重庆金佛山黑叶猴潜在生境及廊道分析

陶培峰,袁 月,刘 建,张 斌,何彦良,肖 禾

(1.重庆市地理信息和遥感应用中心,重庆 401147; 2.自然资源部国土空间规划监测评估预警重点实验室,重庆 401147)

生境又称栖息地,是生物个体、种群或群落生存和繁衍的重要场所。生境破碎化已成为物种数量锐减甚至灭绝的重要诱因;而廊道作为物种生活和迁徙的重要通道,可以促进物种在破碎化生境之间的自由移动和扩散,增加隔离生境间的连通性[1]。因此,生物多样性保护不仅要维持生物种群的数量,更要保护其生境与廊道[2]。为制定科学的物种保护对策,首先需要预测物种的适宜生境分布,识别潜在的迁徙廊道。近年来,层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)和最小累积阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型被广泛应用于生境质量评价和生物迁徙廊道模拟[3-8]。

黑叶猴又称白颊黑叶猴,属哺乳纲、灵长目、猴科、叶猴属,是国家一级保护动物,被世界自然保护联盟列为濒危(EN)物种,野生黑叶猴数量不足2000只,主要分布在我国贵州、广西、重庆和云南的喀斯特地区,是石灰岩山地生态系统的特有物种、旗舰物种和指示物种。自20世纪90年代以来,森林砍伐、农业扩张和非法捕杀等人类活动加剧,黑叶猴种群数量和生境面积呈现断崖式下降,栖息地破碎化日趋严重[9]。重庆市是黑叶猴分布的最北缘,主要分布在南川金佛山天山坪峡谷、万盛黑山谷、武隆芙蓉江、彭水乌江和长溪河谷,以及酉阳长溪沟、冉家滩、清泉乡等地[10-13]。

本文以重庆金佛山为研究区,根据黑叶猴生活习性,分析影响黑叶猴生境分布的主要影响因子,预测黑叶猴潜在的适宜生境,最终利用MCR模型构建黑叶猴潜在廊道。

1 研究区概况与数据

1.1 研究区概况

研究区位于重庆市南部(如图1所示),处大娄山褶皱地带的喀斯特地区,涉及南川、綦江2个区县,13个乡镇,总面积为1465 km2,是重庆市“三带四屏多廊多点”生态安全格局中“大娄山生态屏障”的重要组成部分,拥有金佛山国家级自然保护区。境内以山地地形为主,海拔高度为315～2241 m,相对高差约1900 m,岩溶地貌发育,多悬崖峭壁,天然石灰岩洞丰富,为黑叶猴夜晚栖息提供了极佳的场所。研究区属亚热带湿润季风气候,温和多雨,气候垂直分异明显。特殊的地貌类型和气候条件孕育了区域内丰富的生物多样性,除黑叶猴外,还拥有林麝、云豹、猕猴、红腹锦鸡等国家重点保护野生动物,是重庆市生物多样性保护的关键地区。

图1 研究区

1.2 数据源与处理

本文的Landsat 8 OLI遥感影像数据来源于中国科学院地理空间数据云网站,运用ENVI5.3软件进行辐射定标、大气校正、配准和裁剪等预处理后,再基于NDVI的像元二分法模型计算植被覆盖度。1∶1万数字高程数据(DEM)、地理国情监测数据及河流和路网等数据,来源于重庆市规划和自然资源局及其附属单位。其中,利用DEM计算研究区内的坡度,利用地理国情监测数据中林草覆盖二级地类的属性获得植被类型数据。研究数据投影统一采用CGCS2000坐标系,栅格数据重采样精度为30 m。

2 研究方法

2.1 黑叶猴适宜生境因子分析

分析黑叶猴适宜生境时,需要考虑黑叶猴生态学和行为学特性,因此确定其生活习性、找出影响黑叶猴栖息地选择的环境因子至关重要。根据相关研究,黑叶猴性情温和,警惕性高,行动敏捷,善于攀爬跳跃,主要生活于沟谷的悬崖峭壁处和郁闭度较大的乔灌混交林中,夜宿于悬崖石壁的岩洞内。黑叶猴食物以植物的叶、芽、花和果实为主,88.2%来自灌木和乔木[14-16]。适宜生境通常远离人为干扰且靠近水源,能够为黑叶猴提供丰富的食物资源和良好的隐蔽条件,同时,林中灌木能够为黑叶猴移动和漫游提供通道。

目前相关研究选择影响黑叶猴生境适宜性指标,通常以自然条件、人类活动特征和食物来源等为参考[17-19]。本文结合黑叶猴生活习性,选取了地形因素(海拔、坡度)、植被因素(植被类型、植被覆盖度)、干扰因素(距居民点距离、距道路距离)、饮水因素(距水源距离)共4类7个环境因子作为黑叶猴生境适宜性评价的重要影响因子。

2.2 黑叶猴潜在生境评价

利用层次分析法对7个生境影响因子进行权重计算。首先,明确生境评价指标体系,目标层为黑叶猴潜在生境评价,因素层为地形因素、植被因素、干扰因素、饮水因素,因子层为海拔、坡度、植被类型、植被覆盖度、距居民点距离、距道路距离、距水源距离;然后,分别构造因素层的4个因素和因子层的7个因子两两比较的判断矩阵,采用1～9个标度为比较的标准,表征两两元素间的重要程度,其中,1表示两个因素具有同样的重要性,9表示一个因素比另一个因素极端重要[16];最后,对构造的判断矩阵进行一致性检验,若随机一致性比率CR<0.1,则得到各影响因子权重。

根据黑叶猴生活习性,对各影响因子进行适宜性分级,见表1,并按照最适宜100分、适宜70分、一般适宜40分、不适宜10分的标准赋值。利用ArcGIS的栅格计算器,将各影响因子加权叠加运算,得到黑叶猴潜在生境综合评分值。计算公式为

表1 生境评价因子分级

(1)

式中,i为栅格编号值;k为评价因子编号;n为评价因子总数,n=7;Si为第i个栅格的综合评分值;ωk为第k个因子的权重;ci(k)为第i个栅格的第k个因子的适宜性分值。

2.3 基于MCR模型的潜在廊道构建

(1)生态源地的确立。在ArcGIS中对生境综合评价结果按照自然间断点分级法(Jenks)进行重分类,将适宜度分为不适宜、一般适宜、适宜和最适宜4类。以黑叶猴生境评价最适宜等级斑块作为潜在生境,将栅格评价结果转换为矢量图斑,并对破碎化图斑进行融合,减小细碎图斑的干扰。考虑黑叶猴家域面积一般在0.29～1.19 km2[15,20],栖息地过小无法支撑物种生存繁衍,因此,提取面积大于0.29 km2的潜在生境斑块作为生态源地。

(2)生态阻力面构建。生态阻力面能够反映生物在不同景观单元之间流动需克服的阻力大小,与生物对栖息地环境选择的偏好性密切相关。本文参照生境适宜性评价设置黑叶猴扩散迁徙的阻力系数,按照统一的分级标准,确定4个阻力等级,将最适宜、适宜、一般适宜、不适宜的阻力值分别赋予10、40、70、100,阻力值越大表示黑叶猴迁徙扩散受到的阻碍越严重。

(3)潜在生态廊道构建。黑叶猴潜在生态廊道的构建基于最小累积阻力模型,该模型常用于物种的扩散过程、城市空间优化等领域,计算公式为

(2)

式中,MCR为最小累计阻力值;Dij为某种从源斑块j至景观单元i的空间距离;Ri为景观单元i对某种运动的阻力系数。在黑叶猴生态源地斑块中选取1个作为源地,将其余斑块作为目标源地,借助ArcGIS的Cost-Distance工具依次计算不同生态源地之间的成本距离栅格和成本回溯链接栅格,再利用Cost-Path工具生成各生态源地间的最小成本路径,作为黑叶猴潜在生态廊道。

3 结果与分析

3.1 单因子生境适宜性特征与阻力面评价

通过上述方法得到地形因素、植被因素、干扰因素和饮水因素适宜性等级分布(如图2所示)。根据前人对金佛山黑叶猴实际分布情况的观察,在地形因素方面,黑叶猴多喜好海拔较高的陡坡区域,对坡向没有明显的选择倾向性,研究区最适宜的海拔区域面积占比33.04%,集中在中部的头渡镇、金山镇及东北部的山王坪镇。最适宜的坡度面积占比6.52%,主要沿梅江、大溪河、龙骨溪、鲤鱼河等河谷呈带状分布。

图2 单因子生境适宜性分级

在植被因素方面,黑叶猴喜欢选择植被覆盖度较高的乔灌混合林,植被覆盖度高在一定程度上代表较少的人为干扰和丰富的食物资源,同时有利于躲避捕食者的猎杀。研究区内以乔木林为主,植被类型最适宜的区域面积为708.01 km2,占比48.33%,植被覆盖度最适宜的区域面积为324.17 km2,占比22.13%。

干扰因素方面,人类活动干扰是导致黑叶猴等灵长类生物适宜生境减少和破碎化的关键要素,猴群对人类的回避表现明显,通常选择远离人群的地方活动。区内道路多为南北走向,对生境影响较小的区域面积占比为63.57%。居民点多集中在研究区西北部,对生境影响较小的区域面积占比为1.73%。

饮水因素方面,水是黑叶猴生活所必需的物质资源,黑叶猴倾向于选择距水源较近的生境,研究区内水系发达,最适宜区域所占面积比例最大,为32.11%,其次是一般适宜区域面积占比28.67%,次适宜与不适宜区域面积分别占比24.31%和14.91%。考虑金佛山地处喀斯特山区,境内水网密布,拥有数十条山涧溪流,水资源丰富,且食物含水量较高,黑叶猴能够很容易从环境和食物中获取充足的水分,因此距水源距离对金佛山黑叶猴生境选择的影响相对较弱[13]。

3.2 潜在生境评价

根据层次分析法获得的各因子权重,按照影响程度排序分别为:坡度(0.241)、植被类型(0.219)、距居民点距离(0.169)、植被覆盖度(0.117)、距道路距离(0.103)、海拔(0.082)、距水源距离(0.069)。

从黑叶猴潜在生境适宜性评价结果来看(如图3所示),黑叶猴适宜生境总面积为930.02 km2,占研究区域总面积的63.48%。其中,一般适宜生境面积为28.19%,适宜生境面积为23.14%,最适宜生境面积为12.15%。剔除面积小于0.29 km2的最适宜等级图斑后,共得到黑叶猴的生态源地斑块52个,总面积为95.28 km2。其中,面积最大的为12.05 km2,面积最小的为0.33 km2。研究区黑叶猴最适宜生境受坡度的限制,主要集中在金佛山中部和东北部地区的沟谷地带,潜在生境斑块条带状特征明显。这些区域植被覆盖度高、林下植被丰富,靠近水源,受人类活动干扰较小,是黑叶猴等珍稀动物的重要栖息地。不适宜生境总面积为534.98 km2,占研究区域总面积的36.52%,主要集中分布在南城街道、南平镇和丛林镇北部,以及三泉镇等海拔较低的区域,该地区地势平缓、人类活动较频繁,对黑叶猴的生存和迁徙造成极大的影响。

图3 生境适宜性评价分级

3.3 潜在廊道构建

基于最小累积阻力原理,将黑叶猴的生态源地斑块和阻力面栅格图层作为模型输入,得到黑叶猴潜在生境廊道(如图4所示),去除廊道模拟结果中相互重叠和穿过生态源地斑块内部的廊道,最终确定56条廊道,廊道总长度为147.82 km。其中,廊道最长21.26 km,最短0.13 km,平均廊道长度为2.66 km。

图4 潜在廊道分布

由于廊道本身需要具有一定宽度,以满足黑叶猴在廊道内迁徙、扩散和繁衍。结合黑叶猴最小家域面积0.29 km2,将廊道最小宽度设置为303.9 m,通过构建缓冲区,且去除交叉重叠面积后,得到潜在带状廊道总面积为43.89 km2。所有廊道均穿过高植被覆盖度的林地,经过多条水源,远离居民点。

4 结论与讨论

本文基于黑叶猴的生活习性,筛选了海拔、坡度、植被类型、植被覆盖度、距居民点距离、距道路距离、距水源距离共7个影响其生境选择的关键因子,利用地理信息和遥感技术预测了金佛山黑叶猴潜在适宜生境分布,通过最小累积阻力模型构建了区域内56条有利于黑叶猴迁移扩散的生态廊道,以促进破碎化栖息地的连通,对黑叶猴种群和生境的保护具有重要指导意义。

为加强对金佛山黑叶猴的保护,综合以上研究,提出以下建议。

(1)研究区内黑叶猴的适宜生境面积较少,植被类型作为影响生境适宜性的重要因素,应重点加强对乔灌混合林的保护,在缺少乔木的灌木丛中,栽植黑叶猴喜食的乔木植物,提高植被覆盖度,着力改善和恢复黑叶猴栖息地的生存植被。

(2)加快推动生态廊道的建设和保护,在黑叶猴生态廊道沿线区域实施退耕还林、生态移民等措施,补植香叶树、毛叶木姜子、山桃等黑叶猴喜食的植物种类,定期对廊道进行巡检,维护栖息地的连通性。

(3)加强对村民生物多样性保护的教育和宣传,坚决打击和查处非法盗猎行为,严格限制村民上山砍柴、取石、采药、挖竹笋等活动,减少人类活动的干扰。

本文仍存在一些不足:由于动物选择生境的过程极其复杂,受竞争、捕食、人类活动及多种与生存和繁殖有关的环境因素的影响,全面考虑生境影响因素存在很大困难,依据黑叶猴生活习性和数据的可获取性,选取的7个关键影响因子具有一定代表性,但缺少天敌、夜宿地等更全面的分析考虑;此外,各影响因子分级标准和权重是依据专家决策和层次分析法确定的,具有一定主观因素,且适宜性评分和阻力值仅反映黑叶猴生境适宜度和迁移扩散阻力的相对大小,而并非绝对值。针对以上问题,后续有待进一步研究优化。