基于空间叠加和GAP分析的植物生境保护红线划定方法与流程

本发明涉及野生动植物物种及生物多样性保护的技术领域，尤其涉及一种植物生境保护红线的划定方法。

背景技术：

植物是生态系统第一生产力的基本来源，是生物多样性的最重要组成部分。人类社会的可持续发展需要有效保护和合理利用植物多样性。如何以最小代价保护最多物种成为保护生物学家最关注的问题之一。目前普遍采用的做法就是确定生物多样性优先保护区域，针对这些区域建立相应的保护区。保护区的有效性既需要在空间尺度上的评估，同时也有时间尺度的效应。许多证据表明，目前全球变暖的速度可能意味着生存于低纬度或低海拔地区的植物和动物会逐渐地向高纬度或高海拔地区迁移，这就导致在气候变化非常快的情况下，在长时间尺度上，现有许多自然保护区并不能有效地保护珍稀濒危植物。因此，急需分析与评估我国保护植物的物种资源分布现状、保护成效及面对的主要问题，结合已有自然保护区、生态功能区，合理划定准确的植物物种保护区域。

2013年，中国提出了生态红线战略，使生物多样性保护工作迈上了一个新台阶。生态红线是指对维护国家和区域生态安全及社会经济可持续发展具有重要战略意义的关键生态保护区域。生态红线的划定能够维持关键物种、生态系统与种质资源生存的最小面积，有效地保护生物多样性。生态红线划定的对象主要包括关键动物及其栖息地、关键植物及其生境、关键生态系统、生物多样性维系区域。植物物种保护区域是生态红线的重要组成部分，包含在生态红线中。本发明提供了植物生境保护红线的划分方法，提高野生植物的保护成效、改善生物多样性热点区域的保护状态有指导作用。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于空间叠加和GAP分析的植物生境保护红线划定方法，用以解决现有技术中缺乏保护红线地定量、准确的划分方法的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

提供一种基于空间叠加和GAP分析的植物生境保护红线划定方法，包括以下步骤：

步骤S1.获取红线保护的植物物种，基于植物物种分布，建立植物物种地理分布数据库，选取红线保护的植物物种中的关键植物；

步骤S2.建立各关键植物的缓冲区，空间叠加各缓冲区，作为重点区域红线，记为红线1；

步骤S3.针对所有红线保护的植物物种，筛选重点保护区域，并进行地理空间标示和区划。绘制基于所有植物的重点保护区划红线，记为红线2；

步骤S4.通过空间GAP分析，识别红线1中未纳入红线2的部分，并与红线2相叠加，得到植物生境保护整体红线的划定结果。

其中，步骤S2中，基于植物物种生活型、分布特征、受威胁等级这三个因素划分关键植物的类型；基于类型确定缓冲区半径；将划分到同一类型的关键植物采取统一的缓冲区半径，不同类型的关键植物采用不同的缓冲区半径；根据各关键植物的缓冲区半径，以关键植物的分布点为圆心，建立各关键植物的缓冲区。

在空间叠加各缓冲区后，还包括：去除缓冲区相交的重叠部分和人工土地覆盖类型区域。

优选的，如果一植物分布点去除的人工土地覆盖类型区域的面积超过20％，则在其2倍半径缓冲区内选择区域进行面积补全。

步骤S3中筛选重点保护区划进一步包括：基于各区划的累计保护贡献率、保护物种数划分出优先保护区划、次要保护区划和一般保护区划，筛选出优先保护区划和次要保护区划作为重点保护区划。

筛选重点保护区划还包括：将累计面积比例超过80％的区划也划分到重点保护区划范围内，所述累计面积比例是指各区划的保护红线面积和各区划面积之比。

优选的，在筛选重点保护区划后，还包括：去除重点区划中的人工土地覆盖类型区域。

步骤S4中在得到植物生境保护整体红线的划定结果后，还包括：剔除人类活动用地的步骤，所述人类活动用地包括：人工林地、人工草地、人工水面、耕地、人工表面。

本发明有益效果如下：

本发明以重点保护野生植物为对象，应用GIS技术，以植物地理分布数据库中坐标分布点数据为基础，采用空间叠加和GAP分析方法，划定植物物种生境保护红线，实现了准确划定红线，对提高野生植物的保护成效、改善生物多样性热点区域的保护状态有指导作用，为科学地划定我国生态保护红线服务。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是国家Ⅰ级保护植物的分布图；

图2是所有红线植物的县级物种数量分布和保护级别示意图；

图3是关键植物重点区域红线与重点保护区划红线叠加的示意图；

图4是我国关键植物的整体保护红线划定初步结果示意图；

图5是我国关键植物的整体保护红线示意图；

图6是植物生境保护红线的划定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于空间叠加和GAP分析的植物生境保护红线的划定方法，如图6，具体包括以下步骤：

步骤S1.获取红线保护的植物物种，基于植物物种分布，建立植物物种地理分布数据库，选取红线保护植物中的关键植物。

实施例以我国的植物生境保护红线划定为例，红线保护植物的获取是参考《国家重点保护野生植物名录》，选取该名录中列出的所有植物作为红线保护的植物物种，总计2261种植物(包括亚种及变种)；其中Ⅰ级保护植物作为红线保护的关键植物，总计1009种关键植物，占总物种的44.62％。

通过以下网络数据库确定名录中每个植物物种的分布：(1)中国植物志电子版；(2)Flora of China电子版；(3)中国数字植物标本馆；(4)中国高等植物信息系统；(5)中国植物物种信息数据库；(6)检索词为“植物名录”，“植物分布”等字段的已发表的学术期刊。基于每个植物物种的分布，建立全国尺度的关键植物名录及植物物种的地理分布数据库。

步骤S2.划分关键植物的类型，基于类型确定缓冲区半径，绘制各关键植物的缓冲区，作为重点区域红线，记为红线1。

针对步骤S1中选取的关键植物，利用地理分布数据库中关键植物的分布(如图1)，进行重点区域划定。具体方法为：首先，将地理分布数据库中记录的关键植物的分布位置转换成经纬度，以经纬度坐标表示的分布点为基础，利用ArcGIS绘制关键植物的分布点图层；然后依据关键植物的物种生活型、分布特征、受威胁等级这3个因素来划分关键植物类型；基于类型确定缓冲区半径；将划分到同一类型的关键植物采取统一的缓冲区半径，不同类型的关键植物采用不同的缓冲区半径；根据各关键植物的缓冲区半径，以关键植物的分布点为圆心，建立各关键植物的缓冲区，作为各关键植物保护的重点区域；最后通过空间叠加技术，叠加重点区域，并去除相交的重叠部分和人工土地覆盖类型区域。如果某分布点去除的人工土地覆盖面积超过20％，则在其2倍半径缓冲区内选择可发展为重点区域的部分进行面积补全。经过上述处理，绘制所有关键植物的重点区域红线，记为红线1。

所述生活型是指乔木、灌木、草本植物，缓冲区半径应为乔木＞灌木＞草本；

所述分布特征是指各植物物种的分布点个数，其中，具有5个分布点以下的植物属于局部分布，各分布点应具有较大面积的缓冲区；5个分布点以上的植物属于较广泛分布，则分布点具有较小面积的缓冲区；

所述受威胁等级具体包括极危、濒危、易危、近危，依据《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》确定各植物的受威胁程度等级。根据IUCN红色名录(世界自然保护联盟濒危物种红色名录)的评估结果，受威胁最严重的物种应享有最大的缓冲区面积。

根据上述3个因素，确定各类型关键植物的缓冲区半径。表1示例了本实施例中不同类型的关键植物的缓冲区半径确定结果，但本发明并不局限于下表的取值。

表1不同类型关键植物缓冲区半径距离(km)

步骤S3.对于所有保护植物，筛选重点区域，并进行地理空间标示和区划。绘制基于所有植物的重点保护区划红线，记为红线2。

针对所有的红线保护植物，利用地理分布数据库进行重点县(市)的筛选。市级市和县在筛选中属于同级别概念，均表示行政区划区域的含义，故下文将市、县等地区级别的行政区划，统称为区划。具体方法为：首先，将全国分布有红线保护植物的各个县(市)依据包含保护植物的物种数量从多到少进行排序，然后对各个县(市)进行红线保护植物的物种累积，计算累计保护贡献率；基于累计保护贡献率、保护物种数划分不同的保护等级，具体分为优先保护区划、次要保护区划和一般保护区划。上述物种累积是对每个县(市)保护的物种进行累计计算，累计保护贡献率是县(市)区划内保护的物种数(物种累积)和所有县(市)区划内总的需要保护的物种数之比。

本实施例保护等级的划分标准如下：

当累计保护贡献率达到80％、各区划内累积保护的物种数≥100种时，将这些区划定义为优先保护区划；

当累计保护贡献率达到90％、各区划内累积保护的物种数≥30种时，将这些区划定义为次要保护区划；

当累计保护贡献率达到95％、各区划内累积保护的物种数≥10种时，将这些区划定义为一般保护区划。

本发明并不局限于上述三个保护等级，根据需要可以进行更多等级、更多层次的划分。具体划分标准可以根据实际地理条件、植被分布和物种数等影响因素，进行划分标准及其数值范围的调整。

本实施例依据我国实际情况，具体划分的红线区划结果如下(图2)：

优先保护区划(50个，24.74万平方公里，保护物种总数≥100种)；

次要保护区划(175个，57.33万平方公里，保护物种总数≥30种)；

一般保护区划(237个，140.88万平方公里，保护物种总数≥10种)。

综合以上累计保护贡献结果，将前两个等级——优先保护区划和次要保护区划定义为红线划定的重点保护区划；应用GIS软件，去除重点区划中的人工土地覆盖类型区域，得到基于所有植物的重点区划红线，记为红线2。

重点区划红线还可以结合累计面积比例，所述累计面积比例是指各区划的保护红线面积和各区划面积之比，将累计面积比例超过80％的区划也划分到上述重点保护区划范围内，再经过去除人工土地覆盖类型区域后，得到重点区划红线。

图3是关键植物重点区域红线与重点保护区划红线叠加的示意图。

步骤S4.通过空间GAP分析，识别红线1中未纳入红线2的部分，并与红线2相叠加，得到植物生境保护整体红线的划定初步结果(图4)；剔除划定初步结果中的人类活动用地，得到最终的整体保护红线划定结果(图5)。

所述GAP分析用于找出应该保护的地域，而没有划入；不应保护的地域却进行了保护的区域。

在现实操作中，考虑社会经济民生，对划定初步结果内的人类活动用地(a～e)进行剔除，具体被剔除的土地覆盖总面积为19.50万平方千米，占全国面积的2.03％，具体类别包括：

a.人工林地：包括乔木园地，灌木园地，乔木绿地，灌木绿地；

b.人工草地：指草本绿地；

c.人工水面：包括水库/坑塘，运河/水渠；

d.耕地：包括水田和旱地；

e.人工表面：居住地，工业用地，交通用地和采矿场。

实施例在剔除人类活动用地后，得到我国关键植物的整体保护红线划定结果，保护红线划定的面积为72.57万平方千米，占全国面积7.56％。

需要说明的是，实施例中的数据处理均是通过ArcGIS进行，但本发明并不局限于ArcGIS软件，利用其它地理信息系统软件、空间分析模块实现的上述方法也在发明的保护范围之内。

综上所述，本发明实施例提供了一种植物生境保护红线的划分方法，本发明以重点保护野生植物为对象，应用GIS技术，以植物地理分布数据库中坐标分布点数据为基础，采用空间叠加和GAP分析方法，划定植物物种生境保护红线，实现了准确划定红线，对提高野生植物的保护成效、增强生物多样性热点区域的保护状态有指导作用，为科学地划定我国生态保护红线服务。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指挥相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。