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用中心,重慶 401147; 2.自然資源部國土空間規劃監測評估預警重點實驗室,重慶 401147)

生境又稱棲息地,是生物個體、種群或群落生存和繁衍的重要場所。生境破碎化已成為物種數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,可以促進物種在破碎化生境之間的自由移動和擴散,增加隔離生境間的連通性[1]。因此,生物多樣性保護不僅要維持生物種群的數量,更要保護其生境與廊道[2]。為制定科學的物種保護對策,首先需要預測物種的適宜生境分布,識別潛在的遷徙廊道。近年來,層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和最小累積阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型被廣泛應用于生境質量評價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、靈長目、猴科、葉猴屬,是國家一級保護動物,被世界自然保護聯盟列為瀕危(EN)物種,野生黑葉猴數量不足2000只,主要分布在我國貴州、廣西、重慶和云南的喀斯特地區,是石灰巖山地生態系統的特有物種、旗艦物種和指示物種。自20世紀90年代以來,森林砍伐、農業擴張和非法捕殺等人類活動加劇,黑葉猴種群數量和生境面積呈現斷崖式下降,棲息地破碎化日趨嚴重[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、萬盛黑山谷、武隆芙蓉江、彭水烏江和長溪河谷,以及酉陽長溪溝、冉家灘、清泉鄉等地[10-13]。

本文以重慶金佛山為研究區,根據黑葉猴生活習性,分析影響黑葉猴生境分布的主要影響因子,預測黑葉猴潛在的適宜生境,最終利用MCR模型構建黑葉猴潛在廊道。

1 研究區概況與數據

1.1 研究區概況

研究區位于重慶市南部(如圖1所示),處大婁山褶皺地帶的喀斯特地區,涉及南川、綦江2個區縣,13個鄉鎮,總面積為1465 km2,是重慶市“三帶四屏多廊多點”生態安全格局中“大婁山生態屏障”的重要組成部分,擁有金佛山國家級自然保護區。境內以山地地形為主,海拔高度為315～2241 m,相對高差約1900 m,巖溶地貌發育,多懸崖峭壁,天然石灰巖洞豐富,為黑葉猴夜晚棲息提供了極佳的場所。研究區屬亞熱帶濕潤季風氣候,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域內豐富的生物多樣性,除黑葉猴外,還擁有林麝、云豹、獼猴、紅腹錦雞等國家重點保護野生動物,是重慶市生物多樣性保護的關鍵地區。

圖1 研究區

1.2 數據源與處理

本文的Landsat 8 OLI遙感影像數據來源于中國科學院地理空間數據云網站,運用ENVI5.3軟件進行輻射定標、大氣校正、配準和裁剪等預處理后,再基于NDVI的像元二分法模型計算植被覆蓋度。1∶1萬數字高程數據(DEM)、地理國情監測數據及河流和路網等數據,來源于重慶市規劃和自然資源局及其附屬單位。其中,利用DEM計算研究區內的坡度,利用地理國情監測數據中林草覆蓋二級地類的屬性獲得植被類型數據。研究數據投影統一采用CGCS2000坐標系,柵格數據重采樣精度為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,需要考慮黑葉猴生態學和行為學特性,因此確定其生活習性、找出影響黑葉猴棲息地選擇的環境因子至關重要。根據相關研究,黑葉猴性情溫和,警惕性高,行動敏捷,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。黑葉猴食物以植物的葉、芽、花和果實為主,88.2%來自灌木和喬木[14-16]。適宜生境通常遠離人為干擾且靠近水源,能夠為黑葉猴提供豐富的食物資源和良好的隱蔽條件,同時,林中灌木能夠為黑葉猴移動和漫游提供通道。

目前相關研究選擇影響黑葉猴生境適宜性指標,通常以自然條件、人類活動特征和食物來源等為參考[17-19]。本文結合黑葉猴生活習性,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(距居民點距離、距道路距離)、飲水因素(距水源距離)共4類7個環境因子作為黑葉猴生境適宜性評價的重要影響因子。

2.2 黑葉猴潛在生境評價

利用層次分析法對7個生境影響因子進行權重計算。首先,明確生境評價指標體系,目標層為黑葉猴潛在生境評價,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、距居民點距離、距道路距離、距水源距離;然后,分別構造因素層的4個因素和因子層的7個因子兩兩比較的判斷矩陣,采用1～9個標度為比較的標準,表征兩兩元素間的重要程度,其中,1表示兩個因素具有同樣的重要性,9表示一個因素比另一個因素極端重要[16];最后,對構造的判斷矩陣進行一致性檢驗,若隨機一致性比率CR<0.1,則得到各影響因子權重。

根據黑葉猴生活習性,對各影響因子進行適宜性分級,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分的標準賦值。利用ArcGIS的柵格計算器,將各影響因子加權疊加運算,得到黑葉猴潛在生境綜合評分值。計算公式為

表1 生境評價因子分級

(1)

式中,i為柵格編號值;k為評價因子編號;n為評價因子總數,n=7;Si為第i個柵格的綜合評分值;ωk為第k個因子的權重;ci(k)為第i個柵格的第k個因子的適宜性分值。

2.3 基于MCR模型的潛在廊道構建

(1)生態源地的確立。在ArcGIS中對生境綜合評價結果按照自然間斷點分級法(Jenks)進行重分類,將適宜度分為不適宜、一般適宜、適宜和最適宜4類。以黑葉猴生境評價最適宜等級斑塊作為潛在生境,將柵格評價結果轉換為矢量圖斑,并對破碎化圖斑進行融合,減小細碎圖斑的干擾。考慮黑葉猴家域面積一般在0.29～1.19 km2[15,20],棲息地過小無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源地。

(2)生態阻力面構建。生態阻力面能夠反映生物在不同景觀單元之間流動需克服的阻力大小,與生物對棲息地環境選擇的偏好性密切相關。本文參照生境適宜性評價設置黑葉猴擴散遷徙的阻力系數,按照統一的分級標準,確定4個阻力等級,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散受到的阻礙越嚴重。

(3)潛在生態廊道構建。黑葉猴潛在生態廊道的構建基于最小累積阻力模型,該模型常用于物種的擴散過程、城市空間優化等領域,計算公式為

(2)

式中,MCR為最小累計阻力值;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對某種運動的阻力系數。在黑葉猴生態源地斑塊中選取1個作為源地,將其余斑塊作為目標源地,借助ArcGIS的Cost-Distance工具依次計算不同生態源地之間的成本距離柵格和成本回溯鏈接柵格,再利用Cost-Path工具生成各生態源地間的最小成本路徑,作為黑葉猴潛在生態廊道。

3 結果與分析

3.1 單因子生境適宜性特征與阻力面評價

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分布(如圖2所示)。根據前人對金佛山黑葉猴實際分布情況的觀察,在地形因素方面,黑葉猴多喜好海拔較高的陡坡區域,對坡向沒有明顯的選擇傾向性,研究區最適宜的海拔區域面積占比33.04%,集中在中部的頭渡鎮、金山鎮及東北部的山王坪鎮。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

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,同時有利于躲避捕食者的獵殺。研究區內以喬木林為主,植被類型最適宜的區域面積為708.01 km2,占比48.33%,植被覆蓋度最適宜的區域面積為324.17 km2,占比22.13%。

干擾因素方面,人類活動干擾是導致黑葉猴等靈長類生物適宜生境減少和破碎化的關鍵要素,猴群對人類的回避表現明顯,通常選擇遠離人群的地方活動。區內道路多為南北走向,對生境影響較小的區域面積占比為63.57%。居民點多集中在研究區西北部,對生境影響較小的區域面積占比為1.73%。

飲水因素方面,水是黑葉猴生活所必需的物質資源,黑葉猴傾向于選擇距水源較近的生境,研究區內水系發達,最適宜區域所占面積比例最大,為32.11%,其次是一般適宜區域面積占比28.67%,次適宜與不適宜區域面積分別占比24.31%和14.91%。考慮金佛山地處喀斯特山區,境內水網密布,擁有數十條山澗溪流,水資源豐富,且食物含水量較高,黑葉猴能夠很容易從環境和食物中獲取充足的水分,因此距水源距離對金佛山黑葉猴生境選擇的影響相對較弱[13]。

3.2 潛在生境評價

根據層次分析法獲得的各因子權重,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價結果來看(如圖3所示),黑葉猴適宜生境總面積為930.02 km2,占研究區域總面積的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的最適宜等級圖斑后,共得到黑葉猴的生態源地斑塊52個,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的溝谷地帶,潛在生境斑塊條帶狀特征明顯。這些區域植被覆蓋度高、林下植被豐富,靠近水源,受人類活動干擾較小,是黑葉猴等珍稀動物的重要棲息地。不適宜生境總面積為534.98 km2,占研究區域總面積的36.52%,主要集中分布在南城街道、南平鎮和叢林鎮北部,以及三泉鎮等海拔較低的區域,該地區地勢平緩、人類活動較頻繁,對黑葉猴的生存和遷徙造成極大的影響。

圖3 生境適宜性評價分級

3.3 潛在廊道構建

基于最小累積阻力原理,將黑葉猴的生態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),去除廊道模擬結果中相互重疊和穿過生態源地斑塊內部的廊道,最終確定56條廊道,廊道總長度為147.82 km。其中,廊道最長21.26 km,最短0.13 km,平均廊道長度為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遷徙、擴散和繁衍。結合黑葉猴最小家域面積0.29 km2,將廊道最小寬度設置為303.9 m,通過構建緩沖區,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,經過多條水源,遠離居民點。

4 結論與討論

本文基于黑葉猴的生活習性,篩選了海拔、坡度、植被類型、植被覆蓋度、距居民點距離、距道路距離、距水源距離共7個影響其生境選擇的關鍵因子,利用地理信息和遙感技術預測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建了區域內56條有利于黑葉猴遷移擴散的生態廊道,以促進破碎化棲息地的連通,對黑葉猴種群和生境的保護具有重要指導意義。

為加強對金佛山黑葉猴的保護,綜合以上研究,提出以下建議。

(1)研究區內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,應重點加強對喬灌混合林的保護,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,著力改善和恢復黑葉猴棲息地的生存植被。

(2)加快推動生態廊道的建設和保護,在黑葉猴生態廊道沿線區域實施退耕還林、生態移民等措施,補植香葉樹、毛葉木姜子、山桃等黑葉猴喜食的植物種類,定期對廊道進行巡檢,維護棲息地的連通性。

(3)加強對村民生物多樣性保護的教育和宣傳,堅決打擊和查處非法盜獵行為,嚴格限制村民上山砍柴、取石、采藥、挖竹筍等活動,減少人類活動的干擾。

本文仍存在一些不足:由于動物選擇生境的過程極其復雜,受競爭、捕食、人類活動及多種與生存和繁殖有關的環境因素的影響,全面考慮生境影響因素存在很大困難,依據黑葉猴生活習性和數據的可獲取性,選取的7個關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,各影響因子分級標準和權重是依據專家決策和層次分析法確定的,具有一定主觀因素,且適宜性評分和阻力值僅反映黑葉猴生境適宜度和遷移擴散阻力的相對大小,而并非絕對值。針對以上問題,后續有待進一步研究優化。