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

        2023-03-24 06:26:42徐偉紅肖泱
        關(guān)鍵詞:替代性濰坊市區(qū)縣

        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(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),對(duì)一個(gè)國(guó)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(guó)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(guò)程所形成及所維持的人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境條件與效用[1]。

        不可替代性是近年來(lái)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(zhǎng)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(lái)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(yíng)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(lèi)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(lèi)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(zhǎng)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(guó)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(guó)境內(nèi)有記錄分布的國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)度修正值為模型迭代過(guò)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(zhǎng)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(lèi)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(jiàn)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(guò)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(lèi)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(lái)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(jiàn)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(lè)縣的生境不可替代性指數(shù)增長(zhǎng)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(jiàn)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(yǔ)

        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(lè)縣的生境不可替代性指數(shù)增長(zhǎng)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。

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