县域生物多样性保护优先性评价指标体系构建与应用——以甘孜藏族自治州为例

彭 隆, 陈圣宾, 彭培好

(1.成都理工大学 旅游与城乡规划学院, 成都 610059; 2.环境保护部南京环境科学研究所, 南京 210042)

县域生物多样性保护优先性评价指标体系构建与应用
——以甘孜藏族自治州为例

彭 隆1, 陈圣宾2, 彭培好1

(1.成都理工大学 旅游与城乡规划学院, 成都 610059; 2.环境保护部南京环境科学研究所, 南京 210042)

生物多样性保护优先性评估是生物多样性保护、管理和决策的重要手段，其中的关键步骤之一是评估指标体系的构建。以四川省甘孜州藏族自治州为研究对象，以县域为评价单元，选择物种层次和生态系统层次的8个指标(脊椎动物丰富度指数、特有性指数、濒危性指数、植物物种丰富度指数、自然生态系统的Shannon-Wiener多样性指数、自然生态系统濒危性指数、归一化植被指数(NDVI)、净第一生产力(NPP)指数)构建评价指标体系，然后采用熵权法对各评价指标赋权值，对该区的县域进行生物多样性现状综合评估。结果表明：康定县、理塘县生物多样性保护优先性综合评估指数最高；得荣县、乡城县评估指数最低，甘孜州各县现有自然保护区的分布比较合理。康定县、理塘县自然保护区分布面积最大，分别占该县域面积的44%和27%，生物多样性得到较好的保护。甘孜县和色达县为综合评估指数较高地区，但自然保护区的分布面积极小，建议增设不同级别自然保护区。

生物多样性; 甘孜州; 指标

生物多样性包括地球上所有的植物、动物、微生物物种及其所拥有的基因，各物种之间及其与生境之间的相互作用所构成生态系统及其生态过程[1]，包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个基本层次[2]，是人类赖以生存和持续发展的物质基础。投入大量资源开展生物多样性保护工作，已经成为政府、民众和科学界的共识。在不同空间尺度上，科学评价生物多样性保护优先性，是解决有限的人力和物力资源最佳配置与利用的有效途径。

指标体系的构建是生物多样性保护优先性评估的关键步骤。由于在基因水平上的评估需要较大的技术投入，且难以在大尺度上实现，因此评估指标体系的构建主要基于物种和生态系统层次。物种层次的评价指标主要包括物种丰富度、物种特有性和物种濒危性[3-9]。如Myers等[3]主要基于物质丰富度及特有性，识别出全球25个生物多样性热点地区；万本太等[6]提出了生物多样性综合评价的5个指标，其中包括物种丰富度和物种特有性。生态系统层次的评价指标相对多样化，主要包括生态系统多样性、濒危性、结构复杂性和功能等[6,8,10-12]。

合适的空间尺度也是生物多样性保护优先性评价必须考虑的问题。空间尺度的选择不仅受到数据可得性的限制，还取决于生物多样性保护的需要，同时也会在一定程度上影响评价结果及其应用价值。目前，在全球尺度上，已经确定了一些生物多样性热点地区[3]，在中国国家尺度上也确定了不少生物多样性关键区(中国生物多样性国情报告)和保护优先区[10]。在一些地理单元中，也划定了一些保护优先区[13-15]。但这些评价结果的应用价值受尺度太大或太小的限制而大打折扣。在我国的生物多样性评估工作中，县域不仅是明确有力的管理单元，也是许多生物多样性编目项目的基本调查单元[16]，因此非常适合作为生物多样性评估的中间尺度[17]，既能明确生物多样性保护重要地区的具体范围，又能为大尺度生物多样性保护优先区的确定提供数据支撑。

为此，本文在分析整合国内外有关生物多样性保护优先性评价方法的基础上，设计了一套以县域为评价单元的评估指标体系与方法，并以四川省甘孜藏族自治州为例进行应用，为该地区生物多样性保护提供理论支撑与决策依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘孜藏族自治州(以下简称甘孜州)位于四川西部，北接青海，南连云南，东靠四川雅安市，隔金沙江与西藏相望，地理坐标为27°58′—34°20′N，97°22′—102°29′E，东西宽490 km，南北长663 km，面积15.3万km2。是青藏高原向四川盆地和云贵高原的过渡地带，处于青藏高原东南和横断山脉中北段。甘孜州地势自西北向东南逐渐倾斜，其地貌可分为：山地、丘状高原、山原、高山峡谷等四种类型，海拔4 000 m以上地区占全州面积的54.6%。长江水系的金沙江、雅砻江、大渡河在甘孜州境内南北向并列。甘孜州大部分地区气候属于高原大陆型气候，其特点冬长无夏、春秋相连，年平均气温8～10℃，日较差大，年降水量300～600 mm，干湿季明显，水热同季。本区是我国生物多样性的重要保护区之一，其独特的地理位置和多样的气候、地形地貌、森林植被类型，孕育了丰富的生物多样性[5]。

1.2 评价指标体系构建

1.2.1 构建原则

(1) 科学性：以保护生物学、生态学和相关科学的基本理论为依据，选取关键性指标；

(2) 层次性：基于生物多样性的物种和生态系统层次，系统地选取相应的指标；

(3) 全局性：考虑保护与发展的内在联系，服务于各级地方政府的战略管理与需求；

(4) 代表性：为使评价结果科学、合理、有效，选择能表现生物多样性本质特征的指标；

(5) 实用性：尽量采用易于获取的指标，并提供相应的参数测定方法。

1.2.2 评价指标体系的组成 生物多样性保护优先性评价不可能面面俱到，应通过综合分析和判断，筛选出较为灵敏和概括性的参数作为评价指标。依据上述构建原则，在参考生物多样性评价方法与指标体系研究成果和相关专家意见的基础上，提出针对县域尺度的物种与生态系统层次的生物多样性评价指标，从不同的层次和角度反映了生物多样性的状况。物种层次的指标包括：脊椎动物丰富度指数、维管植物丰富度指数、脊椎动物特有性指数、维管植物特有性指数、脊椎动物受威胁物种丰富度指数、维管植物受威胁物种指数(维管植物特有性指数和维管植物受威胁物种丰富度指数由于数据缺乏未列入此次评价中)；生态系统层次的指标包括：自然生态系统的Shannon-Wiener多样性指数、自然生态系统濒危性指数、归一化植被指数和净初级产力(NPP)指数。

1.2.3 评价指标含义、计算方法和数据来源 由于脊椎动物各类群间数目差异很大，将各个类群物种数进行简单相加会低估某些类群的重要性[18]。本文先计算每个县域内各个动物类群占全国此类群物种总数的比例，然后计算各个类群比例的平均值，从而在一定程度上降低物种特别丰富类群的影响:

(1)

式中：Gi(e)——各县域内物种类群i的物种数目；Gi(t)——全国类群i的物种数目；N——类群数目，本研究中N=5。数据来自文献《四川省甘孜藏族自治州哺乳类野外识别保护手册》、《四川省甘孜藏族自治州鸟类野外识别保护手册》和《四川省甘孜藏族自治州爬行类、两栖类、鱼类野外识别保护手册[19-21]。

(1) 野生脊椎动物丰富度指数(F1)：即评价单元内的野生脊椎动物(哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类和鱼类)的物种数，用于评价野生动物多样性。为降低物种特别丰富类群的影响，采用公式(1)得到各县域野生脊椎动物丰富度指数：

(2) 野生维管植物丰富度指数(F2)：指评价单元内的野生维管束植物物种数，用于评价野生植物物种多样性。数据来自“中国维管植物分布数据库”[22]。

(3) 野生脊椎动物特有性指数(F3)：指评价区域内中国特有野生脊椎动物的相对数量，用于表征物种的特殊价值。统计各县域野生脊椎动物特有性物种数量。根据式1计算野生脊椎动物物种特有性指数，其中Gi(e)是各县域内物种类群i的特有物种数目，Gi(t)是全国类群i的特有物种数目，N=5。

(4) 野生脊椎动物濒危性指数(F4)：受威胁物种是指《中国物种红色名录濒危等级和标准》脊椎动物中收录的属于极危级、濒危级、易危级和近危级的物种。统计各县域受威胁的野生脊椎动物物种数目，根据式1计算野生脊椎动物物种濒危性指数，其中Gi(e)是各县域内物种类群i的濒危物种数目，Gi(t)是全国类群i的濒危物种数目，N=5。

(5) 自然生态系统多样性指数(F5)：基于信息论基础之上，度量构成该区域的生态系统组成复杂程度，取决于生态系统的丰富度和各类生态系统面积的均匀度[23]。本研究根据2010年甘孜州植被景观类型图(数据来源于中国科学院遥感应用研究所)，采用Shannon-Wiener指数度量各县域自然生态系统多样性[24]：

(2)

式中：H——县域自然生态系统Shannon-Wiener多样性指数；pi——生态系统类型i占该县域自然生态系统总面积的比例；n——自然生态系统的数目。H越大，表明生态系统多样性越高。

(6) 自然生态系统濒危性(F6)：评价生态系统受威胁程度，主要依据生态系统分布范围的缩减程度和生态系统功能的丧失[12]。生态系统功能包括物质循环、能量流动和信息传递等过程。其丧失包含生态系统组成、结构和过程的衰退。因此，很难用通用的方法对不同类型生态系统功能丧失进行量化。对于生态系统分布范围及其缩减程度主要基于遥感数据，应用土地覆盖随时间的变化趋势来评估生态系统的状态。生态系统地理分布范围的缩减程度的量化在于时间尺度以及空间参数的阀值。根据该地区2000年与2010年自然生态系统分布图，确定10年内各类型空间分布以及占有面积的变化，最后求得各县域自然生态系统面积减小总和。

(7) 净初级生产力(NPP)指数(F7)：净初级生产力是植被净的碳获取，也是生态系统中其他生物成员生存与繁衍的物质基础，因此是生态系统功能的重要指标。本文根据全国2000—2010年NPP数据(数据来源于中国科学院遥感应用研究所)，计算10年来各县的NPP年均值，得到NPP指数。

(8)归一化植被指数(NDVI) (F8)：归一化植被指数(NDVI)又称标准化植被指数，它是植物生长状态以及植被空间分布密度的最佳指示因子，与植物分布密度成线性相关，归一化指数是近红外与红色通道反射率(SR=NIR/RED)的一种变换形式，NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。NDVI与植被覆盖度有关，-1≤NDVI≤1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光反射；0表示有岩石或裸土等，正值表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大。许多研究已经表明NDVI与叶面积指数(LAI)和NPP等生物物理参数有着密切的关联[25]。通过ENVI 4.8与ArcGIS 9.3对2010年7月份三期数据进行最大值合成与切割得到各县2010年7月份NDVI-MAX数据(数据来源于中国科学院遥感应用研究所)，求取各县NDVI指数平均值。

1.2.4 评价指标的标准化 为了消除不同指标量纲的影响，对指标进行标准化处理，即对各评价指标进行归一化处理，评价指标归一化方法为：

归一化后的评价指标=归一化前的评价指标×归一化系数

归一化系数=100/Amax；(Amax为某指标归一化处理前的最大值)

对评价后的指标值建立该研究中m个研究区域n个评价指标的初始数据矩阵为：

Y=(Yij)m×n(i=1，2，…，m；j=1，2，…，n)

1.2.5 基于熵权法的评价指标权重确定 熵权法是把评价中各个待评价指标进行量化与综合后的方法，采用熵权法对各指标赋权，是一种化繁为简的评价过程。熵权法根据各指标的变异程度，利用信息熵计算各指标的熵权，在通过熵权对各指标的权重进行修正，从而得到比较客观的指标权重[26-27]。评价矩阵Y中第j项指标信息熵(表1)的计算公式为：

一般如果某个指标的信息熵Ej越小，就表明其指标值的变异程度越大，提供的信息量越大在综合评价

中所起的作用越大，则其权重也应越大。反之则越小。利用信息熵计算各项指标客观权重(表1)公式为：

1.2.6 生物多样性保护优先性指数 将各指标的值分别与所对应的指标权值相乘后求和，得到各县域的熵权综合评价指数，评价公式为：

表1 各指标的Ej值和Wj值

2 结果与分析

按照上述的评估方法与步骤，得到甘孜州各评价指标生物多样性指数图与甘孜州生物多样性保护优先性综合评价指数。

2.1 甘孜州各评价指标生物多样性指数

2.1.1 野生脊椎动物丰富度指数(F1) 康定县、泸定县、九龙县拥有最为丰富的野生脊椎动物物种，其中康定县有哺乳类89种、两栖类15种、爬行类13种、鱼类20、鸟类292种，野生脊椎动物丰富度指数最高。该地区属于康东大渡河流域高山峡谷森林区，为野生脊椎动物物种的生存繁衍创造了优越的自然条件。道孚县、得荣县、乡城县和新龙县野生脊椎动物最不丰富。

2.1.2 野生维管束植物丰富度指数(F2) 野生维管束植物最为丰富的县域为康定县和泸定县，拥有野生维管束植物数量康定县3 771种，泸定县2 640种。野生维管束指数数量最少的县域是炉霍县435种，新龙县387种、白玉县267种。

2.1.3 野生脊椎动物特有性指数(F3) 野生脊椎动物特有性指数最高的是康定县和泸定县，康定县有64种中国特有性野生脊椎动物，泸定县有48种。中国特有野生脊椎动物少的县域是新龙县25种，乡城县25种和得荣县23种。

2.1.4 野生脊椎动物濒危度指数(F4) 野生脊椎动物濒危性指数最高的是康定县、泸定县、白玉县和九龙县，列入中国物种红色名录的野生脊椎动物，康定县有82种，泸定县有81种，白玉县65种，九龙县有64种。

2.1.5 自然生态系统多样性指数(F5) 自然生态系统多样性指数各县域差别不大，最高的是炉霍县，其Shannon-Wiener多样性指数值为2.703 725 9、其次是甘孜州和九龙县。指数最低的是德格县，其指数值为2.033 868 3。

2.1.6 自然生态系统濒危度指数(F6) 自然生态系统濒危程度不显著，各县域差别不大，指数最高的是康定县和九龙县，康定县自然生态系统面积减小7 748 364 m2，九龙县减少5 367 764 m2，指数最低的县域为乡城县和稻城县。

2.1.7 净初级生产力指数(F7) 净初级生产力10 a来年均NPP最大的是甘孜县、色达县和炉霍县，均值大于 1000 g/(m2·a)，乡城县与得荣县其10 a来年均NPP最小。

2.1.8 归一化植被指数(F8) 归一化植被指数最高的县域是泸定县和德格县，泸定县NDVI值为0.544 373，德格县的NDVI值为0.502 061。归一化植被指数最低的是稻城县和得荣县，稻城县NDVI指数值是0.415 95，得荣县为0.411 73。

2.2 总体状况

根据甘孜州各县域生物多样性保护优先性综合评估指数得分，可以将甘孜州18个县域划分为5组：

第一组包括得荣县与乡城县，生物多样性保护优先性综合评估指数小于0.4。

第二组包括稻城县域与泸定县，生物多样性保护优先性综合评估指数介于0.4到0.5之间。

第三组包括巴塘县、丹巴县、道孚县、德格县、九龙县、新龙县和雅江县，生物多样性保护优先性综合评估指数介于0.5到0.6之间。

第四组包括白玉县、甘孜县、色达县和石渠县，生物多样性保护优先性综合评估指数大于0.6。

第五组包括康定县、理塘县，生物多样性保护优先性综合评估指数最高，大于0.65。

2.3 与现有自然保护区的关系

将甘孜州生物多样性保护优先性指数与甘孜州各县自然保护区(包括国家级、省级、市级和县级自然保护区)总面积与自然保护区面积占县域面积的比例做比较(表2)。由表中可知自然保护区分布面积较大的县域有康定县、理塘县、石渠县、新龙县、白玉县、稻城县、九龙县和泸定县，自然保护区分布面积达到各县域的10%。康定县和理塘县在本研究中的生物多样性保护优先性指数最高，其县域内设有一定数量和面积的自然保护区，康定县自然保护区比例达到该县域面积比例的44%。色达县和甘孜县生物多样性保护优先性综合评估指数较高，但县域内所建立的自然保护区较少，自然保护区面积占县域面积的比例不到1%。道孚县、德格县、巴塘县、乡城县自然保护区的分布范围最小。

表2 甘孜州自然保护区分布面积及比例

3 讨论与结论

影响生物多样性的因素在不同尺度，不同层次上是不同的，基于物种层次和生态系统层次来对区域生物多样性进行评估是科学可行的。将甘孜州各县域生物多样性保护优先性评估结果与甘孜州自然保护区在各县的分布面积及比例做比较，评估结果较好的反映了甘孜州各县域生物多样性总体水平差异。甘孜州自然保护区主要分布在石渠县、色达县、白玉县、理塘县、泸定县和康定县，本研究所得的生物多样性保护优先性指数高的地区(综合评估指数大于0.6)与国家级自然保护区分布范围比较吻合。

康定县与理塘县生物多样性综合评估指数最高，康定县有82种动物物种被收录到中国物种红色名录，64种特有脊椎动物，自然生态系统Shannon-Wiener指数为2.703 7，其余各项指标值均不低，应为生物多样性保护优先地区，该县域分布有5 149 km2的自然保护区，且很大比例为国家级自然保护区，从建设自然保护区的的层面，该县生物多样性得到较好的保护。色达县生物多样性保护优先性综合评估指数为0.622 6，在该该区的评估结果中属于优先保护地区，但是其自然保护区分布面积仅有435 km2，占其县域面积的比例远远不足，没有建立地方级自然保护区，建议加大该地区的生物多样性保护，建立不同级别的自然保护区。

生物多样性保护优先性评估取决于综合指标得分，有些县域虽然某些指标值较高，但与其他县域比较，该指数在各县域之间差异变化不大，在基于熵权法赋权值下得到该指标的权值较小，而其他指标值小且各县域之间变异程度大，最终得到生物多样性保护优先性综合指数不高。如泸定县拥有丰富的物种多样性，其物种的丰富度较高，并且具有较高自然生态系统Shannon-Wiener指数，但是其他指标较小，NPP值标准化后仅为0.377 3，为各县域NPP指数最小值，因此最后综合评估指数较低。

对于区域生物多样性的评价，不同的因素对生物多样性的影响是不同的，在本研究所选取的8项指标中，基于熵权法，在物种层次物种丰富度和动物物种的特有性权重值高，在生态系统层次NPP指数与自然生态系统濒危指数权重值高，说明在甘孜州18个县域中这些指标变异程度大，提供的信息量在综合评价中所起的作用大。虽然这两个因素不能直接反映生物多样性现状，一般情况，生态系统范围面积减小幅度小，其生产力较高，对于生物多样性越有利。

植物特有性指数与受威胁物种丰富度指数在生物多样性评价中是非常重要的指标，由于数据缺乏未列入此次评价中，对评价结果的精确性会有一定影响。对于本研究的数据归一化植被指数(NDVI)和净初级生产力(NPP)是对遥感影像经过模型定量计算而得，避免不了一定的误差。除此之外，影响生物多样性的因素还包括为未列入本研究的许多方面，限于数据获取的困难以及实施方法的科学性与可操作性，未被列入本次研究，这些因素都会影响评估结果的准确性。

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EstablishmentandApplicationofAssessmentIndicatorSystemforBiodiversityConservationPriorityontheCountyScale—ACaseStudyinGanziTibetanAutonomousPrefecture

PENG Long1, CHEN Sheng-bin2, PENG Pei-hao1

(1.CollegeofTourismandUrban-RuralPlanning,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China)

Biodiversity assessment is an important method for biodiversity conservation, scientific decision-making and administration. To create the assessment index system is the key to biodiversity assessment. In this study, the county area of Ganzi Tibetan autonomous prefecture in Sichuan Province was selected as the basic assessment unit, we created an assessment index system including 8 indicators such as vertebrate richness index, vertebrate endemism index, vertebrate endangered index, plant richness index, nature ecosystem diversity index, nature ecosystem endemism index, normalized difference vegetation index, net primary productivity index, which describe the biodiversity status from both species level and ecosystem level. The weight of each assessment index was confirmed with entropy. We use this method to evaluate the biodiversity status of this area, the results show that Kangding and Litang are the most important counties with richest biodiversity assessing scores, Derong and Xiangcheng are with poor biodiversity assessing scores. Compared assessment results with the distribution of nature reserve in the study area, the results can reflect clearly the difference of biodiversity status among different counties. The distribution area of nature reserve is large in Kangding and Litang, which accounts for 44% and 17% of the total county areas, respectively, and biodiversity is better protected in these two counties. The assessment results indicate that the biodiversity is rich in Ganzi and Seda, but the distribution area of nature reserve is small, it was suggested that is more nature reserves in this two counties should be established.

biodiversity; Ganzi Tibetan autonomous prefecture; index

2013-09-04

：2013-10-22

环保公益性行业科研专项(201209027);“十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAC01B08)

彭隆(1988—),男,四川乐山人,硕士生,主要从事生态与生物多样性。E-mail:18200142874@163.com

陈圣宾(1979—),男,山东济宁人,副研究员,博士,主要从事生物多样性与生态恢复研究。E-mail:chainpin@126.com

Q16

：A

：1005-3409(2014)04-0127-06