西南地區生物文化多樣性空間格局定量研究

沈 園,李 濤,唐明方,鄧紅兵,*

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 中國科學院大學, 北京 100049

人類社會存續與發展的歷程,既是人類開發并利用自然的過程,也是人類創造和發展文化的過程。在此過程中,生物多樣性是人類社會賴以生存和發展的基礎[1]；文化多樣性是人類社會的基本特征,也是人類文明進步的重要動力[2]。雖然生物多樣性是自然系統的屬性,而文化多樣性反映的是社會系統的特征,但兩者都是保持自然界和人類社會健康的基礎,兩者之間也存在密不可分的聯系[3]。文化多樣性和生物多樣性的聯系常反映在地理空間上的交叉重合。在早期的生物多樣性研究中,就有學者觀察到生物多樣性豐富的地區相應地擁有豐富的傳統文化[4]。因高山、河流等復雜的地理要素所引起的地理隔離,不僅推動了生物類群的演化,也促進了不同群體、民族的分化[5]。生物文化多樣性是指生物多樣性和文化多樣性之間的復雜連結,可被認為是世界差異的總和[3,6]。生物文化多樣性作為完整的概念用于研究與管理的時間不長[2],但越來越多的學者強調了生物多樣性與文化多樣性連結的重要性[7],并形成了生物文化視角及應用于管理實踐的生物文化途徑[8]。

西南地區幅員遼闊、地貌復雜、氣候多樣、水汽豐沛,為動植物的演化和發展創造了有利條件。因而,西南地區擁有垂直地帶性較為完整,類型多樣、種類齊全、物種豐富的生態系統類型,成為我國重要的生物資源寶庫[9]。與此同時,西南地區是我國少數民族的聚居區,世居的34個民族人口占全國少數民族總人口的48.32%[10]。由于分布區的地理環境、氣候條件、生產資料等因素各異,不同民族在歷史的演化過程中形成了各具特色的傳統文化[11]。西南地區獨特的生物資源條件與民族文化形式對多樣性的空間格局與影響因素研究具有重要的價值,但當前仍然缺乏對該區域生物文化多樣性的定量研究以及較大尺度上的空間格局分析。因此,在分別探討文化多樣性與生物多樣性的分布格局的基礎上,綜合生物多樣性和文化多樣性指標來計算生物文化多樣性,從而識別西南地區生物文化多樣性空間格局,并分析不同自然因素對多樣性分布格局的影響,研究結果有助于從綜合的視角來了解和保護區域生物文化多樣性。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本研究中,西南地區橫跨85°30′—112°30′E,20°54′—36°29′N,包括廣西壯族自治區、重慶市、四川省、貴州省和云南省的全部,以及西藏自治區的拉薩市、那曲地區、山南地區、林芝地區、昌都地區與青海省的玉樹藏族自治州(含格爾木市飛地唐古拉鄉)。文化多樣性數據是通過借用Shannon-Wiener指數對2010年第六次人口普查中各民族人口數進行計算所得[12-14]。生物多樣性數據來源于《2010年中國生態系統服務空間數據集》通過收集整理區域內的指示物種數量得到生物多樣性保護重要性模擬數據[15]。行政區劃與邊界矢量、水體矢量數據以及數字高程模型來源于中國科學院遙感與數字地球研究所。研究中以縣級行政區為基本單元,2010年的研究單元總數為603個。

1.2 生物文化多樣性

在較大尺度的研究中,生物文化多樣性指標的選取或構建是重要的前提,常用的簡便方法是將定量生物多樣性和文化多樣性的指標加以綜合用來表征整體的多樣性。本研究中,在咨詢專家的意見并參考國際上相關研究的基礎上[6],認為文化多樣性與生物多樣性在西南地區具有同等重要性,對兩者賦等權求和得到生物文化多樣性。第i個研究單元的生物文化多樣性BCDi,具體表示為：

(1)

(2)

(3)

(4)

1.3 優化的熱點分析

(5)

(6)

式中,Dj為第j個研究單元的多樣性數值,wi,j為單元i與單元j間的空間權重。

2 研究結果

2.1 文化多樣性與生物多樣性空間格局對比

西南地區的文化多樣性與生物多樣性空間分布如圖1所示。一方面,西南地區文化多樣性高的區域為瀾滄江流域、怒江流域和雅魯藏布江流域的下游區,元江流域全境,以及珠江流域上游區；而文化多樣性低的區域為長江流域的四川盆地大部,瀾滄江流域、怒江流域和雅魯藏布江流域的上游區,以及廣西沿海地區。另一方面,生物多樣性高的區域主要在青藏高原與四川盆地的過渡帶至三江并流的橫斷山地區,以及瀾滄江流域與元江流域下游的邊境處；而生物多樣性低的區域為各流域的上游區,珠江流域全境,以及重慶全境。憑借ArcGIS 10.2的多種工具[18],提取河流干流處縣級單元的文化多樣性與生物多樣性數值,并沿河流流向對比多樣性的變化情況。在文化多樣性方面,瀾滄江干流、怒江干流、雅魯藏布江干流與元江干流沿河流流向大體上都呈現“低-高”的變化狀態,而長江干流與珠江干流都呈現“低-高-低”的變化狀態。在生物多樣性方面,雅魯藏布江干流與元江干流沿河流流向都呈現“低-高”的變化狀態,而長江干流、珠江干流與怒江干流都呈現“低-高-低”的變化狀態,此外,瀾滄江干流呈現出“低-高-低-高”的變化狀態。對比文化多樣性與生物多樣性的分布格局發現,兩者在西南地區存在一定的地理空間分布差異。

圖1 西南地區文化多樣性與生物多樣性空間分布Fig.1 The spatial distribution of cultural and biological diversity of Southwest China

運用優化的熱點分析工具[18],對西南地區文化多樣性與生物多樣性進行空間聚類分析發現,兩者的高低值聚類區空間分布具有一定差異,但也存在高低值聚類的重疊區域。從圖2可以看出,文化多樣性在西南地區南部形成明顯的條帶狀高值聚類區；同時,在雅魯藏布江流域、怒江流域和瀾滄江流域上游區,與長江流域內的四川盆地,以及廣西沿海地區形成低值聚類區。生物多樣性在青藏高原與四川盆地過渡帶至橫斷山區形成明顯的條帶狀高值聚類區；同時,在雅魯藏布江流域、怒江流域和長江流域上游,與重慶周圍形成低值聚類區。對比文化多樣性與生物多樣性的空間聚類格局發現,橫斷山區,與瀾滄江流域和元江流域下游為文化多樣性與生物多樣的高值聚類區；而雅魯藏布江流域和怒江流域的上游區,與以重慶為中心的四川盆地平原區,為兩種多樣性的低值聚類區。此外,貴州南部至廣西北部為文化多樣性高值聚類而非生物多樣性高值聚類區,青藏高原東緣至四川盆地交界處為生物多樣性高值聚類而非文化多樣性高值聚類區。

圖2 西南地區文化多樣性與生物多樣性高低聚類空間分布Fig.2 The spatial distribution of high/low clustering of cultural and biological diversity of Southwest China

2.2 生物文化多樣性的空間分布格局

基于西南地區的文化多樣性與生物多樣性縣級單元數據,計算得到各單元的生物文化多樣性(圖3)。西南地區生物文化多樣性高的區域為青藏高原與四川盆地的過渡帶至三江并流的橫斷山地區,以及瀾滄江流域與元江流域下游的邊境處；而生物文化多樣性低的區域為長江流域、瀾滄江流域、怒江流域和雅魯藏布江流域的上游區,以及四川盆地大部和廣西沿海地區。通過提取河流干流處縣級單元的生物文化多樣性并沿河流流向對比發現,雅魯藏布江干流與元江干流沿河流流向都呈現“低-高”的變化狀態,而長江干流、珠江干流與怒江干流都呈現“低-高-低”的變化狀態,此外,瀾滄江干流呈現出“低-高-低-高”的變化狀態。將生物文化多樣性的空間格局與文化多樣性和生物多樣性的相比較發現,高生物文化多樣性的區域與高生物多樣性的區域分布較為相似,而低生物文化多樣性的區域與低文化多樣性的區域分布較為接近。

圖3 西南地區生物文化多樣性及其高低聚類空間分布Fig.3 The spatial distribution of biocultural diversity and its high/low clustering of Southwest China

運用優化的熱點分析工具,對西南地區生物文化多樣性進行空間聚類分析發現,其高低值聚類區呈現明顯的片狀格局。從圖3可以看出,生物文化多樣性自青藏高原東緣至廣西與貴州西部形成明顯的片狀高值聚類區；同時,在長江流域內的四川盆地,以及雅魯藏布江流域、怒江流域、瀾滄江流域和長江流域的上游,分別形成明顯的片狀低值聚類區。與文化多樣性和生物多樣性的高低值聚類分布格局相比較發現,生物文化多樣性高低值聚類分布區的片狀格局更為明顯,這主要是由文化多樣性與生物多樣性的高低值聚類的重疊效應所引起的。

2.3 影響因素分析

本研究通過對西南地區的區域面積、水體面積、水體周長、水體覆蓋率、平均海拔、海拔標準差、平均坡度與坡度標準差進行分析,探究自然因素對文化多樣性、生物多樣性與生物文化多樣性空間格局所產生的影響。運用ArcGIS 10.2的Exploratory Regression工具得到各因素的變量顯著性[18-19],反映不同影響因素對多樣性指數的預測程度。此外,應用IBM SPSS Statistics 20統計軟件將所有研究單元的多樣性數值與因素值進行Pearson相關分析[20],探究文化多樣性、生物多樣性、生物文化多樣性與影響因素之間的線性相關關系。

各影響因素對文化多樣性空間分布的研究發現(表1),平均坡度的變量顯著性為100%,體現出了研究單元內地形坡度的平均值對文化多樣性的空間分布具有很強的影響。同時,水體覆蓋率和海拔標準差對文化多樣性的變量顯著性也較高,反映出研究單元內水體面積占區域面積的比值和海拔高程的差異程度對文化多樣性空間分布產生一定影響[12]。相反地,區域面積與水體面積的影響則較弱。Pearson相關分析的結果表明,文化多樣性與平均坡度、坡度標準差和海拔標準差呈極顯著(P<0.01)的正相關關系,而與水體覆蓋率呈極顯著(P<0.01)的負相關關系。同時,文化多樣性與水體周長呈顯著(P<0.05)的負相關,但相關性較低。綜上所述,西南地區文化多樣性分布格局受到平均坡度([1.37°,32.69°])的重要影響,文化多樣性水平高的單元傾向于聚集在地形坡度大、海拔與坡度的差異程度較高而水體覆蓋率較低的區域。

各影響因素對生物多樣性空間分布的研究發現(表1),海拔標準差的變量顯著性達100%,其次為平均坡度,而水體周長的變量顯著性最低僅有2.02%,體現出研究單元內海拔高程的差異程度和地形坡度的平均值對生物多樣性的空間分布具有很強的影響,但水體的周界長度對生物多樣性的空間分布影響很弱。與此同時,Pearson相關分析的結果表明,生物多樣性與海拔標準差、平均坡度、坡度標準差和平均海拔呈極顯著(P<0.01)的正相關關系,而與水體覆蓋率呈極顯著(P<0.01)的負相關關系。因此,西南地區生物多樣性分布格局受到海拔標準差([5.34 m,1619.60 m])與平均坡度([1.37°,32.69°])的影響,生物多樣性高的單元傾向于聚集在地形坡度大且海拔與坡度的差異程度較大、平均海拔較高但水體覆蓋率較低的區域。

表1 西南地區文化多樣性、生物多樣性與生物文化多樣性的影響因素統計值

*表示在0.05水平上(雙側)顯著相關,**表示在0.01水平上(雙側)顯著相關

對比文化多樣性與生物多樣性的影響因素發現,各因素對兩種多樣性所產生的影響較為相似。因此,在各因素的基礎上增加生物多樣性作為變量對文化多樣性進行探索性回歸分析,其變量顯著性也達到100%,反映出生物多樣性對文化多樣性的空間分布產生強烈影響。同時,Pearson相關分析也表明,基于縣級單元的生物多樣性與文化多樣性的相關系數為0.4499,兩者達到極顯著(P<0.01)的正相關關系,反映出西南地區的文化多樣性與生物多樣性彼此產生相互促進的作用。

各影響因素對生物文化多樣性空間分布的研究發現(表1),平均坡度的變量顯著性為100%,體現出了研究單元內地形坡度的平均值對生物文化多樣性的空間分布具有很強的影響。與文化多樣性和生物多樣性的影響因素相似,水體周長、區域面積與水體面積對生物文化多樣性的空間分布影響較弱。Pearson相關分析的結果表明,生物文化多樣性與平均坡度、海拔標準差、坡度標準差和平均海拔呈極顯著(P<0.01)的正相關關系,而與水體覆蓋率呈極顯著(P<0.01)的負相關關系。因此,西南地區生物文化多樣性分布格局受到平均坡度([1.37°,32.69°])的重要影響,生物文化多樣性高的單元傾向于聚集在地形坡度大且海拔與坡度的差異程度較大、平均海拔較高但水體覆蓋率較低的區域。

3 結論與討論

在較大尺度的研究中,語言常被用來指示文化多樣性,而脊椎動物與植物的數量常被用來指征生物多樣性[21]。雖然這些指標并不能完全代表兩種多樣性,但考慮到數據的可獲得性,它們仍在定量研究中具有優勢。然而,用單一的生物多樣性或文化多樣性的指標來反映世界的多樣性都是不全面的。因而,為量化國家或者地區尺度的多樣性水平,學者們引入了一些測度生物文化多樣性的指標,一般的做法是將文化多樣性和生物多樣性的定量化指標加以綜合來表征整體的多樣性[2]。例如,Loh與Harmon以宗教、語言和種族數量來測度文化多樣性,同時以鳥類、哺乳動物和植物數量來測度生物多樣性,在此基礎上將兩者的算術平均作為生物文化多樣性指數,并以國家為單元進行了多樣性的綜合評價[6]。對本研究的西南地區而言,一方面,由于中央政府在進行民族識別的過程中考慮到了民族語言、宗教信仰和歷史淵源等因素[22],因而利用民族人口數量來衡量研究單元的文化多樣性水平具有指示性[23]；另一方面,包括野生動物與野生植物在內的指示物種數目及其受威脅狀態也反映了區域的生物資源水平,用以衡量研究單元的生物多樣性水平具有一定的代表性[24]。基于此,通過選取合適的無量綱化方法以消除兩種指標在變異程度上的差異并求和所得到的生物文化多樣性指標具有一定的科學性與實用性。

本研究對西南地區文化多樣性與生物多樣性的分布格局對比發現,兩者存在一定的空間分布差異,但也存在明顯的高低值聚類重疊區域。這反映出文化多樣性與生物多樣性具有密切聯系,并表現在地理空間上的交叉重合,與Moore等[25]和Sutherland[26]的研究結果相吻合。通過提取河流干流處文化多樣性、生物多樣性與生物文化多樣性的數值,對比發現三者在研究區內沿河流流向大多呈現“低-高”或“低-高-低”的變化狀態。西南地區各流域上游的文化多樣性普遍比下游低,是因為上游區域一般是高海拔地區不適宜大規模的人口定居。隨后,長江干流與珠江干流在流經山地與丘陵之后進入平原區,該區域土地平整且水資源豐沛吸引了漢族、壯族等多人口民族的定居,使得區域的文化多樣性降低。與文化多樣性的變化原因類似,西南地區各流域上游過高的海拔對生物棲息也并不有利,而中部的山地與丘陵地帶為生物提供多種生境條件,但平原區因自然條件較為單一且人口密度增大導致的人為干擾增強。文化多樣性與生物多樣性的交叉重合,使得西南地區生物文化多樣性沿河流流向呈現出“低-高”或“低-高-低”的變化狀態。

伴隨全球貿易和文化壁壘的打破,人們賴以生存的多樣化的文化與生態景觀雙雙面臨嚴重威脅[7]。利益驅動的高強度資源開發,不僅造成了生物資源的減少,也破壞了傳統文化的物質基礎[27]。農產品的工業化經營使得原有的多元生產模式轉換為單一物種培植,降低了農田生態系統的生物多樣性,并減少了適宜的物種棲息地[28]。與此同時,傳統的作物培育知識與飲食結構,以及在此過程中提煉得到的生態知識、技巧和實踐也隨之消失[29]。此外,極端的自然災害事件和環境損害事故也是造成生物多樣性減少和基于空間的本土文化受到侵蝕的重要原因[30]。本研究的結果表明,西南地區文化多樣性與生物多樣性具有相似的格局和影響因素,存在密切的聯系。因此,西南地區的多樣性保護應統籌兼顧文化多樣性與生物多樣性兩方面,更多從生物文化多樣性的視角或者途徑來開展相關研究與保護實踐。