岷山、邛崍山山系大熊貓棲息地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)

康 迪，馬玉驍，鄒書珍

西南野生動(dòng)植物資源保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川南充637009

大熊貓Ailuropoda melanoleuca(David)是中國(guó)特有的珍稀瀕危獸類，其生境研究一直都是大熊貓保護(hù)生態(tài)學(xué)中的熱點(diǎn)(張澤鈞和胡錦矗，2000)。棲息地是物種存在的基礎(chǔ)，棲息地的保護(hù)往往比對(duì)物種個(gè)體的保護(hù)更加重要(李軍鋒等，2005)。因此，要更好地保護(hù)大熊貓種群的生存和發(fā)展，就必須了解大熊貓棲息地的生態(tài)特征。其中棲息地的生態(tài)安全性就是反映棲息地質(zhì)量的重要的指標(biāo)之一(田金強(qiáng)等，2019)。

早期的大熊貓棲息地的生態(tài)安全研究多依賴定性分析(歐陽(yáng)志云等，2000；肖燚等，2004)，例如歐陽(yáng)志云等(2000)在21世紀(jì)初根據(jù)單一生境因子適宜范圍的疊加，把四川臥龍保護(hù)區(qū)大熊貓棲息地定性的劃分為最適宜、適宜、次適宜和不適宜四大類，為之后的生態(tài)安全研究提供了參考。近年來，地理信息技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展讓大尺度定量化研究成為可能。李軍鋒等(2005)也曾對(duì)秦嶺地區(qū)大熊貓棲息地進(jìn)行過質(zhì)量評(píng)價(jià)，得出宏觀的秦嶺地區(qū)大熊貓棲息地的整體質(zhì)量報(bào)告；張廣文等(2006)還利用景觀生態(tài)學(xué)原理對(duì)大相嶺山系大熊貓棲息地安全性做過評(píng)價(jià)，對(duì)其研究地區(qū)內(nèi)的大熊貓棲息地適宜度進(jìn)行了等級(jí)劃分；此外，黎運(yùn)喜等(2016)在近幾年利用MaxEnt模型對(duì)二郎山廊道大熊貓棲息地安全性也進(jìn)行過研究，結(jié)果表明適宜棲息地和最適宜棲息地面積總共僅占研究區(qū)域面積的11.70%，整體安全性較低，建議在該廊道開展棲息地的人工修復(fù)。前人的這些研究為大熊貓棲息地的保護(hù)工作提供了重要的科學(xué)依據(jù)，然而前人研究大多只是針對(duì)單個(gè)山系或者是自然保護(hù)區(qū)，僅能反映局部存在的生境安全問題，缺乏對(duì)川西大熊貓棲息地大尺度、區(qū)域性的生態(tài)安全評(píng)價(jià)與指導(dǎo)。而這些生態(tài)評(píng)價(jià)與指導(dǎo)對(duì)于保護(hù)重點(diǎn)的確定和政策的制定卻是非常必要的(張瑞海等，2019)。此外，隨著保護(hù)和干擾的交互作用，大熊貓棲息地生境是不斷變化的，舊時(shí)的研究已經(jīng)不能反映當(dāng)前的棲息地狀況，因此需要以新的數(shù)據(jù)進(jìn)行更加系統(tǒng)化的分析。

綜上所述，本研究對(duì)岷山山系和邛崍山系的各主要市、區(qū)、縣最新的數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集。結(jié)合四川省第四次大熊貓調(diào)查的結(jié)果，選取了影響大熊貓棲息地的社會(huì)、地理、生物三大因素，確定了12個(gè)子評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用層次分析和主成分分析相結(jié)合的方法確定因子權(quán)重，降低了單純專家打分主觀性過高的缺陷。最后，通過構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)所研究區(qū)域的生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該研究能夠?yàn)榇笮茇垪⒌氐谋Ｗo(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)，為野生大熊貓生態(tài)廊道的建設(shè)、圈養(yǎng)大熊貓放歸地點(diǎn)選擇等工作提供支撐，為該地的生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的科學(xué)決策提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

岷山為自甘肅省西南部延伸至四川省北部的強(qiáng)烈隆升的褶皺山地，山勢(shì)北段為西北向南段轉(zhuǎn)為東北向，山脊海拔4000～4500 m。邛崍山位于橫斷山脈最東緣，山脊海拔4000 m左右，大致呈南北走向，坡度東陡西緩。岷山、邛崍山山區(qū)氣候變化大，晝夜溫差大，是中亞熱帶季風(fēng)氣候向大陸性高原氣候過渡地區(qū)。研究區(qū)域境內(nèi)森林覆蓋率高，種質(zhì)資源豐富，是我國(guó)大熊貓、金絲猴等多種瀕危保護(hù)物種的棲息地。該地區(qū)的亞高山冷杉、云杉林帶，林下叢生箭竹，食物和水源補(bǔ)給以及隱蔽條件較好，為大熊貓的棲息提供了理想的生境條件。該地區(qū)大熊貓生境面積占全國(guó)總大熊貓生境的67%，大熊貓種群數(shù)量占全國(guó)的70%以上(申國(guó)珍等，2002)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)模型 本文的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取了影響大熊貓棲息地生態(tài)安全的三大因素:社會(huì)因素、地理因素、生物因素。并對(duì)其進(jìn)行細(xì)化，選擇了其中的12個(gè)最具代表性的指標(biāo):國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product，GDP)、常住人口、城鎮(zhèn)戶口、公路總里程、海拔、凈高度差、年均溫、年降雨量、林地面積、森林覆蓋率、取食竹統(tǒng)計(jì)、野生大熊貓數(shù)量構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。其中，社會(huì)因素即人類社會(huì)發(fā)展侵占動(dòng)物生境所導(dǎo)致的棲息地安全性降低，這里使用GDP、常駐人口和城鎮(zhèn)化戶口表示，這3個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)容易獲取，并且最能體現(xiàn)保護(hù)區(qū)人類社會(huì)的擴(kuò)張速度；其次，大熊貓對(duì)其生境的主觀選擇有一定的地理?xiàng)l件要求，喜歡棲息在一定海拔高度且氣候適宜的山地之中，故選取了海拔、凈高度差、降雨量和年均溫作為地理因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)；在生物因素方面，大熊貓為食性特化為食竹的林棲動(dòng)物，因此取食竹面積、森林狀況以及大熊貓種群數(shù)量本身，最能體現(xiàn)其棲息地生境是否安全。社會(huì)、地理、生物因素是相互作用的，因此，需要構(gòu)建綜合模型才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

1.2.2 數(shù)據(jù)來源 大熊貓數(shù)量、取食竹面積統(tǒng)計(jì)及森林覆蓋度等數(shù)據(jù)來源于四川省第四次大熊貓調(diào)查報(bào)告；GDP、常住人口、城鎮(zhèn)戶口、公路總路程、林地面積、年均溫、降雨量等數(shù)據(jù)來源于四川省各市、縣、區(qū)2016年統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.3 評(píng)價(jià)方法

系統(tǒng)工程理論中的層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是一種較好的權(quán)重確定方法，該方法能充分考慮專家主觀意見，保證結(jié)果的正確性，且兩兩比較、即時(shí)一致性檢驗(yàn)的打分方式又能避免直接打分所造成的主觀性過強(qiáng)的缺陷(李軍鋒，2005；滿衛(wèi)東，2017)。它是把復(fù)雜問題中的各因素劃分成相關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟?，使之條理化的多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的決策方法，是一種定量分析與定性分析相結(jié)合的有效方法。

AHP結(jié)合PCA進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的步驟如下:

(1)制作專家打分調(diào)查問卷表，由5名具有博士學(xué)歷的同行專家獨(dú)立進(jìn)行打分。打分過程中，要求專家兩兩比較各因素的相對(duì)重要性，并依據(jù)兩兩相對(duì)重要性比值打分，比較打分過程中不考慮指標(biāo)影響的方向(即正負(fù))，只考慮相對(duì)重要性，在打分完成后再由專家投票給出指標(biāo)影響的方向λ(1或-1)，這種方法降低了對(duì)因子分別評(píng)分的主觀性。

(2)構(gòu)造判斷矩陣。 以A表示目標(biāo)，uk、uj(k，j＝1，2，…，v)表示因素，v∈(1，11) 。ukj表示uk對(duì)uj的相對(duì)重要性數(shù)值。并由ukj組成A-u判斷矩陣q。

(3)計(jì)算權(quán)重。計(jì)算方法如下:

將向量w＝(w1，w2，w3，…，wk)歸一化處理得到各指標(biāo)的權(quán)重Wk。計(jì)算如下式:

權(quán)重W僅表示因子的相對(duì)重要性，判斷因子影響的正負(fù)需要結(jié)合專家投票結(jié)果進(jìn)行。

(4)計(jì)算重要性排序。根據(jù)判斷矩陣，求出特征向量AW及其最大特征根λmax。方程如下:

(5)一致性檢驗(yàn)。以上得到的權(quán)重分配是否合理，還需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)使用公式:

式中，CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；CI為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)。它由下式給出:

RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，1～9階的判斷矩陣的 RI值分別為 0、0、0.52、0.89、1.12、1.26、1.36、1.41、1.46。 當(dāng)判斷矩陣q的 CR＜0.1 或λmax＝n、CI＝0時(shí)，認(rèn)為q具有滿意的一致性，否則需調(diào)整q中的元素以使其具有滿意的一致性。

(6)主成分分析。為改善AHP基于專家決策主觀性較強(qiáng)的缺陷，并體現(xiàn)具體研究所用數(shù)據(jù)的客觀規(guī)律，使用基于主成分分析法(principal component analysis，PCA)對(duì)因子進(jìn)行降維，如下:

降維后，yk主成分載荷大于0的前m個(gè)因子保留，其他因子在yk中舍去，以保證各主成分的不相關(guān)性。再利用AHP權(quán)重Wk求出yk(xk為歸一化過后的指標(biāo)觀測(cè)值)，如下式:

(7)生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)模型的建立與計(jì)算。計(jì)算再以yk對(duì)應(yīng)方差貢獻(xiàn)率Fk為權(quán)，最終以每個(gè)主成分為新的因子進(jìn)行加權(quán)求和得出生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)S。此處應(yīng)該注意的是，將所有主成分按照方差貢獻(xiàn)率從大到小排序，前t個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率若大于85%則研究最終納入1～t主成分進(jìn)行計(jì)算。由于本研究以縣區(qū)為單位，因此評(píng)價(jià)結(jié)果在地理上只能展示為以各縣區(qū)幾何中心所集合成的散點(diǎn)形式。為了更加直觀的展示評(píng)價(jià)結(jié)果，本研究采用克里金插值法(Kriging interpolation)將點(diǎn)轉(zhuǎn)化為面，以達(dá)到科學(xué)、直觀的目的(Kanget al.，2014)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與制圖

使用SPSS 21和Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；使用ArcGIS 10.0繪制插值圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)權(quán)重

通過AHP過程和PCA過程得到各指標(biāo)的權(quán)重W(表1)。其中，野生大熊貓數(shù)量、取食竹統(tǒng)計(jì)和林地面積生態(tài)安全指數(shù)最高，分別為0.29、0.24和0.10；公路總里程、城鎮(zhèn)戶口、常駐人口和GDP生態(tài)安全指數(shù)最低，分別為-0.04、-0.02、-0.01和-0.01。

表1 生態(tài)安全各指標(biāo)權(quán)重Table 1 Weights of factors of ecological suitability evaluation

2.2 生態(tài)安全指數(shù)

研究結(jié)果表明，總體來看岷山山系的生態(tài)安全指數(shù)平均為0.12，高于邛崍山系的0.11。其中，平武縣生態(tài)安全指數(shù)最高，為0.53；此外，寶興縣、川北縣、松潘縣、九寨溝縣和天全縣生態(tài)安全指數(shù)也較高，分別為 0.37、0.35、0.31、0.22 和 0.20(表 2)。這些地區(qū)處于岷山、邛崍山腹地，是大熊貓目前最主要的分布區(qū)。什邡市、洪雅縣、屏山縣、崇州市、綿竹市、安縣、沙灣區(qū)、都江堰市、彭州市、峨眉山市和邛崍市等成都周邊、人口相對(duì)密集的區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)最低，均小于零(圖1，表2)。結(jié)合指標(biāo)權(quán)可知，人類活動(dòng)的影響是這些地區(qū)生態(tài)安全指數(shù)的主要原因。

在大熊貓實(shí)際分布區(qū)中，彭州市、都江堰市、汶川縣和茂縣生態(tài)安全指數(shù)較低，分別為-0.10、-0.09、0.14、0.17，是未來岷山與邛崍山山系大熊貓棲息地生境保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域。而松潘縣大部分地區(qū)和平武縣核心區(qū)域生態(tài)安全指數(shù)較高，但大熊貓分布較少，為潛在大熊貓棲息地。

3 討論

生境選擇是大熊貓對(duì)環(huán)境適應(yīng)的一種生存對(duì)策，棲息地生態(tài)安全性是影響大熊貓生境選擇的關(guān)鍵因素，是種群能否維系、發(fā)展的重要影響因素(張澤鈞和胡錦矗，2000)。近半個(gè)世紀(jì)以來，由于森林的破壞，以及不斷增強(qiáng)的人類生產(chǎn)、生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，大熊貓棲息地破碎化嚴(yán)重，生態(tài)安全性降低(胡錦矗，2001；申國(guó)珍等，2002)。保護(hù)區(qū)的建立在一定程度上緩解了棲息地的退化，但保護(hù)區(qū)面積較小，并不足以滿足大熊貓種群進(jìn)化潛力維持的需求(Liu，2001)。因此，走出保護(hù)區(qū)之外，在更大尺度上明確保護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并制定對(duì)應(yīng)的保護(hù)對(duì)策，是保護(hù)大熊貓棲息地的新要求(樊建霞和王剛，2012； Weiet al.，2015)。

表2 岷山、邛崍山大熊貓棲息地生態(tài)安全指數(shù)Table 2 Comprehensive evaluation index of ecological security(S)of A.melanoleuca habitat in the Qionglai and Minshan mountains

圖1 岷山、邛崍山大熊貓棲息地生態(tài)安全空間格局Fig.1 Spatial pattern of the ecological security of A.melanoleuca habitat in the Qionglai and Minshan mountains

森林生境、食物安全和地理環(huán)境是大熊貓棲息地安全維持的根本保障。在本研究中，除大熊貓數(shù)量之外，取食竹面積和林地面積這2個(gè)因子的權(quán)重最高，對(duì)提高大熊貓棲息地生態(tài)安全的作用最大。這是因?yàn)榇笮茇埵且环N山地、林棲、食竹動(dòng)物(張澤鈞和胡錦矗，2000)，食性的單一、特化以及行為習(xí)性所決定了它們只能生存與于上層喬木有一定郁閉度的各種竹林中(張玉波，2010)。其次，因大熊貓對(duì)棲息環(huán)境有一定的選擇性，喜歡活動(dòng)于較濕潤(rùn)的亞高山地區(qū)，海拔在2000～3500 m最佳，在這一區(qū)域森林茂盛，取食竹生長(zhǎng)良好，氣溫相對(duì)較為穩(wěn)定且食物和水源都很豐富，故在地理因素中凈高度差對(duì)棲息地生態(tài)安全的影響較大(Zhanget al.，2011)。本研究中，寶興縣、川北縣、松潘縣、九寨溝縣和天全縣山地森林較多且食竹資源豐富，因此生態(tài)安全性較高，是目前保護(hù)工作的重點(diǎn)所在。

人類活動(dòng)的干擾是導(dǎo)致局域大熊貓生態(tài)安全下降的主要原因。目前保護(hù)區(qū)內(nèi)的挖筍、伐木和放牧等人為活動(dòng)已得到一定的遏制，但人類社會(huì)的擴(kuò)張、發(fā)展例如修路及一些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)仍然正在對(duì)大熊貓棲息地安全造成威脅(Zhanget al.，2011)。本研究結(jié)果表明，成都及其周邊地區(qū)生態(tài)安全指數(shù)較低。這是因?yàn)槌擎?zhèn)化加快極大的擠壓大熊貓的生存空間，交通建設(shè)和森林采伐的共同作用，造成了大熊貓棲息地的分割和島嶼化(郭海燕，2003；Wei，2018)。此外，還有研究表明成都平原與岷山、邛崍山的過渡區(qū)域旅游業(yè)較為發(fā)達(dá)，大量往來車流也會(huì)影響大熊貓對(duì)公路兩旁的生境利用(徐衛(wèi)華等，2006)。筆者認(rèn)為，可在已建成通車的公路兩側(cè)增加隔音、偽裝設(shè)施，并針對(duì)性地對(duì)施工后受損棲息地的植被進(jìn)行恢復(fù)，以及進(jìn)行更加合理的城鄉(xiāng)發(fā)展建設(shè)規(guī)劃，以將人類干擾降到最低。

除了人為干擾之外，地質(zhì)活動(dòng)干擾也是影響大熊貓棲息地生態(tài)安全的重要因素。本研究中汶川縣作為重要的大熊貓棲息地，生態(tài)安全指數(shù)卻較低。其原因除人為影響因素之外，可能還與頻繁的地震及次生災(zāi)害有關(guān)(謝宗強(qiáng)等，2008)。2008年的汶川大地震，導(dǎo)致了27個(gè)大熊貓保護(hù)區(qū)植被不同程度受損，8.3%大熊貓棲息地喪失，植被景觀破碎化程度明顯增加，生態(tài)廊道受到不同程度的破壞(王維等，2010；張晉東等，2015)；且汶川地處邛崍山系向岷山山系的過度區(qū)域，地理位置特殊，該區(qū)域的大熊貓棲息地如遭到破壞將阻礙岷山、邛崍山地區(qū)大熊貓交流。因此，我們亟需對(duì)該地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)的關(guān)注和治理，如在該地區(qū)建立廊道或采用適當(dāng)?shù)氖侄螖U(kuò)大大熊貓棲息地斑塊(Qinget al.，2016)。

平武中部、松潘、茂縣等地區(qū)生態(tài)安全指數(shù)較高，卻很少有大熊貓活動(dòng)，通過適當(dāng)?shù)墓芾?、保護(hù)和放歸，這些區(qū)域可成為大熊貓未來生存的潛在棲息地。而若爾蓋縣、小金縣北部、理縣西北部等區(qū)域，人為影響較弱，但大熊貓數(shù)量卻很少且生態(tài)適應(yīng)性不高，其主要原因?yàn)橹脖?、氣候的改變，例如森林的減少、主食竹的減少或青藏高原海拔的抬升引起的氣候變化，故難以成為大熊貓的潛在棲息地(Zhanget al.，2011，2017)。