基于MAXENT模型的丹頂鶴越冬生境變化分析：以鹽城保護區(qū)為例

曹銘昌，孫孝平，樂志芳，崔 鵬，龔 溪，徐海根①

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；3.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇 南京 210044)

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基于MAXENT模型的丹頂鶴越冬生境變化分析：以鹽城保護區(qū)為例

曹銘昌1，孫孝平2，樂志芳1，崔 鵬1，龔 溪3，徐海根1①

(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037；3.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇 南京 210044)

鹽城保護區(qū)是全球野生丹頂鶴(Grusjaponensis)遷徙種群主要的越冬棲息地之一。近年來，丹頂鶴越冬生境變化顯著。應(yīng)用MAXENT模型，結(jié)合丹頂鶴野外調(diào)查數(shù)據(jù)和主要環(huán)境特征變量，對2000—2013年鹽城保護區(qū)丹頂鶴越冬生境變化和主要原因進(jìn)行分析。模型分析結(jié)果表明，到道路距離、到養(yǎng)殖塘距離和到米草灘距離，以及到蘆葦灘距離和到堿蓬灘距離分別是2000和2013年影響丹頂鶴分布的主要環(huán)境因子。2000—2013年期間，鹽城保護區(qū)內(nèi)丹頂鶴適宜生境面積持續(xù)減少，由94 571 hm2減少為22 365 hm2；適宜生境破碎化程度不斷加劇，分布格局由連續(xù)分布變?yōu)榧蟹植荚诤诵膮^(qū)周圍區(qū)域。丹頂鶴適宜生境喪失與保護區(qū)內(nèi)堿蓬灘、泥灘、鹽田面積大幅減少，養(yǎng)殖塘面積大幅增加有關(guān)。建議保護區(qū)在丹頂鶴越冬生境保護中做好以下工作：(1)加強核心區(qū)濕地生境保護和恢復(fù)；(2)加強實驗區(qū)和緩沖區(qū)人工濕地管護；(3)加強對保護區(qū)內(nèi)人為干擾活動的監(jiān)督和管理。

丹頂鶴；MAXENT模型；越冬生境；適宜生境；鹽城保護區(qū)

生境(棲息地)是野生動物生活的周圍環(huán)境,即動物個體、種群或群落在其生長、發(fā)育和分布地段上各種環(huán)境因子的總和,其優(yōu)劣直接關(guān)系到野生動物的生存和繁衍[1]。要保護好野生動物,首要問題是弄清它們的生境需求,預(yù)測和評估其適宜生境的空間分布格局和變化趨勢,為制定合理保護對策提供科學(xué)依據(jù)[2]。

自20世紀(jì)90年代以來,國內(nèi)外學(xué)者開始利用物種分布模型來預(yù)測目標(biāo)物種適宜生境分布,開展物種生境適宜性評價。其中,應(yīng)用較廣的包括廣義線性模型、廣義加法模型、分類回歸樹和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[3]。然而,以上模型需要物種的“出現(xiàn)點”和“不出現(xiàn)點”數(shù)據(jù),對于一些珍稀瀕危物種而言,“出現(xiàn)點”數(shù)據(jù)可以通過野外調(diào)查獲取,而“不出現(xiàn)點”數(shù)據(jù)很難獲取。同時,物種在某一地點沒有出現(xiàn),并不代表該地點為不適宜生境[4]。為此,只需要物種“出現(xiàn)點”數(shù)據(jù)的MAXENT模型近年來發(fā)展迅速,且預(yù)測精度較高,在物種分布預(yù)測、生境適宜性評價和外來物種入侵等研究中表現(xiàn)出較大的應(yīng)用優(yōu)勢[5-10]。

丹頂鶴(Grusjaponensis)是我國Ⅰ級重點保護物種,被《世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄》定為瀕危物種,全世界野生丹頂鶴種群數(shù)量約為2 750只[11-12]。丹頂鶴是一種大型濕地鳥類,對人類活動的敏感性較高,其繁殖地、停歇地和越冬地濕地生境的喪失和破碎化是全球丹頂鶴種群數(shù)量下降的主要原因之一[13]。

江蘇省鹽城國家級珍禽自然保護區(qū)是全球野生丹頂鶴遷徙種群主要的越冬棲息地之一。近年來,受濕地圍墾、填海造陸和互花米草(Spartinaalterniflora)入侵的影響,保護區(qū)內(nèi)丹頂鶴越冬棲息的原生生境持續(xù)喪失,丹頂鶴種群數(shù)量從2000年的1 100 只下降到近年的不足500只[13-14]。如何保護好丹頂鶴賴以生存的濕地生境,維持丹頂鶴野生種群數(shù)量,已成為保護區(qū)急需解決的問題。近年來,國內(nèi)學(xué)者圍繞保護區(qū)丹頂鶴種群動態(tài)[14]、生境選擇[15-17]、越冬期行為[18]和生態(tài)承載力[19]等開展了諸多研究,但鮮有研究利用生境評價模型定量分析丹頂鶴與環(huán)境關(guān)系,確定丹頂鶴適宜生境,分析丹頂鶴適宜生境變化及其原因。為此,筆者利用MAXENT模型,結(jié)合丹頂鶴野外調(diào)查數(shù)據(jù)和環(huán)境特征變量,對2000—2013年鹽城保護區(qū)丹頂鶴越冬生境變化和主要原因進(jìn)行分析,并提出保護對策與建議,希冀為保護區(qū)丹頂鶴生境保護與管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)范圍

研究地點位于江蘇省鹽城國家級珍禽自然保護區(qū)。2006年,鹽城保護區(qū)對保護區(qū)邊界范圍進(jìn)行了較大調(diào)整。為便于比較分析丹頂鶴越冬生境變化,將研究區(qū)界定為相同范圍:西、南、北邊界以2006年調(diào)整前的保護區(qū)邊界為準(zhǔn),東邊界以2006年調(diào)整后的保護區(qū)邊界為準(zhǔn)(圖1)。

圖1 研究區(qū)域范圍

鹽城保護區(qū)地處江蘇省鹽城市沿海地區(qū),為中國最大的海岸帶保護區(qū),海岸線長582 km,總面積247 260 hm2,轄東臺、大豐、射陽、濱海、響水和亭湖6 個縣(市、區(qū))的灘涂,主要保護對象是丹頂鶴等珍稀野生動物及其賴以生存的濱海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)。1983年保護區(qū)經(jīng)江蘇省人民政府批準(zhǔn)建立,1992 年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國家級自然保護區(qū),同年被聯(lián)合國教科文組織接納為“國際生物圈保護區(qū)網(wǎng)絡(luò)”成員,1996 年被納入“東北亞鶴類保護網(wǎng)絡(luò)”,1999年被納入“東亞—澳大利亞遷徙涉禽保護區(qū)網(wǎng)絡(luò)”,2002 年被列入《國際重要濕地名錄》。

1.2 丹頂鶴分布數(shù)據(jù)

近年調(diào)查結(jié)果表明,丹頂鶴在鹽城保護區(qū)的分布由連續(xù)分布變?yōu)辄c狀分布,且集中分布在保護區(qū)核心區(qū)和北緩沖區(qū)范圍內(nèi)[20]。因此,將調(diào)查區(qū)域設(shè)定在保護區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)內(nèi),并根據(jù)丹頂鶴近期分布記錄和道路可達(dá)性,在調(diào)查區(qū)域內(nèi)設(shè)置18條調(diào)查樣線。2013年12月—2014年1月,采用樣線調(diào)查和定點觀察相結(jié)合的方法,在保護區(qū)內(nèi)開展3次丹頂鶴越冬分布調(diào)查。調(diào)查過程中,利用單、雙筒望遠(yuǎn)鏡觀察丹頂鶴,如在某地發(fā)現(xiàn)丹頂鶴分布,則記錄分布點上丹頂鶴數(shù)量、生境類型和經(jīng)緯度坐標(biāo)。通過剔除3次調(diào)查中重復(fù)觀測到的丹頂鶴分布點,最后共獲得85個丹頂鶴越冬分布點。同時,王會等[21]和LIU等[16]在其研究成果中提供了2000年鹽城保護區(qū)丹頂鶴越冬期同步調(diào)查分布記錄,筆者提取了其中70個丹頂鶴越冬分布點的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

1.3 環(huán)境因子數(shù)據(jù)

1.3.1 環(huán)境因子的選擇

以往研究表明,在鹽城保護區(qū),蘆葦灘、堿蓬灘和鹽田等是丹頂鶴喜好的生境類型,也是丹頂鶴生境選擇的主要影響因素[15]。同時,丹頂鶴棲息和覓食的地點一般有水源分布,并對人類活動十分敏感[22]。筆者選擇生境類型、水分和人類干擾等作為影響丹頂鶴分布的主要環(huán)境因子。其中,生境類型因子包括到蘆葦灘、堿蓬灘、米草灘、泥灘和鹽田等的距離;水分因子包括到水源和河流的距離;人類干擾因子包括到道路、居民點、農(nóng)田和養(yǎng)殖塘的距離。

1.3.2 環(huán)境因子數(shù)據(jù)來源及處理

利用遙感影像提取環(huán)境因子數(shù)據(jù)。所用遙感數(shù)據(jù)為2景2013年12月1日Landsat 8影像,以及2景2000年6月5日Landsat 5 TM影像?？紤]到植被季節(jié)變化,在遙感解譯過程中還參照了2013年4月14日Landsat 8影像和2000年3月1日Landsat 5 TM影像。

在野外實地調(diào)查的基礎(chǔ)上,首先利用目視解譯法提取農(nóng)田、養(yǎng)殖塘、鹽田、居民點和海水水域等人工特征明顯的生境類型(圖2);隨后,基于目視判讀和野外調(diào)查采集的訓(xùn)練樣本,采用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法,提取堿蓬灘、米草灘、泥灘和蘆葦灘等生境類型信息(圖2)。采用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法,提取保護區(qū)內(nèi)的水分信息,采用目視解譯方法提取保護區(qū)內(nèi)的道路信息。所有信息提取完畢后,均將其轉(zhuǎn)化為30 m×30 m的柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲和管理。利用野外采集的隨機樣本檢驗影像解譯精度,各類環(huán)境因子的總體分類精度均達(dá)80%以上,能夠滿足研究需求。

圖2 2000和2013年保護區(qū)生境類型分布

1.4 丹頂鶴生境適宜性評價

利用MAXENT模型構(gòu)建丹頂鶴越冬生境分布預(yù)測模型。在模型構(gòu)建過程中,隨機選取25%的丹頂鶴分布點作為測試集(test data),剩余的作為訓(xùn)練集(training data),其他參數(shù)為模型默認(rèn)值。采用Jackknife法檢驗環(huán)境因子對物種分布的重要性和貢獻(xiàn)率,并利用受試者工作特征曲線(receiver operator characteristic,ROC)下面積(area under curve,AUC)評估模型預(yù)測精度。AUC取值范圍為0～1之間,其評估標(biāo)準(zhǔn)為:0.50～0.60,不及格;>0.60～0.70,較差;>0.70～0.80,一般;>0.80～0.90,良好;>0.90～1.00,優(yōu)秀[23]。

由于模型輸出結(jié)果為0～1之間的連續(xù)柵格數(shù)據(jù),需要將輸出結(jié)果重分類為0或1,其中,1為適宜生境,0為不適宜生境。MAXENT模型提供了多種閾值法將連續(xù)柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適宜/不適宜生境分布圖,其中,相同訓(xùn)練敏感性和特異性(equal training sensitivity and specificity,ETSS)被認(rèn)為能夠提供優(yōu)于其他方法的模型預(yù)測精度[24]。為此,筆者采用ETSS閾值法對模型輸出結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

利用景觀格局分析軟件Fragstats 4.1計算丹頂鶴越冬生境的景觀格局指數(shù),包括生境類型面積(CA)、生境類型面積比例(PLAND)、生境類型斑塊數(shù)(NP)、平均斑塊面積(AREA-AM)和最大斑塊指數(shù)(LPI)[25]。

2 研究結(jié)果

2.1 主要生境類型變化

2000—2013年,鹽城保護區(qū)內(nèi)呈堿蓬灘、鹽田、泥灘面積減少,養(yǎng)殖塘和居民點面積增加的趨勢。堿蓬灘面積從18 603 hm2減少為2 301 hm2,主要轉(zhuǎn)為養(yǎng)殖塘和蘆葦灘。鹽田面積從37 547 hm2減少為9 496 hm2,主要轉(zhuǎn)為養(yǎng)殖塘。養(yǎng)殖塘面積由52 995 hm2增加到108 624 hm2,主要由鹽田、泥灘、農(nóng)田、堿蓬灘和米草灘轉(zhuǎn)變而來(表1，圖3)。

從核心區(qū)和緩沖區(qū)來看,2000—2013年期間呈現(xiàn)養(yǎng)殖塘、農(nóng)田和米草灘面積增加,而堿蓬灘、蘆葦灘、泥灘和鹽田面積減少的趨勢。養(yǎng)殖塘面積增加最顯著,從11 801 hm2增加到27 787 hm2,主要由堿蓬灘、鹽田、蘆葦灘和米草灘轉(zhuǎn)來;堿蓬灘面積減少最顯著,從12 926 hm2減少為1 909 hm2,主要轉(zhuǎn)為養(yǎng)殖塘和蘆葦灘(圖3,表2)。

表1 2000—2013年鹽城保護區(qū)主要生境類型面積轉(zhuǎn)移矩陣

Table 1 Transition matrix of main types of habitats during 2000-2013 in Yancheng Nature Reserve hm2

生境類型泥灘居民點養(yǎng)殖塘農(nóng)田堿蓬灘米草灘蘆葦灘鹽田泥灘46349100812665 494 24989893310 8居民點11246523033600180養(yǎng)殖塘7063100370521138706510110農(nóng)田59117078266237859052483堿蓬灘15812169462668201978642850米草灘360119710589117734337817040蘆葦灘1522153982911016958220鹽田216126324827153801509475

行數(shù)據(jù)表示某類生境類型面積轉(zhuǎn)為其他生境類型面積，列數(shù)據(jù)表示其他生境類型面積轉(zhuǎn)為某類生境類型面積。

圖3 2000—2013年鹽城保護區(qū)全境以及核心區(qū)和緩沖區(qū)主要生境類型面積變化

2000—2013年期間,保護區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū)以及北部實驗區(qū)為堿蓬灘、蘆葦灘和鹽田等丹頂鶴喜好生境類型的主要轉(zhuǎn)變區(qū)域。北部實驗區(qū)主要是大量鹽田轉(zhuǎn)為養(yǎng)殖塘;核心區(qū)和緩沖區(qū)則主要是堿蓬灘、蘆葦灘和鹽田轉(zhuǎn)為養(yǎng)殖塘和農(nóng)田,以及部分堿蓬灘自然演替為蘆葦灘(圖4)。

2.2 丹頂鶴越冬生境分布與環(huán)境因子關(guān)系

ROC曲線分析結(jié)果表明,2000和2013年模型訓(xùn)練集和驗證集的AUC值均大于0.98,模型預(yù)測精度達(dá)到優(yōu)秀水平。Jackknife檢驗結(jié)果表明,到道路距離、到米草灘距離和到養(yǎng)殖塘距離是影響2000年丹頂鶴越冬生境分布的主要環(huán)境因子,其貢獻(xiàn)率分別為28.8%、26.4%和20.1%。而到蘆葦灘距離和到堿蓬灘距離對2013年丹頂鶴越冬生境分布有重要影響,其貢獻(xiàn)率分別為69.4%和21.2%(圖5)。

表2 2000—2013年鹽城保護區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū)主要生境類型面積轉(zhuǎn)移矩陣

Table 2 Transition matrix of main types of habitats in the core area and the buffer area in Yancheng Nature Reserve during 2000-2013 hm2

生境類型泥灘居民點養(yǎng)殖塘農(nóng)田堿蓬灘米草灘蘆葦灘鹽田泥灘8285 01513 192 02900 00居民點03677220000養(yǎng)殖塘0596162061011160農(nóng)田0295556626100100堿蓬灘205784576190078038820米草灘802464692450960蘆葦灘0123507212012512529410鹽田004238510000

行數(shù)據(jù)表示某類生境類型面積轉(zhuǎn)為其他生境類型面積，列數(shù)據(jù)表示其他生境類型面積轉(zhuǎn)為某類生境類型面積。

圖4 鹽城保護區(qū)內(nèi)丹頂鶴喜好生境類型的主要轉(zhuǎn)變區(qū)域

2.3 丹頂鶴越冬生境適宜性變化分析

根據(jù)ETSS閾值法,2000年丹頂鶴越冬生境適宜性分級標(biāo)準(zhǔn):Ia(適生值)<0.251,不適宜;Ia≥0.251,適宜。2013年分級標(biāo)準(zhǔn):Ia<0.147,不適宜;Ia≥0.147,適宜。2000—2013年,保護區(qū)丹頂鶴越冬生境表現(xiàn)為適宜生境面積減少、生境破碎化程度加劇的趨勢(表3)。其中,保護區(qū)丹頂鶴適宜生境面積由94 571 hm2減少為22 365 hm2;最大斑塊指數(shù)從8.37減少到4.06,平均斑塊面積從25 593 hm2·塊-1減少為22 365 hm2·塊-1。核心區(qū)和緩沖區(qū)也表現(xiàn)出相同趨勢。

A～K分別指到泥灘、養(yǎng)殖塘、堿蓬灘、米草灘、蘆葦灘、鹽田、農(nóng)田、水源、河流、道路和居民點距離。

由圖6可知,2000—2013年保護區(qū)丹頂鶴適宜生境從連續(xù)分布變?yōu)榧蟹植荚诤诵膮^(qū)周圍區(qū)域,保護區(qū)北部丹頂鶴適宜生境全部喪失,核心區(qū)、緩沖區(qū)和南部實驗區(qū)適宜生境面積也顯著減少。

表3 2000和2013年保護區(qū)丹頂鶴適宜生境景觀指數(shù)比較

Table 3 Landscape indices of the red-crowned crane suitable habitats in Yancheng Nature Reserve in 2000 and 2013

區(qū)域年份適宜生境面積/hm2適宜生境面積比例/%斑塊數(shù)/塊最大斑塊指數(shù)平均斑塊面積/(hm2·塊-1)保護區(qū) 20009457117.151148.37255932013223654.0614.0622365核心區(qū)和緩沖區(qū)20003631546.552042.803074420132074426.59126.5920744

圖6 2000和2013年保護區(qū)丹頂鶴越冬生境適宜性分布

3 討論與建議

MAXENT模型是一種基于最大熵原理的生態(tài)位預(yù)測模型,已由PHILLIPS等[5]開發(fā)成操作便捷、簡單易用的軟件系統(tǒng)。模型只需要“出現(xiàn)點”數(shù)據(jù),且在“出現(xiàn)點”數(shù)據(jù)較少的情況下,也具有較高的預(yù)測精度[5,23]。目前,MAXENT模型已經(jīng)成功地用于珍稀瀕危鳥類的生境適宜性預(yù)測研究中,且表現(xiàn)出較高的預(yù)測精度。例如,顏文博等[26]應(yīng)用MAXENT模型對秦巴山區(qū)朱鹮(Nipponianippon)適宜繁殖地的分布及其主要影響因子進(jìn)行綜合分析;朱明暢等[27]利用MAXENT模型對丹頂鶴、東方白鸛(Ciconiaboyciana)和大天鵝(Cygnuscygnus)在黃河三角洲自然保護區(qū)的適宜生境分布進(jìn)行預(yù)測;吳慶明等[10]基于MAXENT模型開展了扎龍保護區(qū)丹頂鶴營巢生境適宜性分析研究。筆者利用MAXENT模型對鹽城保護區(qū)丹頂鶴越冬適宜生境進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測精度達(dá)到優(yōu)秀水平(AUC值大于0.98),模型預(yù)測結(jié)果與近年保護區(qū)丹頂鶴同步調(diào)查結(jié)果(丹頂鶴分布呈現(xiàn)向核心區(qū)集中分布的趨勢)基本相符[14,20]。

植被、水分和人為干擾被認(rèn)為是影響丹頂鶴分布的主要環(huán)境因子[22]。筆者研究中2000年環(huán)境因子的模型貢獻(xiàn)率結(jié)果表明,到道路距離、到養(yǎng)殖塘距離和到米草灘距離對丹頂鶴空間分布的影響較大,而到2013年,對丹頂鶴空間分布影響較大的環(huán)境因子則為到蘆葦灘距離和到堿蓬灘距離。這表明2000年人為干擾是影響丹頂鶴分布的主要環(huán)境因子,到2013年,蘆葦灘和堿蓬灘等丹頂鶴喜好的生境類型則成為主要限制因子。這是因為2000年保護區(qū)丹頂鶴適宜生境面積較大,能夠滿足丹頂鶴生境需求,因而丹頂鶴在生境選擇時盡量避開人為干擾活動較大的區(qū)域;而到2013年,丹頂鶴適宜生境面積縮減到保護區(qū)核心區(qū)和北緩沖區(qū)內(nèi),且以蘆葦灘和堿蓬灘為主。為此,有限的蘆葦灘和堿蓬灘面積成為限制丹頂鶴分布的主要因素[16,20]。

自20世紀(jì)90年代以來,受大規(guī)模、高強度、多類型的人類圍墾開發(fā)活動影響,鹽城保護區(qū)丹頂鶴越冬生境面積急劇減少,生境破碎化加劇,丹頂鶴越冬分布由過去的連續(xù)分布變成目前的點狀分布,棲息生境也逐漸由原生濕地轉(zhuǎn)為人工和半人工濕地[14,16]。筆者研究結(jié)果也證實了這一點。2000—2013年期間,鹽城保護區(qū)內(nèi)堿蓬灘和泥灘等自然濕地面積大幅減少,而養(yǎng)殖塘和蘆葦灘等人工、半人工濕地面積大幅增加。堿蓬灘為保護區(qū)內(nèi)的原生濕地生境,一直以來是丹頂鶴的主要棲息地。隨著保護區(qū)內(nèi)濕地圍墾和工農(nóng)業(yè)開發(fā)活動的不斷加劇,堿蓬灘面積從18 603 hm2減少為2 301 hm2,減少比例達(dá)87.6%。同時,由于水產(chǎn)養(yǎng)殖具有較高的經(jīng)濟效益,在經(jīng)濟利益的驅(qū)使下,保護區(qū)養(yǎng)殖塘面積由52 995 hm2增加到108 624 hm2,增加比例達(dá)105%。

濕地生境類型的變化導(dǎo)致丹頂鶴適宜生境發(fā)生變化。以往研究表明,2000—2009年期間,保護區(qū)丹頂鶴適宜生境面積大幅減少,由94 686 hm2減少為42 788 hm2,減少比例達(dá)54.8%,丹頂鶴越冬生境也由連續(xù)分布退縮分布到保護區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū)內(nèi)[14,20]。筆者研究結(jié)果與以上研究結(jié)果基本一致,且顯示保護區(qū)丹頂鶴越冬生境持續(xù)喪失,2013年保護區(qū)丹頂鶴適宜生境僅為22 365 hm2。

建議鹽城保護區(qū)加強濕地生境保護和恢復(fù),逐步增加丹頂鶴適宜生境面積,并做好以下工作:(1)加強核心區(qū)濕地生境保護和恢復(fù)。近年來,受人為干擾和互花米草入侵影響,核心區(qū)濕地生境變化顯著,堿蓬灘面積不斷減少,建議啟動核心區(qū)濕地生境保護和恢復(fù)工程,引入淡水灌溉,控制互花米草入侵,同時對區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖塘進(jìn)行“退漁還濕”,維持并擴大堿蓬灘和蘆葦灘等濕地生境類型面積。(2)加強實驗區(qū)和緩沖區(qū)人工濕地管護。在丹頂鶴越冬期間,有計劃收割蘆葦,同時保留部分蘆葦作為丹頂鶴隱蔽物;養(yǎng)殖塘收獲時保持低水面,以利于丹頂鶴覓食;稻田收割時不翻耕,預(yù)留部分谷物作為丹頂鶴食物來源[20]。(3)加強對保護區(qū)內(nèi)人為干擾活動的監(jiān)督和管理。嚴(yán)格限制農(nóng)業(yè)開發(fā)、風(fēng)力發(fā)電等人為干擾活動出現(xiàn)在保護區(qū)核心區(qū)或緩沖區(qū)內(nèi),尤其是在丹頂鶴的適宜生境范圍內(nèi)。

[1] 楊維康,鐘文勤,高行宜.鳥類棲息地選擇研究進(jìn)展[J].干旱區(qū)研究,2000,17(3):371-378.

[2] 曹銘昌,劉高煥,單凱,等.基于多尺度的丹頂鶴生境適宜性評價:以黃河三角洲自然保護區(qū)為例[J].生物多樣性,2010,18(3):283-291.

[3] 王娟,倪健.植物種分布的模擬研究進(jìn)展[J].植物生態(tài)學(xué)報,2006,30(6):1040-1053.

[4] VINA A,TUANMU M N,XU W H,etal.Range-Wide Analysis of Wildlife Habitat:Implication for Conservation[J].Biological Conservation,2010,143(9):1960-1969.

[5] PHILLIPS S J,DUDIK M.Modeling of Species Distributions With Maxent:New Extensions and a Comprehensive Evaluation[J].Ecography,2008,31(2):161-175.

[6] MEROW C,SILANDER J A Jr.A Comparison of Maxlike and Maxent for Modeling Species Distribution[J].Methods in Ecology and Evolution,2014,5(3):215-225.

[7] RADOSAVLJEVIC A,ANDERSON R P.Making Better MAXENT Models of Species Distribution:Complexity,Overfitting and Evaluation[J].Journal of Biogeography,2014,41(4):629-643.

[8] 雷軍成,徐海根.基于Maxent的加拿大一枝黃花在中國的潛在分布區(qū)預(yù)測[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2010,26(2):137-141.

[9] 齊增湘,徐衛(wèi)華,熊興耀.基于MAXENT模型的秦嶺山系黑熊潛在生境評價[J].生物多樣性,2011,19 (3):343-352.

[10]吳慶明,王磊,朱瑞萍,等.基于MAXENT模型的丹頂鶴營巢生境適宜性分析:以扎龍保護區(qū)為例[J].生態(tài)學(xué)報,2016,36(12):1-7.

[11]Birdlife International.Species Factsheet:Grusjaponensis[EB/OL].(2012)[2012-09-28].http:∥www.birdlife.org.

[12]IUCN.The IUCN Red List of Threatened Species[EB/OL].(2014)[2014-11-17].http:∥www.iucnredlist.org.

[13]SU L Y,ZOU H F.Status,Threats and Conservation Needs for the Continental Population of the Red-Crowned Crane[J].China Birds,2012,3(3):147-164.

[14]呂士成.鹽城沿海丹頂鶴種群動態(tài)與濕地環(huán)境變遷的關(guān)系[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,32(4):89-93.

[15]MA Z J,WANG Z J,TANG H X.Habitat Use and Selection by Red-Crowned CraneGrusjaponensisin Winter in Yancheng Biosphere Reserve,China[J].Ibis,1999,141(1):135-139.

[16]LIU C Y,JIANG H X,ZHANG S Q,etal.Multi-Scale Analysis to Uncover Habitat Use of Red-Crowned Cranes:Implications for Conservation[J].Current Zoology,2013,59(5):604-617.

[17]WANG X,SUN X P,CAO M C,etal.A Multi-Scale Approach to Investigating the Wintering Habitat Selection of Red-Crowned Cranes in the Yancheng Nature Reserve,China[J].Pakistan Journal of Zoology,2016,48(2):349-357.

[18]LI Z Q,WANG Z,GE C.Time Budgets of Wintering Red-Crowned Cranes:Effects of Habitat,Age and Family Size[J].Wetlands,2013,33(2):227-232.

[19]董科,呂士成,HEALY T.江蘇鹽城國家級珍禽自然保護區(qū)丹頂鶴的承載力[J].生態(tài)學(xué)報,2005,25(10):1608-1614.

[20]劉大偉,張亞蘭,孫勇,等.江蘇鹽城濱海濕地越冬丹頂鶴種群動態(tài)變化與生境選擇[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2016,32(3):473-477.

[21]王會,楚國忠,錢法文,等.江蘇鹽城國家級自然保護區(qū)1999—2000年丹頂鶴越冬調(diào)查報告[C]∥中國鳥類學(xué)會,臺北市野鳥會,中國野生動物保護協(xié)會.中國鳥類研究:第四屆海峽兩岸鳥類學(xué)學(xué)術(shù)研討會文集.北京:中國林業(yè)出版社,2000:186-189.

[22]舒瑩,胡遠(yuǎn)滿,冷文芳,等.黃河三角洲丹頂鶴秋冬季生境選擇機制[J].生態(tài)學(xué)雜志,2006,25(8):954-958.

[23]PHILLIPS S J,ANDERSON R P,SCHAPIRE R E.Maximum Entropy Modelling of Species Geographic Distributions[J].Ecological Modelling,2006,190(3/4):231-259.

[24]CAO Y,DE WALT R E,ROBINSON J L,etal.Using Maxent to Model the Historic Distributions of Stonefly Species in Illinois Streams:The Effects of Regularization and Threshold Selections[J].Ecological Modelling,2013,259(24):30-39.

[25]MAGARIGAL K,CUSHMAN S A,NEEL M C,etal.FRAGSTATS:Spatial Pattern Analysis Program for Categorical Map Computer Software[EB/OL].(2012)[2013-03-04].http:∥www.umass.edu/landeco/research/fragstats/documents/fragstats-documents.

[26]顏文博,王琦,王超.應(yīng)用Maxent模型分析秦巴山區(qū)朱鹮適宜棲息地的分布[J].動物學(xué)雜志,2015,50(2):185-193.

[27]朱明暢,曹銘昌,汪正祥,等.黃河三角洲自然保護區(qū)水禽生境適宜性模糊綜合評價[J].華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,49(2):287-301.

(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Analysis of Changes in Wintering Habitat of Red-Crowned Cranes Based on MAXENT Model: A Case Study of Yancheng Nature Reserve.

CAO Ming-chang1, SUN Xiao-ping2, LE Zhi-fang1, CUI Peng1, GONG Xi3, XU Hai-gen1

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China；2.Jiangsu Provincial Collaborative Innovation Center of Southern China Sustainable Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China；3.School of Geography and Remote Sensing, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

The Yancheng Nature Reserve (YNR) is an important wintering ground for wild red-crowned crane (Grusjaponensis) in the world on their migration route. Recently, the wintering ground of YNR has undergone significant changes. An analysis was done of changes in the wintering habitat of red-crowned cranes in YNR during the period of 2000-2013 and their major causes, using the MAXENT Model, data of field surveys, and environmental characteristic variables extracted from Landsat 5 TM and Landsat 8 images of 2000 and 2013. The analysis reveals that the distance to roads, fishponds and smooth cordgrass (Spartinaalterniflora), and the distance to reed shoals and seepweed shoals, as well, were the main factors that influenced selection of wintering habitat by red-crowned cranes in 2000 and 2013, respectively. During the period of 2000-2013, suitable habitats for red-crowned cranes decreased from 94 571 to 22 365 hm2in area, and were getting more and more fragmented. The distribution of red crowned crane habitats changed in pattern, from a continuous one to one concentrated around the core area of YNR. The loss of suitable habitats may be related to drastic reduction of seepweed tidal flats, mudflats and salt pans in area, and rapid expansion of fish ponds. It is, therefore, recommended that more efforts be devoted to the following aspects of work in protecting red-crowned crane habitats in YNR: (1) strengthen protection and restoration of the wetland habitats in the core area; (2) intensify management and conservation of the artificial wetlands in the buffer area and the experimental area; and (3) enforce supervision and management of human disturbance activities in YNR.

red-crowned crane; MAXENT; wintering habitat; suitable habitat; Yancheng Nature Reserve

2016-01-27

國家自然科學(xué)基金(41101424,31461143033);江蘇省自然科學(xué)基金(BK2011083)

X36;X826

A

1673-4831(2016)06-0964-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.015

曹銘昌(1979—),男,江西安福人,副研究員,博士,主要從事大尺度生物多樣性監(jiān)測、評估和預(yù)警研究。E-mail: caomingc@163.com

① 通信作者E-mail: xhg@nies.org