基于InVEST的三江源生境质量评价

摘要：文章应用InVEST模型，运用生境质量指数、生境稀缺度指数和生境退化指数反映三江源的物种多样性的状况，并由此评价三江源生态环境质量，是对区域生物多样性价值评估的有益探索。研究结果表明，2000～2010年期间三江源地区野生动植物栖息地的生境质量在多数区域处于较好水平，整体质量变化不明显，区域质量指数均值为0.6左右，2010年比2000年升高了0.27%，有微量上升。其中自然保护区所涉及的治多县、杂多县、唐古拉山乡的生境质量有所改善，也反映了近年来三江源地区自然保护区生态恢复与建设的成效。

Abstract： This paper uses InVEST model to reflect the status of the species diversity in Sanjiangyuan by the ecological quality index， ecological scarce index and ecological degradation index soa as to evaluate the ecological environment quality of Sanjiangyuan. It is a useful exploration for the value evaluation of regional biodiversity. The results of the study indicate that from 2000 to 2010， the ecological quality of the wildlife habitat in Sanjiangyuan is in a better level. The changes of the overall quality are not obvious. The mean value of regional quality index is about 0.6， the ecological quality in 2010 increased 0.27 percentage points than 2000 year， there is a trace of rising. The natural reserves involved in Zhiduo County， Zaduo County and Tanggulashan Town， the habitat quality of which has improved. It also reflects the effect of ecological restoration in Sanjiangyuan nature reserve in recent years.

关键词：InVEST模型；生境质量；三江源

Key words： InVEST model；ecological quality；Sanjiangyuan

中图分类号：X826 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）12-0066-05

0 引言

三江源是黄河、长江与澜沧江的发源地，湖泊、水系星罗棋布，动植物资源丰富，是生物多样性的热点保护区，在国民经济发展中起着至关重要的作用。为了保护三江源的生态安全，维护三江源的生态系统的稳定，国家于2000年建立了三江源自然保护区。

本文基于InVEST-Biodiversity模型，对三江源2000、2005、2010建立自然保护区以来的生境质量指数（Ecological Quality Index）、生境稀缺度指数（Ecological Rarity Index）以及生境退化指数进行测定分析，并从这三方面对三江源的生态环境近十年来的状况进行评价，同时揭示土地利用动态变化以及三江源保护区的设立对三江源生境质量的的影响。

1 研究区域概况及数据来源

1.1 研究区域概况

三江源地区地处我国西部，青藏高原腹地，青海省南部，因为是长江、黄河、澜沧江三江之源头而得名。三江源地区水系密布，湖泊众多，是全国最大的天然湿地之一，被誉为“中华水塔”。

三江源行政区包括海西、玉树、果洛和唐古拉山乡等市县，区域面积三十万平方公里，接近青海省总面积的二分之一。现有人口五十五万人，是少数民族的聚居区，包括回族、撒拉族、藏族等，其中藏族人口占总人口的九成。

三江源森林植被类型丰富，是世界上高山植物最丰富的区域，但因受高原气候和海拔的影响，植被的原始性和脆弱性明显。近年来因人为干扰，森林植被资源不断减少，森林植被急待保护和恢复。

三江源地区有着丰富的野生动物资源，以鸟类、兽类为主，拥有雪豹、牦牛、藏羚羊等国家一级保护动物，具有独特的生物种群和物种基因库。

1.2 数据来源

本文数据来源于《全国生态环境十年变化（2000-2010年）遥感调查与评估》解译数据，包括30m分辨率的NDVI数据、1：400万的土地利用数据和2000～2010气象观测数据。

2 研究方法

本研究采用InVEST模型，该模型是由斯坦福大学、WWF（世界自然基金会）和TNF（大自然保护协会）一起研究开发的。InVEST模型是对生态系统和服务进行评估的综合模型，该模型通过对土地覆被变化、各种威胁影响因子综合进行分析，从而得出研究结果，包括碳储与吸收模型、产水量模型、生物多样性模型等，本次研究主要运用生物多样性模型对三江源地区的物种栖息地质量进行综合评价，该模型的分析让人们对生物多样功能的重要性与变化情况有了一个直观的了解，为环境保护提供了决策依据[1]。

2.1 生物多样性模型简介

生物多样性模块的原理是基于人类活动对生态环境的影响来评价的，模型认为人类活动越频繁的地区，生境质量等情况越差。模型通过对威胁源、生境对威胁源的敏感度、土地利用覆被数据等进行综合考虑，来评价生物多样性的情况。

本模块分为三部分，主要包括稀缺性分析、生境退化分析和生境质量分析[2，3]。模型需要获得的数据包括：土地利用图层、威胁因子图层、威胁因子影响距离表、各土地类型对威胁因子敏感度表。

2.2 模型运行参数的数据采集与参数设置

生物多样性评价模块的数据采集过程具体如下：

①对基准年的土地利用数据与现在年份的土地利用数据进行采集。前者选取三江源地区2000年、后者选取2005年、2010年的土地利用数据，将栅格大小统一设置为30m。

②对威胁因子影响距离表进行设置。在模型中，通过威胁因子影响距离表，可以在空间上反映出威胁因子对生境的影响。威胁因子的影响程度可以由下式求得：

在公式里，irxy表示威胁因子影响程度的大小；drmax表示威胁因子作用的最大距离；dxy表示两个地类x，y之间的距离。

在本研究区尺度下，参考其他地区，如罗伯特、大卫等人对美国亚利桑那州国家公园生物多样性的研究，孙永涛2011年对长江口北支湿地的研究、王一涵2011年对洪河湿地的研究、吴季秋2012年对海南八门湾的研究等[5-8]，考虑三江源地区生态环境、经济发展等具体情况，对威胁因子最大影响距离、种类、权重以及衰退相关性系数进行设置，见表1。

③生境类型对威胁因子敏感度的确定。威胁因子对生境的破坏程度，除了要考虑威胁因子的影响距离，还要考虑不同生境类型对不同威胁源的敏感性。根据景观学和生态学的原则，将生境类型进行划分，既包括森林、灌丛、草地和河流等自然生境类型，也包括水田、旱地、城镇、道路等的人工生境类型，并对其生境适宜性指数Habitat和敏感性进行打分，取值范围为0到1之间，如表2。

④威胁因子图层的提取。通过前文对威胁因子的分析，在ARCGIS的feature to raster 里对生态威胁因子属性表中的城镇、道路、裸地、工矿用地等威胁因子进行提取，生成威胁因子图层。

2.3 模型输出结果及其运算过程

①生境退化指数。

生境退化指数由威胁因子影响距离、生境对威胁因子的敏感性以及威胁因子的数量共同决定。模型认为生境类型对威胁因子越敏感，并且与威胁源越近（在其作用范围内），其生境退化指数越高。生境退化指数的计算公式为：

公式里，Dxj指的是生境退化程度大小；Wr是威胁因子的权重值；R是威胁因子的个数；Yr为威胁层图层范围上的栅格个数；ry是图层范围内每个栅格的威胁因子的个数；Sjr是地类图层上每个栅格的敏感度大小。

②生境质量指数。生境质量指数由生态适宜性指数和生境退化指数共同决定，其中生态适宜性指数通过专家打分法、参考相关资料进行确定。生境质量指数的具体计算公式如下：

式中，k为栅格单元大小尺度值的一半；Hj为生态适宜性指数；Dxj是生境退化程度。

生境质量指数反映了环境支持物种持续发展的能力，由环境为物种生存、繁衍提供的资源所决定。由模型公式可以看出本模型中，生境质量指数与生态适宜性指数成正比，与生境退化指数成反比，反映出环境破坏越大，土地利用变化情况越剧烈，环境为物种提供的生存资源越少，生境质量越差；而生境适宜性指数越高，越适宜物种生存、繁衍，说明生境为物种提供的生存资源越丰富，生境质量越高。

③生境稀缺性指数。

生境退化指数反映了生境受威胁源的影响程度，生境质量指数反映了生境的整体质量情况。但是，上面两个指标并不能反映生境的整体情况，还应对生境多样性进行分析。

生境多样性是生物多样性的基础，InVEST生物多样性模块中通过生境稀缺性指数来进行分析。生境稀缺性指数反映了某一类生境的稀缺程度，稀缺程度越高，我们越应该予以关注和保护。模型中该指数的计算以土地利用为基础进行分析，生境稀缺性计算公式为：

公式中，Rx为生境的稀缺性指数；σxj为栅格单元；Rj为栅格单元的土地利用类型j的判别指数，当栅格是当前地类j时，Rj值为1，否则Rj值为0。

3 三江源区栖息地生境质量评价

三江源国家级自然区是在三江源区范围内有相对完整的6个区域组成的高原湿地生态系统为主体的自然保护区网络。主要保护对象是高原湿地生态系统，国家和省级重点保护的珍稀、濒危和有经济价值的野生动植物物种及栖息地，具有典型的高寒草甸与高山草原植被，以及青海云杉林、祁连圆柏林、山地圆柏疏林高原森林生态系统和高寒灌丛、冰缘植被、流石坡植被等特有植被。目前，三江源区的自然保护区共有18个，保护区总面积15.23万km2。本研究从生境退化程度、生境质量和稀缺性三个方面对整个三江源地区栖息地进行了质量评价。

3.1 生境退化程度

生境退化指数的高低反映了威胁源对地区生境所造成的潜在破坏及生境质量下降的可能性大小。研究结果见图1-图3，结果表明三江源草原草甸湿地生态功能区总体生境退化指数较低，大部分区域生境质量下降趋势不明显。退化指数较高的区域在区域内零散分布，主要分布在三江源区西部的唐古拉山乡、治多县和曲麻莱县三县的西部、玛沁县东北部以及三江源东北部的共和县、贵德县和贵南县。2000～2010年，三江源地区生境退化指数变化很小，在唐古拉山乡、治多县、曲麻莱县的西部和共和县的南部生境退化较明显，其余区域退化不明显。值得注意的是，位于唐古拉山乡的格拉丹东自然保护区、治多县和曲麻莱县的索加-曲麻河保护区、玛沁县的中铁-军功保护区所在区域表现出一定程度的退化。

将生境退化程度分为五个等级，各得分段生境面积占区域面积的比例见表3。结果显示，2000～2010年期间三江源地区大部分生境退化程度处于0～50分值区间，十年间退化水平处于0～50和100～150得分区间的生境面积略有减少。总体来看，三江源地区生境退化程度栅格均值为0.355～0.373，2010年的退化指数均值虽然比2005年高，但低于2010年的值，生物栖息地的生境退化程度总体表现为有所改善。

3.2 生境质量

栖息地生境质量评估结果（表4、图4～图6）显示，2000～2010年期间三江源地区野生动植物栖息地的生境质量在多数区域处于较好水平，整体质量变化不明显，区域质量指数均值为0.6左右，2010年比2000年升高了0.27%，有微量上升。其中贵德县和贵南县生境质量指数最低在0.6以下，称多县和班玛县最高在0.67以上，但生境质量在0.5以下的所占比重也很大，主要分布西部的杂多县、曲麻莱县、治多县、唐古拉山乡和东北部的共和县、贵德县和贵南县区域。在唐古拉山乡、治多县、杂多县、贵德县、共和县生境质量有转好趋势，而久治县、玛沁县、称多县、河南县、班玛县、玉树县的生境质量指数略有下降，但下降范围在0.15%以内。自然保护区所涉及的治多县、杂多县、唐古拉山乡的生境质量改善的结果，也反映了近年来三江源地区自然保护区生态恢复与建设的成效。

3.3 三江源区栖息地稀缺性评价

生境稀缺性指数计算以2000年为背景年份，结果图层中生境稀缺性指数越高的地区，说明生境的破碎化情况越严重，生态系统的架构越不稳定，越容易发生变化；生境稀缺性指数越低的地方，表明该地区生态系统稳定，物质、能量循环不容易被打破。

三江源地区在2005年生境稀缺度栅格均值为0.015，2010年生的栅格均值为0.022，生境稀缺性指数较高的地方主要是三江源东北部的共和县、贵德县、贵南县和同德县，说明这些地区的生态群落的平衡较为脆弱，容易受胁迫影响，使得斑块的物种维持和生物多样性将受到极大的影响。总体上，三江源生境稀缺性低，表明生境质量良好，2010年比2005年增长了45.4%，生境稀缺性受人类活动等影响加重（图7～图8）。

4 结论

通过利用InVEST对三江源生境质量情况进行评估，可以看出三江源地区野生动植物资源丰富、特有种较多、生态系统类型多，局部地区生物多样性高度丰富，其中玉树、囊谦、泽库、玛沁、同仁、兴海、共和县属于区域生物多样性热点地区。

野生动植物栖息地生境质量评估的结果也显示，在2010～2010年期间，三江源地区的大部分区域生境质量变化趋势不明显，退化程度相对较高的是在西部的唐古拉山乡、治多县和曲麻莱县三县的西部、玛沁县东北部以及东北部的共和县、贵德县和贵南县。自然保护区所涉及的治多县、杂多县、唐古拉山乡等区域生境质量有改善的趋势，也反映了近年来三江源地区自然保护区生态恢复与建设的成效。

5 对策建议

通过分析评价，可以看出，三江源地区生境质量整体情况较好，但局部地区发生恶化，这就需要我们在相关地区开展环境治理与修复，具体措施如下：

①进一步开展三江源自然保护区的建设；

②在生境退化地区开展退牧还草，加强湿地保护；

③对三江源地区的珍稀物种，如雪豹、藏羚羊、野牦牛等的种群进行野外调查研究，确定其栖息地分布情况，设置野生动物自然保护区；

④加强宣传，增强当地牧民的环保意识，共同维护三江源地区的生境质量。

参考文献：

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