CN108305204A - 基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法 - Google Patents
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Abstract
基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法，它要解决现有湿地生物多样性保护功能评估缺乏区域可比性，评估结果难以被应用的实际问题。对比评估方法：一、获取两个研究区内多个时期每个栅格单元的生境质量指数；二、计算同一研究区内国家级自然保护区的多期平均生境质量指数，从其时间序列数据中选取数值最大的作为参照基准；三、每一期的每个栅格单元的生境质量指数分别减去各自研究区的参照基准；四、通过对两个研究区生境质量指数相对量的时间序列变化分析，以及相对量发展趋势对比分析，得到对比评估结果。本发明通过生物多样性保护功能相对量的区域之间比较方式，构建保护成效的区域对比评估方法，从而为湿地生物多样性保护管理提供有力工具。
Description
技术领域
本发明涉及生物多样性保护功能评价方法，特别是涉及一种基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域的评估方法。
背景技术
生态系统服务功能是指生态系统及其生态过程形成与维持人类赖以生存的自然环境条件与效用。被称为“地球之肾”的湿地生态系统，不仅能够为人类提供教育、科研、旅游休闲以及动植物产品和泥炭等直接服务产品，而且能够提供气候调节、污染物降解、涵养水源、生物多样性保护等维持生态系统稳定的间接服务产品。生物多样性保护是湿地生态系统最为重要的生态服务功能，科学评价其生物多样性保护功能是平衡湿地开发与保护的基础，它不但能够量化湿地生态服务的GDP核算，而且能够加深对湿地生物多样性保护的认识，从而有助于加强湿地生态环境保护，实现湿地生态系统的可持续发展。
目前，针对湿地生态系统生物多样性保护评估的研究主要集中在两个方面：1)生物多样性保护静态评估，主要是通过价值评估来定量表达生物多样性保护产生的经济效益，及其在全国或全球GDP产出中的所占比例，进而揭示其蕴含的巨大经济价值，为湿地开发与利用提供科学依据；2)生物多样性保护动态评估，主要是结合区域土地利用变化来评估生物多样性保护价值的相对变化情况，以此来衡量相应的利益得失，从而提高人类社会对湿地生态系统的保护水平。然而，上述湿地生物多样性保护评估只限于单个区域(研究区域)，评估结果也仅针对生物多样性保护功能本身，它们很少进行区域之间的对比评价，更缺少对生物多样性保护工作带来的成效进行空间对比。究其原因在于湿地生态系统因地理位置不同，它们在自身起源与内在性质以及所处环境等方面存在较大差异，造成生物多样性保护功能本底就存在空间差异；如果单纯采用生物多样性保护功能绝对指标，对于生物多样性保护功能本底较差的区域，即使在湿地生态系统保护方面付出更多努力，也有可能无法达到本底较好区域的生物多样性保护功能水平，由此开展的湿地生物多样性保护评估工作，无法用于湿地生物多样性保护成效的区域对比，获得的评估成果难以认可与应用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有湿地生物多样性保护功能评估缺乏区域可比性，评估结果难以被应用的实际问题，而提供一种基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法。
本发明基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法按照以下步骤实现：
一、由自然保护区范围图层，提取两个研究区内自然保护区土地利用栅格数据，然后分别从两个研究区的土地利用栅格数据中提取生态威胁因子图层，在InVEST模型软件环境下，输入生态威胁因子量表以及相应的土地利用类型敏感度量表与保护图层，结合土地利用数据与生态威胁因子图层，分别输出两个研究区内自然保护区多个时期每个栅格单元的生境质量指数；
二、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区内自然保护区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数数据进行算术平均处理，获取研究区内自然保护区的每期平均生境质量指数数据，从多期平均生境质量指数时间序列数据中，选取数值最大的平均生境质量指数作为研究区湿地生物多样性保护评估的参照基准；
三、通过InVEST模型获取的研究区每一期的每个栅格单元的生境质量指数分别减去各自研究区对应的参照基准，分别得到两个研究区每个栅格单元的生境质量指数相对量；
四、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数相对量进行算术平均处理，获取研究区每期生境质量指数相对量，通过对两个研究区生境质量指数相对量的时间序列变化分析，以及两个研究区之间生境质量指数相对量发展趋势对比分析，得出湿地生物多样性保护成效的区域动态对比评估结果。
本发明旨在以湿地生物多样性保护功能区内部湿地自然保护区的生境质量指数最优值作为评估的参照基准，在获取湿地生物多样性保护功能绝对量指标基础上，通过生物多样性保护功能相对量(相对量＝绝对量-参照基准)的区域之间比较方式，构建适合于湿地生物多样性保护成效的区域对比评估方法，从而湿地生物多样性保护管理方面提供有力工具，以促进全国湿地生态系统功能的有效恢复与快速发展。
附图说明
图1为实施例中两个研究区自然保护区生境质量指数时间变化柱状图，其中A代表三江平原，B代表伊犁-天山山地西段；
图2为实施例中2010年研究区各县生境质量指数相对量空间分布图；
图3为实施例中两个研究区生境质量指数相对量变化趋势图，其中A代表三江平原，B代表伊犁-天山山地西段。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法按照以下步骤实施：
一、由自然保护区范围图层，提取两个研究区内自然保护区土地利用栅格数据，然后分别从两个研究区的土地利用栅格数据中提取生态威胁因子图层，在InVEST模型软件环境下，输入生态威胁因子量表以及相应的土地利用类型敏感度量表与保护图层，结合土地利用数据与生态威胁因子图层，分别输出两个研究区内自然保护区多个时期每个栅格单元的生境质量指数；
二、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区内自然保护区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数数据进行算术平均处理，获取研究区内自然保护区的每期平均生境质量指数数据，从多期平均生境质量指数时间序列数据中，选取数值最大的平均生境质量指数作为研究区湿地生物多样性保护评估的参照基准；
三、通过InVEST模型获取的研究区每一期的每个栅格单元的生境质量指数分别减去各自研究区对应的参照基准，分别得到两个研究区每个栅格单元的生境质量指数相对量；
四、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数相对量进行算术平均处理，获取研究区每期生境质量指数相对量，通过对两个研究区生境质量指数相对量的时间序列变化分析，以及两个研究区之间生境质量指数相对量发展趋势对比分析，得出湿地生物多样性保护成效的区域动态对比评估结果。
本实施方式步骤一中自然保护区范围图层和土地利用栅格数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心；结合湿地生物多样性保护的具体情况，选择水田、旱地、城镇用地、农村居民用地与其它建设用地等土地利用类型作为生态威胁因子，查阅相关文献，并依据InVEST 3.3.3的Beta User’s Guide中的生态威胁因子划分标准，结合研究区域实际情况，对InVEST模型中的生态威胁因子与土地利用类型对于生态威胁因子的敏感度进行赋值，得到生态威胁因子量表、土地利用类型敏感度量表；将研究区内国家级自然保护区的威胁可达性设置为0.1，得到保护程度图层；运用ArcGIS空间分析工具Con分别提取不同时期研究区范围内的水田、旱地、城镇用地、农村居民用地与其它建设用地得到威胁因子图层。
本实施方式适用于内部含有自然保护区的大面积的湿地生物多样性保护功能区。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中栅格大小为1000m。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中相邻两个时期之间为5年。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二中对研究区内自然保护区5～8个时期栅格单元的生境质量指数数据进行算术平均处理。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是利用县级行政区划数据对步骤三得到的生境质量指数相对量进行分割处理(即基于行政区域对生境质量指数相对量进行统计)，计算每个县份的平均生境质量指数相对量，对各个县份之间生物多样性保护成效的分析对比，得出湿地生物多样性保护成效的区域对比评估结果。
实施例：本实施例对三江平原和伊犁-天山山地西段两个湿地生物多样性保护功能区1990-2010年期间(五期)的湿地生物多样性保护成效的区域进行湿地生物多样性保护成效区域对比评估：
一、由自然保护区范围图层，提取两个研究区内自然保护区五期土地利用栅格数据，栅格大小为1000m，然后分别从两个研究区的土地利用栅格数据中提取生态威胁因子图层，在InVEST模型软件环境下，输入生态威胁因子量表以及相应的土地利用类型敏感度量表与保护图层，结合土地利用数据与生态威胁因子图层，分别输出两个研究区内自然保护区五个时期每个栅格单元的生境质量指数；
二、在ArcGIS软件环境下，分别对研究区内自然保护区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数数据进行算术平均处理，获取研究区内自然保护区的每期平均生境质量指数数据，如图2所示，从同一研究区内自然保护区的五期平均生境质量指数时间序列数据中，选取数值最大的平均生境质量指数作为(相应)研究区(生态功能区)湿地生物多样性保护评估的参照基准；
三、通过InVEST模型获取的研究区每一期的每个栅格单元的生境质量指数分别减去各自研究区对(相)应的参照基准，分别得到两个研究区内的每个栅格单元的生境质量指数相对量；
四、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数相对量进行算术平均处理，获取研究区每期生境质量指数相对量，通过对两个研究区生境质量指数相对量的时间序列变化分析，以及两个研究区之间生境质量指数相对量发展趋势对比分析，得出湿地生物多样性保护成效的区域动态对比评估结果。
本实施例利用县级行政区划数据对步骤三得到的不同研究区生境质量指数相对量数据进行分割处理，并计算每个县份的平均生境质量指数相对量，对各个县份之间生物多样性保护成效的分析对比，得出湿地生物多样性保护成效的区域对比评估结果，如图2所示。
本实施例基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估结果如下：
(1)将生态功能区内湿地自然保护区生境质量指数时间序列最大值作为参照基准，它直接受控于自然保护区土地利用结构，体现各生态功能区湿地生物多样性保护功能的本底值；三江平原与伊犁-天山山地西段湿地生物多样性保护功能评估的参照基准分别为0.83与0.36(图1)，反映着两个区域在湿地生物多样性保护功能方面的潜在差异。
(2)基于参照基准生成生境质量指数相对量指标，用于表征湿地生物多样性保护成效，可有效进行区域之间生物多样性保护成效的时空对比评估；三江平原与伊犁-天山山地西段生境质量指数相对量的多年(期)平均值分别为-0.1644与-0.0351，说明伊犁-天山山地西段的湿地生物多样性保护成效要好于三江平原。
(3)从空间分布上看，以2000年为例，伊犁-天山山地西段的湿地生物多样性保护成效要好于三江平原，如图2所示，伊犁-天山山地西段内部呈现东部县份好于中西部县份的空间分布特点，而三江平原则呈现东部与西部县份好而中间县份差的空间分布特征。
(4)如图3所示，从时间变化上看，从1990年到2010年期间，三江平原生境质量指数相对量由-0.1428降为-0.1683，逐步远离其参照基准，说明其湿地生物多样性保护成效在逐步减小，而伊犁-天山山地西段生境质量指数相对量则由-0.0427升高至-0.0285，正逐步靠近其参照基准，体现着该区域湿地生物多样性保护成效在稳步提升。
Claims (5)
1.基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法，其特征在于是按下列步骤实现：
一、由自然保护区范围图层，提取两个研究区内自然保护区土地利用栅格数据，然后分别从两个研究区的土地利用栅格数据中提取生态威胁因子图层，在InVEST模型软件环境下，输入生态威胁因子量表以及相应的土地利用类型敏感度量表与保护图层，结合土地利用数据与生态威胁因子图层，分别输出两个研究区内自然保护区多个时期每个栅格单元的生境质量指数；
二、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区内自然保护区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数数据进行算术平均处理，获取研究区内自然保护区的每期平均生境质量指数数据，从多期平均生境质量指数时间序列数据中，选取数值最大的平均生境质量指数作为研究区湿地生物多样性保护评估的参照基准；
三、通过InVEST模型获取的研究区每一期的每个栅格单元的生境质量指数分别减去各自研究区对应的参照基准，分别得到两个研究区每个栅格单元的生境质量指数相对量；
四、在ArcGIS软件环境下，分别对两个研究区同一时期的每个栅格单元的生境质量指数相对量进行算术平均处理，获取研究区每期生境质量指数相对量，通过对两个研究区生境质量指数相对量的时间序列变化分析，以及两个研究区之间生境质量指数相对量发展趋势对比分析，得出湿地生物多样性保护成效的区域动态对比评估结果。
2.根据权利要求1所述的基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法，其特征在于步骤一中栅格大小为1000m。
3.根据权利要求1所述的基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法，其特征在于步骤一中相邻两个时期之间为5年。
4.根据权利要求1所述的基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法，其特征在于步骤二中对研究区内自然保护区5～8个时期栅格单元的生境质量指数数据进行算术平均处理。
5.根据权利要求1所述的基于参照基准的湿地生物多样性保护成效区域对比评估方法，其特征在于利用县级行政区划数据对步骤三得到的生境质量指数相对量进行分割处理，计算每个县份的平均生境质量指数相对量，对各个县份之间生物多样性保护成效的分析对比，得出湿地生物多样性保护成效的区域对比评估结果。
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