江西省森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)生境質(zhì)量評價

劉丹丹,劉 影,2★,孫 蓉,黃曉東

（1.江西師范大學·地理與環(huán)境學院，江西 南昌330027；2.江西師范大學·鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室,江西 南昌330027）

生境質(zhì)量是衡量生態(tài)環(huán)境為其內(nèi)部的生物群體和個體的持續(xù)生存提供物質(zhì)與能量條件能力的直接指標[1-2]，在研究中我們通常用它來表征區(qū)域的生物多樣性。土地是生態(tài)系統(tǒng)的主要載體和保障，而土地利用覆被的變化會造成生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)、能量和結(jié)構(gòu)的顯著變化，從而改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，直接影響生境質(zhì)量[3]。近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加速推進，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了急劇的變化，對區(qū)域生境質(zhì)量產(chǎn)生了不同程度的影響[4]?；谕恋乩玫纳迟|(zhì)量評價，可以揭示區(qū)域內(nèi)生境質(zhì)量的高低，對區(qū)域內(nèi)生態(tài)文明建和生態(tài)平衡的維護具有重要意義[5]。21世紀以來，隨著對自然生態(tài)的重視，江西省大力推進自然保護區(qū)建設(shè)，構(gòu)建了大批連片保護區(qū)，也形成了以重點區(qū)域為中心的保護體系?？茖W分析現(xiàn)有保護區(qū)的生境質(zhì)量可以有效監(jiān)測保護狀態(tài)并根據(jù)分析結(jié)果及時優(yōu)化功能區(qū)劃管理。

目前，關(guān)于生物多樣性的生境質(zhì)量評估測算的主流方式有兩種：一種是樣點監(jiān)測的生境評估研究，通過野外實地監(jiān)測收集數(shù)據(jù)來進行分析測算[6]；第二種則是利用模型測算，如HIS模型[7]、InVEST模型[8]等。其中InVEST模型由世界自然基金會、美國斯坦福大學及大自然保護協(xié)會于2007年聯(lián)合開發(fā)并被廣泛運用于世界各地。在模型中用生境質(zhì)量指數(shù)來表征生物多樣性。在生境質(zhì)量研究方面，亞洲[9-12]、歐洲[13]、南北美洲[14]和非洲[15]均有涉及。此模型可以根據(jù)基礎(chǔ)的土地利用數(shù)據(jù)和生境威脅數(shù)據(jù)來評估生境質(zhì)量的空間分布，從而可簡單而直觀地確定保護的優(yōu)先度[16-17]。

基于此，選取江西省38個國家級和省級森林生態(tài)系統(tǒng)類自然保護區(qū)作為研究對象，利用InVEST模型的生物多樣性模塊客觀準確的分析了江西省2018年的自然保護區(qū)生境現(xiàn)狀，對多個保護區(qū)之間的生境質(zhì)量進行綜合對比，為江西省自然保護區(qū)生態(tài)保護網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

江西省位于長江中下游，氣候?qū)僦衼啛釒嘏瘽駶櫦撅L氣候。江西省地形以丘陵山地為主，盆地、谷地廣布，略帶平原，森林覆蓋率達63.1%，植被類型以常綠闊葉林為主，具有典型的亞熱帶森林植物群落。江西省的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量居于全國前列，良好的生態(tài)環(huán)境是其最大的優(yōu)勢。截止目前，江西省森林生態(tài)系統(tǒng)類自然保護區(qū)（下文中簡稱保護區(qū)）總面積為3 230 km2，其中國家級森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)11個，分別為：陽際峰、九連山、齊云山、九嶺山、武夷山、井岡山、馬頭山、廬山、贛江源、銅拔山和南風面保護區(qū)；省級保護區(qū)共27個，分別為：嶠嶺、云居山、五梅山、南方紅豆杉、伊山、瑤里、羊獅幕、高天巖、陽嶺、五指峰、章江源、桃江源、三十把、凌云山、玉京山、信江源、水漿、七溪嶺、巖泉、撫河源、五府山、大龍山、鐵絲嶺、芙蓉山、金盆山、程坊和湘江源保護區(qū)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所利用的2018年的高分辨率遙感影像來源于江西省生態(tài)環(huán)境廳，以高分1號、高分2號和資源3號遙感影像為主。基于ENVI5.3的監(jiān)督分類進行初步分類，結(jié)合高分影像和Google Earth衛(wèi)星數(shù)據(jù)，進行人工目視修正，建立江西省土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。地類進行分類的標準參照華中陸地衛(wèi)星TM假彩色數(shù)據(jù)土地資源提取標志進行。研究區(qū)土地利用共劃分為6大類18小類，即耕地（水田、旱地）、林地（有林地、灌木林地、疏林地、其他林地）、草地（高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地）、水域（河流、湖泊、水庫坑塘、灘地）、建設(shè)用地（城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點、其它）、未利用地（裸土地、裸巖石礫地），綜合精度達到95%以上。解譯結(jié)果作為InVEST模型生境質(zhì)量模塊的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)后空間分辨率設(shè)定為30 m×30 m；自然保護區(qū)矢量邊界來源于江西省生態(tài)環(huán)境廳、江西省林業(yè)局、部分保護區(qū)管理局；本研究所使用的道路數(shù)據(jù)由Open Street Map導(dǎo)出（https://www.Openst reetmap.org）。

2.2 分析方法

InVEST模型把土地利用類型看作對應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)類型，基于土地利用情況結(jié)合各種可能存在的生態(tài)威脅因子來對生境質(zhì)量進行模擬分析。指數(shù)高低主要由威脅因子，威脅因子的威脅距離、生境類型斑塊對威脅因子的敏感性大小這3個因素共同決定[17]。其中生境退化程度的計算公式為：

式中，Dxj為生境退化程度；R為威脅因子的總數(shù)；Yr為r威脅柵格的個數(shù)；Wr為歸一化威脅因子r的權(quán)重；ry為土地利用類型圖中每個柵格上威脅因子的個數(shù)；irxy表示柵格y中的威脅因子r對生境柵格單元x的影響；βx為法律保護程度（本研究將全省設(shè)為完全可入，設(shè)置為1）；Sjr為土地利用類型j對于威脅因子r的敏感度；dxy表示兩個柵格單元x，y之間的線性距離；drmax為威脅因子r的最大作用距離。

在土地利用類型j中斑塊x的生境質(zhì)量計算公式如下:

表1威脅因子屬性表Tab.1 Threat factor attribute table

式中，Hj為土地利用類型j的生境適宜度；k為半飽和常數(shù)，一般取值0.5；z為歸一化指數(shù)，通常取值2.5。

參照InVEST模型使用手冊和國內(nèi)外相關(guān)研究以及專家的建議選取城鄉(xiāng)建設(shè)用地、工礦交通用地、坑塘、裸地、旱地、水田以及細分的4類道路（國道、省道、縣鄉(xiāng)道、鐵路）作為威脅因子，依據(jù)相關(guān)研究結(jié)果以及結(jié)合江西省交通狀況、社會經(jīng)濟發(fā)展水平和實地調(diào)研綜合分析，得到威脅因子量表（表1）和生境類型的敏感度量表（表2）。

3 結(jié)果與分析

表2生境類型對威脅因子的敏感度Tab.2 Sensitivity of habitat type to each threat factors

3.1 生境退化結(jié)果

生境退化程度通常反映一個生態(tài)系統(tǒng)類型在受威脅因子影響后呈現(xiàn)的生境優(yōu)劣的信息[18]。生境退化指數(shù)的值在0～1之間，1表示生境受威脅因子的影響大，生境退化度高，0表示生境退化度低?；谀Ｐ瓦\行結(jié)果，進一步運用ArcGIS中的自然斷點法重新分類了生境退化的模擬結(jié)果。根據(jù)分值情況將生境退化指數(shù)劃分為5類退化程度級別（表3）。從柵格單元層面看，整個江西省森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)的生境退化程度非常低，基本無退化生境柵格占90.95%，輕度、中度退化生境柵格占8.97%，高度、重度退化生境柵格僅占0.09%。從單個保護區(qū)來（表4）看，生境退化指數(shù)均低于0.008，生境退化風險非常低。從單個自然保護區(qū)來看，自然保護區(qū)生境退化的可能性非常小，其中36個保護區(qū)基本無退化情況。南方紅豆杉和廬山2個保護區(qū)為輕度退化類型。南方紅豆杉自然保護區(qū)生境退化的主要原因是省道從保護區(qū)周邊穿過，破壞了原始的自然生態(tài)環(huán)境，干擾到物種的生存和繁衍，如不抓緊保護，則不利于保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。廬山保護區(qū)是所有保護區(qū)中生境退化最嚴重的保護區(qū)，主要是因為廬山保護區(qū)為鏤空型，保護區(qū)中間包圍著未劃入保護區(qū)的牯嶺鎮(zhèn)，其中人口相對密集，作為旅游景區(qū)人類活動強烈，使得生境退化，且保護區(qū)邊緣有國道貼邊而過，同時一條省道貫穿其中，道路作為威脅因子的一種會大大提高生境退化的可能性。

表3自然保護區(qū)各等級生境退化比例Tab.3 Proportion of each habitat degradation index level of natural reserves

3.2 生境質(zhì)量結(jié)果

生境質(zhì)量表達了生境當前受保護程度及受威脅程度[19]，是結(jié)合了生境適宜性和生境退化評估后的綜合結(jié)果。生境質(zhì)量得分值介于0～1之間，生境質(zhì)量指數(shù)越高，生境越完整，越有利于生物多樣性的維持。為了便于對比，將生境質(zhì)量指數(shù)分為5個等級（表5）。從柵格單元層面看，整個江西省森林生態(tài)系統(tǒng)類型保護區(qū)生境質(zhì)量相當高，高等級生境柵格占95%以上，低等級生境柵格僅占0.85%，分布面積非常少。為進一步區(qū)分江西省保護區(qū)內(nèi)部的生物多樣性的差異，依據(jù)保護區(qū)的生境質(zhì)量得分將高值區(qū)的生境質(zhì)量指數(shù)得 分 劃 分 為：（0.94000～1）、（0.92000～0.94000）、（0.90000～0.92000）3個區(qū)間，分別對應(yīng)優(yōu)、良、一般等級的生境。從空間分布格局和生境質(zhì)量分級表中可以看出（表6），江西省自然保護區(qū)整體生境質(zhì)量很好，生態(tài)質(zhì)量指數(shù)均在0.9以上，保護區(qū)生態(tài)環(huán)境很好，保護力度和保護效果較高。其中生境質(zhì)量位于高值區(qū)優(yōu)等級的保護區(qū)有33個，多分布在廬山、九嶺山脈、羅霄山脈、武夷山脈附近，連片的高山使得外在干擾很難接近，斑塊面積大，區(qū)域內(nèi)的斑塊連通性也非常好。4個保護區(qū)的生境質(zhì)量處于高值區(qū)的良等級，這些地區(qū)生境質(zhì)量相對低一點，可能有部分人類活動的干擾和部分生態(tài)威脅因子的影響，但對生態(tài)環(huán)境的干擾較少，比較適合生物的生長和繁衍。在保護區(qū)中桃江源省級自然保護區(qū)的生境質(zhì)量最差，它的生境質(zhì)量位于高值區(qū)一般等級。桃江源省級自然保護區(qū)位于江西省和廣東省交界處，省道貫穿其中，由于道路的影響，使得該保護區(qū)生境質(zhì)量較低。廬山保護區(qū)雖生境退化相對較差，但是由于面積大、斑塊連通性強、自然本底好，整個保護區(qū)的生境質(zhì)量還是相對比較好。而南方紅豆杉保護區(qū)由于保護區(qū)面積小生境退化和生境質(zhì)量相對較差。

表4江西省自然保護區(qū)生境退化指數(shù)分級Tab.4 Classification of habitat degradation index of nature reserves

表5江西省自然保護區(qū)各等級生境比例Tab.5 Proportion of each habitat quality level of nature reserves

4結(jié)論與討論

表6江西省自然保護區(qū)生境質(zhì)量分級Tab.6 Classification of habitat quality of nature reserves

江西省森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)整體生境退化強度較低，生境退化的可能性較小。全省保護區(qū)高度、重度退化生境柵格約占0.09%。38個省級以上自然保護區(qū)中36個自然保護區(qū)屬于基本無退化，2個自然保護區(qū)屬于輕度退化。

江西省森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)整體生境質(zhì)量較好。自然保護區(qū)低等級生境柵格約占0.85%。38個省級以自然保護區(qū)中所有保護區(qū)的平均生境質(zhì)量指數(shù)都在0.9以上，屬于生境質(zhì)量高值區(qū)，表明江西省對于森林生態(tài)系統(tǒng)類自然保護區(qū)的管理和維護整體較好。對38個省級以自然保護區(qū)高值區(qū)的生境質(zhì)量指數(shù)做進一步劃分：86.84%的自然保護區(qū)仍處于高值區(qū)優(yōu)等級；10.53%的自然保護區(qū)處于高值區(qū)良等級；2.63%的保護區(qū)處于高值區(qū)一般等級。

從保護區(qū)等級來看，國家級自然保護區(qū)的生境退化程度和生境質(zhì)量都明顯優(yōu)于省級自然保護區(qū)，這說明保護力度和政策息息相關(guān)。保護區(qū)的林地和草地面積占95%以上，其余少部分為耕地和建設(shè)用地，而這部分的土地利用是致使保護區(qū)生境退化的根本原因，保護區(qū)的管理要嚴格制止此類用地斑塊的擴散。總體看來江西省在自然保護區(qū)保護成效方面處于較高水平，嚴格實行自然保護區(qū)相關(guān)管理條例，這與江西省追求綠色崛起，打造生態(tài)強省的發(fā)展思路一致，政策對于保護區(qū)的保護成效來說是最大的影響因素。盡管如此，省級以上自然保護區(qū)仍要以完整的自然生態(tài)系統(tǒng)和優(yōu)良的物種基因庫作為嚴格要求和持續(xù)追求的目標。

各保護區(qū)對于森林植被類型的保護措施以及環(huán)境的異質(zhì)性，使得各個保護區(qū)會呈現(xiàn)出略有差異的保護成效。同時將城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點、耕地以及相對完善的交通道路作為評價保護區(qū)生境質(zhì)量的威脅因子，與自然保護區(qū)發(fā)展的性質(zhì)相得益彰，客觀全面的以人類活動強度準則評判生境質(zhì)量，合理劃建自然保護區(qū)的功能區(qū)劃，從而為保護區(qū)保護成效的評判提供一定科學依據(jù)。盡管InVEST模型已經(jīng)在國內(nèi)外被廣泛使用，但可能在本土化實際應(yīng)用中存在地區(qū)差異性。同時模型部分參數(shù)的設(shè)定主觀性較強，會造成結(jié)果有一定偏差?？紤]在以后研究中結(jié)合保護區(qū)植物物種數(shù)據(jù)，使其評估結(jié)果更加準確真實。