馮蔚　劉有成　王明懷

摘要：隨著生物多樣性問(wèn)題的日益突出，對(duì)生物多樣性的研究與保護(hù)提出更高的要求。但由于傳統(tǒng)調(diào)查方法的局限性，迫切需要新的技術(shù)支持。將3S技術(shù)應(yīng)用于生物多樣性研究，一方面可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)調(diào)查手段的不足，另一方面為生物多樣性的調(diào)查研究提供了新的途徑與技術(shù)支持。本文簡(jiǎn)述傳統(tǒng)調(diào)查及其局限性，引出3S技術(shù)，在總結(jié)3s技術(shù)在生物多樣性研究中應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)其應(yīng)用發(fā)展前景進(jìn)行了展望，為林業(yè)調(diào)查研究提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；生物多樣性；調(diào)查研究

生物多樣性是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，近年來(lái)，由于生物資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，造成生境的喪失和片段化以及外來(lái)種的侵入，資源的保護(hù)與可持續(xù)利用面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，從而導(dǎo)致生物多樣性下降?！度珖?guó)生態(tài)環(huán)境規(guī)劃》中指出：我國(guó)已有15%～20%的動(dòng)植物種類受到威脅，高于世界平均水平的30%～50%。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地獲取生物多樣性現(xiàn)狀和變化信息，并對(duì)導(dǎo)致其變化的因素做出分析與評(píng)價(jià)，在目前生物多樣性研究與保護(hù)中具有重要的意義。傳統(tǒng)的調(diào)查研究方法因其局限性，難以滿足不斷深入的生物多樣性研究與保護(hù)的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展與完善，利用3S技術(shù)所進(jìn)行的生態(tài)學(xué)研究與應(yīng)用已深入到生態(tài)學(xué)的許多領(lǐng)域，為生物多樣性調(diào)查與研究帶來(lái)了新的思路與方法。

1調(diào)查方法

1.1傳統(tǒng)的調(diào)查方法

不同類型的生物多樣性數(shù)據(jù)是進(jìn)行生物多樣性研究與保護(hù)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響著評(píng)價(jià)與保護(hù)的結(jié)果。傳統(tǒng)方法主要是利用野外抽樣調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)和各地調(diào)查數(shù)據(jù)的手工匯集等方法獲得生物多樣性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性、準(zhǔn)確性和可靠性受到極大的限制，因而傳統(tǒng)的調(diào)查方法存在著下列局限性：

（1）受地面條件如地質(zhì)地形、水文、氣候等的限制且調(diào)查采樣點(diǎn)覆蓋面窄，對(duì)熱、高、寒等生物多樣性具有特殊意義的區(qū)域調(diào)查困難，常存在數(shù)據(jù)信息的空白。

（2）傳統(tǒng)調(diào)查技術(shù)定位精度低，對(duì)同一地點(diǎn)的重復(fù)準(zhǔn)確定位困難，難以實(shí)現(xiàn)真正意義的動(dòng)態(tài)探測(cè)，影響了數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性和可靠性，而且調(diào)查周期長(zhǎng)，信息系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，人力、財(cái)力耗費(fèi)大。

（3）傳統(tǒng)調(diào)查方法中數(shù)據(jù)收集主要依靠各地區(qū)生物多樣性資料匯集，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享困難，信息資源的浪費(fèi)嚴(yán)重。

1.23S技術(shù)

3S技術(shù)即遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及其相關(guān)技術(shù)是近年來(lái)正在蓬勃發(fā)展的一門綜合的高新技術(shù)。GPS具有全時(shí)域、全天候、全球空間的準(zhǔn)確定位和實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能，可為RS、GIS提供高精度、實(shí)時(shí)的空間定位信息，極大地拓寬了兩者的研究領(lǐng)域。因此，3S技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三者的在線連接和實(shí)時(shí)處理，將其系統(tǒng)化地應(yīng)用于生物多樣性調(diào)查，不僅可以獲得全時(shí)域、全天候、全球空間的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)連續(xù)的生物多樣性數(shù)據(jù)，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的快速處理和實(shí)時(shí)更新，為生物多樣性研究與保護(hù)提供有力的技術(shù)支持。

23S技術(shù)在生物多樣性研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

利用3S技術(shù)進(jìn)行生物多樣性研究，已經(jīng)成為生物多樣性研究的一種重要方法，目前主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

2.1生物種群調(diào)查

植被包括自然植被和人工植被以及野生珍稀動(dòng)物是生物多樣性研究和保護(hù)的重要目標(biāo)，綜合反映所在地的自然和社會(huì)條件，因而其變化信息在生物多樣性變化的研究中具有十分重要的意義。由于生存環(huán)境復(fù)雜，實(shí)地調(diào)查較為困難，效率不高，不能及時(shí)獲取生物多樣性變化信息，影響了生物多樣性研究和保護(hù)工作的進(jìn)行。但因每種生物都有其適宜生存的環(huán)境和生活習(xí)性，野生動(dòng)物往往具有特殊的棲息地，因此，通過(guò)對(duì)生境及其棲息地狀況的研究與分析，可以間接反映其生物多樣性情況，為生物多樣性保護(hù)與評(píng)價(jià)提供依據(jù)。由于遙感各波段對(duì)植被光譜反射信息較為敏感，加之遙感大范圍、多時(shí)相、多波段的特點(diǎn)，3S技術(shù)在生物多樣性調(diào)查中的應(yīng)用最早集中于植被類型的分布研究。我國(guó)利用MSS衛(wèi)星圖像對(duì)內(nèi)蒙古中東部的草場(chǎng)遙感調(diào)查，取得了較好的效果。Ringrose應(yīng)用GIS和綜合遙感技術(shù)進(jìn)行博茨瓦納南部植被變化的研究；Luque在遙感影像與GIS結(jié)合的基礎(chǔ)上，對(duì)新澤西國(guó)家森林保護(hù)區(qū)的景觀組成與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究，并用景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)人類活動(dòng)與自然干擾對(duì)景觀變化的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)；Purerdors等同利用AV HRR圖像和實(shí)地光譜測(cè)量的方法，對(duì)植被覆蓋率和植被指數(shù)的關(guān)系進(jìn)行研究，并得出了研究區(qū)域（蒙古和日本）的植被覆蓋率，促進(jìn)了3S技術(shù)在植被分布調(diào)查與研究中的定量化發(fā)展。Andrea等利用GIS、RS技術(shù)對(duì)鶴的棲息地進(jìn)行研究，通過(guò)數(shù)據(jù)層的生成、棲息地描述、分布預(yù)測(cè)，建立棲息地模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)研究區(qū)域鶴的生物多樣性信息的調(diào)查。而Pornse等利用遙感技術(shù)對(duì)Knaha國(guó)家公園里鹿的棲息地進(jìn)行研究，為國(guó)家公園的規(guī)劃管理提供了良好的決策支持。

2.2在生物多樣性分析與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

生物多樣性分析與評(píng)價(jià)是進(jìn)行生物多樣性保護(hù)的重要依據(jù)。通過(guò)生物多樣性GIS對(duì)資料的有效管理和共享，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，及時(shí)給出生物多樣性變化數(shù)據(jù)，建立分析模型，開(kāi)展生物多樣性分析與評(píng)價(jià)，為生物多樣性保護(hù)途徑提供可靠的決策支持，應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理和3S技術(shù)在區(qū)域的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與管理中受到廣泛重視。如李鋒等應(yīng)用3S技術(shù)對(duì)青海沙珠玉地區(qū)荒漠化進(jìn)行景觀監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)；GonzalezRebeles等㈣采用間隙分析，通過(guò)對(duì)Rio Bravo/Rio Grande地區(qū)進(jìn)行研究，得出該地區(qū)的景觀多樣性保護(hù)情況及其狀況評(píng)價(jià)取得了良好的效果。

33S技術(shù)在生物多樣性研究中的應(yīng)用前景

隨著地理信息系統(tǒng)、遙感和全球定位系統(tǒng)的發(fā)展，3S技術(shù)可為生物多樣性調(diào)查與研究提供更為強(qiáng)大的技術(shù)支持，由于生物多樣性問(wèn)題的全球化和生物多樣性保護(hù)的社會(huì)化必將推動(dòng)3S技術(shù)在生物多樣性研究中的應(yīng)用向更深和更廣的層次發(fā)展。從“3S”技術(shù)的特點(diǎn)和林業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)容分析，可以預(yù)見(jiàn)，“3S"技術(shù)將對(duì)未來(lái)林業(yè)產(chǎn)生以下影響：

3.1改變以往的森林資源調(diào)查作業(yè)方式

在生物多樣性調(diào)查中，GPS技術(shù)雖然已有所應(yīng)用，但往往只是簡(jiǎn)單的導(dǎo)航和定位功能，沒(méi)有與RS、GIS技術(shù)實(shí)行在線連接，影響了3S技術(shù)潛在和整體功能的發(fā)揮。因此，探索3S集成技術(shù)系統(tǒng)化應(yīng)用的路徑與方法，使其與傳統(tǒng)調(diào)查手段緊密結(jié)合，既發(fā)揮了3S技術(shù)豐富的數(shù)據(jù)源和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，又能充分地利用野外調(diào)查、取樣、試驗(yàn)分析的精確性優(yōu)勢(shì)，可對(duì)實(shí)現(xiàn)兩者的相互驗(yàn)證與補(bǔ)充。

3.2快速編制各種林業(yè)專題圖件

3 S技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，利用GIS海量數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的空間分析能力，將生物多樣性屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩者的相關(guān)分析與處理，將抽象的生物多樣性數(shù)據(jù)直觀地用各種地圖包括普通電子地圖和影像地圖、圖形、圖表等形式予以顯示。這樣就使原本簡(jiǎn)單堆積的數(shù)據(jù)可以靈活地應(yīng)用于縱向和橫向比較，并與其發(fā)生的區(qū)域緊密相連。

3.3有利于建立現(xiàn)代國(guó)家森林資源監(jiān)測(cè)與管理體系

對(duì)林火、病蟲(chóng)害等災(zāi)害事件監(jiān)測(cè)能力大大增強(qiáng)；地理信息系統(tǒng)則是獲取、存貯、查詢、模擬和分析大量數(shù)據(jù)的重要工具，為遙感技術(shù)的應(yīng)用在深度和廣度上提供了良好的技術(shù)環(huán)境與支持，使各種遙感應(yīng)用，如災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估、森林資源調(diào)查與管理，環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)查與分析、城市與區(qū)域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及規(guī)劃管理以及全球環(huán)境變化監(jiān)測(cè)等成為可能，同時(shí)也為遙感數(shù)據(jù)分類精度的提高，提供了有利的支持。

當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，知識(shí)更新日益加快，學(xué)科之間相互滲透、交叉的趨勢(shì)愈加明顯。3S技術(shù)在生物多樣性研究中的系統(tǒng)化應(yīng)用正朝著數(shù)據(jù)表達(dá)的可視化、綜合研究和網(wǎng)絡(luò)化、構(gòu)件化以及智能化的方向發(fā)展。3S技術(shù)是今后區(qū)域和全球生物多樣性研究的必然趨勢(shì)，應(yīng)用前景十分廣闊。

（收稿：2017-01-08）