人类活动对鄱阳湖生态经济区生物多样性的影响研究

林世滔，陈文波

(1.南昌市景观与环境重点实验室，江西 南昌 330045;2.江西农业大学 景观与环境生态研究中心，江西 南昌330045;3.江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000)

生物多样性是人类赖以生存和发展的物质基础，对于全球生态平衡和人类的可持续发展都有重要意义。生物多样性具有十分广泛的内涵，可分为景观(区域)多样性、生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性4个层次［1-2］。随着人口的增加和经济发展，人类活动不断加强而导致的环境污染、栖息地丧失和破碎化、对动植物资源的过度开发利用等，使地球上的生物多样性不断减小，大量物种面临严重威胁［3-4］。

生物多样性研究作为一个重要的研究领域受到广泛的关注，目前生物多样性研究主要集中在生物多样性的调查、编目及信息系统的建立和管理［5-6］，生物多样性与生态系统功能关系研究［7］，生物多样性与生态系统服务的价值评估［8］，人类社会对生物多样性的影响［9-10］。其中人类社会与生物多样性的交互关系成为生物多样性研究的核心内容［11］。国际地圈生物圈计划(IGBP)、国际生物多样性计划(DIVERSITAS)、全球变化的人为因素计划(IHDP)等都在积极开展这方面的研究，如以不同生态系统为划分，探讨相应的人类活动对生物多样性的影响研究［12-14］，人类活动引起的环境变化导致生物多样性的响应的研究［15-17］。鉴于生物多样性面临的严峻局面，生物多样性保护已成为全球领域迫切关注的热点问题，各国政府和组织都在不同层次上，如景观或生态系统综合体层次、群落层次、物种层次、种群层次和基因层次对生物多样性进行相应的生物多样性保护［18］。

鄱阳湖是我国第一大淡水湖，区内独特的地理环境和气候条件，生活着大量的野生动植物，生物资源丰富，是长江中下游地区重要的生态屏障。然而近年来，随着鄱阳湖生态经济区工业化、城镇化、农业化的推进，人类活动的强度与频度不断加强，区内生物多样性受到严重威胁［19］。因此，研究区域内生物多样性分布及其与人类活动之间的关系变得尤其重要。目前对该区生物多样性的研究主要集中在对鄱阳湖生物多样性调查与评价［20-22］等方面，在区域尺度上研究人类活动对区域生物多样性的影响鲜有研究。本文以鄱阳湖生态经济区38县区为单位，在前人对生物多样性调查与评价的基础上，研究区域内生物多样性与人类活动之间的关系，分析影响区域生物多样性的关键性因素并确定相应的线性关系，对鄱阳湖生态经济区生物多样性的保护与科学管理具有一定理论指导意义。

图1 鄱阳湖生态经济区位置Fig.1 Poyang lake ecological economic region

1 研究区概况

鄱阳湖生态经济区位于江西省北部，包括南昌、景德镇、鹰潭3市，以及九江、新余、抚州、宜春、上饶、吉安市的部分县(市、区)，共38个县(市、区)和鄱阳湖全部湖体在内，面积为5.12万km2，约占全省国土面积的三分之一(图1)。区域内属于中亚热带温暖湿润气候，光照充足、雨量充沛，年平均温度为16.7～17.7℃，年均降水量为1 400～1 900 mm。地形复杂多样，主要以平原和湖泊为主。因其独特的地理环境和气候水文条件，区内生态环境良好，生物资源丰富，特别是鱼类和鸟类，鱼类有139种，占全省鱼类种数的82%，鸟类有310种，占全国鸟类种数的25.41%。区内的社会经济发展良好，2010年生产总值为5 478.994亿元，占到全省的六成，人口2 039.74万，占全省的43.51%，非农人口比重上升，2010年区内城市化率为45.1%。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文生物多样性数据来源于2007年江西省“生物多样性调查与评价研究”项目中，成果收录在《江西生物多样性调查与评估》(2010)［23］中，调查范围包括陆域、水域数据，其中生物多样性指数(BI)是物种丰富度、生态系统类型多样性、植被垂直层谱的完整性、生境自然度、物种特有性、外来物种入侵度6个评价指标的加权求和。但是发现野生动物与野生植物的物种数相差较大，应分开计算;植被垂直层谱的完整性指标的区域差异不明显;应增加物种受威胁程度的指标。因此，参照国家环保部发布的中华人民共和国国家环境保护行业标准(HJ623—2011)-《区域生物多样性评价标准》［24］最终确定了生物多样性指数(BI)由野生维管束植物丰富度、野生高等动物丰富度、生态系统类型多样性、物种特有性、受威胁物种的丰富度、外来物种入侵度6个评价指标进行加权求和。其中6个评价指标的生物多样性数据均来源于《江西生物多样性调查与评估》(2010)。

具体计算方法参照国家环保部2011年发布的中华人民共和国国家环境保护行业标准(HJ623—2011)-《区域生物多样性评价标准》［23］:

(1)评价指标进行归一化处理。归一化后的评价指标=归一化前的评价指标×归一化系数 (1)

其中，归一化系数=100/A最大值。A最大值为被计算指标归一化处理前的最大值，参见表1。

(2)各项评价指标的权重。根据专家咨询法和《区域生物多样性标准》确立了各项评价指标的权重，结果详见表1所示。

表1 相关评价指标的参考最大值以及指标权重

(3)生物多样性指数(BI)的计算。生物多样性指数(BI)是通过对野生维管束植物丰富度、野生高等动物丰富度、生态系统类型多样性、物种特有性、受威胁物种的丰富度、外来物种入侵度这6个评价指标进行加权求和。其中外来物种入侵度为成本性指标，因其指标的属性值越小代表越好，所以对其进行适当的转换。公式见下:

生物多样性指数(BI)=归一化后的野生维管束植物丰富度×0.2+归一化的野生动物丰富度×0.2+归一化的生态系统类型多样性×0.2+归一化后的物种特有性×0.2+归一化后的受威胁物种的丰富度×0.1+(100—归一化后的外来物种入侵度)×0.1 (2)

2.2 研究方法

2.2.1 人类活动指标的选取 人类活动是影响生物多样性分布的重要因素。随着人口的不断增长和社会经济的快速发展，人类活动对生物多样性的影响越来越显著。研究表明:人口是区域人类活动的首要因素，因此人口因素和生物多样性具有一定的关系［25］。农业生产活动如土地的农业利用、耕作、作物间套种植方式、农药化肥的使用以及农业动植物遗传改良(包括外来种引入)等是农业生产力提高的重要途径，同时也是影响生物多样性的重要因素之一［26］。森林是动植物生存的重要栖息地，对于维持生物圈的稳定、改善生态环境等方面具有重要的作用，林业活动对区域生物多样性有不可忽视的影响［27］。同时，生物多样性的分布与社会经济的发展是相互影响关联的［28］，如何协调经济发展与生物多样性保护的关系已成为可持续发展主题的重要组成部分。工程建设活动如新建道路等可直接占用动植物的栖息地，严重威胁动植物的生存环境。另一方面，人类在改造大自然的过程中，进行各类生态建设，如新建自然保护区等［23］。这些人类活动都对生物多样性有着直接或间接的影响。

根据本研究区域的概况以及基于科学性原则、系统性原则、可比性原则、动态性原则选取的人类活动因子一级指标有人口增长因子、农业活动因子、林业活动因子、经济活动因子、工程建设活动因子、生态建设活动因子等6个方面，选取了20个二级指标进行相关分析。各指标值均来自于江西省统计年鉴(2011)、鄱阳湖生态经济区土地利用类型图(2010)和《江西生物多样性调查与评估》(2010)［22］(表2)。

表2 人类活动各因子及其含义来源Tab.2 Human activities in each factor and its meaning source

2.2.2 相关与回归分析 本研究的主要分析方法是相关与回归分析，在统计软件SPSS17.0中完成。相关分析是指定量描述两个变量之间的线性相关程度及相关方向［29］，而多元回归分析就是将非确定性变量之间的关系能用确定的函数关系表达出来［30］。为了找出对区域生物多样性作用最为明显的人类活动影响因子，运用相关分析方法对人类活动因子和区域生物多样性进行Pearson相关分析，并进一步通过逐步回归分析法确定多元回归模型，揭示区域生物多样性的综合影响因素，并对其重要性进行排序。

3 结果分析

3.1 鄱阳湖生态经济区生物多样性的空间分布

鄱阳湖生态经济区的38个县(市、区)区域生物多样性数据见表3，然后利用Arcgis空间表达结果显示(图2)，研究表明:鄱阳湖生态经济区各县(市、区)的生物多样性指数(BI)整体平均值为40.39，按多样性分级评价划分为中等，说明全区的生物多样性较为丰富。区域内生物多样性在空间分布上差异明显，其中BI值大于30的县有30个，占了全区的78.95%，即物种较丰富，特有属、种较多，生态系统类型较多，局部地区生物多样性高度丰富;最高BI值是星子县为64.61，都昌县、永修县、南昌县、庐山区等县BI值也较高，BI值小于30的县区有8个，主要分布在各市辖区，即物种较少，特有属、种不多，局部地区生物多样性较丰富，但是生物多样性总体水平为一般。在空间分布上表现为鄱阳湖周边县市的生物多样性较高，西南部各县的生物多样性较低，其余县市生物多样性指数处于中等水平。

根据该机器人的几何参数，得到基于设定坐标系的D-H参数，将参数带入D-H参数模型中进行矩阵变换，得出该机器人的D-H参数的正运动学模型，可以利用比如Lee和Ziegler的几何法或Paul的代数法等机器人逆运动学求解方法，求出机器人各个关节的转角。

表3 鄱阳湖生态经济区生物多样性现状Tab.3 Poyang Lake ecological economic zone status of biodiversity

图2 鄱阳湖生态经济区生物多样性空间分布图Fig.2 The distribution map of biodiversity spatial ecological economic zone of Poyang Lake

3.2 人类活动与区域生物多样性单因素相关分析

在SPSS17.0软件中对人类活动因子与区域生物多样性的相关分析结果如下:

表4 人类活动因子与区域生物多样性的相关分析Tab.4 Correlation analysis of human activity factors and regional biodiversity

3.2.1 人口增长因子和区域生物多样性的相关分析 从相关分析结果来看，人口增长因子对生物多样性的相关性都达到了极显著水平(在0.01水平(单侧)上显著相关)。其中人口密度、城市化率和生物多样性呈显著的负相关，说明在鄱阳湖生态经济区内人口密度大、城市化率高的地区，人类活动频繁，生境容易受到各种人为干扰，生物多样性水平较低。农业人口和生物多样性呈正相关关系，因为动植物主要分布在广大农村地区，所以在生物多样性丰富地区和农业人口多的地区相互重叠［31］。

3.2.2 农业活动和区域生物多样性的相关分析 将鄱阳湖生态经济区农业活动因子和生物多样性进行相关分析表明(表3):耕地面积与生物多样性存在显著的正相关关系，而垦殖系数、化肥农药使用强度和生物多样性相关不显著。众所周知，鄱阳湖周边地区很多农田都是鄱阳湖围垦的结果，大型的围垦活动主要集中在20世纪50、60年代。经过多年培育，已经形成了功能齐全的农田生态系统，农田是人类活动干扰下的半自然生态系统，其对生物多样性有一定的维持功能［32］。因此，在现有条件下对鄱阳湖周边地区土地的合理开发，不会对生物多样性造成很大的负面影响。化肥农药使用强度和生物多样性成负相关关系，但相关不显著。说明一方面农业上化肥的使用对生物多样性造成的一定的负面影响，另一方面化肥农药所造成的环境污染还没有突破区域生态系统的自净能力，关系不显著。

3.2.3 林业活动和区域生物多样性的相关分析 从分析结果来看，鄱阳湖生态经济区林业活动和生物多样性具有重要关系，森林覆盖率、天然林面积、人工林面积和生物多样性呈显著正相关。天然林面积与生物多样性成显著正相关关系，说明该区天然林保护的成效是显著的。值得注意的是该区人工林面积与生物多样性也成显著正相关关系，说明该区多年来植树造林对生物多样性保护的成效也是显著的。

3.2.4 经济活动与区域生物多样性的相关分析 从相关分析结果表明:经济活动因子和生物多样性都成显著负相关，人均GDP越高，生物多样性越少的负相关关系说明该区保护与发展的矛盾依然很突出。值得注意的是第二产业增加值、第三产业增加值与生物多样性成显著负相关，工业生产中产生大量的“三废”，对生态环境造成很大破坏，环境污染成为生物多样性丧失的主要原因之一［33］，因此要加快传统产业技术改造、加快发展战略性新兴产业、加快产业转型与升级对该区生物多样性保护意义重大。

3.2.5 工程建设活动与区域生物多样性的相关分析 分析结果表明工程建设活动对生物多样性的影响都达到了极显著水平，说明该区城镇化建设、公路、铁路割裂了原来的自然生态系统，使生物栖息地破碎化［34］，造成了物种之间隔离丧失基因交流等基本状况没有改变，应该严格控制工程建设活动的规模，做好规划，尽量避免由于工程建设导致生境的丧失与破碎化，对该区的生物多样性保护将起到积极作用。

3.2.6 生态建设活动与区域生物多样性的相关分析 结果表明自然保护区对生物多样性影响达到了极显著水平，自然保护区面积越大，动植物种类越多，生物多样性越丰富，说明保护区对鄱阳湖生态经济区的生物多样性保护具有重要作用。保护区占全区的面积和生物多样性也成显著相关关系，说明不但是保护区的数量，保护区的分布也对生物多样性水平有较大影响，应该在有条件的地区建立保护区，优化保护区的布局。

3.3 人类活动与区域生物多样性多因素回归分析

表5 区域生物多样性与关键影响因子多元回归分析结果Tab.5 The results of factor analysis multiple regression effect of regional biodiversity

由此得到多元回归方程为:生物多样性指数=58.684－65.914×城市化率－20.418×建设用地比重 －1.981 × 人均 GDP+0.726 × 保护区面积(R=0.75，df=37，F=43.02 ＞F0.05)。从回归模型中可以看出:各种人类活动中指标中，城市化率、建设用地比重、人均GDP和保护区面积对鄱阳湖生态经济区区域生物多样性有显著影响，从标准回归系数的绝对值大小可以反映出:城市化率＞建设用地比重＞保护区面积＞人均GDP。人口增长、工程建设、经济发展水平对区域生物多样性具有负效应，而生态建设活动对区域生物多样性性保护具有显著正效应。

4 结论与讨论

对鄱阳湖生态经济区生物多样性空间分布结果表明:鄱阳湖生态经济区的生物多样性较为丰富，各县市区之间的差异也较大，生物多样性在空间分布上总体呈现由湖体向四周逐步降低的格局。

从各种人类活动与区域生物多样性的相关分析结果来看:人口增长因子中的人口密度、城市化率，经济活动中的人均GDP、农村人均纯收入，工程建设活动当中的建设用地比重，生态建设活动因子中的保护区面积这些指标与区域生物多样性呈显著相关性。采用逐步回归方法建立多元回归模型，反映出对区域生物多样性的影响，即城市化率＞建设用地比重＞保护区面积＞人均GDP。

从生物多样性保护角度来看鄱阳湖及周边县区生物多样性丰富，属于生物多样性保护的热点地区，而鄱阳湖作为一个五大水系注入的水体生态系统，其容易受到上游水体污染、农业扩张、滥捕乱猎等威胁因素，所以鄱阳湖生物多样性的保护应该是一个大的系统工程，要严格控制污染源和湿地开发规模、加强监测和管理、建立生物多样性保护网络系统等方面保护湿地复合生态系统的完整性和生物多样性。

从各种人类活动与区域生物多样性的相关分析结果来看，这些显著因子跟已有研究所得的结论相同，即人口密度、城市化率、人均GDP、农村人均纯收入、建设用地比重与生物多样性呈负相关，这些指标的增加，往往伴随着生物多样性的减少，而保护区的建立对生物多样性的保护具有较好的作用［14，25，35］。值得注意的是，区域内耕地面积跟区域生物多样性呈现正相关关系，这跟以往研究不同［36］，耕地面积虽然在一定程度上属于破碎化因子，但是耕地作为半自然状态下的人工生态系统，是部分动植物生活的栖息地，对动植物具有一定的维持作用，这在以往大量研究得到证实［32，37］，区域内耕地面积多的地区和生物多样性高的地区相互重叠，这就要求局部的农业活动，如农药化肥、耕种方式等农业生产活动减少对生物多样性的干扰。

从人类活动与区域生物多样性的相关与回归分析说明:强烈而频繁的人类活动对当地生物多样性造成的影响是显著的。城市化率和建设用地比重对区域生物多样性具有重要影响。这是因为随着人口的增长，城市化的不断推进，工程建设活动频繁，人类社会经济得到发展，但是与此同时带来动植物生境的减少与破碎化，环境污染、过度利用、生物入侵等使生物多样性面临严重威胁，特别是动植物的栖息地减少和破碎化是生物多样性减少的最主要的原因［38］。该区保护与发展的矛盾依然很突出，加快传统产业技术改造、加快发展战略性新兴产业、加快产业转型与升级对该区生物多样性保护意义重大。同时，该区林业活动和生态建设活动对生物多样性保护起到了积极作用，应该在有条件的地区建立保护区，优化保护区的布局。

众多研究表明:人类活动与生物多样性的关系错综复杂，本文利用相关分析，通过构建指标研究人类活动对生物多样性的影响有一定局限性，表面上的相关难以揭示深层次的作用原理。因此，在相关分析的基础上，深入调查、分析人类活动对生物多样性保护的作用机理，从而为区域生物多样性保护提供理论支撑是本文深入研究的一个方向。

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