劉 伶,劉紅玉,*,李玉鳳,王 娟,謝富賦

1 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室,南京 210023 2 江蘇省地理環(huán)境演化國家重點實驗室培育建設(shè)點,南京 210023 3 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210023

丹頂鶴(Grusjaponensis)屬于大型涉禽,是國家一級保護野生動物,也是世界珍稀瀕危鳥類,全球野生丹頂鶴種群的數(shù)量僅為3050只左右[1]。目前,野生丹頂鶴包括日本北海道不遷徙的島嶼種群和遷徙的大陸種群兩大種群[2]。大陸遷徙種群中,根據(jù)遷徙路線可分為東部遷徙種群和西部[1- 4]遷徙種群。東部遷徙種群主要在朝鮮半島越冬,西部遷徙種群主要在中國東部長江中下游區(qū)域以及黃河三角洲地區(qū)越冬[3]。由于丹頂鶴西部遷徙種群數(shù)量變化比較顯著,近年來尤其引起關(guān)注,相關(guān)研究主要集中在近年來的種群數(shù)量與分布、棲息地變化與生境選擇,以及人為干擾影響等方面[4- 7]。多數(shù)研究時間尺度較短,空間尺度多為保護區(qū)范圍,缺乏從長時間、大尺度對丹頂鶴越冬棲息地時空變化的全面認識。本文通過對丹頂鶴越冬種群數(shù)量和棲息地歷史資料追蹤,結(jié)合對應(yīng)時期的土地利用數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析有資料記載以來蘇北地區(qū)丹頂鶴越冬種群數(shù)量和棲息地分布變化,并進一步從土地利用變化角度揭示其對丹頂鶴越冬棲息地的影響。研究結(jié)果為有效保護丹頂鶴越冬種群及其棲息地提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域選擇

根據(jù)歷史資料記載,研究區(qū)域選擇長江下游地帶的江蘇省北部區(qū)域(文中簡稱蘇北地區(qū))。該區(qū)是丹頂鶴西部遷徙種群集中越冬地,區(qū)域面積約8×104km2。此區(qū)域氣候溫和,屬于溫帶向亞熱帶的過渡性氣候,年均氣溫13—16℃,年均降水量724—1210mm。由于區(qū)域內(nèi)地勢低平、降雨量適中,河湖眾多,濕地廣布,再加上沿海獨特的淤泥質(zhì)海岸灘涂濕地,成為丹頂鶴及其他鳥類的主要越冬棲息地。

1.2 丹頂鶴種群數(shù)量及分布獲取方法

我國對丹頂鶴的調(diào)查始于20世紀80年代初期。由于缺乏大規(guī)模的國家統(tǒng)一調(diào)查數(shù)據(jù),其種群數(shù)量和分布只能通過對文獻資料的查閱獲取。具體操作為在中文期刊數(shù)據(jù)庫和Web of Science數(shù)據(jù)庫中以 “丹頂鶴”為主題詞和關(guān)鍵詞進行文章檢索,以縣為統(tǒng)計單位,對文獻中提及的各年份丹頂鶴分布棲息地和種群數(shù)量信息進行統(tǒng)計和分析。為了使數(shù)據(jù)具有可比性,記錄丹頂鶴棲息地分布位置和種群數(shù)量時,選取專業(yè)調(diào)查丹頂鶴棲息地和數(shù)量的文獻為準,對于同一區(qū)域不同作者的描述性數(shù)據(jù)只做一般性參考。

1.3 丹頂鶴棲息地類型數(shù)據(jù)獲取方法

研究以江蘇省1∶10萬的1980s、1995、2005、2015年土地利用數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)(該數(shù)據(jù)集來源于地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺-長三角分平臺)。其中,1980s的數(shù)據(jù)源包括1984和1985年Land sat遙感影像；2015年數(shù)據(jù)是利用原有的2010年土地利用數(shù)據(jù)和2015年高分一號遙感影像及GPS外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)更新。由于本文研究區(qū)域為江蘇省長江以北地區(qū),所以以長江為界對江蘇省各期影像進行了幾何校正、邊界裁剪和景觀重分類,得到研究區(qū)域各期土地利用類型圖。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間匹配,所有矢量數(shù)據(jù)層都轉(zhuǎn)換成Transverse Mercator投影體系,地理坐標系采用WGS- 1984坐標系。在ArcGIS 10.0系統(tǒng)下,對景觀類型數(shù)據(jù)進行拓撲處理、屬性賦值和統(tǒng)計計算,得到各期景觀類型分布圖(圖1)。

圖1 江蘇省長江以北越冬丹頂鶴棲息地類型分布圖Fig.1 Distribution of different types of habitats of wintering red-crowned crane in the northern area of Jiangsu Province

為了從景觀生態(tài)角度,理解與認識丹頂鶴越冬棲息地類型及其分布,對歷史時期的土地利用數(shù)據(jù)進行歸納和再分類,確定的景觀重分類體系如表1所示。

最后,在ArcGIS環(huán)境中疊加各期景觀類型圖,提取丹頂鶴棲息地信息,獲取棲息地斑塊類型數(shù)量與面積數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,選取能夠反應(yīng)棲息地景觀變化的指數(shù),包括斑塊面積、斑塊數(shù)量、斑塊平均面積和聚集度指數(shù)等,利用Fragstats 4.4進行統(tǒng)計分析,并利用SPSS 22.0軟件對丹頂鶴棲息地分布點變化及影響因素進行相關(guān)分析。

表1 江蘇省濕地景觀分類系統(tǒng)

2 結(jié)果分析

2.1 蘇北地區(qū)丹頂鶴越冬種群數(shù)量與分布動態(tài)

蘇北地區(qū)丹頂鶴越冬種群數(shù)量經(jīng)歷了一個波動的變化過程(表2[8- 11])。其中,較早記錄丹頂鶴分布時間的是1982年,丹頂鶴主要分布在江蘇省除高郵市和洪澤縣的沿?？h市,種群數(shù)量為361只,包括響水縣84只、濱?？h30只、射陽縣154只、大豐縣54只和東臺縣39只。1985—1988年期間,丹頂鶴越冬種群數(shù)量增加到600只左右。1991—1995年,丹頂鶴種群數(shù)量繼續(xù)增加,在700—800只之間,到1999年,達到峰值(1128只),約占當(dāng)年全球野生丹頂鶴數(shù)量的50%左右[12]。2000年以后,越冬丹頂鶴的種群數(shù)量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢,到2015年,種群規(guī)模下降到561只,約為1999年的1/2。

表2 江蘇省越冬丹頂鶴的數(shù)量及分布

—:調(diào)查當(dāng)日該地區(qū)無丹頂鶴分布

蘇北地區(qū)丹頂鶴數(shù)量波動變化與棲息地分布變化密切相關(guān)。從表2 可以看出,丹頂鶴越冬棲息地分布區(qū)域不斷變化。據(jù)資料記載,20世紀80年代,由于自然生態(tài)環(huán)境相對較好,丹頂鶴越冬分布范圍較廣,分布區(qū)主要集中在射陽縣、大豐縣和東臺縣,響水縣和濱?？h有小群分布,高郵市、洪澤縣、灌云縣、灌南縣和如東縣也有零星分布。到了20世紀80年代后期,丹頂鶴部分棲息地開始喪失,這一時期丹頂鶴越冬地主要分布在沿海射陽和大豐縣境內(nèi),響水縣、濱?？h和東臺縣有小部分種群,濱海縣自1986年開始沒有丹頂鶴分布的文獻記載。進入20世紀90年代,丹頂鶴分布區(qū)域范圍進一步縮小,這一時期丹頂鶴越冬棲息地主要分布在射陽縣、大豐縣和東臺縣境內(nèi),響水縣也有少量分布,射陽縣是丹頂鶴越冬集中分布區(qū)域。2000年以后丹頂鶴越冬棲息地主要分布在沿海的射陽縣和大豐縣境內(nèi),響水縣和東臺縣有小部分丹頂鶴種群分布。2005年以后,東臺縣境內(nèi)也已不見丹頂鶴分布。2011—2015年,丹頂鶴越冬棲息地進一步萎縮,響水縣、大豐縣陸續(xù)也不再有丹頂鶴分布記錄,越冬區(qū)域主要集中在射陽縣境內(nèi)。

總之,近30年來,蘇北地區(qū)丹頂鶴越冬種群數(shù)量和棲息地分布區(qū)域均發(fā)生較大變化。20世紀80至90年代,丹頂鶴廣泛分布于江蘇長江以北內(nèi)陸湖泊沼澤和沿海灘涂濕地中,種群數(shù)量曾高達千只以上,約占野生丹頂鶴種群數(shù)量60%左右。進入21世紀,丹頂鶴越冬種群數(shù)量開始減少,數(shù)量基本保持在每年四五百只左右。棲息地分布經(jīng)歷了由內(nèi)陸-沿海灘涂廣布向沿海灘涂濕地,再向射陽縣集中的過程。

2.2 丹頂鶴棲息地時空變化特征與趨勢

野生丹頂鶴十分敏感,對棲息地質(zhì)量要求較高。通過GIS技術(shù),可以將歷史時期丹頂鶴分布位置疊加在對應(yīng)的土地利用圖上。放大這些丹頂鶴分布點,發(fā)現(xiàn)丹頂鶴在越冬期喜好選擇植被覆蓋率較低,人類干擾較少,有淺水水域分布的地點覓食或棲息[5],其棲息地類型偏向于選擇堿蓬沼澤、蘆葦沼澤等濕地植被類型,而且棲息或者覓食地周圍一般有明水水域分布。丹頂鶴對人為干擾也較為敏感,一般會選擇回避人類活動頻繁的區(qū)域。丹頂鶴主要越冬棲息地類型及特征如表3所示。

由丹頂鶴棲息地分布變化圖可知(圖1),20世紀80年代,丹頂鶴廣泛分布于長江中下游的內(nèi)陸湖泊周圍和江蘇沿海地區(qū)。在內(nèi)陸湖泊區(qū)域,丹頂鶴越冬棲息地類型主要以人為干擾較小的湖岸灘地和葦蕩為主,如高郵湖或洪澤湖周圍的湖岸葦蕩；在沿海地區(qū)丹頂鶴越冬棲息地類型有葦草灘、鹽蒿灘、揚水?dāng)?、淺水庫、養(yǎng)殖塘及人類活動較少的鹽田、麥田等。隨著土地利用強度增大,人類活動干擾加強,內(nèi)陸湖泊周圍已不適合丹頂鶴棲息,丹頂鶴越冬棲息地逐漸轉(zhuǎn)移到沿海各縣市。20世紀90年代,丹頂鶴在沿海的棲息地廣泛分布在沿海灘涂濕地,到了21世紀初,棲息地分布點逐漸減少,分布方式也由連續(xù)分布變?yōu)殚g斷分布。目前,丹頂鶴越冬棲息地主要集中在鹽城市射陽縣內(nèi)。根據(jù)已有數(shù)據(jù),對丹頂鶴越冬棲息地分布點進行統(tǒng)計,結(jié)果顯示,自1983年以來丹頂鶴棲息地分布點逐漸喪失,變化趨勢如圖(圖2)所示,棲息地分布點由1983年的17個減為2015年的1個。

表3 丹頂鶴主要越冬棲息地類型及特征

進一步分析丹頂鶴的越冬棲息地類型及其變化(表4),發(fā)現(xiàn)研究時段內(nèi),內(nèi)陸湖泊周圍湖岸灘地的面積由1525.6km2減少為1343.53km2,損失率為12%；斑塊數(shù)量也由1024塊減少為859塊。沼澤地的面積由1980s的1703.23km2減少到2015年的752.37km2,損失率達55.83%,而且棲息地斑塊的數(shù)量也在減少。養(yǎng)殖塘面積由1980s的1423.83km2增加到2015年的2934.59km2,增幅達106%,說明大量自然濕地轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖塘,而且斑塊數(shù)量也由4098塊增加到6339塊,養(yǎng)殖塘的經(jīng)營管理方式變得更加精細。鹽田面積由1193.48km2減少為1026.58km2,斑塊數(shù)量由115個增加到287個,增加了1.5倍,反映出鹽田變得破碎化。農(nóng)田面積由56061.14km2減為51683.58km2,斑塊數(shù)量由3426塊減少為2922塊。由此可見,丹頂鶴各主要越冬棲息地類型的面積都存在不同程度喪失和破碎化,其中沼澤地面積喪失最為嚴重。

圖2 1982—2015年江蘇省長江以北丹頂鶴棲息地分布點數(shù)量Fig.2 Number of habitat distribution points of red-crowned crane in the northern area of Jiangsu Province from 1982 to 2015

棲息地類型Habitattype面積/斑塊個數(shù)Area(km2)/Numberofpatches1980s199520052015湖岸灘地Lakeshore1525.6/10241545.73/10451365.12/9071343.53/859沼澤地Marshland1703.23/4331502.60/427916.67/426752.37/389養(yǎng)殖塘Aquacultureponds1423.83/40981761.74/44682469.93/53762934.59/6339鹽田Saltfield1193.48/1151155.46/981105.44/2141026.58/287農(nóng)田Farmland56061.14/342654917.37/237354842.95/273251683.58/2922

景觀變化可以在一定程度上反映景觀格局的改變。通過對20世紀80年代以來丹頂鶴棲息地類型變化分析發(fā)現(xiàn)(表5),沼澤地和鹽田的平均斑塊面積及聚集度指數(shù)均呈減小趨勢。其中沼澤地平均斑塊面積從1980s的3.93km2降低到2015年的1.93km2,平均斑塊面積約縮小50%,聚集度指數(shù)由55.82%減少為35.91%。鹽田平均斑塊面積由10.38km2減小到3.58km2,平均斑塊面積縮小嚴重,聚集度指數(shù)由76.45%降低到75.34%。湖岸灘地和養(yǎng)殖塘平均斑塊面積呈現(xiàn)微弱的增加趨勢,聚集度指數(shù)有所提高,但由于這些地方人為活動比較強烈,不能成為丹頂鶴良好的棲息地。農(nóng)田平均斑塊面積變化波動,但總體上呈增加趨勢,聚集度指數(shù)總體呈降低趨勢。總的來說,丹頂鶴各棲息地類型的面積呈減少趨勢,聚集度指數(shù)也在降低,反映出丹頂鶴棲息地面積的喪失和破碎化。另外,丹頂鶴棲息地分布點的喪失也反映出棲息地破碎化比較嚴重。土地利用方式變化帶來的棲息地破碎化降低了丹頂鶴的生境適宜性,進而影響丹頂鶴的種群數(shù)量的變化[13]。

表5 丹頂鶴主要越冬棲息地類型景觀指數(shù)變化

2.3 丹頂鶴數(shù)量與棲息地變化的影響因素

越冬丹頂鶴種群數(shù)量變化與棲息地變化密切相關(guān),棲息地分布的動態(tài)變化必然會影響越冬丹頂鶴的生存活動,進而對種群數(shù)量造成影響。為了找出影響棲息地變化的驅(qū)動因素,本文搜集整理了1982—2015年江蘇省各年份統(tǒng)計年鑒,選擇與棲息地分布點相對應(yīng)的年份,從中篩選出能夠反映社會經(jīng)濟和土地利用影響的相關(guān)因子,如總?cè)丝跀?shù)(萬人)、地區(qū)生產(chǎn)總值(億元)、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值(億元)、房屋建筑施工面積(萬m2)、農(nóng)作物播種面積(×103hm2)等,最后利用SPSS 22.0軟件對棲息地分布點與各影響因子進行相關(guān)分析,結(jié)果見表6。

表6 棲息地分布點影響因素的相關(guān)分析

**表示在0.01水平(雙側(cè))顯著相關(guān)

由表6可以看出,丹頂鶴棲息地分布點與總?cè)丝跀?shù)、地區(qū)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、房屋建筑施工面積呈顯著負相關(guān),R值分別為-0.866、-0.643、-0.655、-0.614(P<0.01)。與農(nóng)作物播種面積呈顯著正相關(guān),R=0.813(P<0.01)。表明人口數(shù)量的增加會在一定程度上造成丹頂鶴棲息地分布點減少,主要原因是人口數(shù)量增加會導(dǎo)致人類活動增多,人為干擾增強,不利于丹頂鶴對棲息地的選擇利用。地區(qū)生產(chǎn)總值和第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值代表了經(jīng)濟發(fā)展水平,說明經(jīng)濟的快速發(fā)展對丹頂鶴棲息地變化有不利影響。房屋建筑面積與丹頂鶴棲息地分布點呈顯著負相關(guān),主要是因為房屋建筑面積的增加會侵占、擠壓其他用地類型面積,其中也包括越冬丹頂鶴棲息地,從而致使棲息地分布點喪失。農(nóng)作物播種面積增加對丹頂鶴的棲息地分布點變化有積極作用,這是因為農(nóng)田也是丹頂鶴的越冬棲息地類型之一。

以上結(jié)果顯示丹頂鶴棲息地分布點變化與土地利用方式及人為干擾活動密切相關(guān)。丹頂鶴各棲息地類型的格局變化表明,各棲息地類型的平均斑塊面積減小以及破碎化程度加深是丹頂鶴棲息地分布點減少的直接影響因素。棲息地面積減少、棲息地斑塊化和破碎化會影響棲息地質(zhì)量,進而影響丹頂鶴越冬種群數(shù)量的變化。

3 結(jié)論與討論

本文通過資料追蹤,結(jié)合不同時期土地利用數(shù)據(jù),對丹頂鶴越冬種群數(shù)量變化和棲息地變化進行了系統(tǒng)研究,得出基本結(jié)論如下：

(1)丹頂鶴越冬種群數(shù)量發(fā)生了較大變化,呈現(xiàn)先增加后減少趨勢,高峰期出現(xiàn)于20世紀90年代。導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的主要原因有以下幾點,一是20世紀80年代丹頂鶴不僅廣泛分布于蘇北區(qū)域,還分布于安徽、江西甚至湖北等地湖蕩區(qū)域[14],而該數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)計在內(nèi)；二是這時期丹頂鶴分布廣泛而零散,調(diào)查難度大,缺乏統(tǒng)一大規(guī)模調(diào)查數(shù)據(jù),而文獻記載的數(shù)據(jù)非常有限,不能全面反映丹頂鶴種群實際分布數(shù)據(jù)；三是我國對丹頂鶴種群及其棲息地研究的重視主要發(fā)生在20世紀90年代[15],這時期鹽城保護區(qū)對丹頂鶴越冬種群數(shù)量開展了每年一次的調(diào)查工作,詳細掌握了丹頂鶴越冬種群數(shù)量信息。

(2)丹頂鶴越冬棲息地分布范圍逐漸縮小,景觀破碎化嚴重。丹頂鶴是典型濕地鳥類,以各種類型的濕地為越冬棲息地。由于長江中下游地勢平坦,廣泛分布河湖灘地、沼澤地以及濱海灘涂濕地等類型,并且濕地分布具有面積大、連續(xù)程度高等特征,使得20世紀80年代丹頂鶴的越冬棲息地廣泛分布于這些區(qū)域。自20世紀90年代初開始,由于土地利用變化,內(nèi)陸湖岸灘地逐漸喪失了其作為棲息地的功能,丹頂鶴越冬分布范圍開始向沿海的射陽縣、大豐縣、響水縣、濱?？h及東臺縣轉(zhuǎn)移。進入21世紀初,沿海開發(fā)強度日益興旺,丹頂鶴沿海灘涂棲息地范圍進一步減少和破碎化,迫使丹頂鶴集中分布于鹽城市射陽縣的保護區(qū)核心區(qū)內(nèi),此結(jié)果與Su和Zou[16]、李海萍和李菁[17]等人的研究相同。

(3)丹頂鶴越冬棲息變化與人類土地利用方式和社會經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系密切。20世紀80—90年代,江蘇省經(jīng)濟發(fā)展水平較低,總?cè)丝跀?shù)、地區(qū)生產(chǎn)總值、房屋建筑施工面積都處于較低水平,自然環(huán)境保護較好。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展,建筑用地及工業(yè)用地面積快速擴張,嚴重擠壓了原生自然生境,丹頂鶴棲息地面積也不斷喪失。而且總?cè)丝跀?shù)增加,人類經(jīng)濟活動增強,使得各棲息地類型遭受不同程度的破碎化,影響丹頂鶴的生境適宜性,棲息地動態(tài)變化導(dǎo)致丹頂鶴種群數(shù)量的波動變化。綜合以上分析,發(fā)現(xiàn)丹頂鶴的越冬棲息地分布變化與周邊土地利用方式和強度及人為干擾密不可分,棲息地面積喪失和棲息地破碎化是影響丹頂鶴越冬種群數(shù)量的主要因素。另外,近年來的研究發(fā)現(xiàn)人為干擾對鳥類棲息地的影響所占比重越來越大[18]。

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