2015～2020年潍坊市生境不可替代性指数评估及分析

徐伟红，肖泱

（山东省潍坊生态环境监测中心，山东 潍坊 261041）

生态环境的健康与安全评估研究已经成为国内外研究的热点，对一个国家或地区的生态环境进行评估，不仅可以理清生态环境状况，也可以找到生态环境发生变化的主要原因，对该国家或地区制定区域生态环境保护与恢复有着极大的意义。生态系统服务功能，是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1]。

不可替代性是近年来引入生物多样性保护规划的新概念，表达一个规划单元在实现整体保护目标中的重要性[2]。而针对生物多样性保护的评估，目前以MARXAN模型应用最为广泛[3，4]，本文以遥感和地面调查数据为基础，结合生态系统长期监测数据，运用MARXAN模型定量评估生态系统的生境不可替代性指数，分析其空间格局和变化情况以便了解生物多样性的维持及变化趋势[3～5]。

1 研究区概况与数据来源

潍坊市位于山东半岛西部，居半岛城市群中心位置，地跨东经118°10′～120°01′，北纬35°41′～37°26′，东与青岛、烟台两市连接，西邻淄博、东营两市，南连临沂、日照两市，北濒渤海莱州湾。潍坊市域气候温和，地形复杂，南有山川谷地，北有盐碱滩涂，植物资源丰富，种类繁多，分布广泛。据调查，全市仅木本植物就有243种，分属58科。

生境不可替代性指数的数据源，主要包括潍坊市2015～2020年生态系统类型与分布遥感解译数据，基础地理数据和气象观测数据，并综合运用生态系统的长期监测数据，以及有关生物多样性、水土保持、生态水文等学术文献数据[6]。

2 评估方法

由生态系统中珍稀濒危物种数量、物种丰富度等指标，计算生境不可替代性指数，该指数为0～100之间的连续值，值越高代表所在规划单元的保护价值越高，能够替代该单元完成保护目标的其它规划单元数量越少。

首先选择指示物种，根据历史数据，以县为单元确定每个指示物种的分布区。使用MaRXAN选址运算模型，按约束条件进行迭代计算，得到全国生物多样性保护优先区域。

评估单元为评估区内的各县级行政单位，物种选择全国境内有记录分布的国家一级物种、二级物种，以及其它有重要保护价值的物种，参照中国动物志和植物志，统计这些物种在每个评估单元中的出现数量。利用不可替代性指数为评估单元赋值，该数值在0～100分布，数值越高表示该单元对保护生物多样性的价值（不可替代性）越大。

Marxan模型的迭代运算目标函数为：

式中：

①—规划单元总成本；

②—保护体系边界总长度修正值；

③—未达到保护目标的补偿值；

④—超出成本阈值的补偿值。

运算过程中，每个规划单元采用相同成本，结果表示能达到保护目标的面积最小区域。保护体系边界总长度修正值为模型迭代过程中调整保护优先区边界后的保护体系边界总长度。当某个物种并未达到保护目标，但保护成本已达到阈值时，设置超出成本阈值的补偿值，从而适当提高成本以满足保护需求。为了保证集合达到最小成本，保护价值越高的区域在运算中被选中的概率越大。运算100次，每一规划单元都将生成0～100的一个数值，表示在运算中被选中的次数，这一值越大的单元在保护中的不可替代性越强。

Marxan选址运算模型主要输入参数，包括物种分布数据、生物气候变量、高程、坡度、LAI和潍坊市行政边界共6类数据，时序要求均满足2015～2020年。图1则表示19个生物气候变量的详细信息，主要包含不同时间尺度的降水量和温度数据，见表1与图1。

图1 19个生物气候变量详细信息

表1 Marxan 选址运算模型主要输入参数

在获取数据后，将19个生物气候环境变量的文件转化后，在图像处理软件中对其定义投影，统一成GSC～WGS～84，并将像元也统一成相同大小，用已有的潍坊市矢量边界，对原始数据进行掩膜提取，并对DEM数据和LAI数据做相同处理。将数据加入到模型中，设置模型参数，构造响应曲线，构造预测结果图，构造刀切模型，设置输出路径，运行后即可获取即可获取评估结果。

3 结果与讨论

3.1 生境不可替代性指数主要影响因子分析

生境不可替代性指数是通过MARXAN选址运算模型进行参数计算得到的。首先选择指示物种，根据历史数据，以县为单元确定每个指示物种的分布区。使用MARXAN选址运算模型，按约束条件进行迭代计算，得到生物多样性保护优先区域。运算模型主要输入参数，包括物种分布数据、生物气候变量、高程、坡度、LAI和潍坊市行政边界共6类数据，时序要求均满足2015～2020年。利用不可替代性指数为评估单元赋值，该数值在0～100分布，数值越高表示该单元对保护生物多样性的价值（不可替代性）越大。

3.2 生境不可替代性指数变化分析

2020年，潍坊市各区县生境不可替代性指数整体较高，表示对保护生物多样性的价值较大。生境不可替代性较高的区域，主要集中分布在潍坊市的中西部和东南部地区，包括潍城区、奎文区、寿光市、青州市、高密市和诸城市，生境不可替代性指数均高于80。而寒亭区、坊子区和临朐县的不可替代性指数相对偏低，均不足60，仍需进一步保护生物多样性，提高生态保护价值，见图2。

2015～2020年，潍坊市各区县生境不可替代性指数整体处在中等偏高水平，表示全市进行生物多样性保护的价值较高。生境不可替代性指数较高的区域，主要集中在东部和西部，指数超过80的区县分别有7个、7个、8个、7个、5个和6个，均超过总区县数量的一半，潍城区、奎文区、青州市是潍坊市生境不可替代性指数最高的三个区县，6年来指数均保持在95以上，表明这3个县区对保护生物多样性的价值（不可替代性）较高；其次为寿光市，生境不可替代性指数也常年保持在90以上；坊子区生境不可替代性指数相对较低，历年都处于全市最低值，表明不可替代性较低，见表2、图2。

图2 20 15～2020年潍坊市生态系统服务功能生境不可替代性空间分布图

表2 2015～2020年潍坊市各区县生境不可替代性指数

2020年，潍坊市有5个区县的生境不可替代性指数高于2015年，约占区县总数的41.7 %，其中寒亭区、诸城市、坊子区和昌乐县的生境不可替代性指数增长最多，分别为14.0%、9.2%、7.7%和6.1%。有4个区县在2020年的生境不可替代性指数低于2015年，约占潍坊市区县总数的33.3%，其中昌邑市、临朐县和安丘市的生境不可替代性指数下降最多，分别下降了17.5%、7.6%和4.3%，仍需进一步丰富该地区的生物多样性，提高生态保护价值，见图2、图3。

图3 2015～2020年潍坊各县生态系统服务功能生境不可替代性指数变化图

4 结语

2015～2020年，潍坊市各区县生境不可替代性指数整体处在中等偏高水平，表示全市进行生物多样性保护的价值较高。生境不可替代性指数较高的区域，主要集中在东部和西部，此外，中部的潍城区和奎文区生态不可替代性指数也常年稳定在较高水平，其余地区生境不可替代性指数适中，仅中部的坊子区出现部分年份指数偏低的现象。

潍坊市共有5个区县在2020年的生境不可替代性指数高于2015年，约占潍坊市区县总数的41.7 %，其中寒亭区、诸城市、坊子区和昌乐县的生境不可替代性指数增长最多；另有4个区县在2020年的生境不可替代性指数低于2015年，约占潍坊市区县总数的33.3%，其中昌邑市、临朐县和安丘市的生境不可替代性指数下降最多，仍需进一步保护生物多样性，提高其生态保护价值。