基于GIS 空間分析的惠州市生境適宜性評(píng)價(jià)與生態(tài)源地保護(hù)研究

韓婉詩(shī)，陳秀娟，牛曉楠，李 智，盛大勇

（1.廣州草木蕃環(huán)境科技有限公司/廣東省濕地修復(fù)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510000；2.惠州市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 惠州 516001；3.惠州市國(guó)有象頭山林場(chǎng)，廣東 惠州 516000）

生境是指生物個(gè)體、種群或群落所處的具體環(huán)境。它是特定地段上對(duì)生物起作用的生態(tài)因子的總和［1］。生物生境是生物多樣性保護(hù)研究的核心內(nèi)容［2］，大部分物種在環(huán)境中不是隨機(jī)分布的，生境適宜性越高其存在的概率越大［3］；因此，可以通過開展生境適宜性評(píng)價(jià)來識(shí)別物種出現(xiàn)概率較高的區(qū)域，進(jìn)而制定相應(yīng)的保護(hù)對(duì)策；但以往的研究多針對(duì)局部區(qū)域的單一或少數(shù)物種，研究對(duì)象針對(duì)性強(qiáng)且空間尺度較小，數(shù)據(jù)往往來源于長(zhǎng)期的研究積累［3-6］，難以應(yīng)用于大尺度生物多樣性保護(hù)工作。

生態(tài)源地是生態(tài)安全格局構(gòu)建的基礎(chǔ)，是維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和生態(tài)功能時(shí)須加以重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域［7］。以往生態(tài)源地的選取方法有2 大類，一類是根據(jù)指示物種特性建立綜合的棲息地適宜性評(píng)價(jià)體系評(píng)估選取，另一類是直接選取自然保護(hù)地、城市綠地等生態(tài)斑塊。如今，主流生態(tài)源地選取方法是建立含有多方面評(píng)估因子的指標(biāo)體系［8］，將生物多樣性保護(hù)目標(biāo)從單一瀕危物種擴(kuò)大至其生存的生態(tài)系統(tǒng)和景觀［9］。生境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在這一領(lǐng)域運(yùn)用較多，大多研究從地形地貌、土地利用類型、道路交通等脅迫因子入手［10-13］，數(shù)據(jù)來源和處理步驟較復(fù)雜，同時(shí)忽視了生態(tài)功能等級(jí)、森林起源等內(nèi)在特性。本文將生境適宜性評(píng)價(jià)與生態(tài)源地選取相結(jié)合，通過構(gòu)建的生境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系評(píng)估結(jié)果，結(jié)合景觀格局指數(shù)分析獲取初步生態(tài)源地，與全市生態(tài)保護(hù)空間現(xiàn)狀對(duì)比，驗(yàn)證指標(biāo)體系評(píng)估結(jié)果的合理性，再結(jié)合全市自然保護(hù)地、生態(tài)系統(tǒng)分布、珍稀瀕危物種分布情況提出生態(tài)源地的保護(hù)建議，以期為生物多樣性保護(hù)工作提供較為簡(jiǎn)便的評(píng)估思路。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

惠州市位于廣東省東南部、珠江三角洲東北部，屬南亞熱帶海洋性氣候，陸域面積11 347 km2；海域面積4 520 km2，是廣東省海洋大市之一；地貌以中低山地、丘陵和山間小盆地為主，九連山、羅浮山、蓮花山等3大山脈自北向南排列，其間水系縱橫；南部為南海，連接了珠三角外圍生態(tài)屏障和南部海洋生態(tài)保護(hù)帶。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所用的數(shù)據(jù)中，地類、森林起源、優(yōu)勢(shì)樹種、平均年齡、森林景觀等級(jí)、生態(tài)功能等級(jí)6 類數(shù)據(jù)來源于惠州市2018 年完成的森林資源二類調(diào)查；自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)來源于惠州市自然保護(hù)地整合優(yōu)化方案（2020 年國(guó)家下發(fā)數(shù)據(jù)）；陸域生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)來源于惠州市生態(tài)保護(hù)紅線劃定方案（2020 年8 月優(yōu)化調(diào)整版）；土地用途分區(qū)數(shù)據(jù)來源于惠州市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)（2020 年）。

2 研究方法

2.1 生境適宜性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

采用惠州市2018年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，以林業(yè)小班為單位，將地類、森林起源、優(yōu)勢(shì)樹種、平均年齡、森林景觀等級(jí)、生態(tài)功能等級(jí)6個(gè)屬性作為生境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究確定6類數(shù)據(jù)的權(quán)重（表1）；其中，濕地的生境適宜性評(píng)價(jià)通過濕地類型劃分為3個(gè)等級(jí)分別賦值（表2）；在ArcGIS10.2 中，通過屬性賦值和權(quán)重值計(jì)算獲得全市生境適宜性分值，以“f”表示。

表1 陸地生境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 濕地生境適宜性賦值

2.2 生態(tài)源地選取

粒度反推法基于反證法思想，用不同粒度表征不同生態(tài)源地結(jié)構(gòu)，通過測(cè)算不同粒度水平下的多個(gè)景觀格局指數(shù)，判定最優(yōu)粒度水平下的組分結(jié)構(gòu)，再返回原始數(shù)據(jù)反選生態(tài)源地。在粒度變化的過程中，規(guī)模較小且零星分布的生態(tài)斑塊不斷被剔除，相連和相離較近的生態(tài)斑塊不斷合并形成規(guī)模擴(kuò)大的生態(tài)景觀組分，最后生成不同粒度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［14］。

在ArcGIS 軟件中以生境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取生境適宜性高（0.75≤f≤1.00）的斑塊作為提取生態(tài)源地的基礎(chǔ)，將該區(qū)間的斑塊生成50、100、200、300、400、1 200 m不同粒度大小的柵格數(shù)據(jù)，在Fragatats 4.2中計(jì)算各粒度水平下的景觀格局指數(shù)，包括：斑塊數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、聚集度指數(shù)（AI）和連接度指數(shù)（CONNECT），通過分析景觀整體性和連通性選取最優(yōu)景觀組分的柵格粒度大小，以該粒度水平為依據(jù)確定初步的生態(tài)源地［15］。

通過Fragstats計(jì)算的不同粒度水平下的景觀格局指數(shù)并判斷各指數(shù)發(fā)生突變或趨于穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)，綜合各指數(shù)變化情況，選取關(guān)鍵粒度水平的柵格作為提取生態(tài)源地的參照，導(dǎo)入ArcGIS軟件，結(jié)合斑塊密度、現(xiàn)有保護(hù)地、陸域生態(tài)保護(hù)紅線和土地用途分區(qū)確定源地（斑塊密度較小或面積較小的區(qū)域設(shè)為踏腳石）。

3 結(jié)果與分析

3.1 生境適宜性分析

惠州市所有林業(yè)小班的生境適宜性評(píng)價(jià)得分區(qū)間為0.06≤f≤1.00，評(píng)價(jià)結(jié)果分布見圖1，將計(jì)算結(jié)果按自然斷點(diǎn)法分為5 個(gè)區(qū)間，分別對(duì)應(yīng)不同適宜性分類（表3）。其中適宜生境面積占比約為17.06%，較適宜生境面積占比約為24.87%，適宜性一般的生境面積約占15.84%，適宜性較差的約占7.80%，不適宜的生境面積約占34.42%。

圖1 生境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 生境適宜性分級(jí)與各級(jí)面積占比

3.2 關(guān)鍵粒度水平分析

提取生境適宜性分值在［0.75，1.00］的斑塊生成不同粒度的柵格數(shù)據(jù)，通過Fragstats 計(jì)算得不同粒度水平下適宜生境柵格的5個(gè)景觀格局指數(shù)，如圖2。

圖2 不同粒度水平下生境適宜斑塊各景觀指數(shù)變化趨勢(shì)

由圖2（a～e）可知，5 個(gè)指數(shù)均在50 m 水平下達(dá)到最大值，400 m粒度是各指數(shù)發(fā)生突變或趨于穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)，大于400 m 后各指數(shù)下降幅度降低；連接度在50～400 m 趨于平緩，500 m開始大幅下降，綜合各指數(shù)變化情況，選取400 m粒度水平的柵格作為提取生態(tài)源地的參照。

3.3 源地和踏腳石選取

將400 m粒度水平的生境適宜柵格疊加全市自然保護(hù)地（圖3a）、陸域生態(tài)保護(hù)紅線（圖3b）和土地用途分區(qū)（圖3c）數(shù)據(jù)，可得陸域自然保護(hù)地、陸域生態(tài)保護(hù)紅線、土地用途分區(qū)中的林業(yè)用地區(qū)與該粒度水平下的生境適宜斑塊均較匹配。故選取斑塊面積較大且生境適宜性高的區(qū)域作為陸域生態(tài)源地，后將適宜性較高但面積較小的區(qū)域作為生物遷徙過程中的踏腳石斑塊；海域方面，將整合優(yōu)化后的廣東大亞灣水產(chǎn)資源省級(jí)自然保護(hù)區(qū)和廣東惠東海龜國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)范圍作為海域生態(tài)源地（圖4）。最終，選取源地總面積約3 648.83 km2，踏腳石面積約為735.09 km2；其中源地面積約占市域面積的23.00%。

圖3 生境適宜斑塊與各生態(tài)空間關(guān)系示意圖

圖4 生態(tài)源地與踏腳石選取結(jié)果

3.4 生態(tài)源地及主要保護(hù)對(duì)象

根據(jù)生境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，將生境適宜性高的景觀基質(zhì)劃定為7塊生態(tài)源地，包括龍門縣的南昆山-九連山脈生態(tài)源地，博羅縣的羅浮山生態(tài)源地（含羅浮山及周邊山地），博羅縣的象頭山生態(tài)源地，惠東縣的惠東古田-梁化生態(tài)源地、惠東蓮花山-白盆珠生態(tài)源地和惠東稔平半島生態(tài)源地（惠東紅樹林生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)、惠東平海鎮(zhèn)海龜分布區(qū)等），大亞灣海洋生態(tài)源地（魚類索餌場(chǎng)、產(chǎn)卵場(chǎng)、育幼場(chǎng)及洄游通道，考洲洋、范和港海洋生態(tài)系統(tǒng)、鹽洲島等）（表4）。涉及的自然保護(hù)地包括廣東龍門南昆山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、廣東羅浮山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、廣東象頭山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、廣東惠東古田省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、廣東惠東蓮花山-白盆珠省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、廣東惠東海龜國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、廣東大亞灣水產(chǎn)資源省級(jí)自然保護(hù)區(qū)及周邊生境良好的市縣級(jí)保護(hù)區(qū)和森林公園等。

表4 各生態(tài)源地的主要保護(hù)對(duì)象

3.5 踏腳石分布

根據(jù)踏腳石選取結(jié)果，惠州全市的踏腳石斑塊可分為7個(gè)區(qū)域，包括：龍門-博羅中部（羅浮山脈）河谷-山地區(qū)、龍門-博羅東北部山地區(qū)、博羅西部-仲愷水庫(kù)群-東江濕地區(qū)、惠城東部山地區(qū)、惠陽(yáng)白云嶂山地區(qū)、惠城鐵爐嶂-惠東稔平半島山地區(qū)、惠東安墩鎮(zhèn)山地區(qū)，涉及的主要自然保護(hù)地與周邊山地見表5。

表5 踏腳石涉及的自然保護(hù)地與周邊山地

4 結(jié)論與建議

通過構(gòu)建的生境適宜性評(píng)價(jià)模型，對(duì)惠州全市陸域生境適宜性進(jìn)行了評(píng)估，得出適宜性高的區(qū)域主要分布在南昆山地、羅浮山地、象頭山及周邊山地、惠東大部山地，與惠州市自然保護(hù)地、生態(tài)保護(hù)紅線等的分布具有較高的一致性，同時(shí)識(shí)別出一些可作為踏腳石的保護(hù)空缺區(qū)域，證明該評(píng)價(jià)模型具有較好的評(píng)價(jià)效果。對(duì)于生態(tài)源地，建議開展如下保護(hù)和恢復(fù)工作：屬于生態(tài)控制線以內(nèi)的地區(qū)應(yīng)嚴(yán)格相關(guān)管理規(guī)定，屬于生態(tài)控制線以外的地區(qū)建議以規(guī)劃建設(shè)近自然形態(tài)的城市綠地的方式，加強(qiáng)生物多樣性保護(hù)；完善自然保護(hù)地體系建設(shè)，積極開展自然保護(hù)地整合優(yōu)化后續(xù)工作，保護(hù)主要景觀基質(zhì)；加大天然林的保護(hù)，健全天然林保護(hù)管理體系，將全市天然林納入天然林保護(hù)工程范圍，使全市天然林生態(tài)功能明顯提升；開展?jié)竦乇Ｗo(hù)與恢復(fù)工程，加強(qiáng)重點(diǎn)河流湖庫(kù)濕地水生態(tài)保護(hù)，加強(qiáng)水生生物種質(zhì)資源及其生境保護(hù)和恢復(fù)工作；開展生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)研究，構(gòu)建現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)體系，加快自然教育體系和科普渠道的構(gòu)建。

生態(tài)源地保護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，建議與踏腳石保護(hù)協(xié)同開展；目前全市范圍內(nèi)有許多分布零散破碎但又局部連接的生境斑塊，這些斑塊在一些關(guān)鍵指標(biāo)（如優(yōu)勢(shì)樹種、生態(tài)功能等級(jí)等）尚不能滿足作為源地的要求，但其中面積較大、區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯、發(fā)展?jié)摿^好的斑塊十分適合作為連接源地的踏腳石。協(xié)同保護(hù)建議如下：

（1）開展連接源地的關(guān)鍵踏腳石斑塊的保護(hù)，如：龍門黃草坪縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)、梅下水庫(kù)西部劍門石一帶山地，是連接龍門北部南昆山-九連山脈、羅浮山、象頭山這3 大生態(tài)源地的樞紐；惠州中東部的惠城墩子市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、惠城古寨市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、惠陽(yáng)白面石市級(jí)自然保護(hù)區(qū)及其周邊山地是連接象頭山生態(tài)源地和古田-梁化生態(tài)源地的關(guān)鍵斑塊；惠東安墩鎮(zhèn)擬建的惠東仙女峰縣級(jí)森林公園及周邊山地是連接蓮花山-白盆珠生態(tài)源地和古田-梁化生態(tài)源地的關(guān)鍵橋梁。

（2）開展與周邊市域生態(tài)斑塊銜接區(qū)域等關(guān)鍵銜接點(diǎn)的保護(hù)：惠州水東陂省級(jí)森林公園、博羅黃山洞市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、惠州龍山省級(jí)森林公園及周邊一帶山地位于羅浮山脈中段，既處于珠三角外圍生態(tài)屏障，也連接河源新豐江一帶山地，對(duì)保障羅浮山脈生態(tài)功能的完整性起到關(guān)鍵作用。重要的廊道交叉點(diǎn)和脆弱點(diǎn)有白花河和西枝江的交匯點(diǎn)、橫嶺水和淡水河交匯點(diǎn)、淡水河和坪山河交匯點(diǎn)、西枝江與梁化河交匯點(diǎn)等，還有與深圳東南部山地連接的大亞灣筆架山市級(jí)森林公園，這類位于關(guān)鍵銜接點(diǎn)的區(qū)域也應(yīng)作為重要的踏腳石斑塊采取保護(hù)措施。對(duì)于重要的廊道交匯點(diǎn)，建議減少人工建筑，維護(hù)河流的自然形態(tài)，提升其作為生物信息交流通道的作用。

（3）將空間臨近的濕地類踏腳石打造為淡水濕地生態(tài)源地：廣東潼湖國(guó)家濕地公園是粵港澳大灣區(qū)水鳥生態(tài)廊道的“源地”之一［16］，緊鄰東江，周邊還有仲愷觀洞縣級(jí)森林公園（觀洞湖）、惠州西湖濕地公園等濕地資源，應(yīng)將其作為濕地群開展整體保護(hù)，逐漸打造為東江淡水濕地生態(tài)源地。

（4）開展連接山地和海洋的踏腳石斑塊保護(hù)：惠州南部的金桔市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、大亞灣勤園縣級(jí)森林公園、大亞灣鐵爐嶂市級(jí)森林公園、亞公頂市級(jí)森林公園及稔山鎮(zhèn)東部山地是沿海丘陵區(qū)，緊鄰稔平半島，同時(shí)位于蓮花山脈尾端，具有通山達(dá)海的地理優(yōu)勢(shì)。

（5）加強(qiáng)城鎮(zhèn)化區(qū)域中踏腳石斑塊保護(hù)：惠州西南部惠陽(yáng)區(qū)的白云嶂市級(jí)自然保護(hù)區(qū)、大帽山市級(jí)森林公園、佛祖坳市級(jí)森林公園、黃巢嶂縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)、葉挺市級(jí)森林公園及周邊山地幾乎被城鎮(zhèn)包圍，西部緊鄰東莞銀屏山，是高度城鎮(zhèn)化區(qū)域中的綠核。近年，東莞銀屏山發(fā)現(xiàn)新種“東莞角蟾Boulenophrys dongguanensis”［17］，深 圳 多 地 發(fā) 現(xiàn) 植 物 新 種 的 現(xiàn)象［18］，說明城鎮(zhèn)化區(qū)域中的生態(tài)斑塊的生物多樣性有可能被低估，應(yīng)加強(qiáng)自然生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)，減少人為干擾，維護(hù)其生態(tài)傳輸功能。