李艷忠, 董　鑫, 劉雪華

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京　100101 2 西華師范大學(xué), 南充　637009 3 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京　100084 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京　100049

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40年岷山地區(qū)白河自然保護(hù)區(qū)川金絲猴的生境格局動(dòng)態(tài)

李艷忠1,3,4, 董鑫2,*, 劉雪華3

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京100101 2 西華師范大學(xué), 南充637009 3 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京100084 4 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京100049

摘要:好的生境質(zhì)量是野生動(dòng)物生存和繁衍的必備條件，生境質(zhì)量的變化將對(duì)動(dòng)物的生存產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，定量客觀的評(píng)估生境變遷過(guò)程顯得尤為必要。川金絲猴作為我國(guó)一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，評(píng)定其生境質(zhì)量變化過(guò)程有利于制定有效的保護(hù)措施。3S技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用為研究川金絲猴生境格局的動(dòng)態(tài)變化提供了有利的工具。以岷山白河自然保護(hù)區(qū)為例，利用陸地資源衛(wèi)星的MSS/TM/OLI遙感影像，并基于專家知識(shí)的決策樹分類方法對(duì)遙感影像進(jìn)行分類，獲取了5個(gè)時(shí)期的覆被類型空間分布圖；根據(jù)NDVI與郁閉度的相關(guān)性獲取了研究區(qū)郁閉度的時(shí)空變化信息。然后，通過(guò)對(duì)野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)與空間分析，獲取了川金絲猴的生活習(xí)性特征，并結(jié)合AHP方法構(gòu)建了川金絲猴生境質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系，對(duì)5個(gè)時(shí)期的生境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最后定量分析了40年來(lái)川金絲猴的生境格局的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。研究表明，近40年來(lái)白河自然保護(hù)區(qū)內(nèi)及周邊的生境經(jīng)歷了由良好到不斷惡化，再到逐漸恢復(fù)的過(guò)程，其中最適宜和適宜生境呈現(xiàn)先降低后逐漸升高的趨勢(shì)，而不適宜和勉強(qiáng)適宜則表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢(shì)。1975—1982年時(shí)段內(nèi)，各生境等級(jí)變化劇烈，尤以最適宜和不適宜等級(jí)變化顯著，生境質(zhì)量整體呈惡化趨勢(shì)；1982—1994年，各生境等級(jí)變化劇烈程度較前一時(shí)期有所緩和，生境質(zhì)量得到較大改善，呈良性發(fā)展趨勢(shì)；1994—2003年時(shí)段內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量進(jìn)一步改善，環(huán)境惡化狀況得到了緩解；2003—2014年時(shí)間段內(nèi)整體質(zhì)量改善的速度明顯減緩，生境質(zhì)量達(dá)到平衡狀態(tài)。除1975—2014時(shí)段外，前4個(gè)時(shí)段的各綜合變化指標(biāo)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，前期生境等級(jí)變化劇烈，后期趨緩。氣候變化和人為干擾為導(dǎo)致生境變化的主要因素，其中20世紀(jì)80年代生境變化與氣候變化關(guān)系密切，而20世紀(jì)90年代之后人為干擾因素明顯增加。研究有助于理解氣候變化與人為干擾背景下，川金絲猴生境格局時(shí)空變化特征，為野生瀕危動(dòng)物生境保護(hù)管理和政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：川金絲猴(Rhinopithecusroxellana)；生境格局；氣候變化；人為干擾；白河自然保護(hù)區(qū)

野生動(dòng)物生境(即棲息地)是野生動(dòng)物活動(dòng)、繁衍的庇護(hù)所。開展野生動(dòng)物生境研究，是珍稀瀕危動(dòng)物保護(hù)的基礎(chǔ)，對(duì)野生動(dòng)物種群的可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵作用。川金絲猴(Rhinopithecusroxellana)為我國(guó)特有種，1989年列為國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物，2003年被IUCN列為瀕危動(dòng)物。目前川金絲猴分布范圍僅在岷山、邛崍山、大小涼山山脈、秦嶺山脈，重慶大巴山以及湖北神農(nóng)架一帶[1]。然而，隨著生境質(zhì)量的日趨下降，使得種群數(shù)量稀少的川金絲猴生存受到嚴(yán)重威脅。生境質(zhì)量下降主要是由氣候變化以及人為干擾因素所引起，其中全球氣候變化已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，而且將要持續(xù)許多個(gè)世紀(jì)，預(yù)計(jì)2100年全球氣溫很可能上升2℃[2]。氣候變化可通過(guò)改變植物的生理特性[3]，從而影響植被的生長(zhǎng)狀況，對(duì)野生動(dòng)物的食物、生境和種群產(chǎn)生影響[4]。此外，人為干擾因素(如耕種、狩獵、開礦等)將使得野生動(dòng)物的生境破碎化，導(dǎo)致物種隔離，最終威脅到珍稀瀕危動(dòng)物基因交流甚至生存[5- 6]。

在全球氣候變化的大背景下，川金絲猴生境質(zhì)量可能隨著氣候因素的改變而有所變化[7- 8]。此外，耕種、狩獵開礦、采藥、割竹挖筍等人為因素的強(qiáng)烈干擾，將會(huì)使得川金絲猴的適宜生境面積減少，生境格局相對(duì)破碎化，甚至威脅到其生存發(fā)展。我國(guó)通過(guò)建立瀕危動(dòng)物自然保護(hù)區(qū)，使得川金絲猴的核心生境得到了較好的保護(hù)[9]。但由于受到氣候變化及人為干擾的影響，在幾十年甚至百年時(shí)間尺度上，川金絲猴的生境格局亦可能發(fā)生較大動(dòng)態(tài)變化，這方面的研究鮮有報(bào)道，有待進(jìn)一步深入探討。

由于多學(xué)科和研究尺度的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的靈長(zhǎng)類棲息地質(zhì)量的研究方法，在收集與時(shí)空相關(guān)的數(shù)據(jù)時(shí)受到限制，且分析、解釋和表達(dá)手段存在局限性。3S技術(shù)在獲取、分析時(shí)空數(shù)據(jù)方面體現(xiàn)了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，已較多地應(yīng)用于野生動(dòng)物生境評(píng)估研究中[10- 11]，并成功地對(duì)瀕危動(dòng)植物現(xiàn)有及潛在棲息地進(jìn)行了評(píng)估和預(yù)測(cè)[12- 17]。

周江等[18]利用3S技術(shù)手段獲取了海南長(zhǎng)臂猿的生態(tài)學(xué)信息，并對(duì)其棲息地質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估；武瑞東等[19]借助RS、GIS技術(shù)構(gòu)建了滇金絲猴的空間模型，獲取了其棲息地分布格局，取得了較好的效果，3S技術(shù)已成為評(píng)估野生動(dòng)物生境質(zhì)量的有力工具。但是，由于不同學(xué)者所選擇的生境評(píng)價(jià)指標(biāo)不同，導(dǎo)致生境評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大差異[20- 21]。此外，對(duì)于生境格局的變化較多為定性或簡(jiǎn)單定量描述[22- 25]，通過(guò)系統(tǒng)的變化指標(biāo)對(duì)生境質(zhì)量動(dòng)態(tài)定量化描述則鮮有報(bào)道。

四川白河自然保護(hù)區(qū)為全國(guó)金絲猴重點(diǎn)分布區(qū)之一，是目前所知的川金絲猴種群最大、密度最高、最具代表性的保護(hù)區(qū)，已引起較多學(xué)者的關(guān)注[20- 21,26- 27]。該保護(hù)區(qū)地處岷山北段，其植被狀況對(duì)氣候變化敏感[7]，且受到挖藥和采野菜等人為干擾較強(qiáng)[27]?；诖耍狙芯繉⑦x取白河自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)，運(yùn)用3S技術(shù)手段，采用統(tǒng)一的生境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)近40 a來(lái)白河川金絲猴生境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并定量化分析其生境格局的時(shí)空變化過(guò)程、趨勢(shì)狀態(tài)及其時(shí)空差異性。該科學(xué)問(wèn)題的探討，將有助于理解在人為干擾及氣候變化的背景下，川金絲猴生境的時(shí)空變化格局影響機(jī)制，為野生瀕危動(dòng)物生境保護(hù)管理和政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1研究區(qū)概況

四川白河自然保護(hù)區(qū)位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內(nèi)，地理范圍東經(jīng)104°0′—104°12′，北緯33°10′—33°22′，南北長(zhǎng)約19.4 km，東西長(zhǎng)約17.2 km，總面積約為162 km2。保護(hù)區(qū)成立于1963年，目的是為了保護(hù)大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)、金絲猴為主的森林和野生動(dòng)物類型。區(qū)內(nèi)動(dòng)植物資源豐富，已知脊椎動(dòng)物42科170種，其中國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物10種，國(guó)家二級(jí)保護(hù)野生動(dòng)物20余種[27]。地勢(shì)由西南向東北傾斜，海拔范圍在1240—4453 m。保護(hù)區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，多年平均氣溫11.5 ℃，最熱月均溫(7月)20 ℃，最冷月均溫(1月)-0.5 ℃。多年平均降水量約610 mm。本文為了較好的展示人為干擾因素的影響，在白河自然保護(hù)區(qū)范圍基礎(chǔ)上做了1 km的緩沖區(qū)，以此范圍作為本文的區(qū)域(圖1)。

1.2遙感數(shù)據(jù)收集與覆被分類

為了研究白河自然保護(hù)區(qū)川金絲猴生境的動(dòng)態(tài)變化，本文選用了較高分辨率的Landsat系列遙感影像，包括MSS/TM/OLI(http://glovis.usgs.gov)。數(shù)字高程數(shù)據(jù)選擇了GDEM DEM 30m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)產(chǎn)品(http://www.gscloud.cn/)。為了獲取研究區(qū)1975—2014年間生境質(zhì)量的變化動(dòng)態(tài)，本研究選取了1975、1982、1994、2003和2014年5個(gè)時(shí)期為代表年份，且衛(wèi)星成像時(shí)間選取植被生長(zhǎng)旺盛的6、7月份(表1)。

根據(jù)川金絲猴的生活習(xí)性以及本研究區(qū)的實(shí)際情況，本研究中地物類型分為：道路、水體、居民點(diǎn)、常綠-落葉闊葉混交林、落葉闊葉林、針闊混交林、針葉林、灌叢草甸和裸地-裸巖。在遙感圖像處理軟件ENVI 4.8的支持下，對(duì)5個(gè)時(shí)期的遙感影像進(jìn)行裁剪、重采樣等預(yù)處理，并進(jìn)行主成分分析后采用結(jié)合紋理信息的決策樹分類器對(duì)影像分別進(jìn)行監(jiān)督分類，經(jīng)分類后處理濾掉一些噪聲數(shù)據(jù)，提取主要植被類型，然后結(jié)合人-機(jī)交互方式，對(duì)錯(cuò)分的類型進(jìn)行手工修改，得到研究區(qū)5期土地覆被類型圖(圖2)。

分類結(jié)果可信度的度量，一般是將航片、生態(tài)專題圖、更高分辨率的影像和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)與分類結(jié)果進(jìn)行比較[28- 29]，本研究選取更高分辨率的影像與實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證。Google Earth(GE)作為一款虛擬地球儀軟件把近3—5年高空間分辨率的衛(wèi)星影像(如0.61 m分辨率Quickbird影像)、航空相片和GIS數(shù)據(jù)疊加在一個(gè)三維模型上，地表絕大部分的分辨率在15 m以上，個(gè)別地區(qū)配有實(shí)地拍攝照片，可以有效地對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[30]。具體操作是首先將5個(gè)時(shí)相的覆被類型圖疊加，提取出未發(fā)生變化的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生樣本點(diǎn)，然后與GE高分辨率影像疊加分析，而野外采集的實(shí)測(cè)點(diǎn)則直接與實(shí)際記錄的地物類型對(duì)比。對(duì)于覆被類型變化較大的區(qū)域，采取對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)豐富的群眾做調(diào)查問(wèn)卷、交談等方式獲取歷史覆被情況，以彌補(bǔ)驗(yàn)證樣點(diǎn)空間分布不均等問(wèn)題。研究區(qū)內(nèi)共選取了400個(gè)樣本點(diǎn)，解譯精度為85.5%，滿足分析的要求[31]。

歸一化植被指數(shù)NDVI與植被的蓋度、生物量等有較好的相關(guān)性。因此，植被指數(shù)成為遙感影像獲取植被覆蓋度常用的方法[32- 33]。本文采用基于NDVI獲取研究區(qū)內(nèi)植被的郁閉度信息(圖2)。對(duì)比圖2中5個(gè)時(shí)期覆被類型和植被郁閉度，雖然研究時(shí)段內(nèi)覆被類型空間變異顯著性不大，但其郁閉度則發(fā)生了較為劇烈的變化，主要是由于覆被類型主要受較長(zhǎng)時(shí)間尺度影響(如10a)，而郁閉度變化則受短時(shí)間尺度(如季節(jié))影響顯著，特別是對(duì)降水、溫度等氣象因素的波動(dòng)較為敏感。

1.3生境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法

本研究對(duì)白河自然保護(hù)區(qū)川金絲猴的實(shí)地觀測(cè)時(shí)間為2011年3月至2012年3月，共記錄了171個(gè)樣方數(shù)據(jù)，其中樣線51條，活動(dòng)樣點(diǎn)120個(gè)，主要記錄信息包括川金絲猴活動(dòng)的坐標(biāo)、海拔、坡度、坡向、植被類型、郁閉度和喬木的高度、胸徑等，下坪地樣方調(diào)查統(tǒng)計(jì)信息見表2。研究期間共有猴群活動(dòng)位點(diǎn)為141 d，其中44 d為猴群完整活動(dòng)位點(diǎn)的記錄，分別于2011年6月、2011年9月統(tǒng)計(jì)過(guò)猴群數(shù)量5次，結(jié)果分別為131只，87只，250只，199只和233只，其活動(dòng)位點(diǎn)的密度圖如圖3所示。室內(nèi)分析使用Excel和SPSS軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，獲取川金絲猴的生活習(xí)性，依此為生境評(píng)估提供判斷依據(jù)。

評(píng)價(jià)因子間相關(guān)性是限制層次分析法應(yīng)用成功的關(guān)鍵，根據(jù)研究區(qū)特征(如主要河流位于保護(hù)區(qū)外部，該因子未納入評(píng)估體系)，確定人為干擾因素選擇道路、居民點(diǎn)，生物環(huán)境因子選擇植被類型和郁閉度，非生物環(huán)境因子選擇海拔、坡度、坡向，并根據(jù)AHP層次分析法[34]構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)，同一準(zhǔn)則層下的指標(biāo)由判斷矩陣A=(aij)計(jì)算元素相對(duì)權(quán)重，計(jì)算各層元素組合權(quán)重。如果判斷矩陣不是一致性判斷矩陣，則不能保證“歸一化”后惟一的特征向量是各元素的權(quán)重，為了保證結(jié)果的可靠性，需要對(duì)判斷矩陣的一致性滿意程度進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)本研究判別矩陣滿足一致性。故而，根據(jù)川金絲猴對(duì)生境的選擇特征，并參考生境評(píng)估的已有案例[35- 38]，最后得到川金絲猴生境影響因子權(quán)重賦值信息(表3)。

根據(jù)獲取的生境因子權(quán)重，運(yùn)用ARCGIS 10.0軟件的空間分析功能進(jìn)行柵格計(jì)算，計(jì)算得到各時(shí)期的生境綜合得分，然后把整個(gè)研究區(qū)劃分為4個(gè)級(jí)別，即不適宜、勉強(qiáng)適宜、適宜和最適宜。

1.4生境格局動(dòng)態(tài)變化研究方法

運(yùn)用ArcGIS 10.0對(duì)5期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和疊加分析，得到各期之間的土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣，在此基礎(chǔ)上計(jì)算土地利用類型轉(zhuǎn)移概率矩陣和貢獻(xiàn)率矩陣，并采用變化狀態(tài)與趨勢(shì)分析川金絲猴生境的變化過(guò)程和趨勢(shì)。模型中主要指數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式[39- 41]如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中, Nc、Tc、Ps和 Rs分別為單一生境類型的面積凈變化、總變化、趨勢(shì)與狀態(tài)指數(shù)和凈變化速度；Sa、Ss、Pt和 Rt分別為總體生境類型面積凈變化、總變化、趨勢(shì)與狀態(tài)指數(shù)和凈變化速度；Ua、Ub分別為研究初期和末期某一生境類型的面積； Uout為研究時(shí)段內(nèi)某一生境類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愁愋偷拿娣e之和；Uin為同時(shí)期其他生境類型轉(zhuǎn)變?yōu)樵擃愋偷拿娣e之和；Uai、Ubi分別為研究初期和末期第i種生境類型的面積；Uout-i為研究時(shí)段內(nèi)第i種生境類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷拿娣e之和； Uin-i為其他類型轉(zhuǎn)變?yōu)榈趇種類型的面積之和；n為生境類型總數(shù); T為研究時(shí)段。

2結(jié)果與分析

2.1生境等級(jí)時(shí)空分布

通過(guò)構(gòu)建的川金絲猴生境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，獲取了其各生境等級(jí)的時(shí)空分布狀況，如圖4所示。由圖可看出，各生境等級(jí)中不適宜生境面積自1975年到1982年出現(xiàn)了大面積增加趨勢(shì)，而最適宜面積呈板塊狀分布，生境間連通性降低；而20世紀(jì)90年代開始最適宜生境面積得到了增加。通過(guò)對(duì)此不同生境面積進(jìn)行空間分析與數(shù)理統(tǒng)計(jì)(圖5)，發(fā)現(xiàn)不適宜和勉強(qiáng)適宜生境面積呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，而適宜和最適宜生境面積則呈現(xiàn)先減小后增加趨勢(shì)。

2.2不同時(shí)段內(nèi)生境變化指標(biāo)

根據(jù)公式(1)—(8)獲取了研究區(qū)內(nèi)川金絲猴在5個(gè)時(shí)段(即1975—1982年、1982—1994年、1994—2003年、2003—2014年、1975—2014年)各生境等級(jí)面積變化、凈變化、總變化、狀態(tài)趨勢(shì)指數(shù)以及凈變化速度(表4，表5)。

3討論

3.1各生境等級(jí)面積時(shí)空變化特征

由圖5可知，1975年4個(gè)生境質(zhì)量等級(jí)中最適宜面積最大，達(dá)到79.87km2，占到總面積的35.94%，其次為適宜類型，約為63km2，占到總面積的28.12%，兩者累計(jì)約占到總面積的64%；勉強(qiáng)適宜以及不適宜面積分別占到43.81km2和36.07km2,兩者累計(jì)約占到總面積的36%。整體而言，川金絲猴生境質(zhì)量較好。1982年川金絲猴生境質(zhì)量較1975年發(fā)生了較大變化，其中面積最大的等級(jí)變?yōu)椴贿m宜，達(dá)到85.17km2，占到總面積的38.39%，其次為勉強(qiáng)適宜類型，與不適宜面積比重相當(dāng)，達(dá)到33.11%，兩者累計(jì)面積占到總面積的71.5%；最適宜和適宜地累計(jì)面積僅占到研究區(qū)總面積的28.5%，表明該時(shí)期川金絲猴的生境質(zhì)量遭到嚴(yán)重破壞，顯著地威脅到了該區(qū)域川金絲猴的生存與發(fā)展。到1994年左右時(shí)，研究區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量較80年代有明顯好轉(zhuǎn)，其中最適宜生境占有面積最大，達(dá)到72.2km2，約占總面積的33%；而適宜和勉強(qiáng)適宜生境面積相當(dāng)，均占到總面積的1/4左右；面積最小的為不適宜生境，約為37.23km2。2003年生境等級(jí)中面積最大為最適宜生境，其面積較1994年增加了5.3km2，達(dá)到77.51km2；其次為適宜生境等級(jí)，較上時(shí)期面積增加了17.54km2，達(dá)到了74.94km2，占有面積也提高了7.88個(gè)百分點(diǎn)；勉強(qiáng)適宜與不適宜生境面積相當(dāng)，分別為36.87km2和33.46km2，兩者累計(jì)僅占到總面積的31%，表明研究區(qū)生境質(zhì)量進(jìn)一步得到了改善。截止到2014年，研究區(qū)內(nèi)川金絲猴最適宜和適宜生境面積分別達(dá)到了77.51km2和74.94km2，分別占到了總面積的36.43%和35.35%，較上一時(shí)期均呈現(xiàn)略微上升趨勢(shì)，而勉強(qiáng)適宜和不適宜面積則較上一時(shí)期進(jìn)一步降低。由此可知該區(qū)域川金絲猴生存條件保持了較好的發(fā)展趨勢(shì)。

綜上可知，近40a來(lái)該地區(qū)川金絲猴的生境質(zhì)量經(jīng)歷了由較好狀態(tài)到惡化，然后又逐漸恢復(fù)的過(guò)程。圖5中的各生境的面積曲線可知，最適宜和適宜均呈現(xiàn)了先降低后逐漸升高的過(guò)程，而不適宜和勉強(qiáng)適宜則表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢(shì)。此外，通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)除1982年外，最適宜和適宜面積累計(jì)百分比均超過(guò)了一半，且2014年達(dá)到最大值(71.78%)，這說(shuō)明該區(qū)域整體較適宜川金絲猴的生存，自然保護(hù)區(qū)建立對(duì)川金絲猴的保護(hù)起到了重要的作用。

3.2各時(shí)段內(nèi)不同生境等級(jí)間變化特征

1975—1982年間，研究區(qū)內(nèi)各生境等級(jí)變化劇烈，尤以最適宜和不適宜等級(jí)變化顯著，整個(gè)研究區(qū)生境質(zhì)量呈惡化趨勢(shì)。最適宜和適宜生境面積均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，凈變化率為-55%左右，兩者中最適宜面積減小更明顯(表4)；不適宜和勉強(qiáng)適宜生境面積則呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中不適宜生境面積增加最為顯著，凈變化率達(dá)到了136.1%。對(duì)于變化趨勢(shì)與狀態(tài)而言，除了勉強(qiáng)適宜等級(jí)外，其余各生境的趨勢(shì)與狀態(tài)指數(shù)絕對(duì)值均超過(guò)0.5，表明各生境等級(jí)呈現(xiàn)非平衡態(tài)勢(shì)。其中表現(xiàn)最明顯的為最適宜生境等級(jí)(趨勢(shì)指數(shù)達(dá)到了-0.81)，表明轉(zhuǎn)換方向主要為該生境等級(jí)轉(zhuǎn)換為其他生境等級(jí)，呈現(xiàn)極端非平衡狀態(tài)，導(dǎo)致該生境等級(jí)規(guī)模逐步萎縮；不適宜等級(jí)趨勢(shì)指數(shù)次之(0.63)，該等級(jí)向規(guī)模增大方向發(fā)展，處于面積增加態(tài)勢(shì)；趨勢(shì)指數(shù)最小的為勉強(qiáng)適宜，但其值仍然達(dá)到了0.4，變化也較為強(qiáng)烈。從年變化速度看，變化速度最快的為不適宜生境，其次為最適宜和適宜生境，最緩和的為勉強(qiáng)適宜生境等級(jí)。

1982—1994年時(shí)段內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)各生境等級(jí)變化劇烈程度較前一個(gè)時(shí)段緩和，但生境質(zhì)量得到較大改善，呈良性發(fā)展趨勢(shì)。該時(shí)段內(nèi)最適宜和適宜生境面積均呈增加趨勢(shì)(分別增加37.19km2和29.18km2)，但兩者增加的累計(jì)面積(66.37km2)仍未能彌補(bǔ)上一時(shí)段所損失的生境面積(79.14km2)；不適宜和勉強(qiáng)適宜面積均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，凈變化率絕對(duì)值以及總變化率均低于最適宜和適宜生境類型。最適宜、適宜和不適宜類型的凈變化速度絕對(duì)值較為相近，而勉強(qiáng)適宜生境則變化較為緩和。趨勢(shì)與狀態(tài)可知，最適宜和不適宜生境均呈不平衡狀態(tài)(0.62和-0.61)，使得前者生境面積穩(wěn)步增加，而后者則表現(xiàn)為穩(wěn)步減??；勉強(qiáng)適宜生境類型規(guī)模減小緩慢(-0.21)，雙向轉(zhuǎn)換頻繁，趨向于平衡態(tài)勢(shì)。

1994—2003年時(shí)段內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量較前一時(shí)期(1982—1994)進(jìn)一步改善，表明研究區(qū)環(huán)境惡化趨勢(shì)得到了緩解或扭轉(zhuǎn)。生境變化量最大的為勉強(qiáng)適宜生境(為19.08km2)，其次為適宜生境類型，最小的為不適宜類型，其中勉強(qiáng)適宜生境的變化主要是由該類型轉(zhuǎn)換為適宜生境類型，適宜生境類型主要轉(zhuǎn)換為最適宜生境類型(圖2)。年尺度上凈變化速度最快的為勉強(qiáng)適宜類型，其次為適宜、不適宜和最適宜。與前一時(shí)間段相比，該時(shí)段內(nèi)各類型趨勢(shì)平穩(wěn)，變化劇烈程度減緩；其中最適宜和適宜生境類型呈現(xiàn)緩慢增加，雙向轉(zhuǎn)換頻繁，呈平衡態(tài)勢(shì)，尤以最適宜類型顯著(為0.07)；不適宜和勉強(qiáng)適宜類型減小，勉強(qiáng)適宜類型變換較為劇烈些。故而，最適宜和適宜生境類型的增加，以及不適宜和勉強(qiáng)適宜類型的減小表明該區(qū)域生境質(zhì)量向較好方向轉(zhuǎn)變，有利于川金絲猴的生存和發(fā)展。

2003—2014年時(shí)間段內(nèi)整體質(zhì)量雖繼續(xù)得到改善，但速度明顯減緩，生境狀態(tài)趨于平衡態(tài)勢(shì)。該時(shí)段內(nèi)各生境類型面積變化量均不明顯，凈變化率絕對(duì)值最大的勉強(qiáng)適宜類型也僅為11.3%。最適宜和適宜生境類型的凈變化速度均未超過(guò)0.5%，均低于之前的任何一個(gè)時(shí)段，不適宜和勉強(qiáng)適宜類型變化情況亦類似。趨勢(shì)和狀態(tài)指數(shù)絕對(duì)值均低于0.2，其中最適宜和適宜生境接近于0，該生境類型基本處于平衡狀態(tài)。

就整個(gè)研究時(shí)段而言(1975—2014年)，面積變化量最大的為適宜生境類型，其次為勉強(qiáng)適宜、不適宜和最適宜。年凈變化速度最不顯著的為最適宜生境類型，僅為0.04%。趨勢(shì)和狀態(tài)指數(shù)表明整個(gè)時(shí)段各類型間轉(zhuǎn)換不太劇烈，特別是最適宜生境，而其余3種類型則變化差異不大。

3.3生境質(zhì)量綜合指標(biāo)變化特征

由表5可知，除1975—2014時(shí)段外，其余4個(gè)時(shí)段，各生境變化指標(biāo)整體呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，前期生境等級(jí)變化劇烈，后期趨緩。1975—1982年時(shí)段內(nèi)，除總變化外，面積變化、趨勢(shì)與狀態(tài)指數(shù)、凈變化速度均為各時(shí)段內(nèi)最大；2003—2014年時(shí)段生境綜合指數(shù)變化最小。20世紀(jì)80年代研究區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量變化劇烈，尤以1975—1982年較為顯著(Rt=4.44)，其余時(shí)間段變換趨于緩和，特別是2003—2014年時(shí)段生境變化較小。由趨勢(shì)與狀態(tài)指數(shù)可知，除1975—1982年和1982—1994年生境質(zhì)量處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)外(Pt>0.25)，其余3個(gè)時(shí)段內(nèi)生境類型間雙向轉(zhuǎn)換較為頻繁，均達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)(Pt<0.25)。 1975—2014年時(shí)間段，其各生境等級(jí)間的變化量不明顯(Sa=7.78%)，變化速度狀態(tài)較為緩和(Rt=0.19%)。

3.4氣候以及人為干擾對(duì)生境的影響探討

氣候變化將對(duì)動(dòng)物生境質(zhì)量產(chǎn)生影響并改變其分布。對(duì)野生動(dòng)物最大威脅之一就是其生境質(zhì)量的下降(如破碎化)[42]，有研究表明該區(qū)域氣候在20世紀(jì)80年代發(fā)生了較大變化[43]，氣候變化將使岷山地區(qū)野生動(dòng)物適宜生境面積銳減，改變其分布的海拔高度和緯度[44]。流動(dòng)性較強(qiáng)、分布廣泛、基因變化性較快和繁殖時(shí)間較短的物種將更能夠適應(yīng)氣候變化的加快并生存下來(lái)，而分布范圍有限、擴(kuò)散能力弱、生殖間隔較長(zhǎng)、對(duì)生境要求苛刻的物種，對(duì)氣候變化的損害將更為敏感[45]。本研究發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)80年代初期研究區(qū)內(nèi)生境惡化嚴(yán)重(圖4)，但至90年代初期該區(qū)域生境得到了較好的恢復(fù)，這一變化過(guò)程可能與本區(qū)的氣候條件轉(zhuǎn)變有一定關(guān)系[43]。然而，氣候變化對(duì)川金絲猴生境的影響的程度以及影響機(jī)制則有待進(jìn)一步深入研究。

除氣候變化對(duì)野生動(dòng)物生境產(chǎn)生影響外，人為干擾因素亦對(duì)景觀格局產(chǎn)生顯著影響，使得生境破碎化程度加大，連通性減低[42]。人為干擾因素(如道路、放牧、采伐、耕種、狩獵、挖藥以及割竹打筍等)使得不同生境間的連通性減低，動(dòng)物被人為的割裂成孤立狀態(tài)，故而加強(qiáng)保護(hù)區(qū)內(nèi)部巡護(hù)力度，減少人為干擾對(duì)保護(hù)珍稀瀕危動(dòng)物尤為重要。此外，在加強(qiáng)保護(hù)區(qū)內(nèi)部的保護(hù)力度外，也應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)區(qū)外部的保護(hù)。本文研究發(fā)現(xiàn)(圖2)自20世紀(jì)90年代開始，保護(hù)區(qū)外部人為干擾迅速增加，主要表現(xiàn)在建筑、道路面積逐年增加上，強(qiáng)烈的人為干擾迫使川金絲猴的分布海拔高度增加，其最適宜和適宜面積受到影響較為突出(圖4)，故而，加強(qiáng)保護(hù)區(qū)周邊緩沖區(qū)內(nèi)的保護(hù)力度，對(duì)于保護(hù)川金絲猴生境顯得尤為必要。

國(guó)家重大生態(tài)恢復(fù)工程改善了野生動(dòng)物生境。為了降低土壤侵蝕、荒漠化及增加森林覆蓋率，我國(guó)自上世紀(jì)末采取了多項(xiàng)生態(tài)恢復(fù)工程，如天然林保護(hù)工程(NaturalForestConservationProgram,NFCP)、退耕還林工程(Slopelandconversionprogram,SLCP)等，其中NFCP包括禁止對(duì)天然林砍伐，安置林業(yè)工人、加大科學(xué)研究力度等措施[46- 47]，目前該工程已初見成效[48]，這表明生態(tài)恢復(fù)工程將導(dǎo)致大尺度、轉(zhuǎn)換性的變化，并將對(duì)地區(qū)以及國(guó)家產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[49]。本文研究亦表明自20世紀(jì)80年代該研究區(qū)生境質(zhì)量遭到嚴(yán)重惡化，之后得到了逐漸恢復(fù)，特別是2003—2014年研究區(qū)內(nèi)的生境質(zhì)量呈持續(xù)恢復(fù)趨勢(shì)，使得川金絲猴、大熊貓等國(guó)家瀕危動(dòng)物的生境得到了改善[50]，為更多的動(dòng)物種群提供了生存空間，生物多樣性得到了較好的保護(hù)。

3.5不確定性分析

遙感數(shù)據(jù)空間、時(shí)間分辨率帶來(lái)的不確定性。本研究雖然對(duì)MSS、TM以及OLI影像進(jìn)行了圖像增強(qiáng)、裁切以及直方圖匹配等預(yù)處理，但空間分辨率的差異(表1)帶來(lái)的誤差為本研究帶來(lái)了不確定性。此外，遙感影像時(shí)相的不同選擇也可能導(dǎo)致結(jié)論上的差異。研究發(fā)現(xiàn)，單純從1975—2014年整個(gè)時(shí)段分析，研究區(qū)生境質(zhì)量變化并不顯著(表4)，但通過(guò)分析各個(gè)時(shí)段發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)生境質(zhì)量卻經(jīng)歷了較劇烈的變化，高時(shí)間分辨率的影像是正確認(rèn)識(shí)生境質(zhì)量格局變化的關(guān)鍵。在40年的時(shí)間跨度內(nèi)僅選取了5個(gè)時(shí)期進(jìn)行了探討，在表達(dá)真實(shí)生境變化過(guò)程的代表性上存在一定的局限性，如我國(guó)實(shí)施天然林保護(hù)前后(1998年開始實(shí)施)生境質(zhì)量如何變化？變化速度、方向如何？這些問(wèn)題需要增加更接近工程實(shí)施前后的影像，從而進(jìn)一步深入探討生境質(zhì)量對(duì)人為干擾的響應(yīng)機(jī)制。

本研究對(duì)生境質(zhì)量變化狀況進(jìn)行了定量化的分析，結(jié)果表明，近40年來(lái)研究區(qū)生境質(zhì)量經(jīng)歷了由惡化到逐漸改善，且后期(2003—2014年)改善速度明顯減緩的過(guò)程。雖對(duì)產(chǎn)生這種變化格局原因通過(guò)氣候變化和人為干擾兩個(gè)角度進(jìn)行了闡述，但以定性描述為主，定量化研究不足，那么如何區(qū)分氣候變化與人為干擾的影響？?jī)烧邔?duì)生境格局變化的貢獻(xiàn)率有多少？都有待深入探討。

致謝：感謝西華師范大學(xué)王偉，楚原夢(mèng)冉野外調(diào)查工作的協(xié)助。

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Habitat pattern dynamics of the Golden snub-nosed monkey in Baihe Nature Reserve, Minshan Mountains, China, over the past 40 years

LI Yanzhong1,3,4, DONG Xin2,*, LIU Xuehua3

1InstituteofGeographicSciencesandNatureResourceResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2ChinaWestNormalUniversity,Nanchong637009,China3SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China4UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Key Words:Golden snub-nosed monkey; habitat pattern; climate change; human disturbance; Baihe Nature Reserve

Abstract：High quality habitat is generally considered an essential factor for the survival and reproduction of wildlife. Changes in habitat quality have significant impacts on wildlife. Therefore, there is a need for an objective and quantitative method that can be used to investigate the dynamics of wildlife habitat change. As a globally recognized endangered species, the Golden snub-nosed monkey (Rhinopithecusroxellana) has become one of the animals under first-class state protection in China. However, habitat loss and fragmentation, caused by anthropogenic activities and climate change, has seriously affected the habitats of the Golden snub-nosed monkey. An effective assessment system for its habitat dynamics will improve effective conservation management. The traditional field survey for evaluating habitat quality is a time-consuming method. However, the rapid development of 3S techniques and the application of 3S integration have improved the study of the spatiotemporal dynamics of the Golden snub-nosed monkey habitat pattern. The Baihe Nature Reserve in the Minshan Mountains was used to measure the spatiotemporal variations in the Golden snub-nosed monkey′s habitat pattern. A series of optimal Landsat MSS/TM/OLI remotely sensed images for 1975—2014 were collected. Then a decision tree classification was employed to acquire land cover maps based on expert knowledge. In addition, spatial canopy coverage maps were derived from a linear correlation model between the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and measured canopy coverage. The life habit of the Golden snub-nosed monkey was obtained by analyzing field data collected from April 2011 to April 2012 and during the whole of 2013 using mathematical statistics and spatial analysis methods, which formed the basis for evaluating the habitat. Finally, an effective habitat assessment system for the Golden snub-nosed monkey was constructed using the Analytic Hierarchy Process (AHP) method to quantitatively analyze the dynamics and trends of the habitat pattern over the past 40 years. The results indicated that the habitat in the Baihe Nature Reserve changed from good quality to deteriorated status, and then gradually recovered. Both the most suitable and suitable habitat areas decreased initially and then increased gradually, while the relatively suitable and unsuitable habitat areas showed the opposite trend. From 1975 to 1982, all habitats varied significantly, especially for the most suitable and unsuitable habitats, and the total habitat qualities considerably declined. From 1982 to 1994, the habitat quality improved and this trend continued between 1994 and 2003, but from 2003 to 2014, total habitat quality stabilized. Climate change and human disturbance are two critical factors responsible for the habitat dynamics in the study area. To some extent, the habitat change in the 1980s was related to climate change, whereas human disturbance became increasingly evident after the 1990s. This study will improve understanding about the response to spatial and temporal variations in the Golden snub-nosed monkey′s habitat caused by increasing climate change and human disturbance. This research also provides scientific support to the management and conservation of these endangered wild animals.

基金項(xiàng)目:國(guó)家林業(yè)局資助項(xiàng)目(401295)

收稿日期:2014- 09- 23; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 05

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: gardenwdx@126.com

DOI:10.5846/stxb201409231885

李艷忠, 董鑫, 劉雪華.40年岷山地區(qū)白河自然保護(hù)區(qū)川金絲猴的生境格局動(dòng)態(tài).生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(7):1803- 1814.

Li Y Z, Dong X, Liu X H.Habitat pattern dynamics of the Golden snub-nosed monkey in Baihe Nature Reserve, Minshan Mountains, China, over the past 40 years.Acta Ecologica Sinica,2016,36(7):1803- 1814.