閆瑞強 ，沈渭壽，趙 衛(wèi)，歐陽琰

(1.南京信息工程大學地理與遙感學院，江蘇 南京 210044；2.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 210044)

生境適宜性評價作為生境保護的重要研究手段,通過分析生物對生境的需求與區(qū)域自然環(huán)境之間的匹配度,明確野生動物適宜生境的分布范圍與特征[1],可以為野生動物、生物多樣性保護等提供決策依據(jù)。目前生境適宜性評價方法主要有最大熵原理(MAXENT)模型[2-3]、生態(tài)位適宜度模型[4-5]、生境適宜度指數(shù)(HSI)模型[6]以及景觀指數(shù)[7-8]等。其中，由美國漁業(yè)與野生動物局于20世紀80年代初期開發(fā)的HSI模型基于生境選擇、生態(tài)位分化和限制因子等生態(tài)學理論,構(gòu)建起動物與生境變量之間的函數(shù)關(guān)系[9],因其可以直觀定量識別物種適宜生境分布,近年來被廣泛應用于國內(nèi)外相關(guān)的動物生境評價中。如KAMINSKI 等[10]對德克薩斯州黑熊恢復區(qū)黑熊適宜生境進行評價,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有適宜生境足以支撐現(xiàn)有黑熊數(shù)量;王志強等[11]發(fā)現(xiàn)丹頂鶴適宜繁殖生境呈條帶狀或塊狀分布,主要集中在保護區(qū)核心區(qū)內(nèi);趙志軒等[12]評價白洋淀大鴇適宜生境分布,發(fā)現(xiàn)適宜生境分布相對集中且僅占流域面積的13.2%;諸葛海錦等[13]發(fā)現(xiàn)藏羚羊1/3的適宜生境游離于保護區(qū)之外;朱麗娟等[14]將景觀連接度與生境適宜性指數(shù)模型結(jié)合,分析丹頂鶴適宜生境內(nèi)景觀特征,發(fā)現(xiàn)丹頂鶴生境破碎化嚴重。

黑頸鶴是我國一級重點野生保護動物[15],也是被收入世界《瀕危野生動植物物種國際貿(mào)易公約》(CITES)附錄1的重要物種之一[16]。據(jù)統(tǒng)計,世界上80%的黑頸鶴在西藏“一江兩河”〔雅魯藏布江(以下簡稱“雅江”)及其支流拉薩河和年楚河〕地區(qū)越冬[17]。因為全球變化影響的日益凸顯以及西藏生態(tài)環(huán)境的敏感性,西藏黑頸鶴越冬地生境面臨緊迫威脅。目前,國內(nèi)已有相關(guān)研究大多集中在黑頸鶴行為[18]、食性[19]、覓食地選擇[20]和夜棲地選擇[21]等方面。關(guān)于黑頸鶴生境適宜性,特別是西藏黑頸鶴生境適宜性評價的研究較少。為了加強黑頸鶴種群保護,亟需開展該領域的深入研究。鑒于此,以雅江中游黑頸鶴國家級自然保護區(qū)日喀則片區(qū)為研究區(qū)域,開展黑頸鶴越冬地生境適宜性評價,并利用保護比例和保護效率指數(shù)等分析自然保護區(qū)對黑頸鶴生境的保護狀況,以期為強化雅江中游黑頸鶴國家級自然保護區(qū)管理,優(yōu)化自然保護區(qū)功能區(qū)規(guī)劃,加強黑頸鶴及相關(guān)瀕危野生動植物物種保護等提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西藏雅江中游河谷黑頸鶴國家級自然保護區(qū)位于北緯28°39′～30°00′,東經(jīng)87°34′～91°54′之間,平均海拔約4 000 m,分為日喀則雅江中游河谷區(qū)、拉薩河流域河谷區(qū)和羊卓雍錯湖泊濕地區(qū)3個片區(qū),保護區(qū)地跨西藏“一江兩河”流域大片河谷濕地、農(nóng)田和羊卓雍錯湖泊濕地(圖1)。保護區(qū)年均溫為6 ℃,年均降水量為450 mm,且降水主要集中在夏季,黑頸鶴越冬期降水較少。

1—日喀則雅江中游河谷區(qū); 2—拉薩河流域河谷區(qū); 3—羊卓雍錯湖泊濕地區(qū)。

保護區(qū)屬于野生動物類型保護區(qū),主要保護對象為國家一級保護動物黑頸鶴(Grusnigricollis)、斑頭雁(Anserindicus)和赤麻鴨(Tadornaferruginea)等,是其主要的越冬棲息地。保護區(qū)擁有較為完整的濕地生態(tài)系統(tǒng),具備黑頸鶴越冬的必要條件,具有極為重要的保護價值。黑頸鶴每年10月至次年3月在此越冬,其棲息地主要分布在海拔3 500～4 100 m的雅江中游以及拉薩河、年楚河的河谷和農(nóng)田地帶。黑頸鶴覓食和休息主要選擇農(nóng)田、草地、河岸和沼澤地等生境,這些生境能夠滿足黑頸鶴生存所需的食物和飲水條件。黑頸鶴對夜宿地的選擇相對嚴格,一般只選擇視野開闊的淺水邊或有植被覆蓋的江心洲。

近年來,修筑堤壩導致作為黑頸鶴重要棲息環(huán)境的草甸濕地面積急劇減少,同時當?shù)剞r(nóng)民為了增加耕地面積而將濕地排干改造為農(nóng)場,這進一步侵蝕了黑頸鶴的棲息環(huán)境;當?shù)剞r(nóng)民在秋收后對土地實行翻耕,導致掉落的青稞和小麥被埋入地下,加大了黑頸鶴的采食難度;當?shù)厝罕娫诶骝?qū)使下采用下毒等手段捕捉斑頭雁和赤麻鴨等水禽,對黑頸鶴也形成一定的威脅。這些因素均對黑頸鶴的生存帶來了一定的威脅。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)數(shù)字高程模型(DEM)來自于中國國際科學數(shù)據(jù)平臺(2009年,30 m分辨率);1994和2005年Landsat TM 5以及2015年Landsat 8各2景影像來自于美國地質(zhì)勘探局(USGS)網(wǎng)站;保護區(qū)邊界數(shù)據(jù)由保護區(qū)管理局提供,向外做1 000 m拓撲作為研究區(qū)域;地形圖、道路和居民點數(shù)據(jù)來自國家基礎地理信息中心1∶25萬全國地形數(shù)據(jù)庫。

2016年10月在保護區(qū)工作人員陪同下,沿河谷開展黑頸鶴生境的野外調(diào)查,對青稞地和草地等地類進行定位、拍照。向保護區(qū)管護站工作人員了解黑頸鶴覓食和夜棲習性,并記錄黑頸鶴使用頻率較高的夜宿地和覓食地坐標。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理

首先對TM影像做幾何精矯正、輻射定標和大氣矯正等處理,使用研究區(qū)邊界裁剪影像,依據(jù)野外調(diào)查建立的解譯標志,用最大似然法對影像進行監(jiān)督分類,對分類結(jié)果進行Majority/Minority(重要/次要)分析、聚類處理去除小斑塊。土地利用類型分為農(nóng)田、河灘、草地、林地、沙地、水面、江心洲(包括有植被和無植被)和干涸河道,將分類結(jié)果轉(zhuǎn)成矢量數(shù)據(jù)。以斑塊為研究基本單元,使用ArcGIS軟件中的Near功能計算各斑塊至水源等影響因子的距離;利用空間分析模塊中Zonal工具計算各斑塊的平均高程和平均坡度。

2.2 生境適宜性評價

2.2.1 評價指標選擇

覓食地適宜性評價的關(guān)鍵是準確識別物種的習性和生境需求。食物是黑頸鶴選擇覓食地的主要因素[21];黑頸鶴覓食多選擇距水源較近的覓食地[22],因為水可供黑頸鶴飲用的同時還提供安全的覓食環(huán)境;棲息地面積是鶴類選擇棲息地的重要影響因素,面積大小與鶴類選擇該棲息地的概率成正比[23];越冬黑頸鶴白天的覓食地距離夜棲地較近,甚至某些夜棲地也是部分個體白天的覓食地[21];越冬期黑頸鶴主要活動在海拔3 500～4 100 m的雅江中游以及拉薩河、年楚河的河谷和農(nóng)田[17],且多分布在坡度小于30°的緩坡地帶[24];黑頸鶴趨向于在房舍周圍的農(nóng)田取食,容易受到人類、機動車輛和家畜的影響[25]。綜上所述,黑頸鶴覓食往往選擇地勢平坦、開闊且多水、食物豐富、距人類活動有一定距離的區(qū)域。黑頸鶴對夜棲地的選擇更為嚴格,出于考慮安全因素,在日喀則雅江中游河谷區(qū)主要選擇有植被覆蓋的江心洲棲息。

鑒于黑頸鶴的上述生活習性,結(jié)合野外調(diào)查,選擇3個一級指標和8個二級指標對其覓食地進行評價。3個一級指標分別為覓食地屬性、地理特征和人類活動干擾;8個二級指標分別為食物豐富程度、距水源距離、面積、距夜棲地距離、高程、坡度、距居民地距離和距道路距離。由于黑頸鶴對夜棲地選擇要求較高,筆者不對夜棲生境適宜性進行分級評價,只識別最適宜黑頸鶴夜棲的生境:距道路距離>300 m,距居民地距離>400 m,江心洲面積>0.1 km2。

2.2.2 指標權(quán)重計算

表1 覓食生境評價因子分級標準

Table 1 Criteria forgrading of factors for evaluation of feeding habitats

級別 食物豐富程度距水源距離/km面積/104m2距夜棲地距離/km高程/km坡度/%距居民地距離/km距道路距離/m適宜農(nóng)田<0.6>3<2.5<40～10>1>200較適宜河灘、草地0.6～1.52～32.5～54～4.5>10～30>0.3～1>100～200不適宜林地、沙地、水面、江心洲、干涸河道>1.5<2>5>4.5>30≤0.3≤100權(quán)重0.31280.19950.07670.04800.08610.17220.06980.0349

2.2.3 生境適宜性評價分級標準

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果結(jié)合實地調(diào)查結(jié)果,確定雅江中游河谷黑頸鶴國家級自然保護區(qū)黑頸鶴生境適宜性評價指標的分級標準(表1)。

2.2.4 生境適宜性評價方法

利用GIS軟件的空間分析功能,按照指標分級標準將食物豐富度等8個要素分類并按適宜性分值賦分(適宜區(qū)100分,次適宜區(qū)60分,不適宜區(qū)10分)[1]。結(jié)合各評價因子權(quán)重,對各個斑塊的各因子進行加權(quán)疊加運算,求得各斑塊的覓食適宜性得分,計算公式為

(1)

式(1)中,Si為第i個評價單元的分值,>80～100為適宜區(qū),60～80為次適宜區(qū),<60為不適宜區(qū)[26];hij為第i個單元第j個評價因子的分值;wj為第j個評價因子的權(quán)重,n=8。

2.3 保護現(xiàn)狀評價

通過構(gòu)建保護比例與保護效率指數(shù)[14],定量評估自然保護區(qū)各功能分區(qū)對黑頸鶴覓食生境的保護程度及其保護效率。

2.3.1 保護比例

保護比例為各級生境在各功能分區(qū)內(nèi)的分布面積與研究區(qū)內(nèi)該級生境總面積的比值,反映了自然保護區(qū)各功能分區(qū)對各級生境的保護程度,計算公式為

PR=PA/SA×100%。

(2)

式(2)中,PR為各功能分區(qū)的保護比例,%;PA為生境在功能分區(qū)內(nèi)的分布面積,km2;SA為生境在整個研究區(qū)內(nèi)的分布面積,km2。

2.3.2 保護效率指數(shù)

保護效率指數(shù)為適宜生境在各功能分區(qū)的分布面積與對應功能分區(qū)面積的比值,表征保護區(qū)功能分區(qū)規(guī)劃的合理性，計算公式為

CE=PA/PT。

(3)

式(3)中,CE為各功能分區(qū)的保護效率指數(shù),CE值越高,表明其保護效率越高;PT為功能分區(qū)的總面積,km2。

3 結(jié)果與分析

3.1 雅江中游黑頸鶴自然保護區(qū)日喀則片區(qū)黑頸鶴生境適宜性

1994—2005年適宜生境面積由254.13增至300.43 km2,2005—2015年適宜生境面積減少至164.11 km2,呈先增后減趨勢。1994—2005年次適宜生境面積稍有降低,2005—2015年次適宜生境面積增加418.99 km2,比例由22.43%增至35.78%。不適宜生境的面積呈持續(xù)降低趨勢,1994—2015年比例從68.95%降至59.00%(表2)。以上3類生境中,適宜和次適宜生境是黑頸鶴的可生存生境,面積由1994年的975.11 km2增加為2015年的1 287.48 km2,比例由31.05%增加為41.01%。

表2 1994—2015年黑頸鶴生境面積及比例變化

Table 2 Area and proportion of the habitats for black-necked crane from 1994-2015

生境類型1994年2005年2015年面積/km2比例/%面積/km2比例/%面積/km2比例/%適宜254.138.09 300.439.57 164.115.23次適宜720.9822.96704.3822.431123.3735.78不適宜2164.9468.952135.2468.001852.5759.00

從雅江中游河谷日喀則片區(qū)空間分布(圖2)來看,1994年黑頸鶴適宜生境主要分布在曲瑪鄉(xiāng)觀測站至扎西宗鄉(xiāng)觀測站之間的江心洲、達那答鄉(xiāng)觀測站至聯(lián)鄉(xiāng)觀測站之間的農(nóng)田和河灘,扎西崗鄉(xiāng)觀測站也有少量分布,次適宜生境主要分布在適拉孜鎮(zhèn)觀測站至扎西宗鄉(xiāng)觀測站的河谷兩側(cè)區(qū)域以及達那答鄉(xiāng)至聯(lián)鄉(xiāng)觀測站的雅魯藏布江北岸山間農(nóng)田,扎西宗鄉(xiāng)觀測站周邊亦有少量分布;2005年的黑頸鶴適宜生境分布位置與1994年基本相同,但分布面積呈增加趨勢,尤其是拉孜鎮(zhèn)觀測站以及艾瑪鄉(xiāng)觀測站至年木鄉(xiāng)觀測站之間,次適宜生境同樣大面積增長;2015年適宜生境面積出現(xiàn)大幅度萎縮,適宜生境呈小斑塊分布,次適宜生境在拉孜鎮(zhèn)觀測站至扎西宗鄉(xiāng)觀測站之間大面積萎縮,在扎西崗鄉(xiāng)觀測站至聯(lián)鄉(xiāng)觀測站之間增幅較大,這主要是由于生境退化,適宜生境轉(zhuǎn)化成次適宜生境。

圖2 雅江中游河谷日喀則片區(qū)黑頸鶴生境分布Fig.2 Distribution of the habitats for Black-necked cranes in the valley of the mid-stream of the Yarlung Zangbo in Shigatse

3.2 雅江中游黑頸鶴自然保護區(qū)日喀則片區(qū)黑頸鶴生境保護現(xiàn)狀分析

保護比例反映各功能分區(qū)對黑頸鶴生境的保護能力,保護效率指數(shù)反映保護區(qū)規(guī)劃的合理性,通過分析1994和2015年雅江中游河谷日喀則片區(qū)各功能區(qū)對黑頸鶴生境的保護比例及保護效率指數(shù),分析雅江中游河谷日喀則片區(qū)各功能分區(qū)及1 000 m外延區(qū)對黑頸鶴適宜生境的保護能力以及保護區(qū)規(guī)劃對黑頸鶴現(xiàn)狀生境保護的合理性(表3)。1994年適宜覓食生境的保護比例自核心區(qū)向?qū)嶒瀰^(qū)遞減,2015年緩沖區(qū)對適宜覓食生境的保護比例高于核心區(qū)，且核心區(qū)和緩沖區(qū)的保護比例較1994年升高,1994和2015年次適宜覓食生境和不適宜覓食生境自核心區(qū)向?qū)嶒瀰^(qū)遞增,2015年核心區(qū)對次適宜覓食生境的保護比例比1994年升高10.89%,1994和2015年核心區(qū)夜棲生境保護比例均在70%以上,夜棲生境主要分布在核心區(qū)內(nèi),2015年黑頸鶴夜棲生境在核心區(qū)的保護比例較1994年升高近10%。1994和2015年適宜覓食生境和次適宜覓食生境在1 000 m外延區(qū)的保護比例均較高,說明保護區(qū)周邊存在較多黑頸鶴適宜生境在保護范圍之外。1994年適宜覓食地的保護效率指數(shù)自核心區(qū)向試驗區(qū)遞減,次適宜覓食生境的保護效率指數(shù)緩沖區(qū)最高,核心區(qū)最低。2015年適宜、次適宜覓食生境和夜棲生境保護效率指數(shù)自核心區(qū)向試驗區(qū)遞減,不適宜覓食生境保護效率指數(shù)自核心區(qū)向試驗區(qū)遞增。2015年適宜覓食生境、不適宜覓食生境和夜棲生境在各功能區(qū)的保護效率指數(shù)較1994年均有所降低,次適宜覓食生境均升高,說明保護區(qū)規(guī)劃對適宜覓食生境和夜棲生境來說合理性降低,而對次適宜覓食生境的保護效果趨好。1 000 m外延區(qū)對黑頸鶴適宜覓食生境的保護效率指數(shù)除次適宜覓食生境有所升高外,其他生境面積均降低。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)黑頸鶴可利用生境分布位置相對穩(wěn)定,但不同年份的生境適宜性等級和面積不盡相同,總體上表現(xiàn)為適宜生境面積降低,次適宜生境面積升高,可利用生境面積升高。

(2)核心區(qū)和緩沖區(qū)對適宜覓食生境和夜棲生境的保護能力升高,實驗區(qū)對適宜覓食生境和夜棲生境的保護能力降低,僅核心區(qū)對次適宜覓食生境的保護能力升高,緩沖區(qū)和實驗區(qū)對次適宜覓食生境的保護能力降低。

表3 雅江中游河谷日喀則片區(qū)黑頸鶴生境保護比例和保護效率指數(shù)

Table 3 Proportion under protection and protection efficiency of the study area

年份生境 核心區(qū)緩沖區(qū)實驗區(qū)1000m外延區(qū)保護比例/%保護效率指數(shù)保護比例/%保護效率指數(shù)保護比例/%保護效率指數(shù)保護比例/%保護效率指數(shù)1994適宜覓食28.650.0926.380.0618.220.0226.750.09次適宜覓食11.610.1630.230.2943.220.2314.940.22不適宜覓食17.840.7521.440.6545.580.7515.140.69夜棲71.660.114.34018.360.015.630.012015適宜覓食29.330.0731.820.0512.660.0126.180.07次適宜覓食22.500.4723.330.3539.600.3314.570.33不適宜覓食12.950.4623.440.6047.860.6615.750.60夜棲81.380.0614.220.01004.390

(3)保護區(qū)規(guī)劃對適宜覓食生境和夜棲生境合理性降低,對次適宜覓食生境合理性升高。

(4)從外延區(qū)的對各生境的保護比例來看,保護區(qū)周邊仍存在大量黑頸鶴可利用生境沒有納入保護范圍。

4.2 建議

(1)保護區(qū)管理部門應加強黑頸鶴的保護宣傳工作,讓保護區(qū)內(nèi)農(nóng)民充分認識到黑頸鶴的稀有性和保護的重要性;為了防治病蟲害提高產(chǎn)量,當?shù)剞r(nóng)業(yè)部門要求當?shù)剞r(nóng)民對收割后土地進行翻耕,建議采取補償措施鼓勵保護區(qū)內(nèi)農(nóng)民不翻耕或者推遲翻耕時間,保證越冬黑頸鶴食物量。考察中發(fā)現(xiàn)觀測站巡視人員多為當?shù)剞r(nóng)民,文化水平偏低,應加強對觀測站巡視人員關(guān)于黑頸鶴保護與監(jiān)測方面的培訓,實時監(jiān)控黑頸鶴生境變化與黑頸鶴種群動態(tài),以便更好地采取保護措施。

(2)分析3期評價結(jié)果發(fā)現(xiàn),雅江南岸達那答鄉(xiāng)觀測站至聯(lián)鄉(xiāng)觀測站之間保護區(qū)外圍存在大量適宜覓食生境和次適宜覓食生境,保護區(qū)北部大量高山區(qū)為不適宜生境,建議對雅江中游河谷日喀則片區(qū)保護區(qū)規(guī)劃做出適當調(diào)整,縮小江北山區(qū)范圍,增加江南范圍。

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