【摘要】將生物多樣性評(píng)價(jià)理論與GIS技術(shù)相結(jié)合，著重分析了生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立，基于GIS技術(shù)開發(fā)了生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并結(jié)合沙坡頭自然保護(hù)區(qū)的實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物多樣性科學(xué)、高效、客觀的可視化評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】生物多樣性；GIS；指標(biāo)體系；評(píng)價(jià)系統(tǒng)

1、系統(tǒng)建立背景

生物多樣性是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和，是一個(gè)內(nèi)涵十分廣泛的重要概念。然而隨著人口的迅速增長(zhǎng)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的不斷加劇，作為人類生存最為重要的基礎(chǔ)的生物多樣性受到了嚴(yán)重的威脅，為了確定與預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)相一致或相背離的程度而對(duì)生物多樣性進(jìn)行定期或不定期的監(jiān)測(cè)是必要的。

因此，需要針對(duì)自然保護(hù)區(qū)關(guān)鍵種群及其棲息地、人為干擾情況、自然環(huán)境特征及自然災(zāi)害等典型對(duì)象和問題，綜合運(yùn)用地面調(diào)查、在線監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)手段，建立“天地一體化”的生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，提升生物多樣性監(jiān)測(cè)與管理水平。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)自然保護(hù)區(qū)生物多樣性保護(hù)工作。

2、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)。自然保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)見下圖，主要分為監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)兩大部分功能。

2.2 基礎(chǔ)軟件建設(shè)。基礎(chǔ)支撐軟件平臺(tái)包含數(shù)據(jù)庫軟件（SQL SERVER 2008）和GIS平臺(tái)（Supermap iServer 6R）。其中GIS平臺(tái)屬于服務(wù)式GIS平臺(tái)，服務(wù)式GIS平臺(tái)用于B/S架構(gòu)應(yīng)用軟件平臺(tái)中的地圖展示和操作。

2.3 空間數(shù)據(jù)采集?？臻g數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和生態(tài)專題數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是沙坡頭自然保護(hù)區(qū)邊界、功能區(qū)等已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、動(dòng)植物分布數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)原始格式為MAPGIS格式（WP、WL、WT），需要經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理。

遙感數(shù)據(jù)主要是中等空間分辨率的陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)，地面分辨率30m和15m。對(duì)于遙感數(shù)據(jù)，處理內(nèi)容主要包括幾何校正、正射校正、影像融合、拼接與切割、色彩調(diào)整、投影變換與格式轉(zhuǎn)換等。

生態(tài)專題數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、林木覆蓋度、地表溫度（LST）、NDVI（歸一化植被指數(shù)）、NPP（凈初級(jí)生產(chǎn)力）、EVI（增強(qiáng)型植被指數(shù)）等。

3、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建模型。生物多樣性評(píng)價(jià)中的常用的指標(biāo)體系模型包括“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型”（PSR） （OECD， 1993）、“驅(qū)動(dòng)力—狀態(tài)—響應(yīng)模型”（DSR） （U-NCSD， 2001）與“驅(qū)動(dòng)力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)模型”（DPSIR） （EEA， 1999； 2010 BIP， 2010）等。其中，DPSIR模型較前兩個(gè)模型具有更強(qiáng)的邏輯性和整體性，尤其解決了驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)與狀態(tài)指標(biāo)之間的邏輯缺陷，是目前生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系依據(jù)的主要模型。

在DPSIR概念模型中，驅(qū)動(dòng)力是造成環(huán)境變化的潛在原因；壓力是指人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響，是環(huán)境的直接壓力因子；狀態(tài)是指環(huán)境在上述壓力下所處的狀況；影響是指環(huán)境所處的狀態(tài)對(duì)人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響；響應(yīng)過程表示人類在促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中所采取的積極對(duì)策和政策。

3.2指標(biāo)體系框架。本文以寧夏中衛(wèi)沙坡頭自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域，應(yīng)用DPSIR（驅(qū)動(dòng)力—壓力一狀態(tài)一影響—響應(yīng)）模型，結(jié)合沙坡頭自然保護(hù)區(qū)自身屬性，構(gòu)建并設(shè)計(jì)了“目標(biāo)層—狀態(tài)層—要素層—評(píng)價(jià)指標(biāo)—監(jiān)測(cè)指標(biāo)”五層結(jié)構(gòu)的自然保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)體系。

沙坡頭自然保護(hù)區(qū)屬于干旱半干旱荒漠生態(tài)類型的自然保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)典型溫帶沙漠自然生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)演替，特有稀有野生沙地動(dòng)、植物及其生存繁衍的生態(tài)環(huán)境和以防護(hù)林工程為主體的人工生態(tài)系統(tǒng)及其治沙科研成果，以及區(qū)內(nèi)各名勝古跡和歷史遺跡。由于沙漠自然環(huán)境變化劇烈，沙漠自然生態(tài)系統(tǒng)、人工生態(tài)系統(tǒng)以及典型動(dòng)植物對(duì)環(huán)境變化有著較強(qiáng)的敏感度，環(huán)境、水文和氣候變化是造成生物多樣性改變的潛在因素，因此驅(qū)動(dòng)力層包括環(huán)境要素、水溫要素和氣候變化三個(gè)要素層；人類活動(dòng)、污染排放和自然災(zāi)害是生物多樣性的直接壓力因子，即作為壓力層；狀態(tài)層包括自然保護(hù)區(qū)生物多樣性狀況及生態(tài)系統(tǒng)健康度，表征生物多樣性在壓力下的狀態(tài)；影響層包括自然保護(hù)區(qū)對(duì)人類的影響，如保護(hù)區(qū)植物可起到氣候調(diào)節(jié)、防風(fēng)固沙作用，生物多樣性則具有科研價(jià)值；響應(yīng)層則是為實(shí)現(xiàn)生物多樣性可持續(xù)發(fā)展而采取的積極措施。所構(gòu)建的指標(biāo)體系如表3所示。

4、基于GIS的生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)建

4.1 系統(tǒng)概述。生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)基于面向?qū)ο蟮目梢暬绦蛟O(shè)計(jì)語言c#，以SQL SERVER 2008做底層數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，在Supermap iServer 6R的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā)，增加了適用于生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的計(jì)算及分析模塊，使系統(tǒng)具備GIS成熟的空間管理分析功能的同時(shí)，計(jì)算功能更加實(shí)用。

4.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)兩大功能模塊。

自然保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)功能主要包括生物多樣性監(jiān)測(cè)、自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和人為干擾監(jiān)測(cè)等；同時(shí)具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、基本信息管理和數(shù)據(jù)字典信息管理等信息管理功能。該模塊中的數(shù)據(jù)主要采用GIS平臺(tái)導(dǎo)入和手工錄入的方式導(dǎo)入系統(tǒng)并進(jìn)行編輯和顯示。

自然保護(hù)區(qū)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)可基于多源數(shù)據(jù)，對(duì)生物多樣性、自然生態(tài)環(huán)境進(jìn)行專題評(píng)價(jià)，根據(jù)構(gòu)建的自然性、代表性、多樣性、稀有性、適宜性、生態(tài)脆弱性和人類威脅性等指標(biāo)賦權(quán)重進(jìn)行分項(xiàng)評(píng)價(jià)或綜合評(píng)價(jià)。

5、結(jié)論與展望

歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外生物多樣性監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合沙坡頭自然保護(hù)區(qū)的特點(diǎn)以及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀特征，提出了一個(gè)完整的具有層次性、結(jié)構(gòu)性的生物多樣性監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

通過進(jìn)行自然保護(hù)區(qū)生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，可提高自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管能力，并為相關(guān)管理部門提供決策支持。

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作者簡(jiǎn)介：陳瑋（1987-）女，山西太原人，研究生，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，助教。研究方向：測(cè)繪及地理信息應(yīng)用。