潘德壽，龐毓雯，周音穎，黃雨馨，徐俊鋒

(1. 安吉縣濕地與野生動植物保護中心，浙江 湖州 313300； 2. 杭州師范大學遙感與地球科學研究院，浙江 杭州 311121； 3. 浙江省城市濕地與區(qū)域變化研究重點實驗室，浙江 杭州 311121)

安吉小鯢(Hynobiusamjiensis)屬兩棲綱有尾目小鯢科小鯢屬，其體表光滑，頭部扁平，軀干粗壯，前肢四趾，后肢五趾，無蹼，背部褐色，腹部灰褐色，通體無色斑[1].1990年，安吉小鯢首次在浙江省安吉縣龍王山發(fā)現，目前已知僅分布在龍王山及臨安清涼峰[2-3]，為我國特有的兩棲物種，被列入國家和世界保護名錄.

動物生境(即棲息地)是動物活動、繁衍的庇護所，開展生境研究是保護珍稀瀕危物種的前提，對動物種群的生長、繁殖起關鍵作用.全球變暖風險加劇，對不同的生態(tài)系統、動植物生境帶來了前所未有的威脅[4].越來越多的研究表明，溫度升高等一系列氣候問題已經或正在引起生物物種分布范圍、形態(tài)特征、生長規(guī)律等的變化，且預計將成為生物多樣性喪失的主要驅動力[5].這要求我們能夠快速掌握當前保護區(qū)的資源現狀，以便及時制定相應管理政策[6-7].

泥炭沼澤是安吉小鯢賴以生存的環(huán)境[8]，在當前氣候背景下，沼澤植被群落面臨退化、演替風險，進而威脅安吉小鯢的生長安全[7].泥炭沼澤水分依靠地表徑流和大氣降水補給，屬于低溫環(huán)境，因此降水和溫度是其生態(tài)結構功能變化的根本驅動力[9].傳統的環(huán)境生態(tài)監(jiān)測研究依靠野外觀測資料，不利于長時間周期和面狀分析的需要，而遙感技術在獲取、分析數據方面可提供強有力的支撐，近年來廣泛應用于野生動植物生境評估研究中[10-11].遙感歸一化植被指數(normalized difference vegetation index, NDVI)產品多用于植被長勢研究，能夠反映植被生長狀態(tài)以及空間分布狀況，已越來越多地作為評價生境質量的指標[10]用于評估保護區(qū)的生境安全.如劉雪華等[12]基于TM影像的NDVI曲線指出秦嶺2個自然保護區(qū)中生境類型基本保持穩(wěn)定；稅燕萍等[13]利用土地覆蓋和NDVI數據評估了拉薩河流域生境質量，指出NDVI對生境質量變化的反饋更為顯著；翁濤等[14]則利用更多的遙感指數產品評估了赤水桫欏保護區(qū)的保護成效；宋超等[15]通過NDVI近30年的變化規(guī)律分析了河北大海陀自然保護區(qū)中草甸植被對氣候變化的響應.這些研究均基于遙感產品評估了保護區(qū)的生態(tài)狀況及其對氣候變化的響應，但針對珍稀瀕危物種的生境安全研究仍有待提高.安吉小鯢作為一種極瀕危兩棲動物，其分布范圍有很大的空間限制性，面對當前劇烈變化的氣候條件，迫切需要開展相關生境安全研究，為保護區(qū)工作人員提供科學指導，以防止安吉小鯢數量的減少.

本研究通過氣象站點插值數據以及遙感植被指數產品，分析了2000—2015年氣溫、降水以及逐年9月份NDVI的變化規(guī)律，探究氣候變化下安吉小鯢保護區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化，以闡明當前安吉小鯢生境的穩(wěn)定性，這對保護我國瀕危物種有實際意義.

1 研究區(qū)概況

浙江龍王山安吉小鯢國家級自然保護區(qū)地處浙江省安吉縣的西南部(119°22′30″—119°26′15″E，30°22′30″—30°27′30″N)，總面積約7 000 hm2(圖1).區(qū)域海拔314.5～1 587.4 m[16]，其中最高峰為龍王峰，海拔1 587.4 m，為浙北第一高峰，此處發(fā)育了千畝田高山泥炭沼澤，為安吉小鯢的主要生境[2,16].保護區(qū)屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫12～17 ℃，年均降雨量1 700～1 900 mm，雨日165～175 d，年均無霜期為203～212 d.以東南季風為主的夏季風和以北風為主的冬季風使保護區(qū)形成了夏季多雨、冬季少雨、溫濕同步、干冷同季的季風氣候特點.同時，受山地地形地貌的影響，保護區(qū)內小氣候特征突出[16].

注：右圖底圖為安吉縣ASTER-GEDM.

2 材料和方法

2.1 數據源

本研究使用中國氣象數據網提供的浙江省境內19個標準氣象臺站(圖2)2000—2015年的月值氣象數據，包括9月份月平均氣溫和年均降水量.通過USGS平臺(https://lpdaac.usgs.gov/products/mod13q1v006/)下載2000—2015年的MOD13Q1產品(NDVI)，時間分辨率為16 d，空間分辨率為250 m.采用最大值合成方法，得到逐年9月份的NDVI數據，用于后續(xù)保護區(qū)植被長勢時空變化分析.

圖2 氣象站點分布Fig.2 Distribution of meteorological stations

2.2 氣象站點的Kriging插值

基于19個氣象站點2000—2015年逐年9月均溫和年降水數據，利用Arcgis 10.2.2獲得溫度和降水空間插值結果.

2.3 Theil-Sen Median非參數趨勢分析

采用Theil-Sen Median非參數方法[19]描述氣候指標和植被長勢多年來的時空變化趨勢.相比于傳統的參數分析法，Theil-Sen Median不易受到極端值的干擾，具有較強的魯棒性，其計算方法如下：

式中，i、j為年份，oneseti、onesetj表示對應年份的參考指標，分別為9月份月均溫、年降水和9月份NDVI值，S為n年中各指標在任意兩年變化的斜率的中位數.若S>0，表示指標表現出增加趨勢；若S=0，表示在該段時間內指標沒有變化；若S<0，則表示指標表現出減少的趨勢.

3 結果和分析

3.1 溫度和降水演變趨勢

由9月份月均溫插值圖(圖3)得到，安吉小鯢保護區(qū)9月份多年平均溫度為20～22 ℃，核心區(qū)的溫度較低，保護區(qū)周邊溫度較高.核心區(qū)海拔較高，為安吉小鯢的主要生境.通過非參數趨勢分析發(fā)現，近16年來保護區(qū)外圍溫度有降低趨勢(圖4A)，而安吉小鯢分布核心區(qū)的溫度則表現為升高趨勢，增溫幅度達0.007～0.017 ℃/a，高于我國大陸平均增溫幅度[20].由此可見，全球升溫對一些敏感區(qū)域產生的影響更大，而這也將威脅保護區(qū)內一些瀕危動植物的生長、繁殖.從年降水量的變化(圖4B)來看，保護區(qū)內降水呈現增長趨勢，增幅為21.5 mm/a.可見，保護區(qū)整體表現為暖濕化趨勢，且核心區(qū)溫度的升高和降水增加的程度更明顯，這將顯著影響安吉小鯢的生長活動范圍.

圖3 2000—2015年9月份年均溫度分布圖Fig.3 Average annual temperature distribution in September from 2000 to 2015

A.溫度

B.年降水量

對安吉小鯢來說，地表水文環(huán)境是其生長繁殖的關鍵環(huán)境因素，受氣候條件的影響[1].泥炭沼澤是一種特殊的濕地類型，其地表水文主要受年降水量控制[21-22].從水量平衡方程來看，對于給定區(qū)域，其水量結余為：

ΔS=(P+E1+R地表+R地下)-(q+E2+R′地表+R′地下).

式中，P為區(qū)域內給定時段內的降水量；E1為區(qū)域內水汽凝結量；R地表、R地下分別為給定時段內地表、地下流入區(qū)域的徑流量；q為區(qū)域內人類用水量；E2為區(qū)域內地表總蒸散量；R′地表、R′地下分別指給定時段內地表、地下流出區(qū)域的徑流量.

泥炭沼澤中的水量結余主要來自大氣降水，隨著保護區(qū)內降水量的增加，地表截留水分增多，這將促進喜水植被發(fā)育而抑制旱生植被生長，導致植被群落演替，給沼澤中安吉小鯢的生長繁殖帶來風險.為了保證動物生境的安全，一方面要保證區(qū)域生物多樣性穩(wěn)定，另一方面要維持其生境的空間分布格局.因此氣候條件是安吉小鯢可持續(xù)發(fā)展的基礎要素，仍需對保護區(qū)的氣候狀況進行分析.

3.2 NDVI演變趨勢

圖5 2000—2015年9月份NDVI變化趨勢Fig.5 Trend of NDVI changes in September from 2000 to 2015

本研究統計了保護區(qū)2000—2015年NDVI變化趨勢，從植被生長角度探究氣候變化對保護區(qū)生態(tài)安全的影響.如圖5所示，保護區(qū)的植被生長狀況整體表現為減少趨勢，即綠度減弱，其降幅為每年0.000 3.核心區(qū)的植被減少更為明顯，這與前文的溫度、降水空間分布格局相似.16年來，保護區(qū)暖濕化的發(fā)展趨勢，不但沒有促進植被生長，反而減緩了其生長進程，這與沼澤植被的生長適宜條件有關，沼澤中的優(yōu)勢物種泥炭蘚生長更傾向于冷濕的環(huán)境[23-24].而這種植被生長狀況減弱的趨勢將直接導致安吉小鯢生長活動空間壓縮，進而影響種群繁殖，威脅物種的保護.因此保護區(qū)管理人員應當關注植被群落的穩(wěn)定性和多樣性，以穩(wěn)定安吉小鯢棲息地的生態(tài)環(huán)境.

4 討論

本研究基于2000—2015年氣象數據和遙感植被產品分析了安吉小鯢國家級自然保護區(qū)內氣溫、降水和植被長勢的變化趨勢，結果表明，保護區(qū)的氣溫和降水均有增加，增幅分別為0.007～0.017 ℃/a和21.5 mm/a，呈現暖濕化趨勢，且保護區(qū)的核心區(qū)升溫明顯、降水增加多.氣候條件的改變使植被生長呈減弱趨勢，這與泥炭沼澤優(yōu)勢種泥炭蘚喜冷濕有關.這種不利于泥炭沼澤植被發(fā)育的氣候演變趨勢將導致保護區(qū)生態(tài)狀況變差，進而導致安吉小鯢生長、繁殖作用減弱.

4.1 局部暖濕化進程對安吉小鯢生境的影響

本研究發(fā)現安吉小鯢國家保護區(qū)面臨暖濕化發(fā)展趨勢，在此背景下，區(qū)域總體儲水量增加，但未來的水量平衡發(fā)展方向未知.從短期來看，隨著地表徑流的增多，地下水位的抬升，能夠推動沼澤發(fā)育，有利于安吉小鯢生長；但長遠而言，氣候暖濕變化將影響沼澤植被群落的生長過程、適宜類型等，且未來水資源短缺的潛在風險在加劇，因此需要保護區(qū)工作者保持警惕.此外，本研究在分析氣候變化過程時，只選取了氣溫和降水數據，對評估區(qū)域水量平衡而言是不夠的，后續(xù)研究應該加入更多的水文要素參與分析.

4.2 植被群落演變對安吉小鯢生境的影響

氣候變化可通過改變植物群落結構、生理特性等[25]對野生動物的食物、棲息地和種群繁育產生影響[26].安吉小鯢生活于泥炭沼澤優(yōu)勢種泥炭蘚下的腐殖質層中，產卵季節(jié)進入水坑[1-2]，其生存對泥炭蘚依賴度極高.而目前氣候變化的背景已導致泥炭沼澤面積銳減，也使沼澤植被群落發(fā)生演替，安吉小鯢的生存空間進一步縮小，瀕臨滅絕.本研究通過遙感植被指數的變化規(guī)律粗略反映了保護區(qū)內植被減少的趨勢，符合泥炭蘚退化過程，這將導致安吉小鯢棲息地銳減.為更精細地評估植被群落演替對安吉小鯢生境的影響，應當引入更多生態(tài)指標，結合遙感大范圍觀測的優(yōu)勢進行生態(tài)系統監(jiān)測，以指導保護區(qū)管理人員采取人工干預方式恢復保護區(qū)中的泥炭蘚群落，起到保護安吉小鯢的作用.