2015～2020年濰坊市生境不可替代性指數(shù)評(píng)估及分析

徐偉紅，肖泱

（山東省濰坊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 濰坊 261041）

生態(tài)環(huán)境的健康與安全評(píng)估研究已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，對(duì)一個(gè)國家或地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，不僅可以理清生態(tài)環(huán)境狀況，也可以找到生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化的主要原因，對(duì)該國家或地區(qū)制定區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)有著極大的意義。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1]。

不可替代性是近年來引入生物多樣性保護(hù)規(guī)劃的新概念，表達(dá)一個(gè)規(guī)劃單元在實(shí)現(xiàn)整體保護(hù)目標(biāo)中的重要性[2]。而針對(duì)生物多樣性保護(hù)的評(píng)估，目前以MARXAN模型應(yīng)用最為廣泛[3，4]，本文以遙感和地面調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)長期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用MARXAN模型定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的生境不可替代性指數(shù)，分析其空間格局和變化情況以便了解生物多樣性的維持及變化趨勢(shì)[3～5]。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

濰坊市位于山東半島西部，居半島城市群中心位置，地跨東經(jīng)118°10′～120°01′，北緯35°41′～37°26′，東與青島、煙臺(tái)兩市連接，西鄰淄博、東營兩市，南連臨沂、日照兩市，北瀕渤海萊州灣。濰坊市域氣候溫和，地形復(fù)雜，南有山川谷地，北有鹽堿灘涂，植物資源豐富，種類繁多，分布廣泛。據(jù)調(diào)查，全市僅木本植物就有243種，分屬58科。

生境不可替代性指數(shù)的數(shù)據(jù)源，主要包括濰坊市2015～2020年生態(tài)系統(tǒng)類型與分布遙感解譯數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，并綜合運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)的長期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及有關(guān)生物多樣性、水土保持、生態(tài)水文等學(xué)術(shù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[6]。

2 評(píng)估方法

由生態(tài)系統(tǒng)中珍稀瀕危物種數(shù)量、物種豐富度等指標(biāo)，計(jì)算生境不可替代性指數(shù)，該指數(shù)為0～100之間的連續(xù)值，值越高代表所在規(guī)劃單元的保護(hù)價(jià)值越高，能夠替代該單元完成保護(hù)目標(biāo)的其它規(guī)劃單元數(shù)量越少。

首先選擇指示物種，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，以縣為單元確定每個(gè)指示物種的分布區(qū)。使用MaRXAN選址運(yùn)算模型，按約束條件進(jìn)行迭代計(jì)算，得到全國生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域。

評(píng)估單元為評(píng)估區(qū)內(nèi)的各縣級(jí)行政單位，物種選擇全國境內(nèi)有記錄分布的國家一級(jí)物種、二級(jí)物種，以及其它有重要保護(hù)價(jià)值的物種，參照中國動(dòng)物志和植物志，統(tǒng)計(jì)這些物種在每個(gè)評(píng)估單元中的出現(xiàn)數(shù)量。利用不可替代性指數(shù)為評(píng)估單元賦值，該數(shù)值在0～100分布，數(shù)值越高表示該單元對(duì)保護(hù)生物多樣性的價(jià)值（不可替代性）越大。

Marxan模型的迭代運(yùn)算目標(biāo)函數(shù)為：

式中：

①—規(guī)劃單元總成本；

②—保護(hù)體系邊界總長度修正值；

③—未達(dá)到保護(hù)目標(biāo)的補(bǔ)償值；

④—超出成本閾值的補(bǔ)償值。

運(yùn)算過程中，每個(gè)規(guī)劃單元采用相同成本，結(jié)果表示能達(dá)到保護(hù)目標(biāo)的面積最小區(qū)域。保護(hù)體系邊界總長度修正值為模型迭代過程中調(diào)整保護(hù)優(yōu)先區(qū)邊界后的保護(hù)體系邊界總長度。當(dāng)某個(gè)物種并未達(dá)到保護(hù)目標(biāo)，但保護(hù)成本已達(dá)到閾值時(shí)，設(shè)置超出成本閾值的補(bǔ)償值，從而適當(dāng)提高成本以滿足保護(hù)需求。為了保證集合達(dá)到最小成本，保護(hù)價(jià)值越高的區(qū)域在運(yùn)算中被選中的概率越大。運(yùn)算100次，每一規(guī)劃單元都將生成0～100的一個(gè)數(shù)值，表示在運(yùn)算中被選中的次數(shù)，這一值越大的單元在保護(hù)中的不可替代性越強(qiáng)。

Marxan選址運(yùn)算模型主要輸入?yún)?shù)，包括物種分布數(shù)據(jù)、生物氣候變量、高程、坡度、LAI和濰坊市行政邊界共6類數(shù)據(jù)，時(shí)序要求均滿足2015～2020年。圖1則表示19個(gè)生物氣候變量的詳細(xì)信息，主要包含不同時(shí)間尺度的降水量和溫度數(shù)據(jù)，見表1與圖1。

圖1 19個(gè)生物氣候變量詳細(xì)信息

表1 Marxan 選址運(yùn)算模型主要輸入?yún)?shù)

在獲取數(shù)據(jù)后，將19個(gè)生物氣候環(huán)境變量的文件轉(zhuǎn)化后，在圖像處理軟件中對(duì)其定義投影，統(tǒng)一成GSC～WGS～84，并將像元也統(tǒng)一成相同大小，用已有的濰坊市矢量邊界，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行掩膜提取，并對(duì)DEM數(shù)據(jù)和LAI數(shù)據(jù)做相同處理。將數(shù)據(jù)加入到模型中，設(shè)置模型參數(shù)，構(gòu)造響應(yīng)曲線，構(gòu)造預(yù)測(cè)結(jié)果圖，構(gòu)造刀切模型，設(shè)置輸出路徑，運(yùn)行后即可獲取即可獲取評(píng)估結(jié)果。

3 結(jié)果與討論

3.1 生境不可替代性指數(shù)主要影響因子分析

生境不可替代性指數(shù)是通過MARXAN選址運(yùn)算模型進(jìn)行參數(shù)計(jì)算得到的。首先選擇指示物種，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，以縣為單元確定每個(gè)指示物種的分布區(qū)。使用MARXAN選址運(yùn)算模型，按約束條件進(jìn)行迭代計(jì)算，得到生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域。運(yùn)算模型主要輸入?yún)?shù)，包括物種分布數(shù)據(jù)、生物氣候變量、高程、坡度、LAI和濰坊市行政邊界共6類數(shù)據(jù)，時(shí)序要求均滿足2015～2020年。利用不可替代性指數(shù)為評(píng)估單元賦值，該數(shù)值在0～100分布，數(shù)值越高表示該單元對(duì)保護(hù)生物多樣性的價(jià)值（不可替代性）越大。

3.2 生境不可替代性指數(shù)變化分析

2020年，濰坊市各區(qū)縣生境不可替代性指數(shù)整體較高，表示對(duì)保護(hù)生物多樣性的價(jià)值較大。生境不可替代性較高的區(qū)域，主要集中分布在濰坊市的中西部和東南部地區(qū)，包括濰城區(qū)、奎文區(qū)、壽光市、青州市、高密市和諸城市，生境不可替代性指數(shù)均高于80。而寒亭區(qū)、坊子區(qū)和臨朐縣的不可替代性指數(shù)相對(duì)偏低，均不足60，仍需進(jìn)一步保護(hù)生物多樣性，提高生態(tài)保護(hù)價(jià)值，見圖2。

2015～2020年，濰坊市各區(qū)縣生境不可替代性指數(shù)整體處在中等偏高水平，表示全市進(jìn)行生物多樣性保護(hù)的價(jià)值較高。生境不可替代性指數(shù)較高的區(qū)域，主要集中在東部和西部，指數(shù)超過80的區(qū)縣分別有7個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、7個(gè)、5個(gè)和6個(gè)，均超過總區(qū)縣數(shù)量的一半，濰城區(qū)、奎文區(qū)、青州市是濰坊市生境不可替代性指數(shù)最高的三個(gè)區(qū)縣，6年來指數(shù)均保持在95以上，表明這3個(gè)縣區(qū)對(duì)保護(hù)生物多樣性的價(jià)值（不可替代性）較高；其次為壽光市，生境不可替代性指數(shù)也常年保持在90以上；坊子區(qū)生境不可替代性指數(shù)相對(duì)較低，歷年都處于全市最低值，表明不可替代性較低，見表2、圖2。

圖2 20 15～2020年濰坊市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能生境不可替代性空間分布圖

表2 2015～2020年濰坊市各區(qū)縣生境不可替代性指數(shù)

2020年，濰坊市有5個(gè)區(qū)縣的生境不可替代性指數(shù)高于2015年，約占區(qū)縣總數(shù)的41.7 %，其中寒亭區(qū)、諸城市、坊子區(qū)和昌樂縣的生境不可替代性指數(shù)增長最多，分別為14.0%、9.2%、7.7%和6.1%。有4個(gè)區(qū)縣在2020年的生境不可替代性指數(shù)低于2015年，約占濰坊市區(qū)縣總數(shù)的33.3%，其中昌邑市、臨朐縣和安丘市的生境不可替代性指數(shù)下降最多，分別下降了17.5%、7.6%和4.3%，仍需進(jìn)一步豐富該地區(qū)的生物多樣性，提高生態(tài)保護(hù)價(jià)值，見圖2、圖3。

圖3 2015～2020年濰坊各縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能生境不可替代性指數(shù)變化圖

4 結(jié)語

2015～2020年，濰坊市各區(qū)縣生境不可替代性指數(shù)整體處在中等偏高水平，表示全市進(jìn)行生物多樣性保護(hù)的價(jià)值較高。生境不可替代性指數(shù)較高的區(qū)域，主要集中在東部和西部，此外，中部的濰城區(qū)和奎文區(qū)生態(tài)不可替代性指數(shù)也常年穩(wěn)定在較高水平，其余地區(qū)生境不可替代性指數(shù)適中，僅中部的坊子區(qū)出現(xiàn)部分年份指數(shù)偏低的現(xiàn)象。

濰坊市共有5個(gè)區(qū)縣在2020年的生境不可替代性指數(shù)高于2015年，約占濰坊市區(qū)縣總數(shù)的41.7 %，其中寒亭區(qū)、諸城市、坊子區(qū)和昌樂縣的生境不可替代性指數(shù)增長最多；另有4個(gè)區(qū)縣在2020年的生境不可替代性指數(shù)低于2015年，約占濰坊市區(qū)縣總數(shù)的33.3%，其中昌邑市、臨朐縣和安丘市的生境不可替代性指數(shù)下降最多，仍需進(jìn)一步保護(hù)生物多樣性，提高其生態(tài)保護(hù)價(jià)值。