王 浩，楊德宏，滿亞洲

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基于GIS技術(shù)的動物物種管理及保護

王 浩，楊德宏，滿亞洲

（昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的動物地理學(xué)和生態(tài)學(xué)，其研究手段在野生動物研究中存在諸多的局限性，難以適應(yīng)野生動物研究的新形勢。同時，不同技術(shù)手段之間的融合應(yīng)用與發(fā)展也逐漸成為一種熱點和趨勢，因此，GIS技術(shù)應(yīng)運而生。目前，GIS技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，在諸多領(lǐng)域都發(fā)揮出了重要的作用，將GIS技術(shù)引入野生動物的物種管理及保護的研究之中，是近年來對于GIS技術(shù)的一種新的應(yīng)用。本文首先介紹GIS技術(shù)相關(guān)的基本理論，接著從幾方面綜合闡述該技術(shù)在動物物種管理保護研究中的應(yīng)用，以及在我國相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，以供參考。

GIS；動物物種；物種管理；物種保護

0 引言

動物是自然界的一部分，也是自然生態(tài)鏈中的一部分。我國新修訂的野生動物保護法于2017年1月1日開始正式實施，標(biāo)志著中國的動物保護工作進入了一個新的階段。將GIS技術(shù)融入對動物物種的管理和保護當(dāng)中不失為一種行之有效的手段和方法。GIS技術(shù)在我國動物物種管理與保護研究的相關(guān)應(yīng)用僅處于起步階段。動物物種管理和保護的研究使用GIS技術(shù)雖然取得了一些不錯的成果，然而卻并不能真正在野生動物物種的精確調(diào)查、監(jiān)測、分析、管理和保護等方面發(fā)揮作用。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計顯示，GIS技術(shù)在以下動物資源的管理保護中發(fā)揮了重要作用：青海三江源自然保護區(qū)借助GIS技術(shù)，選取多個生態(tài)因子對馬麝棲息地進行適宜性評價，以此開展對馬麝的物種管理與保護工作[1]；四川臥龍自然保護區(qū)內(nèi)利用GIS的相關(guān)技術(shù)研究動物的棲息環(huán)境，為大熊貓、小熊貓、金絲猴等珍稀物種的管理和保護管理提供信息；西雙版納國家級自然保護區(qū)建立了涉及高程、植被等多個主題層次的GIS系統(tǒng)，參與對多個熱帶珍稀動物物種的管理與保護等等[2]。然而GIS技術(shù)在野生動物物種的管理與保護工作上真正發(fā)揮重要作用，任重而道遠。

1 GIS技術(shù)的基本理論

地理信息系統(tǒng)（GIS——Geographical Information System）是建立在信息科學(xué)、空間科學(xué)以及地球科學(xué)基礎(chǔ)上的一門交叉學(xué)科[3]，它的發(fā)展與地理學(xué)、地圖學(xué)[4]、計算機科學(xué)、遙感技術(shù)等涉及空間數(shù)據(jù)的采集、處理和分析的多種學(xué)科和技術(shù)息息相關(guān)，是多種學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)果。目前，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用已逐漸深入到各行各業(yè)當(dāng)中，其應(yīng)用極為廣泛。

一個完整的地理信息系統(tǒng)主要是由四個部分組成，既計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）及系統(tǒng)的組織和使用維護人員。GIS的核心的部分是計算機系統(tǒng)，也就是計算機的軟件和硬件部分；空間數(shù)據(jù)反映GIS的信息內(nèi)容；系統(tǒng)的組織和維護人員決定了GIS系統(tǒng)的工作方式和信息的表達方式[5]。

GIS主要有以下6大功能：①空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲和編輯；②空間數(shù)據(jù)的操作運算；③空間數(shù)據(jù)的查詢和檢索；④空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析；⑤空間數(shù)據(jù)的更新；⑥空間數(shù)據(jù)的顯示和結(jié)果輸出。其中，GIS最為突出的功能是對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行綜合分析的功能，包括對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的采集、測量分類、處理、各種分析工作和決策支持等。[6-8]它能夠在計算機的支持下，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)和信息的精確快速的處理和分析。

2 我國野生動物管理保護現(xiàn)狀

野生動物資源作為十分重要且不可或缺的資源，對這項資源的保護工作不容忽視。野生動物資源是生物資源中不可或缺的重要部分，我國的地域十分遼闊，為不同種類、不同習(xí)性的野生動物提供了相應(yīng)的生存空間，可以說，中國是野生動物資源最多的國家之一。因此，加強對野生動物資源的管理保護工作對我國的國計民生有十分重要的意義。

2.1 當(dāng)前我國的野生動物資源面臨的威脅

在當(dāng)前形勢下我國的野生動物資源面臨著嚴(yán)重威脅，我國的生物資源十分的豐富，但是在現(xiàn)行的經(jīng)濟快速發(fā)展的形勢下，生物的穩(wěn)定性遭到了破壞，在《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》中所列出的世界性的瀕危物種當(dāng)中，中國的瀕危物種占據(jù)了近25%的比例。當(dāng)前，我國野生動物資源面臨著以下的威脅：棲息地環(huán)境嚴(yán)重破壞、資源枯竭加劇、外來物種入侵、環(huán)境污染加劇、物種遺傳多樣性減少、疾病種類增多[9]。

2.2 當(dāng)前我國野生動物保護現(xiàn)狀

近年來，我國對野生動物的管理與保護的研究工作不斷深入，取得了一定的成果。我國野生動物的管理與保護研究工作發(fā)展迅速，相關(guān)政策陸續(xù)出臺。

自上世紀(jì)九十年代開始，我國開展了多次全國性的野生動物資源調(diào)查，特別是針對生物物種多樣性的情況進行調(diào)查，以增加對我國野生動物物種情況的掌握，便于有針對性的采取對策。近年來，動物物種的瀕危問題已經(jīng)逐漸引起了人們的重視，諸多學(xué)者從遺傳學(xué)與生態(tài)學(xué)的角度研究分析了物種數(shù)量的減少和瀕危情況，揭示了當(dāng)前形勢下物種之所以受到威脅，除了自然環(huán)境被破壞甚至惡化之外，物種繁衍、生存與棲息的環(huán)境亦被破壞且破壞程度十分嚴(yán)重。因此，必須需建立瀕危物種管理機制，強化野生動物物種的保護程度。同時，對野生動物物種的繁衍、生存與棲息的環(huán)境保護刻不容緩，要想使野生動物物種保持良好的存續(xù)狀態(tài)，最為關(guān)鍵的是要恢復(fù)野生動物的棲息環(huán)境。這些年來，我國施行了對多種珍稀瀕危物種生存環(huán)境的恢復(fù)與種群的復(fù)壯工作，取得了一定的成效。

但是，我國的野生動物物種的管理和保護工作形勢仍不樂觀。聯(lián)合國大會將每年的5月22日定為“國際生物多樣性日”。山水自然保護中心于2017年5月22日，向公眾發(fā)布了《中國自然觀察2016》。這份報告評估了從2000年至2015年之間的1085個瀕危物種的保護狀況，其中包括了《國家重點保護野生動物名錄》中的全部物種。這份報告顯示，在2014年所評估過的174個物種當(dāng)中，保護狀況總體改善的有26種，維持現(xiàn)狀的有32種，變差的有116種；而當(dāng)名錄擴充至1085個物種后，評估顯示，保護狀況總體改善的只有102種，45個物種維持現(xiàn)狀，738個物種變差[10]。顯然，野生動物物種管理與保護狀況比之前更糟了。這就進一步說明野生動物物種的管理與保護工作是十分必要且意義深遠的。

3 GIS在物種管理與保護中的研究應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS——Geographical Information System）技術(shù)是從上世紀(jì)80年代初才在我國開始初步應(yīng)用，發(fā)展至今已然取得了一些成果，例如初步建成我國國家地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并正式投入使用；諸多專題地理信息系統(tǒng)（資源調(diào)查、規(guī)劃和環(huán)境、災(zāi)害監(jiān)測等方面）研制成功，投入使用后取得了不錯的研究成果，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益；智慧地球、智慧城市等技術(shù)發(fā)展迅速，并且在城市發(fā)展決策規(guī)劃中發(fā)揮重要作用。近年來，地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，實用化程度不斷提高，商品化進程、產(chǎn)業(yè)化進程正在加速發(fā)展并且不斷提高。然而，GIS技術(shù)野生動物物種管理與保護方面，還是相當(dāng)新的技術(shù)。

GIS技術(shù)在野生動物的物種管理與保護研究中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：

（1）研究野生動物棲息地的分布

通過遙感手段（RS）和實時定位（GPS）技術(shù)對所研究的特定目標(biāo)進行實時的動態(tài)空間信息的獲取，利用GIS的數(shù)據(jù)庫和分析功能，對數(shù)據(jù)進行實時地接收、處理、運算、分析等，繪制出野生動物繁衍、生存與棲息的分布圖、同時確定所研究區(qū)域的生物多樣性程度，進一步預(yù)測出目標(biāo)動物物種的主要分布區(qū)域以及其物種的豐富度。通過GIS自動繪制的研究目標(biāo)的分布區(qū)和物種豐富度，可以進一步研究目標(biāo)的棲息地分布特征和分布規(guī)律以及形成規(guī)律，并且為目標(biāo)動物的物種管理和保護制訂相應(yīng)的對策提供一定的科學(xué)依據(jù)。

GIS通過對所采集的目標(biāo)動物棲息地的地理位置、海拔和經(jīng)緯度可以對目標(biāo)物種的分布數(shù)據(jù)進行實時的收集和處理，實時體現(xiàn)目標(biāo)物種的動態(tài)變化，及時準(zhǔn)確迅速地自動繪制目標(biāo)動物物種的分布圖，并且及時處理分析，迅速得到變化后的目標(biāo)物種的豐富度。然后可以通過數(shù)值、文字，也可以用示意性的圖形或圖像、聲音、動畫等輸出，為其他的研究者提供實時的信息資源，實現(xiàn)全國乃至世界范圍內(nèi)的信息共享。

通過對數(shù)據(jù)資料的收集與整理，以紅耳鵯（Pycnonotus jocosus）在中國的分布變化（徐雪怡，2018）為例探討GIS技術(shù)在野生動物棲息地分布方面的應(yīng)用。

紅耳鵯物種從1976至2016年，這40年間，其動物地理亞區(qū)發(fā)生了比較大的變化。（圖1）1976年以來，至2016年，這40年當(dāng)中，紅耳鵯物種在中國的分布范圍呈現(xiàn)一種輻射狀擴散趨勢，而且這種趨勢在不斷加大。通過對資料的整理和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)紅耳鵯在中國的分布，在廣東廣西分布尤為明顯，在云南、貴州與福建等省份也有分布，在北方地區(qū)則較少出現(xiàn)。通過GIS手段對紅耳鵯的棲息地分布分析，發(fā)現(xiàn)其棲息地更多的選擇在林地灌叢等環(huán)境中，但是也發(fā)現(xiàn)紅耳鵯在人類活動的區(qū)域，如公園、綠化區(qū)帶等環(huán)境中棲息，故說明其可以適應(yīng)人類生存的環(huán)境[11]。

圖1 1976-2016年間紅耳鵯在中國的分布[11]

?標(biāo)記點：1976至1989 年分布地變化；□標(biāo)記點：1990至2005年分布地變化；○標(biāo)記點：2006至2016年分布地變化。

利用GIS技術(shù)可以將野生動物的物種信息、 生存環(huán)境及其動態(tài)變化信息實時地采集、處理并錄入地理坐標(biāo)體系當(dāng)中，極大地增強了對于空間問題的解決能力，同時也更使處理的結(jié)果更加精確快捷。這種研究動物物種分布空間格局的手段在野生動物物種的管理與保護的研究中具有十分重要的意義。

（2）研究野生動物物種多樣性的動態(tài)變化

GIS技術(shù)可以將通過遙感（RS）、全球定位（GPS）技術(shù)所采集到的野生動物繁衍、生存及棲息的自然環(huán)境（地形、地貌、植被等）[12]、生態(tài)環(huán)境（天敵、寄生者和生存環(huán)境的時空分布等）、歷史背景（氣候變化、生態(tài)環(huán)境中的原生物種變化、植被變化等）信息綜合起來，以此建立野生動物物種相關(guān)變化的動態(tài)分析模型，為相關(guān)物種的管理與保護提供決策和一定的科學(xué)依據(jù)[13]。

以青藏高原有蹄類動物的物種多樣性（蔣志剛，2018）例探討GIS技術(shù)在野生動物物種多樣性的動態(tài)變化方面的應(yīng)用。通過對資料的查閱，收集以及整理，我們能夠發(fā)現(xiàn)在青藏高原上，有蹄類動物物種分布大致是東部分布較密，西部較為稀疏，其中在巴顏喀拉山、橫斷山脈和昆侖山脈東段分布最多，喜馬拉雅山脈東段和祁連山脈分布次之，喜馬拉雅山脈西段和柴達木盆地分布最少（圖2）。

與青藏高原上有蹄類動物物種的分布密度不同, 青藏高原上特有的有蹄類動物物種主要集中分布在青藏高原的內(nèi)部，其中在巴顏喀拉山脈東段、祁連山脈南坡昆侖山脈東段的分布最多，青藏高原西北部分布次之，柴達木盆地、青藏高原東部和東南部分布最少（圖3）。

圖2 青藏高原有蹄類物種的分布密度[14]

圖3 青藏高原特有有蹄類物種分布密度[14]

青藏高原是探討生物進化、物種保育、人類與野生動物關(guān)系等多方面內(nèi)容的天然實驗室（陳發(fā)虎等，2017）。但是，由于青藏高原地區(qū)面積較大且內(nèi)部地形十分復(fù)雜，動物物種分布可能會隨著環(huán)境的不斷變化而變遷，同時，隨著研究的不斷深入與發(fā)展，我們還可能會發(fā)現(xiàn)新的有蹄類動物物種分布[14]。

通過GIS手段與已建立成功的生態(tài)學(xué)模型相結(jié)合，常常會被用來研究目標(biāo)動物物種生存的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中各重要組成部分的實時動態(tài)變化，這項融合技術(shù)成為了用來模擬野生動物物種多樣性動態(tài)變化最為強力且最為便捷和精準(zhǔn)的手段。

（3）研究野生動物物種管理與保護對策

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前地球上的生物物種的數(shù)量大約有200萬到1億左右。野生動物資源是十分重要戰(zhàn)略資源之一，動物的物種數(shù)量減少甚至瀕臨滅絕是當(dāng)前世界上所面臨的一個十分嚴(yán)峻的問題，因此對這項資源的保護工作不容忽視。當(dāng)前，人為的破壞是造成動物物種滅絕速度加快的一個最重要的因素。聯(lián)合國生物多樣性大會對生物物種的滅絕速度進行了估測，有關(guān)專家認為當(dāng)今地球上每小時約有3種生物滅絕，大約1天內(nèi)滅絕近72種生物，1年內(nèi)約有26280種生物滅絕[15]。雖然說對生物物種滅絕的確切的速度依然存在爭議，但是不能否認的是,地球上大部份的生物處在水深火熱之中。GIS技術(shù)在制定動物物種的管理與保護以及生物的物種多樣性的保護對策方面發(fā)揮了極為重要的作用。在應(yīng)用GIS評價動物保護區(qū)設(shè)置方面較為流行的是Scott提出的漏洞（Gap）分析模型[16]。Gap模型通過由衛(wèi)星圖像所獲取的植被分布的類型，同時以蝶類和脊椎動物等生物作為生物多樣性的指示物，然后采用GIS技術(shù)的地圖疊加功能確定當(dāng)前尚未被保護的生物物種。在對動物保護區(qū)的提出、規(guī)化和設(shè)計中，以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)的Gap模型能全面精準(zhǔn)快捷地對動物物種的分布狀況和管理與保護狀況進行評價。此外，生物多樣性信息系統(tǒng)在地理區(qū)域水平上保護動物物種多樣性十分有效，該系統(tǒng)利用GIS技術(shù)來收集生物多樣性的空間數(shù)據(jù)，然后將Gap模型和空間模型用于所收集的生物空間數(shù)據(jù)的運算、處理和分析，最后通過GIS的決策支持系統(tǒng)為動物物種管理與保護提供決策和一定的科學(xué)依據(jù)。

4 GIS在動物物種管理保護中面臨的問題

GIS技術(shù)在野生動物物種管理與保護以及生物多樣性的管理方面，其應(yīng)用面臨著十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要有以下幾點：

1）野生的動物具有天生警覺性和靈活的行動力，它們的躲避和藏匿行為使我們在野外取得相關(guān)的數(shù)據(jù)變得十分艱難；

2）野生動物在野外生存會遇到諸多問題，譬如季節(jié)、食物、自然災(zāi)害、疾病或其他原因，因此，其常常會處于遷徙狀態(tài)，這就會使我們很難對野生動物的種群或者個體進行準(zhǔn)確地定位；

3）野生動物所生存的地域存在著復(fù)雜的地形地貌，譬如由于森林中樹木的覆蓋，樹下的動物物種的情況和數(shù)據(jù)很難被精確獲取甚至在圖表中體現(xiàn)；

4）野生動物生存棲息的環(huán)境中，存在著復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈，不同動物物種之間存在著復(fù)雜的相關(guān)性，這直接影響著物種的繁衍生存和數(shù)量，然而這又使我們很難測定物種的精確數(shù)據(jù)。

這些問題使我們在動物物種的管理與保護和生物多樣性等方面的研究相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和輸出模擬變得十分困難，從而桎梏了GIS技術(shù)與動物物種管理與保護研究的融合發(fā)展。

5 結(jié)束語

基于GIS技術(shù)的野生動物物種管理與保護工作，是將GIS的地理空間信息技術(shù)與野生動物物種的空間分布、物種多樣性等專題信息有機結(jié)合，實現(xiàn)對現(xiàn)存的或者物種大量減少甚至面臨瀕危的野生動物的相關(guān)的信息資源進行收集、管理、處理空間分析、信息共享等。這項研究通過利用GIS技術(shù)的空間可視化以及圖形直觀的特點，為野生動物物種的管理與保護提供了一個安全可靠、功能強大、精準(zhǔn)快捷、操作簡便的GIS分析工具，為相關(guān)的研究和工作提供了進行決策和一定科學(xué)依據(jù)的分析平臺。

基于GIS技術(shù)的野生動物管理與保護工作在最近幾年取得了一些進展，但是與西方發(fā)達國家的野生動物物種管理保護工作相比還差得很遠。以加拿大為例，其所有的國家級保護區(qū)在上世紀(jì)90年代末期就開始建立相關(guān)的GIS平臺實現(xiàn)對動物物種的管理與保護工作，現(xiàn)在已形成了相當(dāng)成熟的GIS平臺和以及詳細和完備的數(shù)字化地圖，為野生動物的相關(guān)研究提供了巨大的支持和幫助。我國相關(guān)的研究工作正在展開并且逐漸普及，一些重要的專題地理信息系統(tǒng)逐步建立，并將長期而系統(tǒng)地為野生動物物種的管理與保護工作提供多樣性的信息資源、監(jiān)測和分析。GIS技術(shù)與野生動物研究工作相結(jié)合將在我國的動物物種的管理與保護工作中發(fā)揮出重要的作用。

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Animal Species Management and Protection Based on GIS Technology

WANG Hao, YANG De-hong, MAN Ya-zhou

(College of land and resources engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093)

In recent years, with the development of science and technology, the traditional sense of the animal geography and ecology, the research methods in the study of wild animals has many limitations, it is difficult to adapt to the new situation of wildlife research. At the same time, the integration application and development of different technical means have gradually become a hot spot and trend. Therefore, GIS technology emerges at the historic moment. At present, the application of GIS technology is more and more widely, all play an important role in many areas, introducing GIS technology to the species of wildlife management and protection of research, is for a new application of GIS technology in recent years. This paper introduces the related basic theory of GIS technology, then the comprehensive elaboration from several aspects in the study of the technical management in animal protection applications, as well as the corresponding application status and prospect in the field of in our country, for your reference.

GIS; Animal species; Species management; Species protection

TP701；Q958

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.12.026

王浩(1993-)，男，研究生，主要研究方向：地理信息系統(tǒng)。

王浩，楊德宏，滿亞洲. 基于GIS技術(shù)的動物物種管理及保護[J]. 軟件，2018，39（12）：111-115