生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法和装置

1.本发明涉及生态学技术领域，特别是涉及一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法和装置。


背景技术：

2.生物多样性关系人类福祉，既为人类提供生态产品和生态系统服务，又能维持生态系统的稳定性。然而，人类活动和气候变化等使得生物多样性正在以前所未有的速度丧失，尤其是土地用途变化导致的原始自然栖息地的破环和丧失被认为是全球生物多样性的最大威胁，当前地球生物多样性正面临有史以来最为严峻的挑战，亟待保护和修复。鉴于资源有限，无法实现对地球上所有生物及其生境的保护，而生物多样性越高以及受威胁程度越高的区域更具有保护价值和意义。因此需要对区域内的生物多样性和受威胁程度进行评估，确定保护和修复顺序。
3.目前的研究往往集中于确定需要优先保护的热点区域，而对这些区域应当如何进行修复没有进一步分析研究，导致难以提出具有针对性的生物多样性修复策略和措施。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法和装置，对热点区域提供针对性的修复策略和措施。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法，包括：
6.根据生物多样性保护热点区域中生物多样性面临的主要威胁，确定生物多样性多个胁迫因子。
7.根据所述生物多样性保护热点区域和生物多样性多个胁迫因子，提取生物多样性修复的关键空间。
8.进一步的，所述方法还包括：对所述关键空间的多个胁迫因子进行比较分析，确定主导胁迫因子并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复。
9.进一步的，所述胁迫因子包括：生境质量、经济发展、地质灾害、水土流失。
10.进一步的，所述根据所述生物多样性保护热点区域和生物多样性多个胁迫因子，提取生物多样性修复的关键空间，具体为：
11.将所述生物多样性保护热点区域的生境质量、经济发展、地质灾害和水土流失4种生物多样性胁迫因子标准化为0－1之间的值；以中位数为界，对高于中位数的胁迫因子定义为胁迫状态，低于中位数的胁迫因子定义为非胁迫状态。
12.将存在且仅存在一种胁迫因子的区域确定为ⅰ级关键空间，表明生物多样性受到轻度胁迫。
13.将存在任意两种胁迫因子的区域确定为ⅱ级关键空间，表明生物多样性受到中度胁迫。
14.将存在任意三种胁迫因子的区域确定为ⅲ级关键空间，表明生物多样性受到重度胁迫。
15.将四种胁迫因子同时存在的区域确定为ⅳ级关键空间，表明生物多样性受到极度胁迫。
16.进一步的，所述对所述关键空间的多个胁迫因子进行比较分析，确定主导胁迫因子并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复，具体为：
17.对所述关键空间的胁迫因子进行逐像元比较，确定数值最大的胁迫因子为生物多样性的主导胁迫因子，并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复。
18.进一步的，所述生物多样性保护热点区域的获取方法包括：
19.对待评估区域的生物多样性现状进行评估，获取待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性；
20.将所述待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性进行叠加，构建生物多样性热度指数；
21.基于生物多样性热度指数获取生物多样性保护热点区域。
22.进一步的，所述对待评估区域的生物多样性现状进行评估，获取待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性，具体为：
23.获取所述待评估区域的动植物物种数据和土地利用数据。
24.根据所述动植物物种数据将待评估区域划分为若干网格并统计每个网格的植物和动物丰富度，所述植物和动物丰富度分别表示植物多样性和动物多样性。
25.根据土地利用数据，将土地利用类型划分为水田、旱地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地7类，根据待评估区域的不同土地利用类型的分布获取所述待评估区域的景观多样性指数，所述景观多样性指数用以表示景观多样性。
26.进一步的，所述将所述待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性进行叠加，构建生物多样性热度指数，具体为：
27.利用正向归一化方法将植物多样性和动物多样性标准化为0－1之间的值。
28.采用自然断点法将所述景观多样性分为高、中、低3个等级，然后以中等级的平均值作为阈值将所述待评估区域景观多样性标准化为0－1之间的值。
29.采用层次分析法确定所述待评估区域标准化之后的植物多样性、动物多样性和景观多样性的权重，然后将三者进行加权叠加，得到生物多样性热度指数。
30.进一步的，所述基于生物多样性热度指数获取生物多样性保护热点区域，具体为：
31.获取自然保护地等级系数；
32.根据自然保护地等级系数对所述生物多样性热度指数进行修正；
33.对修正后的生物多样性热度指数进行等级划分，并根据等级划分的结果确定生物多样性保护热点区域。
34.本发明还公开了一种生物多样性保护热点区域的关键空间的修复装置，所述装置包括：胁迫因子确定模块和关键空间提取模块。
35.胁迫因子确定模块，用于根据生物多样性保护热点区域中生物多样性面临的主要威胁，确定生物多样性多个胁迫因子。
36.关键空间提取模块，用于根据所述生物多样性保护热点区域和生物多样性多个胁
迫因子，提取生物多样性修复的关键空间。
37.本发明实施例公开的一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法和装置与现有技术相比，其有益效果在于：
38.(1)基于生物多样性热点区域面临的主要威胁提取了生物多样性修复的关键空间，提供了一种兼顾保护和修复的生物多样性空间辨识方法。
39.(2)提供一种较为通用的确定生物多样性保护热点区域和修复关键空间的方法，从而解决现有生物多样性保护和修复较为混淆、重保护轻修复以及保护和修复缺乏针对性的问题，以期为生物多样性保护措施的实施和修复策略的制定提供方法支撑和科学依据。
40.(3)提供了一种生物多样性修复关键空间主导胁迫因子的确定方法，可以将修复资源集中到主导胁迫因子并针对主导胁迫因子制定相应的策略和措施，更好地实现关键空间的生态修复。
41.(4)本发明综合考虑植物多样性、动物多样性和景观多样性识别了生物多样性保护的热点区域，获取了更为准确的热点区域，为后续的修复关键空间的确定奠定了基础。
附图说明
42.图1是本发明一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法的第一流程示意图；
43.图2是本发明一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法的第二流程示意图；
44.图3是本发明生物多样性保护热点区域获取方法的流程示意图；
45.图4是本发明一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定装置的第一结构示意图；
46.图5是本发明一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定装置的第二结构示意图。
具体实施方式
47.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
48.实施例1：
49.参照附图1，本发明提供了一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法，应用于生态环境的修复，主要包括如下步骤：
50.步骤s1，根据生物多样性保护热点区域中生物多样性面临的主要威胁，确定生物多样性多个胁迫因子。
51.步骤s2，根据所述生物多样性保护热点区域和生物多样性多个胁迫因子，提取生物多样性修复的关键空间。
52.进一步的，参照附图2，所述确定方法还包括：步骤s3，对所述关键空间的多个胁迫因子进行比较分析，确定主导胁迫因子并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复。
53.在步骤s1中，所述胁迫因子包括：生境质量、经济发展、地质灾害、水土流失。
54.在本实施例中，所述胁迫因子可以根据实际情况进行确定，包括但不限于上述提
到的胁迫因子。经济的高速发展和城市化的快速推进，导致很多区域土地利用方式发生显著变化，野生动植物赖以生存的生境质量下降甚至丧失；全球气候变化影响极端气候发生的频率和强度，地质灾害和水土流失的频发也对生物多样性造成不可忽视的威胁。基于上述考虑，确定生物多样性多个胁迫因子，包括但不限于：生境质量、经济发展、地质灾害、水土流失。胁迫因子可以根据区域实际情况进行添加或删减，上述胁迫因子是大多区域普遍存在的胁迫因子。
55.在本实施例中，采用invest模型，基于土地利用数据提取农田、城镇、农村、工矿用地等人为影响胁迫因子来评价生境质量。
56.在本实施例中，利用生物多样性保护热点区域各行政单元的人口、gdp和面积数据，分析人均gdp和地均gdp，从人均和地均两个层面反映经济发展。
57.在本实施例中，根据生物多样性保护热点区域已发生地质灾害数据，选取地层岩性、相对高程、地形坡度、植被覆盖度、降雨量、河网密度以及距河流距离等与地质灾害发生密切相关的影响因子，采用逻辑回归模型拟合地质灾害发生的概率。
58.在本实施例中，基于修正的通用土壤流失方程rusle估算生物多样性保护热点区域土壤侵蚀量，用以反映水土流失。
59.在步骤s2中，所述根据所述生物多样性保护热点区域和生物多样性多个胁迫因子，提取生物多样性修复的关键空间，具体为：
60.将所述生物多样性保护热点区域的生境质量、经济发展、地质灾害和水土流失4种生物多样性胁迫因子标准化为0－1之间的值；以中位数为界，对高于中位数的胁迫因子定义为胁迫状态，低于中位数的胁迫因子定义为非胁迫状态。
61.在本实施例中，生境质量采用反向归一化方法，其它3个因子采用正向归一化方法，具体公式如下：
62.正向归一化：
63.反向归一化：
64.式中，f(x)表示标准化之后的胁迫因子，范围为0－1；x表示胁迫因子的实际值；x
min
和x
max
分别表示胁迫因子的最小值和最大值。
65.在本实施例中，鉴于这些胁迫因子对生物多样性的威胁可能同时存在，将存在且仅存在一种胁迫因子的区域确定为ⅰ级关键空间，表明生物多样性受到轻度胁迫。将存在任意两种胁迫因子的区域确定为ⅱ级关键空间，表明生物多样性受到中度胁迫。将存在任意三种胁迫因子的区域确定为ⅲ级关键空间，表明生物多样性受到重度胁迫。将四种胁迫因子同时存在的区域确定为ⅳ级关键空间，表明生物多样性受到极度胁迫。
66.在步骤s3中，所述对所述关键空间的多个胁迫因子进行比较分析，确定主导胁迫因子并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复，具体为：
67.对所述关键空间的胁迫因子进行逐像元比较，确定数值最大的胁迫因子为生物多样性的主导胁迫因子，并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复。
68.在本实施中，由于每种胁迫因子对生物多样性的威胁程度不同，而生物多样性的修复应针对最主要的胁迫因子重点开展工作，因此需要确定生物多样性修复关键空间的主
导胁迫因子。对所述生物多样性保护热点区域生物多样性修复关键空间的胁迫因子进行逐像元比较，判定所述生物多样性保护热点区域标准化之后的生境质量、经济发展、地质灾害和水土流失中值最大的胁迫因子为生物多样性主导胁迫因子。当确定主导胁迫因子后可以根据主导胁迫因子对关键空间进行重点修复。
69.在本实施例中，针对主导胁迫因子进行关键空间的修复可以针对主导胁迫因子制定修复策略和措施，避免将有限的资源分散到多个胁迫因子，造成主导胁迫因子因资源不足而无法有效遏制，无法有效对生态环境进行修复。
70.在本实施例中，参照附图3，本发明还公开了所述生物多样性保护热点区域的获取方法，所述方法主要包括如下步骤：
71.步骤s4，对待评估区域的生物多样性现状进行评估，获取待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性。
72.步骤s5，将所述待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性进行叠加，构建生物多样性热度指数。
73.步骤s6，基于生物多样性热度指数获取生物多样性保护热点区域。
74.在步骤s4中，所述对待评估区域的生物多样性现状进行评估，获取待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性，具体为：
75.获取所述待评估区域的动植物物种数据和土地利用数据。
76.根据所述动植物物种数据将待评估区域划分为若干网格并统计每个网格的植物和动物丰富度，所述植物和动物丰富度分别表示植物多样性和动物多样性。
77.根据土地利用数据，将土地利用类型划分为水田、旱地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地7类，根据待评估区域的不同土地利用类型的分布获取所述待评估区域的景观多样性指数，所述景观多样性指数用以表示景观多样性。
78.在本实施例中，一种可选的景观多样性指数获取方法为：利用fragstats软件，采用移动窗口法在景观尺度计算所述待评估区域的多样性指数，用以表征景观多样性。
79.在本实施例中，对待评估区域的生物多样性现状进行评估，包括但不限于植物多样性、动物多样性和景观多样性。物种丰富度被认为是最直观和理想的生物多样性表达方式，物种保护不仅要维持物种数量和种类的最大化，还需要有效地保护那些珍稀、濒危以及本地特有的动植物物种，从而使区域物种多样性达到最大。另外，由于景观单元在结构和功能方面的多样性对于物质迁移、能量交换、生产力水平、物种分布、扩散和动物觅食等均有重要影响，景观多样性也是生物多样性的重要表达尺度。
80.在本实施例中，获取所述待评估区域生物多样性现状评估所需数据，包括：动植物所有物种数据、珍稀濒危物种数据、重点保护物种数据、区域特有物种数据、土地利用数据。所需数据可以根据实际情况进行丰富或简化，上述所需数据是常用的数据。
81.在本实施例中，还可以以所述待评估区域最小分区单元统计每个最小分区单元的植物和动物丰富度。
82.在步骤s5中，所述将所述待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性进行叠加，构建生物多样性热度指数，具体为：
83.利用正向归一化方法将植物多样性和动物多样性标准化为0－1之间的值。
84.采用自然断点法将所述景观多样性分为高、中、低3个等级，然后以中等级的平均
值作为阈值将所述待评估区域景观多样性标准化为0－1之间的值。
85.采用层次分析法确定所述待评估区域标准化之后的植物多样性、动物多样性和景观多样性的权重，然后将三者进行加权叠加，得到生物多样性热度指数。
86.在本实施例中，利用正向归一化方法将植物多样性和动物多样性标准化为0－1之间的值，具体公式如下：
[0087][0088]
式中，f(y)表示标准化之后的植物多样性或动物多样性，范围为0－1；y表示植物多样性或动物多样性实际值；y
min
和y
max
分别表示植物多样性或动物多样性的最小值和最大值。
[0089]
在本实施例中，由于景观多样性与物种多样性呈正态分布，景观多样性过低可能导致生境环境单一，而景观多样性过高则可能引起景观破碎化，两者均对生物多样性有负面影响，故中度的景观多样性最有利于生物多样性。因此，采用自然断点法将所述景观多样性分为高、中、低3个等级，然后以中等级的平均值作为阈值将所述待评估区域景观多样性标准化为0－1之间的值，具体公式如下：
[0090][0091]
式中，f(y)表示标准化之后的景观多样性，范围为0－1；y表示景观多样性实际值；y
min
和y
max
分别表示景观多样性的最小值和最大值；t表示上述中等级景观多样性的平均值作为的阈值。
[0092]
在本实施例中，采用层次分析法通过构造两两比较判断矩阵计算所述待评估区域标准化之后的植物多样性、动物多样性和景观多样性的权重，结果须通过一致性检验，然后将三者进行加权叠加，得到生物多样性热度指数，具体公式如下：
[0093][0094]
式中，h表示生物多样性热度指数；ω
i
表示植物多样性、动物多样性或景观多样性的权重；f(y)表示上述标准化之后的植物多样性、动物多样性或景观多样性。
[0095]
在步骤s6中，所述基于生物多样性热度指数获取生物多样性保护热点区域，具体为：
[0096]
获取自然保护地等级系数；
[0097]
根据自然保护地等级系数对所述生物多样性热度指数进行修正；
[0098]
对修正后的生物多样性热度指数进行等级划分，并根据等级划分的结果确定为生物多样性保护热点区域。
[0099]
在本实施例中，一种可选的自然保护地等级系数的获取方法包括：获取自然保护地数据，咨询相关领域专家设置各自然保护地等级系数，一种可选的设置方式为：国家级＝1.5、省级＝1.4、市级＝1.3、县级＝1.2、非保护地＝1.0。
[0100]
在本实施例中，依据自然保护地等级系数对所述待评估区域生物多样性热度指数进行修正，具体为：将生物多样性热度指数乘以相应的自然保护地等级系数。
[0101]
在本实施例中，一种对修正后的生物多样性热度指数进行等级划分的实施方式为：利用arcgis空间分析工具的自然断点法将所述待评估区域修正后的生物多样性热度指数划分为高、中、低3个等级，确定高等级为生物多样性保护的热点区域。
[0102]
实施例2：
[0103]
参照附图4，在实施例1的基础上，本发明还公开了一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定装置，用于生态系统的修复，所述装置包括：胁迫因子确定模块和关键空间提取模块。
[0104]
胁迫因子确定模块，用于根据生物多样性保护热点区域中生物多样性面临的主要威胁，确定生物多样性多个胁迫因子。
[0105]
关键空间提取模块，用于根据所述生物多样性保护热点区域和生物多样性多个胁迫因子，提取生物多样性修复的关键空间。
[0106]
进一步的，参照附图5，所述确定装置还包括：主导胁迫因子判定模块，用于对所述关键空间的多个胁迫因子进行比较分析，确定主导胁迫因子并根据主导胁迫因子对关键空间进行修复。
[0107]
在本实施例中，所述装置还包括：现状评估模块、热度指数构建模块和热点区域识别模块。
[0108]
现状评估模块，对待评估区域的生物多样性现状进行评估，获取待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性。
[0109]
热度指数构建模块，将所述待评估区域的植物多样性、动物多样性和景观多样性进行叠加，构建生物多样性热度指数。
[0110]
热点区域识别模块，基于生物多样性热度指数获取生物多样性保护热点区域。
[0111]
实施例2是在实施例1的基础上进行撰写的，实施例2包括实施例1的全部技术特征，因此实施例2中和实施例1中重复的技术特征不再赘述。
[0112]
综上，本发明实施例提供一种生物多样性保护热点区域的关键空间的确定方法和装置，有益效果在于：
[0113]
(1)基于生物多样性热点区域面临的主要威胁提取了生物多样性修复的关键空间，提供了一种兼顾保护和修复的生物多样性空间辨识方法。
[0114]
(2)提供一种较为通用的确定生物多样性保护热点区域和修复关键空间的方法，从而解决现有生物多样性保护和修复较为混淆、重保护轻修复以及保护和修复缺乏针对性的问题，以期为生物多样性保护措施的实施和修复策略的制定提供方法支撑和科学依据。
[0115]
(3)提供了一种生物多样性修复关键空间主导胁迫因子的确定方法，可以将修复资源集中到主导胁迫因子并针对主导胁迫因子制定相应的策略和措施，更好地实现关键空间的生态修复。
[0116]
(4)本发明综合考虑植物多样性、动物多样性和景观多样性识别了生物多样性保护的热点区域，获取了更为准确的热点区域，为后续的修复关键空间的确定奠定了基础。
[0117]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。