伽 光，林文鵬，徐潤(rùn)澆，李魯冰

1. 上海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海 200234

2. 上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院，上海 200234

2015年，聯(lián)合國(guó)發(fā)展可持續(xù)峰會(huì)通過(guò)了《改變我們的世界：2030年可持續(xù)發(fā)展議程》草案，議程所提出的17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(sustainability development goals，SDGs)一共包含169個(gè)具體的子目標(biāo)，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)包容和環(huán)境美好的全面協(xié)調(diào)發(fā)展[1-3]. 聯(lián)合國(guó)特成立SDGs指標(biāo)跨機(jī)構(gòu)專(zhuān)家組，對(duì)所有指標(biāo)的定義、計(jì)算方法、選取數(shù)據(jù)等做了統(tǒng)一要求，但該指標(biāo)體系框架仍存在諸多局限，需要在實(shí)踐中不斷完善和改進(jìn)[4-6]，針對(duì)不同研究區(qū)域情況進(jìn)行本地化處理，改進(jìn)完善原有的指標(biāo)體系[7-9]. 其中SDG 15.1.2指標(biāo)為“保護(hù)區(qū)內(nèi)陸地和淡水區(qū)域生物多樣性的重要場(chǎng)地所占比例，按生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型分列”，分別把陸地和淡水區(qū)域生物多樣性計(jì)算做了不同的說(shuō)明，指標(biāo)的重點(diǎn)內(nèi)容為識(shí)別并提取保護(hù)區(qū)內(nèi)生物多樣性的重要區(qū)域.

生物多樣性是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件，為人類(lèi)提供必不可少的生物資源同時(shí)，還組成了人類(lèi)生存所需的自然環(huán)境[10]. 隨著城市化進(jìn)程不斷加快，全球生物多樣性銳減問(wèn)題日益突出，如何保護(hù)生物多樣性引起廣泛關(guān)注[11-12]. 生物多樣性的內(nèi)涵通常包含3個(gè)層次：遺傳(基因)多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性，近年來(lái)，有些學(xué)者又提出了景觀多樣性，作為生物多樣性的第4個(gè)層次. 傳統(tǒng)意義上，物種多樣性主要指一定區(qū)域內(nèi)物種的豐富度和生態(tài)學(xué)方面物種分布的均勻程度，一般通過(guò)物種總數(shù)、物種密度和特有種比例來(lái)測(cè)量；生態(tài)系統(tǒng)的多樣性主要指生態(tài)系統(tǒng)組成和功能的多樣性；景觀多樣性指不同類(lèi)型的景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的景觀在結(jié)構(gòu)和功能方面的多樣性[13]. 傳統(tǒng)生物多樣性研究以地面調(diào)查方法為主，包括對(duì)特定物種的分布、數(shù)量和密度的調(diào)查，也有學(xué)者通過(guò)氣候和環(huán)境數(shù)據(jù)的分析來(lái)間接反映生物多樣性狀況[14-15]. 在評(píng)價(jià)尺度方面，有針對(duì)全球和國(guó)家層面的大尺度的生物多樣性研究，有針對(duì)自然保護(hù)區(qū)和縣域尺度的生物多樣性研究[16]，也有通過(guò)研究生物基因?qū)哟蝸?lái)反映生物遺傳多樣性的研究[17].合適的空間尺度是建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須考慮的問(wèn)題，在基因?qū)用嫔系脑u(píng)估需要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，難以在較大尺度上實(shí)現(xiàn)；針對(duì)中等尺度的評(píng)估，通常構(gòu)建包含物種、生態(tài)系統(tǒng)和景觀層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來(lái)綜合反映生物多樣性狀況[18-19]，并有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，更有利于落實(shí)針對(duì)性的生物多樣性保護(hù)工作.

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，更多高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù)源得以使用[20-21]，為生物多樣性的研究提供更高效的數(shù)據(jù)支撐. 遙感技術(shù)突破了空間限制，能從更大的區(qū)域尺度對(duì)生物多樣性進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)測(cè)[22-24]. 使用遙感技術(shù)評(píng)估生物多樣性，主要通過(guò)衛(wèi)星傳感器直接監(jiān)測(cè)個(gè)體生物或者生態(tài)群落的分布及豐富度特征；或通過(guò)分析生物所依賴(lài)的環(huán)境參數(shù)，建立綜合指標(biāo)體系間接評(píng)估生物多樣性[25]. 該研究采用建立指標(biāo)體系間接評(píng)估的方法，并不針對(duì)特定的生物或生態(tài)群落，通過(guò)分析研究區(qū)的各環(huán)境參數(shù)來(lái)間接評(píng)估生物多樣性.

生物多樣性涉及多個(gè)層次，構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)該圍繞評(píng)估目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，涵蓋生物多樣性各個(gè)層次及屬性特征. 在實(shí)際操作中，應(yīng)充分考慮所選指標(biāo)的代表性、科學(xué)客觀性、可操作性和適用性[26]. 已有基于遙感數(shù)據(jù)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系間接評(píng)估區(qū)域生物多樣性，如李冠穩(wěn)等[12]基于遙感技術(shù)分別從生境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)狀況和景觀結(jié)構(gòu)3方面，選取6個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)青海省瑪多縣不同時(shí)期生物多樣性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè). 與之相比，筆者研究?jī)?yōu)化了植被指數(shù)的計(jì)算，采用增強(qiáng)型植被指數(shù)同時(shí)降低土壤背景和大氣對(duì)植被的干擾，能更真實(shí)準(zhǔn)確地反映植被生長(zhǎng)分布狀況，并且評(píng)價(jià)精度更高，更有利于分析小尺度生物多樣性狀況. 楊海軍等[23]對(duì)湖北省南漳縣生物多樣性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，選取了5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，與之相比，該研究增加了水網(wǎng)密度的影響因素，水源地對(duì)區(qū)域生物多樣性狀況有一定影響，如楊陽(yáng)[27]通過(guò)對(duì)三江源國(guó)家公園水生態(tài)功能進(jìn)行分區(qū)，得出一級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)的生物多樣性更豐富. 現(xiàn)有生物多樣性研究中生境質(zhì)量指標(biāo)、植被凈初級(jí)生產(chǎn)力指標(biāo)和歸一化植被指數(shù)指標(biāo)應(yīng)用廣泛，如趙培強(qiáng)等[28]開(kāi)展祁連山區(qū)域生物多樣性評(píng)價(jià)，彭隆等[18]在甘孜藏族自治州開(kāi)展生物多樣性保護(hù)優(yōu)先性評(píng)價(jià)，黃犁等[29]開(kāi)展葉爾羌河流域景觀生物多樣性時(shí)空變化分析等，均用到上述指標(biāo). 因此，利用環(huán)境指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)區(qū)域生物多樣性水平是可行的.

自2018年習(xí)近平總書(shū)記宣布支持建設(shè)長(zhǎng)江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展之后，各項(xiàng)圍繞長(zhǎng)三角一體化示范區(qū)合理建設(shè)發(fā)展的政策陸續(xù)出臺(tái)，要堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展，建設(shè)一個(gè)人類(lèi)與自然和諧共生的示范先行區(qū)，因此，系統(tǒng)性地研究長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)“示范區(qū)”)生物多樣性水平十分必要.該研究以高分辨率遙感影像為基礎(chǔ)，通過(guò)目視解譯獲得土地利用數(shù)據(jù)，綜合SDG 15.1.2指標(biāo)內(nèi)涵和生物多樣性定義，構(gòu)建一套適合中小尺度區(qū)域的生物多樣性評(píng)價(jià)體系，能夠更精細(xì)化評(píng)價(jià)研究區(qū)生物多樣性水平；通過(guò)指標(biāo)計(jì)算快速提取出研究區(qū)生物多樣性重要區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)SDG 15.1.2指標(biāo)的計(jì)算，以期為SDGs在本地化計(jì)算方法上提供思路和參考.

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

為提升長(zhǎng)三角地區(qū)整體實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)三角區(qū)域一體化發(fā)展在2018年被提升為國(guó)家戰(zhàn)略，2019年10月《長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)總體方案》獲國(guó)務(wù)院批復(fù)同意，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)跨省市建立的以經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)的一體化發(fā)展示范區(qū). 示范區(qū)位于江浙滬兩省一市交界處，主要包括上海市青浦區(qū)、江蘇省蘇州市吳江區(qū)、浙江省嘉興市嘉善縣3個(gè)行政區(qū)，面積約為2 300 km2，地理范圍為120°20′E～121°19′E、30°45′N(xiāo)～31°32′N(xiāo)(見(jiàn)圖1).

圖 1 研究區(qū)概況Fig.1 Description of the study area

1.2 數(shù)據(jù)與處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括示范區(qū)2020年土地利用、增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)和景觀格局指數(shù). 其中，土地利用數(shù)據(jù)通過(guò)谷歌影像(空間分辨率為2.15 m)目視解譯得到；使用哨兵2號(hào)遙感影像(空間分辨率為10 m)計(jì)算EVI；景觀格局指數(shù)通過(guò)Fragstats 4.2軟件計(jì)算獲得. 對(duì)主要指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(見(jiàn)圖2). 對(duì)各指標(biāo)柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一分辨率為100 m，處理結(jié)果的空間分辨率為100 m.

圖 2 主要指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果Fig.2 Preprocessing results of main indicative data

2 研究方法

2.1 SDG 15.1.2指標(biāo)計(jì)算

SDG 15.1.2指標(biāo)內(nèi)容為“保護(hù)區(qū)內(nèi)陸地生物多樣性的重要場(chǎng)地所占比例，按生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型分列”，保護(hù)區(qū)即為政策劃定對(duì)生物多樣性實(shí)施規(guī)劃保護(hù)的區(qū)域，其中在《長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)國(guó)土空間總體規(guī)劃草案公示稿》中明確指出，要生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展，建設(shè)一個(gè)人類(lèi)與自然和諧共生的地區(qū)，實(shí)行嚴(yán)格的生態(tài)要素系統(tǒng)性保護(hù)，構(gòu)建全方位可持續(xù)的生態(tài)協(xié)同治理體系，這里將研究區(qū)認(rèn)為是政策保護(hù)區(qū)，SDG 15.1.2指標(biāo)(X)計(jì)算如下：

式中：S1為 生物多樣性高等級(jí)區(qū)域面積，km2；SA為示范區(qū)陸地區(qū)域面積，km2.

根據(jù)指標(biāo)定義，對(duì)示范區(qū)生物多樣性重要區(qū)域進(jìn)行識(shí)別及提取，通過(guò)公式計(jì)算獲得SDG 15.1.2指標(biāo)結(jié)果. 為了方便各國(guó)家對(duì)SDGs指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行比較，可持續(xù)發(fā)展解決方案網(wǎng)絡(luò)(sustainable development solutions network, SDSN)對(duì)各指標(biāo)值劃定了分級(jí)閾值，按綠色(最優(yōu))、黃色、橙色和紅色(存在挑戰(zhàn))劃分等級(jí). 其中，SDG 15.1.2指標(biāo)值的綠色等級(jí)閾值為≥50%，黃色等級(jí)為30%～50%，橙色等級(jí)為10%～30%，紅色等級(jí)為≤10%.

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)是構(gòu)建指標(biāo)體系的核心工作，綜合考慮遙感技術(shù)的特征和優(yōu)勢(shì)，從生物多樣性的內(nèi)涵出發(fā)來(lái)選取指標(biāo)，在物種多樣性層次選取了生境質(zhì)量指數(shù)(habitat quality index, HQI)、增 強(qiáng) 型 植 被 指 數(shù)(enhanced vegetation index, EVI)和 水 網(wǎng) 密 度 指 數(shù)(water network denseness index, WNDI)；在生態(tài)系統(tǒng)多樣性層次選取生境面積百分比指標(biāo)(Sp)；在景觀多樣性層次選取辛普森多樣性指數(shù)(simpson′s diversity index, SIDI)、景觀分離度指數(shù)(splitting index, SPLIT)和蔓延度指數(shù)(contagion, CONTAG). SDG 15.1.2指標(biāo)定義對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)和淡水生態(tài)系統(tǒng)分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，該文只對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià).

2.2.1生境質(zhì)量指數(shù)(HQI)

生境是指為生物個(gè)體、種群或群落提供生活、繁衍的具體環(huán)境，生境質(zhì)量則是指為個(gè)體或種群的持續(xù)生存和繁衍提供適宜性條件的能力[30]. 生境質(zhì)量的好壞直接影響著生境內(nèi)物種的數(shù)量和豐富度，生境質(zhì)量指數(shù)的高低與生物多樣性緊密相關(guān). 該文以生境質(zhì)量高低來(lái)表征不同生境為生物提供生存、繁衍能力的高低，不針對(duì)特定物種. 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法在不斷完善，主要包括模型法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系法，其中InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊在方法上比較成熟，目前應(yīng)用最為廣泛[31]. 該模型可以將評(píng)價(jià)結(jié)果以地圖形式展示，更加直觀.

InVEST模型中的生境質(zhì)量模塊是將特定的土地利用類(lèi)型作為破壞生境質(zhì)量的威脅因子，再將各生境類(lèi)型與威脅因子建立聯(lián)系，根據(jù)不同生境類(lèi)型對(duì)威脅因子的響應(yīng)，評(píng)價(jià)得出研究區(qū)生境質(zhì)量的分布和退化程度. 生境質(zhì)量得分范圍在0～1之間，分值越高代表生境質(zhì)量越好，即生物多樣性豐富度越高. 具體計(jì)算如下：

式中：irxy為威脅因子對(duì)生境的威脅水平，表示在生境柵格x中威脅因子r對(duì)y柵格(土地利用類(lèi)型)的影響；dxy為 柵格x與y的距離數(shù)；drmax為威脅因子r的最大威脅距離.

式中，Dxj為地類(lèi)景觀j中柵格x的生境退化度，z為模型默認(rèn)參數(shù)值(2.5)，k為半飽和系數(shù)，R為生態(tài)威脅因子個(gè)數(shù)，wr為生態(tài)威脅因子r的權(quán)重，yr為威脅因子r柵格單元的總數(shù)，ry為 威脅因子的強(qiáng)度，βx為生境抗干擾水平，Sjr為j類(lèi)景觀格局對(duì)威脅因子的敏感性大小，Qxy為第y類(lèi)土地利用類(lèi)型在第x個(gè)柵格的生境質(zhì)量，Hy為土地利用類(lèi)型y的生境適宜程度.

模塊運(yùn)行需要輸入威脅因子和威脅因子的敏感性等參數(shù)，綜合參考InVEST模型使用指南中的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，以及國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果[32-36]，并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，得到研究區(qū)威脅因子(見(jiàn)表1)和威脅因子敏感性(見(jiàn)表2)數(shù)據(jù)，衰退類(lèi)型是以威脅因子在空間中的衰退速度不同進(jìn)行劃分.

表 1 研究區(qū)威脅因子權(quán)重Table 1 Weights for threat factors of the study area

2.2.2增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)

研究表明植被指數(shù)與生物量、生產(chǎn)力顯著相關(guān)，其中EVI能同時(shí)降低土壤背景和大氣的干擾，有效彌補(bǔ)歸一化植被指數(shù)的不足，能更真實(shí)準(zhǔn)確地反映植被生長(zhǎng)分布狀況[24,37]，計(jì)算公式：

式中，ρNIR為 近紅外波段地表反射率，ρRed為紅光波段地表反射率，ρBlue為藍(lán)光波段地表反射率，G為增益因子(取2.5），C1和C2為氣溶膠阻抗系數(shù)(分別為6和7.5)，L為冠層背景調(diào)整因子(取值為1).

表 2 生境適宜性及其對(duì)不同威脅因子的相對(duì)敏感程度Table 2 Habitat suitability and its relative sensitivity to different threat factors

2.2.3水網(wǎng)密度指數(shù)(WNDI)

水在生態(tài)系統(tǒng)中有重要作用，水源豐富的區(qū)域生物多樣性更豐富，更適合生物的生存. 根據(jù)我國(guó)原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的HJ 192-2015《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，對(duì)水網(wǎng)密度指數(shù)進(jìn)行優(yōu)化. 計(jì)算公式：

式中：Ariv為河流長(zhǎng)度的歸一化系數(shù)，參考值為84.37；P1為 河流長(zhǎng)度與區(qū)域面積的比值；Alak為湖庫(kù)面積的歸一化系數(shù)，參考值為591.79；P2為湖泊面積與區(qū)域面積的比值；Ares為水資源量的歸一化系數(shù)，參考值為86.39；P3為均衡水資源量與區(qū)域面積的比值.2.2.4生境面積百分比(Sp)

生境面積直接影響生物種群的密度，生境斑塊面積越大，能為生物提供更好的生存載體[38-39]. 用Sp來(lái)表征生態(tài)系統(tǒng)的多樣性狀況. 計(jì)算公式：

式中：Sp為 生境面積占比，%；Ae為生境面積，包括林地和草地的面積，km2；At為生態(tài)系統(tǒng)陸地面積，km2.

2.2.5辛普森多樣性指數(shù)(SIDI)

多樣性指數(shù)是一種量化指標(biāo)，可以反映區(qū)域內(nèi)物種的多樣性程度. SIDI通過(guò)計(jì)算隨機(jī)取樣的兩個(gè)個(gè)體屬于不同種的概率，來(lái)反映群落里物種的豐富度[40-41]. 研究[42]表明，香濃多樣性指數(shù)更適合用于稀有覆蓋的區(qū)域，土地覆蓋類(lèi)型也相對(duì)較少時(shí)計(jì)算結(jié)果更加精確，辛普森多樣性指數(shù)則正好相反，更適用于研究區(qū)的地理環(huán)境.

2.2.6景觀分離度指數(shù)(SPLIT)

景觀分離度指數(shù)表示景觀類(lèi)型中斑塊之間的分離程度，值越小表明斑塊分布越集中，值越大表明區(qū)域內(nèi)斑塊的分布越分散. 在一定程度上反映了人類(lèi)對(duì)景觀的干擾程度，對(duì)生物多樣性水平來(lái)說(shuō)屬于逆向指標(biāo).

2.2.7蔓延度指數(shù)(CONTAG)

蔓延度指數(shù)是指景觀里不同斑塊類(lèi)型的團(tuán)聚程度或延展趨勢(shì)，蔓延度值高說(shuō)明景觀中某種優(yōu)勢(shì)斑塊類(lèi)型有良好的連接性，反之表明景觀更破碎. 高連接性的斑塊更有利于景觀內(nèi)物種的生存和繁衍.

2.3 生物多樣性指數(shù)(biodiversity index, BI)

通過(guò)選取上述7個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建生物多樣性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，取值范圍為0～1，其中正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法：

式中，Xq為 歸一化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)q的數(shù)值，Aq為歸一化前的評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值，AqMin為歸一化前的評(píng)價(jià)指標(biāo)中最小值，AqMax為歸一化前的評(píng)價(jià)指標(biāo)中最大值. 景觀分離度指數(shù)指標(biāo)為逆向指標(biāo)，需要將上述公式的計(jì)算進(jìn)行相反數(shù)處理，得到此逆向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值.

對(duì)指標(biāo)賦權(quán)的方法包括主觀賦權(quán)法[43](層次分析法、專(zhuān)家賦權(quán)法等)和客觀賦權(quán)法[44](熵權(quán)法、主成分分析法等). 該文采用定量分析與定性分析相結(jié)合的層次分析法來(lái)確定權(quán)重，充分考慮到生物多樣性的影響因素，確定最終的權(quán)重大小，結(jié)果如表3所示. 生物多樣性指數(shù)計(jì)算公式：

式中，HQI為生境質(zhì)量指數(shù)，EVI為增強(qiáng)型植被指數(shù)，WNDI為水網(wǎng)密度指數(shù)，SIDI為辛普森多樣性指數(shù)，SPLIT為景觀分離度指數(shù)，CONTAG為蔓延度指數(shù)，β為各指標(biāo)對(duì)應(yīng)權(quán)重. BI的取值范圍為0～1，其值越接近1，表明生物多樣性程度越高. 具體等級(jí)劃分需要根據(jù)研究區(qū)實(shí)際狀況，參考《區(qū)域生物多樣性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》以及前人的研究基礎(chǔ)[18,22-23].

表 3 生物多樣性指標(biāo)體系及權(quán)重Table 3 Biodiversity indicator system and weight

3 結(jié)果與分析

3.1 生物多樣性結(jié)果分析

生物多樣性指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要參考《區(qū)域生物多樣性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，研究區(qū)生物多樣性指數(shù)實(shí)際分布范圍在0.02～0.92之間，生物多樣性平均值為0.42，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)差的特性，將生物多樣性等級(jí)分為4個(gè)等級(jí)，結(jié)果如表4所示.

研究區(qū)生物多樣性現(xiàn)狀分布如圖3所示，總體來(lái)看，生物多樣性高等級(jí)區(qū)域分布較為均勻；生物多樣性低等級(jí)的面積占研究區(qū)陸地區(qū)域面積的19.15%，聚集的區(qū)域?yàn)閰墙鲁?、吳江高新區(qū)、青浦新城、嘉善高鐵新城、汾湖高新區(qū)等；生物多樣性一般等級(jí)的面積為331.92 km2，占陸地區(qū)域面積的17.25%，此區(qū)域土地利用類(lèi)型多為農(nóng)田和村莊；生物多樣性中等級(jí)別的區(qū)域面積為696.71 km2，占區(qū)域總面積的36.22%，這類(lèi)區(qū)域土地利用類(lèi)型多為林地和草地；生物多樣性高等級(jí)區(qū)域面積為526.65 km2，占研究區(qū)總面積的27.38%.

表 4 生物多樣性指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Biodiversity index classification standard

縣域尺度的生物多樣性現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)如表5所示，嘉善縣生物多樣性等級(jí)為中等的面積占比最大，占縣域陸地面積的45.46%，高等級(jí)區(qū)域占比為14.04%，略低于示范區(qū)生物多樣性高等級(jí)面積占比，上海市青浦區(qū)生物多樣性高等級(jí)區(qū)域面積占比最大，占該區(qū)域陸地總面積的39.01%，蘇州市吳江區(qū)的生物多樣性中等區(qū)域占比最大，占該區(qū)域陸地面積的35.52%.

圖 3 生物多樣性等級(jí)分布Fig.3 Distribution of the biodiversity level

嘉善縣城區(qū)位置生物多樣性明顯低于周邊區(qū)域；生物多樣性高等區(qū)域大多位于嘉善縣南部；北部有西塘古鎮(zhèn)等旅游景點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生更多人類(lèi)活動(dòng)的干擾，因此北部區(qū)域大多為生物多樣性中等級(jí)別. 青浦區(qū)水系豐富，東部河流眾多，西部有淀山湖和眾多的湖蕩，生物多樣性低等級(jí)區(qū)域位于青浦主城區(qū)以及其他城市建成區(qū)，這些區(qū)域植被覆蓋相對(duì)較少，人類(lèi)活動(dòng)干擾較嚴(yán)重，導(dǎo)致生物多樣性等級(jí)偏低；淀山湖周?chē)鷧^(qū)域由于旅游開(kāi)發(fā)，也導(dǎo)致生物多樣性等級(jí)偏低. 吳江區(qū)西部緊鄰太湖，區(qū)域湖泊眾多，水資源豐富，生物多樣性低等級(jí)區(qū)域大多位于吳江主城區(qū)位置，城市建成區(qū)和道路面積較多，植被稀少，生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型結(jié)構(gòu)單一；南部區(qū)域大多為生物多樣性高等區(qū)域，這些區(qū)域植被覆蓋度高，植被生產(chǎn)力水平高，為生物多樣性提供良好的基礎(chǔ).

表 5 各縣區(qū)生物多樣性現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics on the status of biodiversity in each county

3.2 SDG 15.1.2指標(biāo)結(jié)果分析

對(duì)研究區(qū)生物多樣性高等級(jí)區(qū)域進(jìn)行識(shí)別提取，面積為526.65 km2，占研究區(qū)陸地總面積的27.38.SDG 15.1.2指標(biāo)得分為27.38，距離最優(yōu)等級(jí)(≥50%)還有一定距離，處于橙色等級(jí)(10%～30%)，表示研究區(qū)陸地生物多樣性保護(hù)工作還面臨一定量的挑戰(zhàn).

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生物多樣性現(xiàn)狀如圖4所示. 研究區(qū)一共28個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，整體來(lái)看大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生物多樣性處于橙色等級(jí)，距離優(yōu)等還存在一定的挑戰(zhàn)；嘉善縣的羅星街道處于紅色等級(jí)，該區(qū)域面積為39.27 km2，位于嘉善縣南部，是嘉善新城和縣政府所在地，區(qū)域內(nèi)部有滬杭高速和滬杭鐵路等交通樞紐，城市化水平較高，受人類(lèi)活動(dòng)干擾嚴(yán)重，造成區(qū)域內(nèi)高等級(jí)生物多樣性的面積占比過(guò)??；青浦區(qū)的華新鎮(zhèn)和香花橋街道處于綠色等級(jí)，區(qū)域內(nèi)的高等級(jí)生物多樣性面積比例超過(guò)50%，華新鎮(zhèn)位于青浦區(qū)的東北部，面積48.13 km2，該區(qū)域水資源豐富，大部分區(qū)域?yàn)樗锖秃档?，生態(tài)系統(tǒng)豐富多樣，生境質(zhì)量高. 香花橋街道面積69.45 km2，區(qū)域內(nèi)河流水域面積廣，水網(wǎng)稠密，支流眾多，物種豐富度高.

圖 4 生物多樣性高等級(jí)區(qū)域分布Fig.4 Distribution of areas with high-level biodiversity

3.3 生物多樣性的影響因素分析

3.3.1土地利用方式對(duì)生物多樣性分布的影響

土地利用方式(見(jiàn)圖5)與區(qū)域生物多樣性關(guān)系十分密切，通過(guò)疊加分析，進(jìn)一步探究生物多樣性各等級(jí)區(qū)域中土地利用類(lèi)型占比情況，從而為生物多樣性的保護(hù)工作提供一定的理論基礎(chǔ).

著重選取了具有典型代表性的11種土地利用類(lèi)型做分析研究，結(jié)果如表6所示，在低等級(jí)生物多樣性區(qū)域，城市所占比重最多，占統(tǒng)計(jì)面積的71.35%，城市的建設(shè)和人類(lèi)活動(dòng)的干擾導(dǎo)致這類(lèi)區(qū)域生物多樣性較低，其中林地占比最少，為0.99%，極少的植被覆蓋無(wú)法為生物提供充足的物質(zhì)能量，因此林地的面積占比與生物多樣性高低有明顯的正相關(guān)性；在生物多樣性高等級(jí)區(qū)域，占比較多的土地利用類(lèi)型為水田和林地，占比分別為47.82%和14.76%，占比較少的土地利用類(lèi)型為裸地和未利用地，占比分別為0.10%和0.22%，這類(lèi)區(qū)域的植被覆蓋度高，受人類(lèi)活動(dòng)干擾的區(qū)域面積極少，為物種提供充足的植被生產(chǎn)力水平和生存條件，生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型豐富多樣.

圖 5 2020年研究區(qū)土地利用類(lèi)型分類(lèi)Fig.5 Land use of the study area in 2020

表 6 各生物多樣性等級(jí)的土地利用類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of land use types for each biodiversity level

3.3.2不透水面占比與生物多樣性分布的聯(lián)系

生物多樣性低等級(jí)的紅色區(qū)域大多聚集于吳江城區(qū)、吳江高新區(qū)、嘉善城區(qū)和青浦城區(qū)(見(jiàn)圖4)，這些區(qū)域城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也相對(duì)更加完善，受人類(lèi)活動(dòng)干擾較為嚴(yán)重. 城市的不透水面變化可以間接地表征城市的發(fā)展建設(shè)過(guò)程，通過(guò)對(duì)土地利用數(shù)據(jù)中不透水面的提取，綜合分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)高等級(jí)生物多樣性的占比情況(見(jiàn)圖6)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的不透水面占比與高等級(jí)生物多樣性面積占比呈負(fù)相關(guān)，位于吳江高新區(qū)的盛澤鎮(zhèn)、青浦城區(qū)的徐涇鎮(zhèn)、青浦工業(yè)園區(qū)的夏陽(yáng)街道、嘉善城區(qū)的羅星街道明顯存在不透水面面積占比高而高等生物多樣性區(qū)域占比低的情況.

圖 6 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不透水面積與高等生物多樣性面積占比Fig.6 Proportion of impervious surface area and higher biodiversity area of each town

4 討論

我國(guó)高度重視2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的落實(shí)情況，并在“十三五”規(guī)劃中，將可持續(xù)發(fā)展提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，生物多樣性的評(píng)價(jià)方法有利于落實(shí)SDG 15.1.2指標(biāo)的本地化定量分析，有助于國(guó)家層面的整體可持續(xù)性評(píng)估與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌. 其中陳軍等[7-8]研究顧及地理空間視角，使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，對(duì)德清縣102項(xiàng)SDGs指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和評(píng)級(jí)，是我國(guó)首個(gè)落實(shí)SDGs指標(biāo)計(jì)算的案例，并撰寫(xiě)了中國(guó)（德清）踐行2030可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的進(jìn)展報(bào)告，成為SDGs指標(biāo)本土化的樣本. 劉少陽(yáng)等[22]對(duì)SDG 15.1.2指標(biāo)進(jìn)行了本土化計(jì)算，通過(guò)構(gòu)建包含5項(xiàng)指標(biāo)的生物多樣性指標(biāo)體系，對(duì)德清縣生物多樣性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明德清縣6年來(lái)SDG 15.1.2指標(biāo)值均在80%以上，生物多樣性保護(hù)狀況十分良好，在研究方法方面，該研究?jī)?yōu)化了部分指標(biāo)，對(duì)景觀多樣性層面的指標(biāo)進(jìn)行了豐富，增加了景觀分離度指數(shù)和蔓延度指數(shù)，并且計(jì)算采用移動(dòng)窗口算法，更能反映研究區(qū)局部景觀狀況，增加水網(wǎng)密度指標(biāo)來(lái)分析水源地對(duì)生物多樣性的影響，使指標(biāo)體系更加完善；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中土地利用數(shù)據(jù)采用目視解譯方法獲取，相比機(jī)器學(xué)習(xí)分類(lèi)方法獲得的數(shù)據(jù)精度和分辨率都更高，而土地利用數(shù)據(jù)又是各指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)最終計(jì)算結(jié)果有重要影響. 該文的試驗(yàn)結(jié)果可以從生物多樣性分布狀況與實(shí)際土地利用類(lèi)型的對(duì)應(yīng)關(guān)系中得以驗(yàn)證，與劉少陽(yáng)等[22]研究的德清縣生物多樣性相比，德清縣生物多樣性重要區(qū)域面積占比較高，德清縣西部山區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)干擾較少，對(duì)應(yīng)的生物多樣性狀況較好.

然而在SDG 15.1.2指標(biāo)本土化中仍然存在一些不足，SDGs指標(biāo)原本對(duì)應(yīng)的是國(guó)家尺度，使用“紅綠燈”法表示指標(biāo)結(jié)果好壞也對(duì)應(yīng)的是大尺度層面的標(biāo)準(zhǔn)，一味對(duì)接國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并不適合小區(qū)域的實(shí)際狀況，因此應(yīng)更深入探究生物多樣性指標(biāo)量化之后分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，根據(jù)研究區(qū)的自然狀況、氣候特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況等綜合考慮之后劃定統(tǒng)一的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為決策者提供更加科學(xué)有效的生物多樣性保護(hù)理論基礎(chǔ).在生物多樣性指標(biāo)構(gòu)建方面，應(yīng)該加入城市化進(jìn)程的影響因素，城市生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜的綜合體，在城市的發(fā)展過(guò)程中，人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)以及政策制定等多方面因素都可極大影響生物多樣性，因此在后續(xù)研究中可以把城市化進(jìn)程的定量研究和生物多樣性結(jié)合，作為其中的影響指標(biāo)參與生物多樣性的評(píng)估. 該文僅對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)多樣性進(jìn)行評(píng)估，水域和濕地生態(tài)系統(tǒng)也是生物多樣性保護(hù)的重要區(qū)域[45]，如條件允許將淡水的生物多樣性研究和陸地多樣性研究相結(jié)合，綜合來(lái)評(píng)價(jià)研究區(qū)生物多樣性則更加全面.

5 結(jié)論

a) 從物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性3個(gè)層次建立了指標(biāo)體系，結(jié)合模型和遙感技術(shù)手段對(duì)研究區(qū)生物多樣性現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)SDG 15.1.2指標(biāo)進(jìn)行量化和分析，結(jié)果表明研究區(qū)在生物多樣性保護(hù)方面處于橙色等級(jí)，得分為27.38，距離聯(lián)合國(guó)SDSN組織劃分的最優(yōu)綠色等級(jí)還存在一定量的挑戰(zhàn). 在研究方法方面，通過(guò)SDG 15.1.2指標(biāo)的量化監(jiān)測(cè)，為SDGs本地化計(jì)算研究提供理論基礎(chǔ).

b) 研究區(qū)生物多樣性低等級(jí)區(qū)域面積為368.36 km2，占總陸地面積的19.15%，對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型多為城市和工業(yè)用地，主要位于吳江城區(qū)、吳江高新區(qū)、嘉善城區(qū)和青浦城區(qū)位置，不透水面占比與生物多樣性高等區(qū)域占比呈明顯負(fù)相關(guān)，在城市建設(shè)過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)注意對(duì)區(qū)域生物多樣性的保護(hù).

c) 結(jié)合生物多樣性內(nèi)涵原理建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選取的7個(gè)指標(biāo)都使用遙感技術(shù)和數(shù)據(jù)，計(jì)算方法簡(jiǎn)潔，可操作性強(qiáng)，能夠快速評(píng)估和監(jiān)測(cè)區(qū)域生物多樣性狀況.