基于InVEST模型的北京市延庆区自然保护地生境质量评估.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 调 查 规 划 :/基于 模型的北京市延庆区自然保护地生境质量评估岳建兵胡理乐(国家林业和草原局野生动物保护监测中心北京 国家林业和草原局林草调查规划院北京)摘要:采用 模型选取生境质量和生境退化风险两个指标分析北京市延庆区生境质量空间分布特征通过莫兰指数与 软件结合揭示两个生境指标的冷热点覆盖区探究生境质量、生境退化风险与不同类型自然保护地间的关系 研究结果表明:延庆区生境质量东北部、西北部和东南部较高西南部部分区域生境质量较低生态退化风险从东北向西南呈升高趋势各类自然保护地生境质量指数均高于 且均高于全区均值()自然保护地内生境热点较少生境退化风险热点主要集中在西南部城区东北和东南部也有零星分布不同类型保护地之间生境退化风险存在一定差异其中湿地公园退化风险高于其他类型需要强化对湿地公园的规划和管理减少人为活动的干扰关键词:自然保护地生境质量生境退化风险 模型热点分析北京市延庆区中图分类号:文献标识码:文章编号:()引文格式:岳建兵胡理乐 基于 模型的北京市延庆区自然保护地生境质量评估 林业调查规划():/.():/():.().收稿日期:第一作者:岳建兵()男山西忻州人硕士高级工程师 主要从事自然保护地和野生动植物研究工作 :.林 业 调 查 规 划 .:自然保护地在维护国土生态安全、建设生态文明、实现美丽中国过程中具有重要地位 在过去的数十年中人类频繁的活动干扰导致土地利用的剧烈变化进而促使大范围的生境破碎化生物多样性丧失生态系统服务功能下降人类福祉遭受严重威胁 为解决这一广泛存在的问题我国从国家到地方政府陆续建立各种类型的自然保护地以保护生物多样性维持生态系统功能并于党的十九大进一步提出“建立以国家公园为主体的自然保护地体系”又于 年 月印发关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见 相关研究也表明建立自然保护地在保护生物多样性、提高生态系统服务功能、维持生态系统健康、提供优质生态产品等方面起到关键作用 自 年开始我国自然保护地体系逐步完善数量不断增加类型丰富多样但不可避免地在自然保护地建设和管理过程中存在诸多问题如各部门间竞相圈地、管理上分割分治、顶层设计不够等 为此自然资源部及国家林业和草原局通过对自然保护地进行整合在解决一些历史遗留问题的同时使得自然保护地的空间布局进一步优化 新的历史时期构建自然保护地体系、加强自然保护地规划和管理以及明确自然保护地对保护生态环境的有效性显得至关重要为了表征人类活动与生态环境之间的关系通常选用生境质量作为替代指标来评估生态环境保护状况该方法具有一定的有效性和普适性 近年来国外相关学者利用生境质量指标从洲际、国家、区域等不同尺度针对生态环境状况开展了大量研究工作其研究结果一致认为生境质量是一种能够有效评估生态环境状况的有效替代指标 国内相关学者也从不同尺度(流域、区域、自然保护区等)开展了生境质量研究但大部分工作偏向于揭示其时空变化特征对自然保护地的生境质量及二者之间的关系研究相对较少()在研究热带雨林地区时为了分析其受到的威胁程度首次提出“热点”这一概念用于识别物种丰富度高、特有性强或极具威胁性的区域 随后“热点”成为分析特殊区域生物多样性受到严重威胁和表征生境质量的直观有效方法 该方法能够有效地对生物多样性保护规划及管理进行改进同时国内学者也将其运用到了省级尺度的生境质量分析延庆区作为首都西北重要的生态屏障多年来坚定不移地实施生态文明发展战略牢固树立“两山”理念持续加大生物多样性保护力度通过自然保护区、湿地公园建设加强区域范围内的生境质量提升和生物多样性保护 截至目前延庆区共有 类 处自然保护地(表)其中自然保护区 处、森林公园 处、湿地公园 处、地质公园 处、风景名胜区 处总面积达 占全区国土面积的 远高于北京市自然保护地的面积比例()延庆区保护地数量居北京市各区第一占北京市保护地数量的近 保护地面积居北京市各区第二约占北京市保护地面积的 由此可见延庆区自然保护地规模在北京市自然保护地中占有重要位置表 延庆区自然保护地 序号自然保护地名称级别批建年代面积/松山国家级自然保护区国家级 年 野鸭湖市级湿地自然保护区市级 年 玉渡山区级自然保护区区级 年 莲花山区级自然保护区区级 年 大滩区级自然保护区区级 年 金牛湖区级自然保护区区级 年 白河堡区级自然保护区区级 年 太安山区级自然保护区区级 年 龙庆峡松山古崖居风景名胜区市级 年 朝阳寺市级木化石自然保护区市级 年 北京延庆硅化木国家地质公园国家级 年 八达岭国家森林公园国家级 年 北京野鸭湖国家湿地公园国家级 年 莲花山森林公园市级 年 水头区级自然保护区区级 年 第 卷岳建兵等:基于 模型的北京市延庆区自然保护地生境质量评估 虽然延庆区近些年来在自然保护地建设、生境质量提升及生物多样性保护方面取得了一定成效但这些举措对其生境质量的保护和改善并未得到及时评估不同保护地类型的优缺点尚未获得充分认识区域相关威胁与保护规划和管理也未很好地联系起来 因此研究和评估北京市延庆区自然保护地生境质量对于生态环境保护及自然保护地管理具有重要参考意义 为了有效评估延庆区自然保护地对生态环境的影响本研究运用 模型结合莫兰指数对该区域生境质量和生境退化风险空间分布格局进行分析识别生境冷热点区域探讨研究区生境质量和生境退化风险及其冷热点与不同类型自然保护地间的关系 研究区概况延庆区地处北京市西北部地理位置为北纬东经 北东南三面环山西临官厅水库的延庆八达岭长城小盆地即延怀盆地延庆位于盆地东部全境平均海拔约 生态环境优良是首都西北重要的生态屏障 其中山区面积占 平原面积占 水域面积占 延庆区属大陆性季风气候属温带与中温带、半干旱与半湿润带的过渡带 气候冬冷夏凉年均降水量约 年均温最热月份气温比承德低 是著名的避暑胜地有北京“夏都”的美誉 延庆区土地利用类型和自然保护地空间分布如图 所示延庆区生境质量主要威胁因子空间分布如图 所示 数据与方法 数据来源选取 年分辨率为 的土地利用数据来源于中科院地理所根据实际情况将研究区土地利用类型整合为林地、草地、耕地、水域、建设用地和未利用土地等 个类型 道路(铁路、公路)数据来自全国地理信息资源目录服务系统(:/)的 全国基础地理信息库 延庆区自然保护地数据(边界、级别、类型)来源于北京市园林绿化局 与本研究相关的空间数据主要在 中完成生境质量计算结果在 模型中处理得到图 延庆区土地利用类型和自然保护地空间分布 图 延庆区生境质量主要威胁因子空间分布 研究方法 生境质量评估本研究采用 模型选取生境质量指数和生境退化风险指数对延庆区生境质量进行评估生境质量指数往往用来综合表征区域各类环境第 期林 业 调 查 规 划因子假设物种栖息地质量较高的区域其丰富度也较高而栖息地质量和面积的降低对应区域的物种也将下降因此生境质量指数的大小可作为生物多样性评估指标并能够判别生态系统的承载力和生产力 生境质量指数可在 模型中进行计算模型根据不同区域受威胁的敏感程度来判定其受到外部环境影响的大小进而判别不同区域生境退化风险的高低物种栖息地的生境质量取决于所处区域的特点和受威胁程度不同区域类型的生境质量数值可能相似但其生境适宜度和受威胁程度各有差异如果只单一采用生境质量指数进行评估则可能会低估生境的威胁影响 那么此时应考虑生境退化风险指数其代表的是区域物种受到各类环境因子总的威胁程度因此本研究综合考虑生境质量指数和生境退化风险指数来评估研究区生境质量 计算公式为:()()式()中:为生境类型 中栅格 的生境退化风险指数 为威胁因子 下的栅格用于判断栅格 是否提供威胁源 为威胁因子 具有的威胁权重为栅格 在社会、法律和物理保护水平下威胁因子的可达性取值介于 和 取值越大表明可达性越高为地类 对威胁因子 的敏感系数取值介于 和 取值越接近 表示越敏感为来源于栅格 的威胁因子 对栅格 的影响式()中:为生境类型 中栅格 的生境质量为生境类型 的生境适宜度 为半饱和常数在生境质量分析中一般设为 受不同威胁因子影响在空间上存在线性衰减和指数衰减两种情况 计算公式为:(线性衰减)()(指数衰减)()式()中:是栅格 和 之间的线性距离是威胁 的最大影响距离综合相关研究和专家意见得到威胁因子参数和威胁敏感度参数(表 表)表 威胁因子参数 威胁因子最大作用距离/权重衰减函数耕地 线性铁路 指数建设用地 指数公路 指数乡道 线性表 不同土地类型对威胁因子的敏感度参数 地类名称生境适宜度耕地铁路城区裸地公路乡道森林 草地 湿地 耕地 建设用地未利用土地 对研究区涉及的自然保护地类型的可达性参数 进行赋值 其中研究区自然保护地主要分为两大类(自然保护区、自然公园)小类(自然保护区、森林公园、湿地公园、地质公园、风景名胜区)将自然保护区(核心区、缓冲区和试验区)的可达性值分别设为 、和 将自然公园(森林公园、湿地公园、地质公园和风景名胜区)的可达性值均设为 其他区域可达性值均设为 生境热点与冷点分析由特定指标的高密度簇来表示其特征区域称之为热点反之称为冷点 本研究利用 中“聚类和异常值分析”工具实现基于空间分析和空间关联的 算法进而对研究区热点和冷点进行分析 通过软件识别根据像素的簇/离群点类型来体现空间相似性或空间差异性 最终将研究区生境质量指数和生境退化风险指数分为 种类型:“”为由高值包围的更高值区“”为由高值包围的低值区域“”为由低值包围的高值区域“”为由低值包围的更低值区域“”为无显著异常 其中“”和“”为热点区域“”和“”为冷点区域第 卷岳建兵等:基于 模型的北京市延庆区自然保护地生境质量评估 结果与分析 生境质量和生境退化风险指数空间分布格局延庆区生境质量指数平均值为 (表)高值区主要集中在东北部、西北部和东南部的山区(图()这些区域海拔较高土地利用类型以森林为主植被覆盖度较高生态环境条件相对较好人口密度小但在高值区也存在生境质量指数较低的小部分区域呈带状分布主要因为在道路附近受威胁影响所致 中值区主要分布于环延庆城区的城乡结合地带该区域由山地向平原过渡地形较为平缓以草地或耕地为主要土地利用类型 低值区主要集中于西南部的城区建设用地比重大人口密集人为活动频繁延庆区生境退化风险指数平均值为 从东北向西南呈升高趋势(图()西北部有小部分区域属低值区 高值区集中分布于延庆区西南部的城区及环城区周边该区域人类活动频繁对生境的威胁较为集中 低值区主要分布于东北部及西北小部分植被覆盖度较高人为干扰少自然保护地相对集中区域 从总体来看延庆区生境质量指数均值高于 生境退化风险指数均值低于 因此延庆区生态环境质量整体较好表 不同类型自然保护地生境质量和生境退化风险指数均值 项目 全区非保护地自然保护区森林公园湿地公园地质公园风景名胜区生境质量指数 生境退化风险指数 图 延庆区生境质量和生境退化风险指数空间分布 延庆区非保护地区域生境质量指数()低于全区均值自然保护地的生境质量指数整体较高不同类型保护地之间差异不大数值均在 以上其中森林公园最高()延庆区非保护地区域生境退化风险指数()高于全区均值 自然保护地的生境退化风险指数整体较低但不同类型保护地之间存在一定差异 其中地质公园最低()湿地公园最高()且高于全区平均水平自然保护区()、森林公园()和风景名胜区()这 种保护地类型基本接近 生境质量和生境退化风险指数冷热点分析不同保护地类型生境质量和生境退化度及其热点、冷点覆盖率见表 图 第 期林 业 调 查 规 划延庆区生境质量热点覆盖区域较少()(表)零星分布在人类活动频繁城区(图()冷点覆盖区()明显高于热点区在西南部城区集中连片分布在东北部山区道路附近有带状或零星分布(图 ()生境退化风险热点区()分布较为明显主要集中在西南部城区东北和东南部也有零星分布由于覆盖面积较小冷点区()则分布不明显表 不同保护地类型生境质量和生境退化度及其热点、冷点覆盖率 项目类型 全区非保护地自然保护区森林公园湿地公园地质公园风景名胜区生境质量指数 热点覆盖率 冷点覆盖率 生境退化风险指数热点覆盖率 冷点覆盖率 图 延庆区生境质量和生境退化风险指数冷、热点空间分布 延庆区非保护地区域的生境质量冷热点覆盖率均高于全区平均水平 各类保护地生境质量热点覆盖率基本接近均为较低水平(接近或少于 )但冷点覆盖率存在一定差异湿地公园冷点覆盖率()最高森林公园冷点覆盖率最低()延庆区非保护地区域生态退化冷热点覆盖率均高于全区均值 各类保护地生境退化风险热点覆盖率存在一定差异风景名胜区热点覆盖率()略高于其他集中保护地类型 各类保护地生境退化风险冷点覆盖率均较低(接近或少于 )讨 论 不同区域生境质量的差异相关研究结果表明生境质量与人类活动有着直接关系人口密度高、人类活动频繁、离威胁源更近的区域其生境质量明显低于其它区域这与国内外相关学者的研究基本一致 延庆区西南部生境质量较低生境退化风险较高主要因为该区域以城镇为主道路网密集人口相对集中存在着各种威胁影响因素对生境干扰较大 延庆区东北部、西北部和东南部生境质量较高生境退化风险较第 卷岳建兵等:基于 模型的北京市延庆区自然保护地生境质量评估低主要因为这些区域以山地和森林为主植被覆盖度较高自然保护地相对集中生态环境条件较好人为等其他威胁因子较少 通过近些年的不断努力延庆区自然保护地面积已占到全区国土面积的 因此这些区域的生物多样性将在可预期的情况下得到有效保护 不同类型保护地生境退化风险的差异无论从地区、国家或全球范围自然保护地对生物多样性保护的积极作用都已达成共识而且生境质量和生境退化风险的相关研究也很好地解释了这一点同时也表明了生境的高退化风险和来自人为的高压力之间存在相关性 延庆区不同类型保护地之间生境退化风险存在一定差异其中湿地公园退化风险高于其他类型 其他保护地类型中如自然保护区有核心区和缓冲区对人为的可达性有极强的限制威胁影响较少森林公园主要以森林生态系统为主植被覆盖率高物种丰富稳定性强地质公园中的一些存在基础形成年代久远具备一定的抗干扰能力因此这些保护地类型生境退化风险相对较低 湿地公园成立相对较晚且其内部存在一定比例的耕地和建设用地等干扰因子较多因此生境退化风险较高 生境质量和退化风险的热点热点分析经常被用来研究要素的空间分布问题主要判断某要素在空间分布上存在统计意义上显著的高值或低值同时也能很好地识别和解释区域内生境质量高低的聚集或离散分布 延庆区自然保护地区域内生境质量和生境退化风险的热点覆盖率均低于非保护地区域各类型保护地生境质量热点覆盖率基本接近均为较低水平生境退化风险热点区分布较为明显主要集中在西南部城区东北和东南部也有零星分布 综上所述延庆区自然保护地内生境热点较少这可能是由于整体环境较好均为高值所以不存在明显的热点 结 论本研究基于 模型通过较高分辨率的土地利用数据引入生境质量和生境退化风险两个指标并运用区域冷热点分析方法探讨生境质量、生境退化风险与各自然保护地类型的关系得出以下主要结论:)延庆区生境质量东北部、西北部和东南部较高生境退化风险较低西南部部分区域生境质量较低生境退化风险较高生态退化风险从东北向西南呈升高趋势)延庆区自然保护地内生境热点较少生境退化风险热点主要集中在西南部城区东北和东南部也有零星分布)延庆区不同保护地类型的生境质量整体较高差异不大但不同类型保护地之间生境退化风险存在一定差异其中湿地公园退化风险高于其他类型 今后延庆区需要强化对湿地公园的规划和管理减少人为活动的干扰参考文献:唐小平蒋亚芳刘增力等 中国自然保护地体系的顶层设计 林业资源管理():():马克平 当前我国自然保护区管理中存在的问题与对策思考 生物多样性():朱彦鹏王伟罗建武等 在建设国家公园体制下加强自然保护区综合管理 环境保护():():高吉喜刘晓曼周大庆等 中国自然保护地整合优化关键问题 生物多样性():高吉喜徐梦佳邹长新 中国自然保护地 年发展历程与成效 中国环境管理():?:.:巩杰马学成张玲玲等 基于 模型的甘肃白龙江流域生境质量时空分异 水土保持研究():第 期林 业 调 查 规 划 钟莉娜王军 基于 模型评估土地整治对生境质量的影响 农业工程学报():刘春艳朱康文刘吉平 三峡库区重庆段土地覆盖和生物多样性功能演化及预测 农业工程学报():顾羊羊黄贤峰邹长新等 沅江源自然保护区生境质量变化遥感监测 生态与农村环境学报():刘园周勇杜越天 基于 模型的长江中游经济带生境质量的时空分异特征及其地形梯度效应.长江流域资源与环境():梁晓瑶袁丽华宁立新等 基于 模型的黑龙江省生境质量空间格局及其影响因素 北京师范大学学报(自然科学版)():武丹李欢艾宁等 基于 的土地利用时空变化与生境质量预测 以宁夏中部干旱区为例 中国生态农业学报(中英文)():奥勇蒋嶺峰白召弟等 基于格网 的黄河流域土地生态质量综合评价 干旱区地理():景晓玮赵庆建 基于 模型的贵州省生境质量时空变化研究 国土与自然资源研究():王军严有龙王金满等 闽江流域生境质量时空演变特征与预测研究 生态学报():“”:赵晓冏王建苏军德等 基于 模型和莫兰指数的甘肃省生境质量与退化度评估 农业工程学报():北京市园林绿化局北京市自然保护地基本情况/:/.:/:/陈永国刘维军荣月静等 基于土地利用与植被覆盖度的大通北川河源区自然保护区生境质量评估.水土保持研究():白健刘健余坤勇等 基于 模型的闽江流域生境质量十年变化评价 林业勘察设计():刘智方唐立娜邱全毅等 基于土地利用变化的福建省生境质量时空变化研究 生态学报():徐丹丹侯光雷董凯凯等 基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估 湿地科学():():.():薛达元蒋明康 中国自然保护区对生物多样性保护的贡献 自然资源学报():欧阳志云杜傲徐卫华 问题与对策:我国生物多样性格局与自然保护地体系建设 人与生物圈():.():刘雪华靳强 秦岭中段南坡 格局与生境质量变化研究 林业调查规划():刘春芳王川刘立程 三大自然区过渡带生境质量时空差异及形成机制 以榆中县为例 地理研究():彭建吴见徐飞雄等 基于价值评估的黄山市生境质量时空演变特征分析 生态学报():责任编辑:许易琦第 卷