基于指示物种的生物保护安全格局研究*——以广东西江烂柯山省级自然保护区为例

吴锦红 郭如意 魏书精 王明怀

（1.广东省西江林场，广东 肇庆 526020；2.广州市众森林业有限公司，广东 广州 510642；3.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520）

烂柯山自然保护区地理位置十分特殊，整个山体被西江和平原包围，是一个孤立山系，因此成为该区域内珍稀濒危野生动植物的庇护地。当前，烂柯山自然保护区对森林资源变化[1]、野生观赏植物资源调查[2]、保护区管理现状及其改进策略[3-4]进行了初步研究，对保护区内的野生动物主要栖息地及其空间格局研究十分有限。

《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》中指出“根据各类自然保护地功能定位，既严格保护又便于基层操作，合理分区，实行差别化管控”[5]。分区管控是自然保护地科学管理的重要组成部分，为科学合理划定自然保护地功能分区，亟需明确野生生物的核心栖息地的范围，加强对主要保护对象的保护。生物保护安全格局是生态安全格局在构建生物栖息地网络的具体空间结构，可广泛应用于各种生物保护研究中[6]。指示物种对其他物种及各类型栖息地具有指示作用，可以代表至少一类典型生物栖息地，具有生物学上的代表性与典型性，所选指示物种所构成的群落能够覆盖研究区范围的主要栖息地类型[6-7]。在西江烂柯山自然保护区内选择在栖息地和生物特性都具有代表性的赤麂Muntiacus muntjak作为野生生物的指示物种，基于“源地-廊道”组合方式识别，构建适合保护区的生物保护安全格局评价体系[8]，最终得到生物多样性保护的关键空间格局，以期为保护区的野生生物保护和科学管理提供技术参考。

1 研究区概况

广东西江烂柯山省级自然保护区于2000 年经广东西江林业局（西林业〔2000〕38 号）批准建立，2004 年经广东省林业局（粤林函〔2004〕25号）升格为省级自然保护区，位于肇庆市和高要市东北郊，西江下游河畔，珠江三角洲西北角。东与高要区金利镇接壤，南与高要区金渡镇和蚬岗镇连接，西靠高要区金渡镇和广东羚羊峡省级森林公园，北与鼎湖区沙浦镇相邻。地理坐标为东经112 ° 34 ′ 58 ″ ～ 112°45′45″，北纬23 ° 03 ′ 30 ″～ 23 ° 09 ′ 17 ″，总面积为7 900.73 hm2（图1）。主要保护对象为南亚热带季风常绿阔叶林及其森林生态系统、国家重点保护和珍稀濒危动植物资源及其栖息地。最高峰烂柯顶海拔904 m，保护区地处北回归线南缘，属南亚热带季风气候[9]。

图1 研究区范围地理位置示意图Fig.1 Location of the study area

2 研究方法

2.1 指示物种的选取

基于烂柯山自然保护区为山地特征，宜选取以海拔高的山区为栖息地的兽类作为指示物种。红外相机技术相对传统方法在调查大中型兽类的物种组成及其活动节律等方面具有较大优势[10-11]。本文红外相机监测数据来源于烂柯山自然保护区科学考察，依据自然保护区面积、范围，并结合当地植被、地形等自然环境条件，将自然保护区均匀划分为20 个2 km × 2 km 的公里网格，共布设20 台红外相机。收集并识别出在繁殖季和冬季红外相机监测兽类记录（表1），自然保护区内发现的主要兽类有鼬獾Melogale moschat、豹猫Prionailurus bengalensis、野猪Sus scrofa和赤麂。指示物种的选取较少考虑保护物种，因为保护物种意味着其自身栖息地受到了威胁，对其他物种的代表性或其他物种栖息地指示作用较小，排除国家II 级重点保护动物豹猫和广东省重点保护动物野猪种，其次排除栖息地过于普遍的鼬獾，选出生态特征典型，不在食物链末端又有广泛分布的属，研究其详细特征与习性，最终选出在各方面都具有代表性的物种——赤麂作为指示物种。

2.2 赤麂栖息地适宜性分析

2.2.1 评价体系构建 栖息地适宜性分析评价结果最重要是评价因子的选取，在参考其他学者的研究，并考虑赤麂的生活习性等基础上[12-16]，从自然环境、生物环境、人为干扰3 方面选取以下指标作为影响赤麂栖息地选择的主导因子构建适宜性评价体系：①土地覆盖（最适宜的栖息地包括乔木林地、灌草丛等隐蔽区域），②植被类型（赤麂主要栖息于阔叶林带，特别适宜于多灌丛的生境类型中），③水源（水源地距离影响了赤麂的卧息、觅食等活动），④活动干扰（赤麂大多喜欢在远离人类影响的环境中栖息。人为活动干扰强度可以用距建设区域的距离来衡量，距离越远，越适宜赤麂栖息），⑤道路（道路对赤麂具有阻隔的影响，距离越远，越适宜赤麂栖息。其中水源、活动干扰和道路以水源、干扰源和道路干线的距离作为划分标准[17]。依据指示物种对不同因子的适宜性选择，对各评价因子分类和赋值（表2）。

2.2.2 指标权重确定 普遍的指标权重确定方法有层次分析法、主成分分析法、熵值法、因子分析等，本文采用在生态区域内的土地利用、敏感性等方面[18-19]较多运用的变异系数法。变异系数代表数据的离散情况，表明指标的变化程度，间接反映出评价因子对指示物种的影响程度，根据变异系数模型，获得各个指标的相对权重（表3）。

2.2.3 栖息地适宜性评价 通过GIS 的Spatial Analyst 工具进行计算栖息地适宜性评价结果，利用ArcMap 将各个因子以栅格数据进行赋值，栅格单元大小为5 m×5 m，在RasterCalculator 进一步将各个因子按权重叠加，确定生物栖息地适宜性及其分布格局。

2.2.4 “源”栖息地识别 基于“岛屿生物地理”理论[20-21]认为生物多样性保护区域需要足够大、圆，在栖息地适宜性分析的结果上筛选面积大于10 hm2的区域作为“源”栖息地。

2.3 基于MCR 模型的生物保护安全格局

在不同的类型的土地覆盖下，指示物种需要克服一定的阻力，才能从“源”栖息地扩散至其他区域。以赤麂核心栖息地作为“源”，研究区内坡度、海拔作为阻力条件，依据赤麂在不同坡度、海拔的穿越难易程度赋予阻力系数值（1～500）（表4），基于MCR 模型计算模拟赤麂的空间扩散，模型计算表达式如下：

式中：j代表“源”栖息地；i表示阻力单元；m表示阻力单元数量；n表示“源”栖息地数量；Dij表示从“源”栖息地经过阻力单元i的扩散距离；Ri表示阻力单元对物种扩散的阻力程度。

3 结果与分析

3.1 赤麂栖息地适宜性分析

赤麂栖息地适宜程度依据土地覆盖、植被类型、水源、活动干扰、道路的5 个单因子评价结果，进行权重叠加分析，使用GIS 空间分析工具，得到赤麂在自然保护区的栖息地适宜性综合结果（图2）。赤麂栖息地适宜性较高的区域主要集中分布在研究区内的西部以及中部，该区域山高林密，远离人类活动干扰，靠近水源地，植被以次生阔叶林、阔叶混交林为主，能够为赤麂等大部分野生动物提供良好的卧栖、觅食、饮水、繁殖条件；赤麂栖息地适宜性中等区域分布于研究区西部、东部海拔较高的山腰处，该区域离水源有一定距离，植被以次生的阔叶混交林、针阔混交林为主，远离人类活动干扰，能够成为部分适应性强的赤麂等野生动物的栖息地；赤麂栖息地适宜性较低的区域主要集中分布与研究区域边界、道路两侧以及坡度陡峭的斜坡，该区域距离耕地、商品林、道路较近，植被以马尾松、杉木等针叶林、桉树林等为主，受到人类活动干扰较大，不适宜赤麂等野生动物栖息。

3.2 赤麂生物安全格局

3.2.1 “源”栖息地的识别 “源”栖息地是赤麂等野生动物生存的最适宜区域。在赤麂栖息地适宜性分析结果的基础上，结合“岛屿生物地理”理论，筛选栖息地适宜性评价分值较高（8～10 分），且面积大于10 hm2的区域，得到赤麂“源”栖息地有13 处（图3），主要分布于西部、中部海拔坡度适宜的山地。“源”栖息地总面积3 353.06 hm2，其中面积最大为2 565.19 hm2，面积最小为10.61 hm2。从“源”栖息地分布格局为西部片区分布较集中，面积较大；中部片区分布较分散，面积相对较小。

图3 研究区赤麂核心源栖息地分布Fig.3 Distribution of core habitat of Muntiacus muntjak in the study area

3.2.2 生物安全等级划分 根据MCR 模型的生物保护安全格局分析结果，研究区整体为低阻力区，主要为乔木林地。赤麂“源”栖息地空间扩散在研究区表现为从西向东扩散程度逐渐减弱，且零散分布有不易空间扩散区域，主要为陡坡或高海拔的林地。根据研究区保护的需求，划分为高、中、低3 种水平的赤麂生物保护格局作为研究区生物安全格局（图4，表5）。研究区低水平的生物安全格局区是生物保护最低保护范围，面积5 862.73 hm2，分布集中于研究中西部烂柯山顶周边的沟谷、山顶林地；中水平的生物安全格局区能够满足大部分野生动物保护范围，面积6 913.28 hm2，位于中西部及研究区边界的林地；高水平的生物安全格局区对整个研究区生物进行保护，面积7 900.73 hm2。

表5 不同水平的生物安全格局Table 5 Biological conservation security patterns at different levels

图4 赤麂生物保护格局Fig.4 Protection pattern for Muntiacus muntjak

4 结论与讨论

本文采用GIS 空间分析工具，从自然环境、生物环境、人为干扰3 方面选取以下指标因子，本文选取研究区生物保护的指示物种赤麂，构建赤麂栖息地适宜性评价体系，识别出赤麂的“源”栖息地，从DEM 中提取坡度和高程，采用最小累积阻力模型，构建赤麂生物保护安全格局，将烂柯山自然保护区划分为高、中、低3 种水平的赤麂保护格局区作为研究区生物安全格局，其中低安全格局区的面积为5 862.73 hm2，中安全格局区的面积为6 913.28 hm2，高安全格局区的面积为7 900.73 hm2。低安全格局区的斑块连片集中，且联系性较强，内部存在面状空隙，占研究区总面积的74.20%，能够保证保护地野生动植物栖息，有利于生物多样性的保护；中安全格局区为大斑块内部完整，联系性强，占研究区总面积的87.50%，充分满足野生动植物栖息交流与扩散，且保证了生态系统的高度完整；高安全格局区覆盖整个研究区范围，最大程度上对野生动植物实行保护。若以研究区生物安全格局进行功能区划，划分为三区的面积比为6.3 ∶1.1 ∶1，与研究区现有功能分区（面积比1.12 ∶0.83 ∶1）相比，在生物保护方面更为有效和严格。研究区生物安全格局的研究结果大致符合保护区现有功能分区布局，能够进一步为保护区管控分区、总体规划等提供参考和验证。

通过对保护区赤麂栖息地适宜性分析，得到赤麂“源”栖息地有13 处，总面积3 353.06 hm2，分布于西部、中部海拔坡度适宜的山地，分析结果与保护区红外相机监测的栖息地分布重合度高。但烂柯山保护区的主要保护对象国家重点保护和珍稀濒危动植物资源及其栖息地，红外相机也拍摄到白鹇Lophura nycthemera等鸟类，本研究仅采用兽类中的赤麂作为指示物种具有一定的局限性，若指示物种在兽类、鸟类及两栖类各选取具有典型代表性的物种进行综合生物安全格局分析，再结合珍稀濒危植物分布格局，有可能得到更科学合理的不同水平的综合生物安全格局。另外，本文的研究也为今后中华穿山甲（国家一级保护野生动物）保护格局专题研究提供借鉴，为保护区的保护管理提供科学依据。