zhì)量高的地區(qū)生物多樣性水平高,生境質(zhì)量低和生境范圍小的則意味著生物多樣性低。具體計算過程如下：

(1)

(2)

式中，Qxj是地類景觀j中柵格x的生境質(zhì)量；Hj表示地類景觀j的生境適宜程度；Dxj為地類景觀j中柵格單元x的生境退化程度；k為半飽和系數(shù)；Z為常數(shù)。R為生態(tài)威脅因子個數(shù)；Wr為生態(tài)威脅因子r的權(quán)重；y為生態(tài)威脅因子r的所有柵格單元；Yr是生態(tài)威脅因子r柵格單元的總數(shù)；根據(jù)白龍江流域具體實際情況,本文選取城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點、人口密度、農(nóng)田、道路(國道、省道、縣鄉(xiāng)道路)、綜合生態(tài)風(fēng)險源(滑坡、泥石流、土壤侵蝕、地震、干旱)等對地表景觀影響較大的人為或自然因素作為生態(tài)威脅因子(圖1)。土地覆蓋數(shù)據(jù)主要是采用監(jiān)督分類方法遙感影像進(jìn)行目視解譯獲得,根據(jù)中國土地利用分類的標(biāo)準(zhǔn)和白龍江流域土地資源利用的實際情況,劃分為6個大類12個小類,即耕地、林地(有林地、灌木林地、疏林地、其他林地)、草地(高覆蓋高低、中覆蓋草地、低覆蓋草地)、水域(河流、湖泊水庫)、建設(shè)用地、未利用地(沙地裸地、高山積雪-裸巖),比例尺為1∶10萬。iry表示生態(tài)威脅因子r的最大影響距離；ry為地類景觀y柵格單元中生態(tài)威脅因子的個數(shù)；βx為柵格單元x的合法可達(dá)性(或法律準(zhǔn)入程度或到達(dá)度),是指在當(dāng)前的各項政策、法律、法規(guī)、條例及其實施辦法下,土地資源或生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)程度[12,15]。本文暫不考慮白龍江流域特定的土地保護(hù)區(qū)因素,將區(qū)域內(nèi)各土地覆被類型在國家法律法規(guī)上受到保護(hù)的程度是平等均一的,系統(tǒng)將自動給賦值為1,即完全到達(dá)；Sjr為地類景觀y對于威脅因子r的敏感度大小,取值范圍為[0,1]。

圖1 白龍江流域生態(tài)威脅因子分布圖Fig.1 Ecological threat factors of Bailong river watershed

(2) 植被凈初生產(chǎn)力(NPP)

植被凈初生產(chǎn)力是指當(dāng)前自然環(huán)境條件下植物群落的凈初生產(chǎn)能力,是植物自身生物學(xué)特性與外界環(huán)境因子相互作用的結(jié)果,反映著區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)狀況及彈性[17,21- 22]。在一定范圍內(nèi),植被凈初生產(chǎn)力高的區(qū)域,生物多樣性相對較高[21]。目前針對大中尺度NPP的計算主要是基于光能利用率模型(CASA模型)[17]。CASA模型簡單而實用,它主要考慮了光能利用率和光合有效輻射兩個因子,且大部分參數(shù)可以利用遙感直接獲得[17,22],適用于大范圍的NPP計算。計算公式如下：

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

(3)

ε(x,t)=εmax×Tε(x,t)×Wε(x,t)

(4)

APAR(x,t)=SOL(x,t)×0.5×FPAP(x,t)

(5)

(6)

式中,NPP(x,t)為t月份象元x的植被凈第一性生產(chǎn)力,APAR(x,t)為t月份象元x吸收的光合有效輻射,ε(x,t)代表t月份象元x的實際光能利用率。t表示時間,x表示空間。Tε(x,t)表示溫度脅迫系數(shù),Wε(x,t)表示水分脅迫系數(shù),εmax表示沒有受任何限制的情況下植被的最大光能利用率。APAR(x,t)為t月份象元x吸收的光合有效輻射,SOL(x,t)是t月份象元x處的太陽總輻射量(MJ/m2),FPAR(x,t) 指的是t月份象元x處的光合有效輻射吸收率,常數(shù)0.5表示植被所吸收的太陽有效輻射(波長范圍0.38—0.71μm)與植被冠層接收到的太陽總輻射之比。NDVI是歸一化植被指數(shù), NDVImax和nNDVMmin分別表示第i種植被類型的NDVI最大值和最小值。本研究以2000—2013年白龍江流域NPP年平均值來代表區(qū)域總體植被凈初生產(chǎn)力狀況,其計算過程中所需的NDVI原始數(shù)據(jù)為250m分辨率的MOD13Q1遙感數(shù)據(jù),氣象數(shù)據(jù)1990—2013年研究區(qū)及周邊17個氣象站點的觀測數(shù)據(jù),根據(jù)CASA模型利用ENVI5.1和ArcGIS10.2等軟件計算獲得。

(3) 景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)

一定區(qū)域范圍內(nèi),生態(tài)系統(tǒng)越復(fù)雜、景觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)越好、類別越均衡,則景觀多樣性程度越大[23]。因此,景觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)能間接反映區(qū)域景觀多樣性的強(qiáng)弱,且可以通過相關(guān)的景觀指數(shù)構(gòu)建其結(jié)構(gòu)損失度函數(shù)來間接反映變化狀態(tài)。景觀損失度是景觀結(jié)構(gòu)受到干擾后造成的可能損失程度,具體可通過景觀破碎度、景觀分離度和景觀分維數(shù)加權(quán)函數(shù)式表征[24- 26]；其值越大,景觀安全性越低、結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定,景觀多樣性越低:

LSi=1-Si=1-(aCi+bNi+cFi)

(7)

(8)

(9)

(10)

式中,LSi為景觀狀態(tài)指數(shù),Si、Ci、Ni和Fi分別為景觀損失指數(shù)、破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)和分維數(shù)；ni和Ai同上,Pi為某一景觀類型i的周長。a、b和c分別為各個景觀格局指標(biāo)的權(quán)重,其權(quán)重采用層次分析法(AHP)計算。

(4)生物多樣性綜合指數(shù)(BIx)計算方法

生物多樣性綜合指數(shù)(BIx)是由區(qū)域生境質(zhì)量、植被凈初生產(chǎn)力和景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)的加權(quán)函數(shù)式組成的,其概念框架為：

生物多樣性指數(shù)

BIx=Qxj×β1+NPPx×β2+Sx×β3

(11)

式中,BIx表示柵格單元x的生物多樣性指數(shù),Qxj為第j類土地利用/覆被類型(地類景觀)在第x個柵格的生境質(zhì)量,NPPx為第x個柵格的植被凈初生產(chǎn)力年值,Sx為景觀尺度上第x個柵格的景觀結(jié)構(gòu)指數(shù),βx為權(quán)重系數(shù),通過結(jié)合研究區(qū)實地特點,利用層次分析法對生境質(zhì)量、植被凈初生產(chǎn)力和景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)權(quán)重值分別賦值為0.5、0.3和0.2。各指標(biāo)均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 生物多樣性單指標(biāo)分析

由圖2可知,白龍江流域整體景觀生境質(zhì)量空間格局分布明顯,其低生境質(zhì)量區(qū)(數(shù)值<0.25)所占比重較大,主要分布在土石山區(qū)交錯帶上人類活動相對頻繁的河谷地帶,如舟曲-武都段白龍江兩岸區(qū)域及武都北峪河區(qū)域、文縣和武都交界區(qū)、宕昌縣西北部地區(qū)；高生境質(zhì)量區(qū)域主要集聚在人類活動較弱的中高山林區(qū)和自然保護(hù)區(qū)。在行政上,迭部縣生境質(zhì)量最高,其次是文縣,武都區(qū)的最小。

2000—2013年甘肅白龍江流域NPP數(shù)值范圍集中在300—700 gC m-2a-1,其最高值為1147.68 gC m-2a-1,平均值500.59 gC m-2a-1。在空間上,植被凈初生產(chǎn)力低值區(qū)(平均值低于300gC m-2a-1)主要分布在工農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)的河谷地帶和丘陵區(qū)和高寒山區(qū)(海拔3500m以上山區(qū),如迭部縣與卓尼縣交界的北部迭山山脈)。植被凈初生產(chǎn)力高值區(qū)(平均值大于500gC m-2a-1)則主要分布在文縣東南部及南部、高樓山林區(qū)、迭山林區(qū)以及阿夏、多兒、插崗梁、博裕河上游自然保護(hù)區(qū)等(圖2)。在不同植被類型上,常綠闊葉林、常綠/落葉闊葉林年均NPP最高(677.8 gC m-2a-1),草甸最低(319.2 gC m-2a-1)。

景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)空間分布格局與生境質(zhì)量、NPP的相似,景觀結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定(景觀多樣性較高)區(qū)域主要集中在自然保護(hù)區(qū)和林業(yè)管護(hù)區(qū),以中山闊葉林和亞高山針闊混交林的林灌復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)較為明顯。景觀結(jié)構(gòu)相對脆弱(景觀多樣性較低)的地區(qū)主要分布在武都區(qū)的馬街鄉(xiāng)、安化鎮(zhèn)、漢王鎮(zhèn)、三河鎮(zhèn)、魚龍鄉(xiāng)及兩水鎮(zhèn),宕昌縣城至車?yán)l(xiāng)和八力鄉(xiāng)至哈達(dá)鋪鎮(zhèn)等區(qū)域(圖2)。

圖2 白龍江流域生物多樣性評價指標(biāo)空間分布狀況Fig.2 Spatial distribution of biodiversity assessment indicators in Bailong river watershed

3.2 生物多樣性綜合評價分析

圖3 白龍江流域生物多樣性空間分布格局 Fig.3 Integrative assessment of biodiversity spatial pattern in Bailong river watershed

由圖3和表1可知,白龍江流域生物多樣性評價結(jié)果為高(Ⅰ級)的區(qū)域,面積約占13.3%,主要分布在海拔約為1500—3000m的中高山林區(qū)域；這些地區(qū)物種高度豐富、植被覆蓋好、生境質(zhì)量高、人類活動干擾極少、生態(tài)系統(tǒng)類型多樣,且多為自然保護(hù)區(qū)、林業(yè)管護(hù)區(qū)或天然林生態(tài)系統(tǒng)集中區(qū)域,是大熊貓、金絲猴、珙桐、銀杉、連香樹、水青樹等珍稀動植物或國家重點保護(hù)動植物分布關(guān)鍵區(qū)域。生物多樣性Ⅱ級區(qū)域,面積約占26.53%,該區(qū)域以森林為主,灌叢草地相間分布；物種相對豐富、植被覆蓋好、生境質(zhì)量較好、人類活動干擾少、生態(tài)系統(tǒng)類型較多,局部地區(qū)生物多樣性高度豐富,生物多樣性指數(shù)為中。生物多樣性Ⅲ級區(qū)域,面積約占37.89%,多為農(nóng)牧或農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)、灌草生態(tài)系統(tǒng)；物種相對較少,生境質(zhì)量一般,在局部山嶺丘陵地區(qū)生物多樣性較豐富,生物多樣性指數(shù)為一般。生物多樣性Ⅳ級區(qū)域,面積比重約為23.31%,是農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)和城鄉(xiāng)集中分布區(qū)；該區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境相對脆弱,人類活動干擾強(qiáng)烈,滑坡、泥石流、水土流失等災(zāi)害頻繁,物種相對貧乏、景觀破碎化高、生境質(zhì)量較差、生態(tài)系統(tǒng)類型較為單一,生物多樣性較低(圖1和圖3)。

4 討論

甘肅白龍江流域生物多樣性的時空分布特征呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性,生物多樣性綜合指數(shù)較低的區(qū)域(Ⅳ級)主要分布在人類活動相對頻繁、工農(nóng)業(yè)相對比較發(fā)達(dá)的河谷地帶和緩丘區(qū),以城鄉(xiāng)聚落區(qū)、裸地、坡耕地和低覆蓋草地等景觀類型最為突出,而生物多樣性較高的區(qū)域(Ⅰ和Ⅱ級區(qū)),即生物多樣性優(yōu)先保護(hù)的關(guān)鍵區(qū)域,則主要分布在地表擾動較少的自然保護(hù)區(qū)和林業(yè)管護(hù)區(qū),這與其他學(xué)者[7- 8,15,20]研究的成果相似。生物多樣性Ⅰ和Ⅱ級區(qū)域總面積約占39.80%,且有近百種動植物被列入《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》附錄物種,間接反映出研究區(qū)生物多樣性保護(hù)的重要性。這與我國環(huán)境保護(hù)部2015年發(fā)布的《中國生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域范圍》中指出,甘肅白龍江流域大部分區(qū)域?qū)儆谖覈荷?橫斷山北段生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的客觀事實相吻合。

表1 白龍江流域生物多樣性狀況分級

InVEST-biodiversity模塊是從生物多樣性的環(huán)境背景與質(zhì)量(或者生物棲息地質(zhì)量)的角度,通過分析生境質(zhì)量來探討生物多樣性高低。在大中尺度的景觀水平上,生物多樣性還包含著景觀的豐富度和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。因此,本文嘗試在景觀地理學(xué)視角下,利用NPP和景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)來分別表征景觀豐富度(或者區(qū)域環(huán)境狀況)和生態(tài)系統(tǒng)景觀多樣性,結(jié)合InVEST-biodiversity模型的評估結(jié)果改進(jìn)區(qū)域生物多樣性空間分布的評估方法,同時通過野外樣方生物多樣性本底調(diào)查、部分自然保護(hù)區(qū)科學(xué)考察報告和全國野生高等動植物名錄等相關(guān)資料進(jìn)行驗證與分析,結(jié)果表明從區(qū)域尺度上改進(jìn)后的評估結(jié)果能夠較清晰和客觀地體現(xiàn)白龍江流域生物多樣性實際空間分布格局。與以往基于行政單元的區(qū)域生物多樣性空間格局研究成果相比較,本研究將生物多樣性分布格局落實到像元尺度上,彌補(bǔ)了基于行政單元生物多樣性空間格局可能與生物多樣性實際分布存在局部差異的現(xiàn)象,有利于生物多樣性的保護(hù)與規(guī)劃管理。但由于研究區(qū)面積較大、地形復(fù)雜,目前生物多樣性評價缺乏規(guī)范的基礎(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù),研究過程中野外調(diào)查樣方數(shù)據(jù)較少,且地形與植物多樣性關(guān)系復(fù)雜[27- 28],因此未來在繼續(xù)加大生物多樣本底調(diào)查和長期野外觀測工作的基礎(chǔ)上,結(jié)合宏觀尺度的遙感觀測,量化生物多樣性評估體系與指標(biāo),以期更準(zhǔn)確地開展區(qū)域生物多樣性評估工作和彌補(bǔ)生物多樣性在時間和空間尺度上的不足[11,21]。

5 結(jié)論

在空間分布上,甘肅白龍江流域生物多樣性豐富的區(qū)域主要集中在白水江國家級自然保護(hù)區(qū)、裕河大熊貓自然保護(hù)區(qū)、插崗梁自然保護(hù)區(qū)、博裕河自然保護(hù)區(qū)、迭部縣的白龍江阿夏與多兒大熊貓自然保護(hù)區(qū)和達(dá)拉溝流域、迭山林區(qū)地帶等。生物多樣性較低的地區(qū)主要分布在舟曲-武都-文縣的白龍江兩岸及其以北區(qū)域、宕昌縣岷江沿岸和迭部縣海拔3300米以上的高寒山區(qū)。

本文嘗試在遙感和GIS技術(shù)的支持下,結(jié)合InVEST模型、NPP和景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)構(gòu)建區(qū)域生物多樣性空間格局的評估方法,并在柵格像元尺度上量化分析生物多樣性空間分布狀況。與單純只考慮InVEST模型或者與以往基于行政單元的區(qū)域生物多樣性空間格局相比,對于山大溝深、災(zāi)害頻發(fā)、缺乏長期野外監(jiān)測數(shù)據(jù)的甘肅白龍江流域而言,構(gòu)建后的區(qū)域生物多樣性空間格局評估方法的研究結(jié)果更為客觀和真實,更符合流域生物多樣性實際分布狀況。

致謝：王茜茜、陳國清、吳婧幫助修改。

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AssessmentandspatialvariationofbiodiversityintheBailongRiverWatershedoftheGansuProvince

XIE Yuchu1,2,3, GONG Jie2,*, Qi Shanshan2, HU Baoqing1, WANG Kelin3

1KeyLaboratoryofEnvironmentChangeandResourcesUseinBeibuGulf(MinistryofEducation),GuangxiTeachersEducationUniversity,Nanning530001,China2KeyLaboratoryofWesternChina′sEnvironmentalSystems(MinistryofEducation),CollegeofEarthandEnvironmentalSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China3KeyLaboratoryofAgro-ecologicalProcessesinSubtropicalRegion,InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofSciences,Changsha410125,China

The loss of biodiversity has become one of the major global environmental problems, with strengthening of biodiversity conservation and protection urgently required. The first step in solving this problem is the identification and understanding of the spatial variation of biodiversity on a regional scale, with the formulation and implementation of biodiversity protection schemes imperative. This has become the focus of biodiversity assessments over both large and medium scales. The Bailong River Watershed of the Gansu Province (BRWGP), one of the most abundant biodiversity regions in China, is located in the transitional ecotone along the Tibet Plateau, Loess Plateau, and Qinba Mountains. The BRWGP was selected in the present study to analyze the spatial heterogeneity of biodiversity. Inclusion of three assessment indicators (habitat quality, vegetation net primary productivity, and landscape state index) enabled the construction of a comprehensive index system of biodiversity spatial patterns and application of spatial differentiation analysis under the landscape geography perspective. Our goal was to revise the biodiversity evaluation module of the InVEST model and demonstrate biodiversity spatial patterns on a grid cell. The results indicated that biodiversity was high and had obvious spatial pattern variations in the BRWGP. The land area containing higher biodiversity accounted for 39.8% of the total watershed area, which was mainly distributed in the national nature reserve and forest. The relatively poor biodiversity areas were mainly distributed in the valleys of the BRWGP between Zhouqu-Wudu-Wenxian, the valley of Minjiang in Tanchang County, alpine mountain snow regions, and bare rock zones.

biodiversity; assessment indicators; spatial variation; InVEST model; Bailong River Watershed of the Gansu Province

國家自然科學(xué)基金項目(41271199, 41661021)；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0502401)；廣西師范學(xué)院科研啟動經(jīng)費(fèi)資助項目(0819- 2016L12);廣西師范學(xué)院省部級重點實驗室創(chuàng)新基地2017年大學(xué)生創(chuàng)新實踐訓(xùn)練計劃項目

2016- 07- 21; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 05- 27

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jgong@lzu.edu.cn.

10.5846/stxb201607211486

謝余初,鞏杰,齊姍姍,胡寶清,王克林.基于綜合指數(shù)法的白龍江流域生物多樣性空間分異特征研究.生態(tài)學(xué)報,2017,37(19):6448- 6456.

Xie Y C, Gong J, Qi S S, Hu B Q, Wang K L.Assessment and spatial variation of biodiversity in the Bailong River Watershed of the Gansu Province.Acta Ecologica Sinica,2017,37(19):6448- 6456.