重慶金佛山黑葉猴潛在生境及廊道分析

陶培峰,袁 月,劉 建,張 斌,何彥良,肖 禾

(1.重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,重慶 401147; 2.自然資源部國(guó)土空間規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401147)

生境又稱棲息地,是生物個(gè)體、種群或群落生存和繁衍的重要場(chǎng)所。生境破碎化已成為物種數(shù)量銳減甚至滅絕的重要誘因;而廊道作為物種生活和遷徙的重要通道,可以促進(jìn)物種在破碎化生境之間的自由移動(dòng)和擴(kuò)散,增加隔離生境間的連通性[1]。因此,生物多樣性保護(hù)不僅要維持生物種群的數(shù)量,更要保護(hù)其生境與廊道[2]。為制定科學(xué)的物種保護(hù)對(duì)策,首先需要預(yù)測(cè)物種的適宜生境分布,識(shí)別潛在的遷徙廊道。近年來(lái),層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和最小累積阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型被廣泛應(yīng)用于生境質(zhì)量評(píng)價(jià)和生物遷徙廊道模擬[3-8]。

黑葉猴又稱白頰黑葉猴,屬哺乳綱、靈長(zhǎng)目、猴科、葉猴屬,是國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物,被世界自然保護(hù)聯(lián)盟列為瀕危(EN)物種,野生黑葉猴數(shù)量不足2000只,主要分布在我國(guó)貴州、廣西、重慶和云南的喀斯特地區(qū),是石灰?guī)r山地生態(tài)系統(tǒng)的特有物種、旗艦物種和指示物種。自20世紀(jì)90年代以來(lái),森林砍伐、農(nóng)業(yè)擴(kuò)張和非法捕殺等人類活動(dòng)加劇,黑葉猴種群數(shù)量和生境面積呈現(xiàn)斷崖式下降,棲息地破碎化日趨嚴(yán)重[9]。重慶市是黑葉猴分布的最北緣,主要分布在南川金佛山天山坪峽谷、萬(wàn)盛黑山谷、武隆芙蓉江、彭水烏江和長(zhǎng)溪河谷,以及酉陽(yáng)長(zhǎng)溪溝、冉家灘、清泉鄉(xiāng)等地[10-13]。

本文以重慶金佛山為研究區(qū),根據(jù)黑葉猴生活習(xí)性,分析影響黑葉猴生境分布的主要影響因子,預(yù)測(cè)黑葉猴潛在的適宜生境,最終利用MCR模型構(gòu)建黑葉猴潛在廊道。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于重慶市南部(如圖1所示),處大婁山褶皺地帶的喀斯特地區(qū),涉及南川、綦江2個(gè)區(qū)縣,13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),總面積為1465 km2,是重慶市“三帶四屏多廊多點(diǎn)”生態(tài)安全格局中“大婁山生態(tài)屏障”的重要組成部分,擁有金佛山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。境內(nèi)以山地地形為主,海拔高度為315～2241 m,相對(duì)高差約1900 m,巖溶地貌發(fā)育,多懸崖峭壁,天然石灰?guī)r洞豐富,為黑葉猴夜晚?xiàng)⑻峁┝藰O佳的場(chǎng)所。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,溫和多雨,氣候垂直分異明顯。特殊的地貌類型和氣候條件孕育了區(qū)域內(nèi)豐富的生物多樣性,除黑葉猴外,還擁有林麝、云豹、獼猴、紅腹錦雞等國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物,是重慶市生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵地區(qū)。

圖1 研究區(qū)

1.2 數(shù)據(jù)源與處理

本文的Landsat 8 OLI遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站,運(yùn)用ENVI5.3軟件進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、配準(zhǔn)和裁剪等預(yù)處理后,再基于NDVI的像元二分法模型計(jì)算植被覆蓋度。1∶1萬(wàn)數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及河流和路網(wǎng)等數(shù)據(jù),來(lái)源于重慶市規(guī)劃和自然資源局及其附屬單位。其中,利用DEM計(jì)算研究區(qū)內(nèi)的坡度,利用地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中林草覆蓋二級(jí)地類的屬性獲得植被類型數(shù)據(jù)。研究數(shù)據(jù)投影統(tǒng)一采用CGCS2000坐標(biāo)系,柵格數(shù)據(jù)重采樣精度為30 m。

2 研究方法

2.1 黑葉猴適宜生境因子分析

分析黑葉猴適宜生境時(shí),需要考慮黑葉猴生態(tài)學(xué)和行為學(xué)特性,因此確定其生活習(xí)性、找出影響黑葉猴棲息地選擇的環(huán)境因子至關(guān)重要。根據(jù)相關(guān)研究,黑葉猴性情溫和,警惕性高,行動(dòng)敏捷,善于攀爬跳躍,主要生活于溝谷的懸崖峭壁處和郁閉度較大的喬灌混交林中,夜宿于懸崖石壁的巖洞內(nèi)。黑葉猴食物以植物的葉、芽、花和果實(shí)為主,88.2%來(lái)自灌木和喬木[14-16]。適宜生境通常遠(yuǎn)離人為干擾且靠近水源,能夠?yàn)楹谌~猴提供豐富的食物資源和良好的隱蔽條件,同時(shí),林中灌木能夠?yàn)楹谌~猴移動(dòng)和漫游提供通道。

目前相關(guān)研究選擇影響黑葉猴生境適宜性指標(biāo),通常以自然條件、人類活動(dòng)特征和食物來(lái)源等為參考[17-19]。本文結(jié)合黑葉猴生活習(xí)性,選取了地形因素(海拔、坡度)、植被因素(植被類型、植被覆蓋度)、干擾因素(距居民點(diǎn)距離、距道路距離)、飲水因素(距水源距離)共4類7個(gè)環(huán)境因子作為黑葉猴生境適宜性評(píng)價(jià)的重要影響因子。

2.2 黑葉猴潛在生境評(píng)價(jià)

利用層次分析法對(duì)7個(gè)生境影響因子進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。首先,明確生境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,目標(biāo)層為黑葉猴潛在生境評(píng)價(jià),因素層為地形因素、植被因素、干擾因素、飲水因素,因子層為海拔、坡度、植被類型、植被覆蓋度、距居民點(diǎn)距離、距道路距離、距水源距離;然后,分別構(gòu)造因素層的4個(gè)因素和因子層的7個(gè)因子兩兩比較的判斷矩陣,采用1～9個(gè)標(biāo)度為比較的標(biāo)準(zhǔn),表征兩兩元素間的重要程度,其中,1表示兩個(gè)因素具有同樣的重要性,9表示一個(gè)因素比另一個(gè)因素極端重要[16];最后,對(duì)構(gòu)造的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),若隨機(jī)一致性比率CR<0.1,則得到各影響因子權(quán)重。

根據(jù)黑葉猴生活習(xí)性,對(duì)各影響因子進(jìn)行適宜性分級(jí),見表1,并按照最適宜100分、適宜70分、一般適宜40分、不適宜10分的標(biāo)準(zhǔn)賦值。利用ArcGIS的柵格計(jì)算器,將各影響因子加權(quán)疊加運(yùn)算,得到黑葉猴潛在生境綜合評(píng)分值。計(jì)算公式為

表1 生境評(píng)價(jià)因子分級(jí)

(1)

式中,i為柵格編號(hào)值;k為評(píng)價(jià)因子編號(hào);n為評(píng)價(jià)因子總數(shù),n=7;Si為第i個(gè)柵格的綜合評(píng)分值;ωk為第k個(gè)因子的權(quán)重;ci(k)為第i個(gè)柵格的第k個(gè)因子的適宜性分值。

2.3 基于MCR模型的潛在廊道構(gòu)建

(1)生態(tài)源地的確立。在ArcGIS中對(duì)生境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果按照自然間斷點(diǎn)分級(jí)法(Jenks)進(jìn)行重分類,將適宜度分為不適宜、一般適宜、適宜和最適宜4類。以黑葉猴生境評(píng)價(jià)最適宜等級(jí)斑塊作為潛在生境,將柵格評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)換為矢量圖斑,并對(duì)破碎化圖斑進(jìn)行融合,減小細(xì)碎圖斑的干擾?？紤]黑葉猴家域面積一般在0.29～1.19 km2[15,20],棲息地過小無(wú)法支撐物種生存繁衍,因此,提取面積大于0.29 km2的潛在生境斑塊作為生態(tài)源地。

(2)生態(tài)阻力面構(gòu)建。生態(tài)阻力面能夠反映生物在不同景觀單元之間流動(dòng)需克服的阻力大小,與生物對(duì)棲息地環(huán)境選擇的偏好性密切相關(guān)。本文參照生境適宜性評(píng)價(jià)設(shè)置黑葉猴擴(kuò)散遷徙的阻力系數(shù),按照統(tǒng)一的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),確定4個(gè)阻力等級(jí),將最適宜、適宜、一般適宜、不適宜的阻力值分別賦予10、40、70、100,阻力值越大表示黑葉猴遷徙擴(kuò)散受到的阻礙越嚴(yán)重。

(3)潛在生態(tài)廊道構(gòu)建。黑葉猴潛在生態(tài)廊道的構(gòu)建基于最小累積阻力模型,該模型常用于物種的擴(kuò)散過程、城市空間優(yōu)化等領(lǐng)域,計(jì)算公式為

(2)

式中,MCR為最小累計(jì)阻力值;Dij為某種從源斑塊j至景觀單元i的空間距離;Ri為景觀單元i對(duì)某種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)。在黑葉猴生態(tài)源地斑塊中選取1個(gè)作為源地,將其余斑塊作為目標(biāo)源地,借助ArcGIS的Cost-Distance工具依次計(jì)算不同生態(tài)源地之間的成本距離柵格和成本回溯鏈接?xùn)鸥?再利用Cost-Path工具生成各生態(tài)源地間的最小成本路徑,作為黑葉猴潛在生態(tài)廊道。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子生境適宜性特征與阻力面評(píng)價(jià)

通過上述方法得到地形因素、植被因素、干擾因素和飲水因素適宜性等級(jí)分布(如圖2所示)。根據(jù)前人對(duì)金佛山黑葉猴實(shí)際分布情況的觀察,在地形因素方面,黑葉猴多喜好海拔較高的陡坡區(qū)域,對(duì)坡向沒有明顯的選擇傾向性,研究區(qū)最適宜的海拔區(qū)域面積占比33.04%,集中在中部的頭渡鎮(zhèn)、金山鎮(zhèn)及東北部的山王坪鎮(zhèn)。最適宜的坡度面積占比6.52%,主要沿梅江、大溪河、龍骨溪、鯉魚河等河谷呈帶狀分布。

圖2 單因子生境適宜性分級(jí)

在植被因素方面,黑葉猴喜歡選擇植被覆蓋度較高的喬灌混合林,植被覆蓋度高在一定程度上代表較少的人為干擾和豐富的食物資源,同時(shí)有利于躲避捕食者的獵殺。研究區(qū)內(nèi)以喬木林為主,植被類型最適宜的區(qū)域面積為708.01 km2,占比48.33%,植被覆蓋度最適宜的區(qū)域面積為324.17 km2,占比22.13%。

干擾因素方面,人類活動(dòng)干擾是導(dǎo)致黑葉猴等靈長(zhǎng)類生物適宜生境減少和破碎化的關(guān)鍵要素,猴群對(duì)人類的回避表現(xiàn)明顯,通常選擇遠(yuǎn)離人群的地方活動(dòng)。區(qū)內(nèi)道路多為南北走向,對(duì)生境影響較小的區(qū)域面積占比為63.57%。居民點(diǎn)多集中在研究區(qū)西北部,對(duì)生境影響較小的區(qū)域面積占比為1.73%。

飲水因素方面,水是黑葉猴生活所必需的物質(zhì)資源,黑葉猴傾向于選擇距水源較近的生境,研究區(qū)內(nèi)水系發(fā)達(dá),最適宜區(qū)域所占面積比例最大,為32.11%,其次是一般適宜區(qū)域面積占比28.67%,次適宜與不適宜區(qū)域面積分別占比24.31%和14.91%。考慮金佛山地處喀斯特山區(qū),境內(nèi)水網(wǎng)密布,擁有數(shù)十條山澗溪流,水資源豐富,且食物含水量較高,黑葉猴能夠很容易從環(huán)境和食物中獲取充足的水分,因此距水源距離對(duì)金佛山黑葉猴生境選擇的影響相對(duì)較弱[13]。

3.2 潛在生境評(píng)價(jià)

根據(jù)層次分析法獲得的各因子權(quán)重,按照影響程度排序分別為:坡度(0.241)、植被類型(0.219)、距居民點(diǎn)距離(0.169)、植被覆蓋度(0.117)、距道路距離(0.103)、海拔(0.082)、距水源距離(0.069)。

從黑葉猴潛在生境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看(如圖3所示),黑葉猴適宜生境總面積為930.02 km2,占研究區(qū)域總面積的63.48%。其中,一般適宜生境面積為28.19%,適宜生境面積為23.14%,最適宜生境面積為12.15%。剔除面積小于0.29 km2的最適宜等級(jí)圖斑后,共得到黑葉猴的生態(tài)源地斑塊52個(gè),總面積為95.28 km2。其中,面積最大的為12.05 km2,面積最小的為0.33 km2。研究區(qū)黑葉猴最適宜生境受坡度的限制,主要集中在金佛山中部和東北部地區(qū)的溝谷地帶,潛在生境斑塊條帶狀特征明顯。這些區(qū)域植被覆蓋度高、林下植被豐富,靠近水源,受人類活動(dòng)干擾較小,是黑葉猴等珍稀動(dòng)物的重要棲息地。不適宜生境總面積為534.98 km2,占研究區(qū)域總面積的36.52%,主要集中分布在南城街道、南平鎮(zhèn)和叢林鎮(zhèn)北部,以及三泉鎮(zhèn)等海拔較低的區(qū)域,該地區(qū)地勢(shì)平緩、人類活動(dòng)較頻繁,對(duì)黑葉猴的生存和遷徙造成極大的影響。

圖3 生境適宜性評(píng)價(jià)分級(jí)

3.3 潛在廊道構(gòu)建

基于最小累積阻力原理,將黑葉猴的生態(tài)源地斑塊和阻力面柵格圖層作為模型輸入,得到黑葉猴潛在生境廊道(如圖4所示),去除廊道模擬結(jié)果中相互重疊和穿過生態(tài)源地斑塊內(nèi)部的廊道,最終確定56條廊道,廊道總長(zhǎng)度為147.82 km。其中,廊道最長(zhǎng)21.26 km,最短0.13 km,平均廊道長(zhǎng)度為2.66 km。

圖4 潛在廊道分布

由于廊道本身需要具有一定寬度,以滿足黑葉猴在廊道內(nèi)遷徙、擴(kuò)散和繁衍。結(jié)合黑葉猴最小家域面積0.29 km2,將廊道最小寬度設(shè)置為303.9 m,通過構(gòu)建緩沖區(qū),且去除交叉重疊面積后,得到潛在帶狀廊道總面積為43.89 km2。所有廊道均穿過高植被覆蓋度的林地,經(jīng)過多條水源,遠(yuǎn)離居民點(diǎn)。

4 結(jié)論與討論

本文基于黑葉猴的生活習(xí)性,篩選了海拔、坡度、植被類型、植被覆蓋度、距居民點(diǎn)距離、距道路距離、距水源距離共7個(gè)影響其生境選擇的關(guān)鍵因子,利用地理信息和遙感技術(shù)預(yù)測(cè)了金佛山黑葉猴潛在適宜生境分布,通過最小累積阻力模型構(gòu)建了區(qū)域內(nèi)56條有利于黑葉猴遷移擴(kuò)散的生態(tài)廊道,以促進(jìn)破碎化棲息地的連通,對(duì)黑葉猴種群和生境的保護(hù)具有重要指導(dǎo)意義。

為加強(qiáng)對(duì)金佛山黑葉猴的保護(hù),綜合以上研究,提出以下建議。

(1)研究區(qū)內(nèi)黑葉猴的適宜生境面積較少,植被類型作為影響生境適宜性的重要因素,應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)喬灌混合林的保護(hù),在缺少喬木的灌木叢中,栽植黑葉猴喜食的喬木植物,提高植被覆蓋度,著力改善和恢復(fù)黑葉猴棲息地的生存植被。

(2)加快推動(dòng)生態(tài)廊道的建設(shè)和保護(hù),在黑葉猴生態(tài)廊道沿線區(qū)域?qū)嵤┩烁€林、生態(tài)移民等措施,補(bǔ)植香葉樹、毛葉木姜子、山桃等黑葉猴喜食的植物種類,定期對(duì)廊道進(jìn)行巡檢,維護(hù)棲息地的連通性。

(3)加強(qiáng)對(duì)村民生物多樣性保護(hù)的教育和宣傳,堅(jiān)決打擊和查處非法盜獵行為,嚴(yán)格限制村民上山砍柴、取石、采藥、挖竹筍等活動(dòng),減少人類活動(dòng)的干擾。

本文仍存在一些不足:由于動(dòng)物選擇生境的過程極其復(fù)雜,受競(jìng)爭(zhēng)、捕食、人類活動(dòng)及多種與生存和繁殖有關(guān)的環(huán)境因素的影響,全面考慮生境影響因素存在很大困難,依據(jù)黑葉猴生活習(xí)性和數(shù)據(jù)的可獲取性,選取的7個(gè)關(guān)鍵影響因子具有一定代表性,但缺少天敵、夜宿地等更全面的分析考慮;此外,各影響因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重是依據(jù)專家決策和層次分析法確定的,具有一定主觀因素,且適宜性評(píng)分和阻力值僅反映黑葉猴生境適宜度和遷移擴(kuò)散阻力的相對(duì)大小,而并非絕對(duì)值。針對(duì)以上問題,后續(xù)有待進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化。