王朗国家自然保护区大熊猫生境适宜性评价

林 玲 王卫红 冉茂莹 耿诗画 吴伟强

(1. 西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010; 2. 国家遥感中心绵阳科技城分部 四川绵阳 621010)

大熊猫是我国独有的古老珍稀动物，是世界生物多样性保护的旗舰物种，被称为“国宝”和“活化石”[1-2]。目前，大熊猫主要分布在我国四川、陕西、甘肃三省，涉及四川境内的岷山山系、邛崃山系、大小相岭及凉山山系，陕西境内的秦岭山系和甘肃境内的白水江片区[3-4]。大量研究表明，频繁的地质灾害和人类活动是造成大熊猫数量减少和栖息地退缩、破碎化的主要原因，研究大熊猫生境对保护大熊猫及其栖息地具有重要意义[5-6]。松潘-平武大地震、汶川大地震以及九寨沟地震等对大熊猫栖息地造成了严重损害，栖息地破碎化加剧[7-10]。近年来，在生境破碎化、景观格局变化、生境质量评价等方面的研究方法和技术手段越来越成熟[11-15]。针对大熊猫的相关研究逐步由定性转变为定量评价，引入数理模型，其结果更加精确可靠，为大熊猫的保护和栖息地建设提供了许多参考数据和建议。

目前，大部分生境研究主要从地理、生物群落、食物、人类干扰等角度构建评价体系，忽略了影响更加持久深远的自然灾害的影响[16-17]。王朗位于断裂地层(龙门山地震带)之上，其外围地质构造复杂，运动强烈，地震活动频繁发生，境内动植物丰富，属于岷山山系九寨-白马局域种群大熊猫的核心组成部分，也是大熊猫国家公园的重要组成部分。本文在已有研究基础上引入地质灾害影响，将灾害点密度作为评价指标，构建王朗大熊猫生境评价指标体系，采用AHP-PCA熵权法综合评价地质灾害影响下大熊猫生境适宜性，克服了单一使用AHP评价生境过于定性的缺陷。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

王朗国家自然保护区位于四川省绵阳市平武县西北部，总面积322.97 km2，地理坐标103°50′～104°58′E，32°49′～33°02′N。西南临松潘县黄龙寺，东南接壤于平武县白马藏族乡，东北临九寨沟县，北临勿角。地处横断山北缘的川西高山峡谷地区，青藏高原与四川盆地的接合部。保护区地势由西北向东南倾斜，海拔高度为2 300～4 980 m。境内气候呈垂直分布趋势，随海拔升高依次表现为暖温带、温带、寒温带、亚寒带、冰冻带，属于典型的丹巴-松潘半湿润气候。保护区内水资源丰富，境内有长白沟、大窝凼和竹根岔沟三大主要支沟，最终汇入涪江上游白马河，是涪江的主要集水区。动植物资源丰富，主要有大熊猫、金丝猴等珍稀保护动物。保护区内森林面积约169.40 km2，约占保护区总面积的 52.1%。研究区地理位置如图1所示。

图1 研究区地理位置Fig.1 Geographical location of the study area

1.2 数据来源及处理

整理搜集相关研究资料及图件资料，基于ArcGIS10.2得到相关矢量化成果，统一所有数据坐标系。(1)利用王朗矢量图裁剪出境内的河流、道路矢量数据，对其进行缓冲区分析并依据表1重分类。(2)基于历史资料和Google Earth解译获取保护区地质灾害点共24个，对其进行核密度分析，获得灾害点密度并重分类。(3)大熊猫踪迹分布主要来源于四川省大熊猫第四次调查报告和张巍巍[16]论文资料。(4)数字高程模型为SRTM 30 m的DEM数据，拼接、裁剪出王朗的DEM数据，提取研究区海拔、坡度、坡向栅格图层，根据表1对其重分类。(5)植被分布：结合Google影像，采用最大似然法对landsat-8遥感影像监督分类，采用混淆矩阵对分类结果进行精度评定，总体分类精度达到97.16%，其中Kappa系数值为96.34%。(6)竹子分布：通过竹子样点数据进行内插分析获得。

2 研究方法

2.1 构建评价指标体系

大熊猫生境质量评价的准确度取决于评价指标的选取，评价指标越具有代表性，生境质量评价结果越好。参考大熊猫历史记载和调查资料，结合王朗自然保护区实际生态地质环境情况，最后确定海拔、坡度、坡向、距河流距离、植被类型、竹子分布、距道路距离、自然灾害点密度共8类评价指标。参考张巍巍[16]等的指标分级原则，结合王朗实际情况划分各评价因子分级原则，依据不同分级范围，将各因子划分为最适宜、适宜、勉强适宜、不适宜四类，评价指标体系及分级原则见表1。

表1 评价指标体系分级范围及准则Table 1 Classification scope and criteria of the evaluation index system

2.2 指标权重确定

权重值大小体现了评价指标对生境质量的影响大小，权重值越大，说明影响越大，权重值越小，说明影响越小。考虑到指标的复杂多样和自相关性，首先采用层次分析法 (AHP)和主成分分析法(PCA)确定各自权重值，然后建立最小信息熵权模型计算综合权重。其一，利用AHP确定权重，基于上述评价指标体系和指标分级原则，构造判断矩阵，采用1-9 的标度来表示指标重要性，对同层次因子两两比较赋值，得到各层次比较矩阵。采用方根法，结合MATLAB计算指标权重，并进行一致性检验，计算出一致性比例CR值均小于0.1，均满足要求。AHP评价指标权重见表4。其二，利用PCA确定权重，基于ARCGIS空间分析功能和指标分级处理，提取各指标的栅格值，在SPSS中进行主成分分析，最后选择特征值大于1(累积百分比≥80%)的3个代表主成分，将其作为影响王朗生态环境质量的主导因素，利用Excel统计功能，结合特征值和成分矩阵计算出各指标的归一化权重。其初始特征值、各主成分得分系数矩阵如表2、表3所示。通过表3可知，第一主成分结果体现出海拔、竹子分布、植被分布以及距河流距离和距道路距离的贡献率较大；第二主成分中体现了灾害点密度和坡向贡献率较大；第三主成分中体现了坡度贡献率较大。

表3 PCA指标成分矩阵及归一化权重Table 3 PCA index component matrix and normalized weight

最后，基于最小相对信息熵原理将AHP和PCA得到的权重综合为组合权重，利用最终的综合权重计算王朗自然保护区生态环境质量，其结果克服了AHP的主观影响，又避免了单一方法计算权重的弊端。最小相对信息熵原理模型[18]为：

(1)

(2)

(3)

式中：W1i为AHP计算权重值，W2i为PCA计算权重值，Wi为各指标组合权重。

最终得到王朗自然保护区各指标权重如表4，各指标分级如图2。

表4 评价指标及权重值Table 4 Evaluation indicators and weight values

图2 各指标分级图Fig.2 Classification diagram of various indicators

3 结果与分析

通过最小信息熵计算组合权重作为评价的最终权重，在ARCGIS中对各指标图层进行加权叠加，加权模型为：

(4)

式中：M为生境适宜度综合值；Wi为各指标组合权重；Xi为各评价指标的栅格图层。

基于自然间断点分级法(Jenks)对综合分析结果重分类，将适宜度划分为不适宜、勉强适宜、适宜、最适宜四类，得到王朗自然保护区大熊猫的生境适宜度分布。将王朗大熊猫踪迹分布图与生境适宜度分布图叠置分析，大熊猫活动范围与本文通过AHP-PCA 熵权法得出的生境适宜区域分布相符，说明该方法具有较大的可信度。大熊猫生境适宜度分布如图3所示。

图3 大熊猫生境适宜度分布图Fig.3 Distribution map of habitat suitability of giant pandas

(1)王朗自然保护区大熊猫最适宜生境面积约为58.05 km2，占保护区总面积的18%，主要分布在王朗东北部和竹根岔沟、大窝凼沟、长白沟及部分支沟。这些区域林下植被、竹林丰富，靠近水源，受人类及灾害干扰较小，是野生大熊猫等珍稀动物的优势聚集地。

(2)王朗自然保护区大熊猫适宜生境面积约为70.54 km2，约占保护区总面积的22%，主要分布在七坪、豹子沟以及牧羊场周边。适宜生境区域分布着较多支沟和河流，植被丰富，大熊猫食源充足，该区域也比较受大熊猫青睐。

(3)王朗自然保护区大熊猫勉强适宜生境面积约为110.26 km2，约占保护区总面积的34%，主要分布在亚高山区域，主要分布着少数针叶林以及亚高山灌丛和草地。该部分区域受海拔、坡度及道路影响，大熊猫等动物分布较少。

(4)王朗自然保护区大熊猫不适宜生境面积约为83.60 km2，约占保护区总面积的26%，主要分布在高山区域。该区域常年积雪，主要分布着冰川、高山流石滩以及高山草甸等，境内既无可利用的食物，也无可躲避敌害的容身之所，极为不适合大熊猫生存，该区域没有大熊猫存在。

4 讨论

考虑到近年来王朗周边的地震活动频繁和境内的地质灾害，本文通过收集王朗境内历史灾害点，以高斯核密度分析结果作为地质灾害的潜在影响指标，在原有的生境评价模型中引入地质灾害的影响，添加新的环境指标，完善了王朗大熊猫生境评价体系，同时希望为大熊猫国家公园的其他地区生境评价提供新思路，为王朗国家自然保护区大熊猫的保护和生态环境建设提供数据参考。

张巍巍[16]、肖烨[13]等研究主要采用单一层次分析法研究大熊猫生境状况，评价结果具有一定的局限性。本文结合AHP和PCA综合定权，定性定量相结合分析王朗大熊猫生境，其结果更为准确，更具有参考性。经验证，基于AHP-PCA的熵权模型计算出的大熊猫生境适宜区域和大熊猫实际活动范围有较高重叠性。说明基于AHP-PCA熵权模型研究大熊猫生境是一种较适宜的方法，其结果具有较高可靠性。

从生境适宜度区域分布来看，东部、东北部及大窝凼、竹根岔、长白沟三大支沟是大熊猫主要适宜生存区域。从第四次四川省大熊猫调查来看，该区域也是大熊猫主要活动区域，故该区域的生态环境应重点保护。人类活动和地质灾害是影响大熊猫生存活动的主要因素，控制好这两类因素是保护大熊猫的根本。据调查，人类活动主要体现在保护区内道路干扰。根据王朗境内道路分布情况，主要公路分布在东北部，该区域又是大熊猫的主要活动范围。所以，适当控制人流量和宣传保护大熊猫的相关活动是非常有必要的。根据调查的灾害情况，在竹根岔、大窝凼支沟都分布有较多的大小型滑坡、崩塌活动，大熊猫活动相对频繁，建议在该区域设置较多的监测点，完善实时监控体系，提前做好预防措施和事故发生时的救灾方案等。同时，对受地质灾害影响造成栖息地破碎区域进行修复、人工再造等，促进破碎斑块融合，扩大熊猫活动范围，从而降低小区域小种群大熊猫灭绝的风险。