基于無人機(jī)的青藏高原鼠兔潛在棲息地環(huán)境初步研究

郭新磊,宜樹華,秦 彧,陳建軍(.冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院(籌)，甘肅 蘭州 730000；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 0408)

基于無人機(jī)的青藏高原鼠兔潛在棲息地環(huán)境初步研究

郭新磊1,2,宜樹華1,秦 彧1,陳建軍1,2
(1.冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院(籌)，甘肅 蘭州 730000；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 101408)

高原鼠兔(Ochotonacurzoniae)是青藏高原生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵種之一，其棲息地環(huán)境特征對(duì)其空間分布的影響一直是重要的研究?jī)?nèi)容。由于傳統(tǒng)地面觀測(cè)方法耗時(shí)耗力，而衛(wèi)星遙感分辨率低沒法識(shí)別，因而對(duì)高原鼠兔棲息地的研究多為定性且缺少大范圍量化研究。無人機(jī)航拍為研究高原鼠兔棲息地提供了新的可能，本研究于2015年6月-8月在青藏高原進(jìn)行了定點(diǎn)定高航拍，共布設(shè)了約300個(gè)工作地點(diǎn)，獲取了約1 800張航拍照片；每張照片覆蓋地面26 m×35 m，每個(gè)像元覆蓋地面約為1 cm2；通過自主開發(fā)的照片處理軟件對(duì)鼠洞進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和人工校正，并結(jié)合樣地的地表溫度、植被、土壤水分等信息進(jìn)行分析。結(jié)果表明,1)高原鼠兔洞口密度在不同草地類型中的分布顯著不同(P<0.05)，高寒草甸高原鼠兔洞口密度顯著高于其它草地類型，荒漠高原鼠兔洞口密度最?。?)高原鼠兔最適宜的棲息地環(huán)境：NDVI值為0.5～0.6，土壤含水量為20%～25%，生長(zhǎng)季陸地表面溫度為28.5～29 ℃；3)高原鼠兔洞口密度與NDVI和土壤水分呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，但與陸地表面溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。以上結(jié)果說明，植被和土壤水熱是影響高原鼠兔選擇棲息地的主要因子，高原鼠兔偏向于選擇植被條件較好、土壤含水量較高，生長(zhǎng)季陸地表面溫度較低的區(qū)域。

高原鼠兔；洞口密度;無人機(jī)航拍；棲息地環(huán)境；土壤含水量；NDVI；陸地表面溫度

草地是地球上廣泛分布的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，大約占據(jù)了陸地表面積的20%，在全球碳循環(huán)中起著重要作用[1]。中國草地主要分布在青藏高原、內(nèi)蒙古高原、東北平原、黃土高原以及新疆等地。其中，青藏高原草地面積大約為1.63×106km2，高寒草地是其重要的植被類型，約占總面積的2/3，是中國乃至世界的重要牧區(qū)之一。然而，大約1/3的高原草地在近幾十年內(nèi)發(fā)生了不同程度的退化[2]。除了過度放牧[3]、氣候變化和多年凍土退化[4-5]，高原鼠兔(Ochotonacurzoniae)被認(rèn)為是高寒草地退化的重要因素之一。

高原鼠兔為兔形目鼠兔科鼠兔屬動(dòng)物，廣泛分布于我國青海、西藏、甘肅、四川西北部，以及尼泊爾、巴基斯坦東部等地[6]。由于其所挖掘的洞穴可為其它生物諸如鳥類等提供住所[7]，改變土壤的微地形提高物種豐富度，增加水分的入滲率并減少地表徑流[8]，自身幾乎是所有高原上捕食者的重要食物來源，同時(shí)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)起著積極作用[9]，因此被認(rèn)為是青藏高原生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵種[10]。但是，高原鼠兔種群密度的爆發(fā)和草地退化也有著較高的一致性，因而有研究認(rèn)為高原鼠兔的存在是青藏高原地區(qū)草地退化的主要原因之一[11-12]，并在一些地區(qū)開展了大規(guī)模的滅鼠行動(dòng)[13]。鑒于目前對(duì)高原鼠兔在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中的作用認(rèn)識(shí)還存在著很大的分歧，需要大力開展相關(guān)研究，進(jìn)而制定出合理的草地退化減緩措施。高原鼠兔的棲息地環(huán)境特征的研究一直方興未艾[14-16]，研究其空間分布特征和棲息地環(huán)境有助于提高對(duì)高原鼠兔在生態(tài)系統(tǒng)中的作用[17]以及環(huán)境如何影響高原鼠兔的分布等方面的認(rèn)識(shí)，然而受限于高效獲取鼠兔種群密度的方法，目前已開展的絕大多數(shù)研究只是局限于樣地尺度，缺乏大尺度如高原尺度關(guān)于高原鼠兔和棲息地環(huán)境要素的空間分布格局的報(bào)道，而且以定性研究為主，缺少定量分析的研究。

傳統(tǒng)的獲取高原鼠兔種群數(shù)量的方法有標(biāo)志重捕法[14]、步行計(jì)數(shù)法(walk-transects)[18]和洞口計(jì)數(shù)法，即獲取地面總洞口，結(jié)合堵洞盜洞法[7]獲得有效洞口數(shù)，再結(jié)合少量捕捉法，獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)。此類方法的優(yōu)勢(shì)在于計(jì)數(shù)和對(duì)微生境描述較精確[16]，但是由于其所需較多的人力、物力，無法推廣到大尺度的高原鼠兔和棲息地環(huán)境要素的分布格局的研究中。衛(wèi)星遙感雖然可以提供大尺度的環(huán)境要素的信息，但是由于分辨率太低，無法提供高原鼠兔的洞口分布數(shù)據(jù)。高原鼠兔主要棲息于植被高度較低的平坦開闊的生境中[14,19]，因而無人機(jī)航拍可能成為高原鼠兔種群密度研究的新手段。近幾年，由于智能手機(jī)中的傳感器(比如GPS、陀螺儀)的小型化和普及，無人機(jī)的成本急劇下降，使得大范圍應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行草地生態(tài)研究成為可能[20]。鑒于此，本研究通過無人機(jī)航拍調(diào)查高原鼠兔洞口密度在青藏高原不同草地類型的分布特征，并結(jié)合植被、土壤水分、地表溫度等資料初步分析高原鼠兔的棲息地特征，以期為青藏高原地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)管理和保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

青藏高原位于中國西南部，橫跨31個(gè)經(jīng)度(73°18′52″-104°46′59″ E)、縱貫13個(gè)緯度(26°00′12″-39°46′50″ N)，東西長(zhǎng)2 945 km，南北寬1 532 km，面積為2.57×106km2。青藏高原地形復(fù)雜，海拔變化大(100～8 846 m)，平均海拔超過4 000 m，地面氣溫區(qū)域差異顯著，溫度季節(jié)差異明顯。行政區(qū)劃上，青藏高原涉及西藏自治區(qū)、青海省絕大部分地區(qū)，以及云南省、四川省、甘肅省和新疆部分地區(qū)[21-22]。本研究的區(qū)域主要為西藏自治區(qū)與青海省。研究區(qū)域內(nèi)植被類型主要包含高寒草甸(alpine meadow)、灌叢(shrub)、沼澤(swamp)、草原化草甸(steppe meadow)、退化草甸(degraded meadow)、退化沼澤(degraded swamp)、草原(steppe)和荒漠(desert)8種類型，分別占總采樣面積的23.85%、1.83%、18.35%、6.42%、8.72%、2.29%、36.70%和1.83%。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

1.2.1 高原鼠兔洞口密度數(shù)據(jù)獲取 2015年7月24日-8月24日，在青藏高原開展了航拍工作，共布設(shè)了約300個(gè)工作地點(diǎn)(圖1)，每個(gè)工作點(diǎn)設(shè)置1～2個(gè)200 m×100 m航線，每個(gè)航線每隔50 m設(shè)置一個(gè)航點(diǎn)，無人機(jī)自主飛行到航點(diǎn)進(jìn)行拍攝。航線超過500個(gè)，共獲取了約1 800張航拍照片。本研究使用的無人機(jī)的拍攝高度為20 m，每張照片覆蓋的地表面積約為26 m×35 m，航拍照片的像素為1 200萬，每個(gè)像素的分辨率大約為1 cm，而高原鼠兔的洞口的直徑大約為5 cm，在航空照片上可以清晰辨識(shí)洞口(圖2)。然后通過自主開發(fā)的軟件手工畫分洞口(圖2)，獲取每張照片上的鼠洞密度[23]。

圖1 青藏高原野外航拍工作點(diǎn)Fig. 1 Work points set on the Qinghai-Tibetan Plateau for aerial photographing in field

1.2.2 環(huán)境數(shù)據(jù)來源

1)NDVI數(shù)據(jù)來源:本研究NDVI使用的是MOD13Q1產(chǎn)品數(shù)據(jù)，其時(shí)間分辨率為16 d、空間分辨率為250 m。該植被產(chǎn)品經(jīng)過了大氣校正，并對(duì)水域、云、氣溶膠和云陰影的影響進(jìn)行了掩膜處理。MOD13Q1產(chǎn)品數(shù)據(jù)從USGS(United States Geological Survey) 網(wǎng)站(http://glovis.usgs.gov/)上下載。綜合使用ArcGIS和ENVI軟件以及MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理工具(MRT等)完成青藏高原區(qū)域NDVI數(shù)據(jù)的拼接、裁剪等處理，獲得2001-2012年生長(zhǎng)季(6月-8月)NDVI平均值[23]。然后，提取各航點(diǎn)的NDVI值，用來分析鼠兔洞口分布與NDVI之間的關(guān)系。

圖2 手工勾畫航空照片中的高原鼠兔洞口Fig. 2 Outline of the burrows of plateau pikas in the aerial photographs

2)陸地表面溫度(land surface temperature)數(shù)據(jù)來源:陸地表面溫度數(shù)據(jù)使用的是MOD11A2數(shù)據(jù)產(chǎn)品，是每8日的地溫最大值合成數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)為MOD11A1(逐日地溫產(chǎn)品)數(shù)據(jù)。綜合使用ArcGIS和ENVI軟件以及MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理工具(MRT等)完成青藏高原區(qū)域MODIS LST數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括圖像拼接與裁剪，投影轉(zhuǎn)換(WGS84)，波段運(yùn)算(比例因子為0.02)，16 d最大值合成等，獲得2001-2012年生長(zhǎng)季(6月-8月)LST平均值[24]。然后，提取各航點(diǎn)的LST值，用來分析高原鼠兔洞口密度與陸地表面溫度(LST)之間的關(guān)系。

3)土壤水分(soil water content)數(shù)據(jù)來源:土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院青藏高原研究所陽坤研究員團(tuán)隊(duì)[25-26]，空間分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為逐日，時(shí)間序列為2002-2010年[23]。計(jì)算2002-2010年多年生長(zhǎng)季(6月-8月)平均值。然后，提取各航點(diǎn)的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，用來分析高原鼠兔洞口密度與土壤含水量(SWC)之間的關(guān)系。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件對(duì)不同草地類型、不同NDVI區(qū)間、不同地表溫度區(qū)間和不同土壤水分區(qū)間高原鼠兔洞口密度進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，再采用最小顯著極差法(Least Significant Difference)在0.05水平上檢驗(yàn)其差異顯著性；鼠兔洞口密度與NDVI，地表溫度和土壤含水量的相互關(guān)系采用線性回歸分析；所有圖表采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果

2.1 不同草地類型高原鼠兔洞口密度特征

總體來看，高原鼠兔洞口密度大小依次為高寒草甸>草原化草甸>退化草甸>退化沼澤>沼澤>草原>灌叢>荒漠(圖3)。其中，高寒草甸中高原鼠兔洞口密度最高，為481.61個(gè)·hm-2，草原化草甸為241.71個(gè)·hm-2，退化草甸為206.73個(gè)·hm-2，退化沼澤為191.24個(gè)·hm-2，沼澤為111.69個(gè)·hm-2，草原為69.05個(gè)·hm-2，灌叢為17.63個(gè)·hm-2，荒漠最低，為7.71個(gè)·hm-2。

圖3 高原鼠兔洞口密度在不同草地類型中的分布特征Fig. 3 Density distribution of plateau pika burrows in different grassland typess

注：AM，高寒草甸；SH,灌叢；SW，沼澤；SM，草原化草甸；DM，退化草甸；DS，退化沼澤；ST，草原；DE，荒漠；。

Note: AM, alpine meadow; SH, shrub; SW,swamp; SM, steppe meadow; DM, degraded meadow; DS, degraded swamp; ST, steppe; DE, desert.

2.2 高原鼠兔的洞口密度與NDVI的關(guān)系

研究區(qū)域內(nèi)所有像元的NDVI值都介于0.1～0.6，以0.1為間隔，將NDVI值依次劃分為0.1～0.2、

0.2～0.3、0.3～0.4、0.4～0.5和0.5～0.6共5個(gè)區(qū)間。各NDVI區(qū)間內(nèi)的高原鼠兔洞口的密度依次為268.02、206.70、353.41、17.58和481.65個(gè)·hm-2(圖4)。回歸分析進(jìn)一步指出，高原鼠兔洞口密度與NDVI值顯著正相關(guān)(y=735.55x-55.77，R2=0.41，P<0.05)(圖4)，表明高原鼠兔的洞口密度隨著NDVI值的增加而增大。

2.3 高原鼠兔的洞口密度與土壤含水量的關(guān)系

研究區(qū)域內(nèi)，土壤含水量的分布范圍為5%～25%，以5%為間隔，將土壤含水量依次劃分為5%～10%、10%～15%、15%～20%和20%～25%共4個(gè)區(qū)間。各個(gè)水分區(qū)間內(nèi)的高原鼠兔洞口的密度依次為7.69、86.7、432.86和800.11個(gè)·hm-2(圖5)?；貧w分析結(jié)果顯示，高原鼠兔洞口密度與土壤含水量顯著正相關(guān)(y=2 566.9x-2 364.31，R2=0.52，P<0.05)(圖5)，即高原鼠兔的洞口密度隨著土壤含水量的增加而增大。

2.4 高原鼠兔的洞口密度與陸地表面溫度的關(guān)系

研究區(qū)域內(nèi)陸地表面溫度介于28.5～30.5 ℃，以0.5 ℃為間隔，將陸地表面溫度值依次劃分為28.5～29.0 ℃、29.0～29.5 ℃、29.5～30.0 ℃和30.0～30.5 ℃共4個(gè)區(qū)間。在陸地表面溫度為28.5～29.0 ℃的區(qū)間內(nèi)，高原鼠兔的洞口密度為1 232.97個(gè)·hm-2；在地表溫度為29.0～29.5 ℃的區(qū)間內(nèi)，高原鼠兔的洞口密度為17.58個(gè)·hm-2；在陸地表面溫度為29.5～30.0 ℃的區(qū)間，高原鼠兔的洞口密度為69.01個(gè)·hm-2；在陸地表面溫度為30.0～30.5 ℃的區(qū)間內(nèi)，高原鼠兔的洞口密度為7.69個(gè)·hm-2(圖6)?；貧w分析結(jié)果表明，高原鼠兔的洞口密度隨著陸地表面溫度的增加而呈顯著減少的趨勢(shì)(y=-159.01x+4 799.7，R2=0.42，P<0.05)(圖6)。

圖4 高原鼠兔洞口密度在不同NDVI區(qū)間的分布特征及其與NDVI的關(guān)系Fig. 4 Plateau pika burrow densities in different NDVI interval and its relationship with NDVI

圖5 高原鼠兔洞口密度在不同土壤水分區(qū)間的分布特征及其與土壤含水量的關(guān)系Fig. 5 Plateau pika burrow densities in different soil water content (SWC) interval and its relationship with SWC

圖6 高原鼠兔洞口密度在不同陸地表面溫度區(qū)間的分布特征及其與陸地表面溫度的關(guān)系Fig. 6 Plateau pika burrow densities in different land surface temperature (LST) interval and its relationship with LST

3 討論

3.1 草地類型與高原鼠兔洞口密度的關(guān)系

青藏高原鼠兔通常構(gòu)建龐大、復(fù)雜的洞穴系統(tǒng)來提高自身的存活率，其種群密度與洞口密度呈顯著正相關(guān)關(guān)系[15]。中國科學(xué)院西北高原生物研究所與青海省草原總站鼠害聯(lián)合地面調(diào)查中，使用總洞口數(shù)，結(jié)合堵洞盜洞和夾捕法可以獲得高原鼠兔有效洞口數(shù)和高原鼠兔種群密度[27]。因此，高原鼠兔總洞口密度的分布格局可以有效反映其種群密度的情況。同時(shí)，棲息地環(huán)境的變化往往會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物群落及其種群密度的變化，在一定條件下，棲息地環(huán)境要素的特征可能是影響小型哺乳動(dòng)物分布和種群密度的重要因子[28]。本研究表明，不同草地類型高原鼠兔的洞口密度存在顯著差異(P<0.05)。 在青海省達(dá)日縣的研究也發(fā)現(xiàn)，不同退化程度草地之間高原鼠兔種群數(shù)量差異顯著[15]。本研究表明，最大的高原鼠兔洞口密度出現(xiàn)在高寒草甸，這與適度退化的草地植被高度較低、視野開闊，可以為高原鼠兔提供理想的棲息地[14-15]的觀點(diǎn)并不一致。可能是因?yàn)橐酝难芯繉?duì)于適度的退化草地的定義并沒有統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)[16]。本研究也表明，在荒漠、灌叢區(qū)域，高原鼠兔洞口密度較低，可能是因?yàn)榛哪懈咴笸孟彩持参锉嚷瘦^低[15]，土壤含水量較少[29]，灌叢中郁閉度較高所致。由于資源有限，無法在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)開展大量的工作，因而會(huì)存在一定的誤差，今后需要在一些典型樣地開展高原鼠兔洞口季節(jié)動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，從而評(píng)價(jià)大范圍調(diào)查的誤差。

3.2 NDVI與高原鼠兔洞口密度的關(guān)系

NDVI是目前廣泛使用的植被指數(shù)，可以較好地反映像元內(nèi)的植被類型、覆蓋狀態(tài)、植被生產(chǎn)力等信息[30]。林鑫等[31]在研究物種豐富度的大尺度地理格局及其成因時(shí)指出，NDVI對(duì)模型解釋率的貢獻(xiàn)最大，可能是影響哺乳動(dòng)物物種豐富度地理分異的主導(dǎo)因子。本研究發(fā)現(xiàn)，不同NDVI區(qū)間里高原鼠兔的洞口密度存在顯著差異(P<0.05)，這與在四川省石渠縣的研究結(jié)果[16]相一致。本研究表明，高原鼠兔洞口密度在NDVI為0.5～0.6的區(qū)間里最高。這可能是因?yàn)镹DVI值較高時(shí)，往往表現(xiàn)為較高的植被高度，從而使得草地環(huán)境的“郁閉度”較高[15]，縮小了高原鼠兔的視覺范圍，降低了其逃生速度，增加了潛在的捕食風(fēng)險(xiǎn)[14]。在野外調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，高原鼠兔生性機(jī)警，往往出洞活動(dòng)前，都要仔細(xì)觀察周圍環(huán)境，確認(rèn)沒有危險(xiǎn)才離開洞口。在NDVI為0.4～0.5時(shí)，地上植被以灌叢為主，高原鼠兔洞口密度最低?？赡苁且?yàn)楣鄥驳拿芏容^大，不利于其洞穴生活[29]，而且灌叢中高原鼠兔喜食植物比率較低[15]。當(dāng)NDVI值低于0.2時(shí)，高原鼠兔洞口密度較低，說明高原鼠兔避免生存于退化程度嚴(yán)重的草地，客觀上防止了草地的過度退化。才讓吉等[32]指出，鼠類與家畜的食物資源譜存在較大差異，高原鼠兔的食譜較為寬泛，因食物競(jìng)爭(zhēng)而對(duì)家畜構(gòu)成的不利影響較為有限。由于青藏高原惡劣的自然環(huán)境和道路限制，本研究所設(shè)置的航拍工作點(diǎn)并未涉及到NDVI值更高的藏東南地區(qū)；同時(shí)由于技術(shù)手段限制，目前也難以高效準(zhǔn)確地獲取地表群落特征。在下一步的工作中需要繼續(xù)擴(kuò)大航拍工作點(diǎn)，獲取更多的航拍照片，利用軟件準(zhǔn)確獲取地表群落特征，以便更精確地評(píng)估NDVI對(duì)高原鼠兔洞口密度的影響。

3.3 土壤含水量與高原鼠兔洞口密度的關(guān)系

土壤含水量不僅是反映土壤質(zhì)量的核心指標(biāo)之一，同時(shí)也是影響植被分布的重要因素[33]。在一定程度上，高原動(dòng)物選擇棲息地會(huì)受到土壤水分的影響[29,34]。同時(shí)，動(dòng)物的挖掘行為也會(huì)顯著改變土壤的入滲率，降低地表徑流[8]。在中國科學(xué)院海北站的研究中也發(fā)現(xiàn)，高原鼠兔的活動(dòng)可增加高寒草甸土壤表層含水量[9]。本研究顯示，不同土壤水分區(qū)間里高原鼠兔的洞口密度存在顯著差異(P<0.05)，高原鼠兔洞口密度在土壤含水量為20%～25%的區(qū)間里最高，可能是因?yàn)橥寥浪痔卟焕诟咴笸弥?；而土壤水分太低的區(qū)域，地上植被以荒漠為主，高原鼠兔喜食植物比率較低，無法提供充足的食物[15]。但是由于青藏高原地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣、觀察站點(diǎn)分布稀疏，本研究使用的水分?jǐn)?shù)據(jù)分辨率為0.25°×0.25°(約25 km×25 km)，不能夠精確地反映像元內(nèi)部土壤水分的差異情況。因此，在將來的研究需要空間尺度更高精度的水分?jǐn)?shù)據(jù)，以進(jìn)一步探知土壤含水量對(duì)高原鼠兔洞口密度的影響。

3.4 陸地表面溫度與高原鼠兔洞口密度的關(guān)系

陸地表面溫度通常被視為影響植被狀況的重要因素之一[5,35]。已有許多研究利用陸地表面溫度與NDVI的關(guān)系來探究植被生長(zhǎng)的限制因子[36]。陸地表面溫度是高寒草甸生長(zhǎng)的主要限制因子[24]，而植被生長(zhǎng)狀況直接影響高原鼠兔的種群密度[37]。本研究顯示，不同地表溫度區(qū)間里高原鼠兔的洞口密度存在顯著差異(P<0.05)，高原鼠兔洞口密度在生長(zhǎng)季陸地表面溫度為28.5～29 ℃的區(qū)間里最高，可能是因?yàn)樵谠摐囟葏^(qū)間里，地上植被以高寒草甸、草原化草甸、退化草甸、退化沼澤和沼澤為主，相較于灌叢，這些生境里的植物高度較低，具有更低的“郁閉度”，有利于高原鼠兔抵御高原上其它動(dòng)物的捕食，提高其生存幾率，相較于荒漠、草原，這5種草地類型具有更高的NDVI值，因而鼠兔洞口密度在該溫度區(qū)間里最大。而陸地表面溫度較高的區(qū)域，地上植被主要以灌叢、荒漠為主，高原鼠兔洞口密度最低，有可能是因?yàn)楣鄥裁芏却?，不利于高原鼠兔的洞穴生活[29]；而荒漠中高原鼠兔喜食植物比率較低[15]、土壤含水量較少，無法保證高原鼠兔充足的食物來源。

4 結(jié)論

本研究采用無人機(jī)航拍和遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法初步探討了高原鼠兔的空間分布及其棲息地的環(huán)境特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高寒草甸高原鼠兔洞口密度顯著高于其它草地類型；此外，高原鼠兔洞口密度最大值分別出現(xiàn)在NDVI值為0.5～0.6，土壤含水量為20%～25%和生長(zhǎng)季陸地表面溫度為28.5～29 ℃的范圍內(nèi)。以上結(jié)果說明，植被和土壤水熱是影響高原鼠兔選擇棲息地的主要因子，高原鼠兔偏向于選擇植被條件較好、土壤含水量較高，生長(zhǎng)季陸地表面溫度相對(duì)適宜的區(qū)域。本研究采用的無人機(jī)可以在20 m的高度獲取航拍照片，進(jìn)而利用筆者團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的航拍照片處理軟件可以清楚地識(shí)別高原鼠兔洞口信息，為在樣地和區(qū)域尺度開展高原鼠兔研究提供了一種新的方法。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Habitat environment affects the distribution of plateau pikas: A study based on an unmanned aerial vehicle

Guo Xin-lei1,2, Yi Shu-hua1, Qin Yu1, Chen Jian-jun1,2
(1.State Key Laboratory of Cryospheric Sciences Northwest Institute of Eco-Environment and Resources,Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China)

Plateau pikas (Ochotonacurzoniae) were considered a keystone species on the Qinghai-Tibetan plateau (QTP). Much attention has been paid to the effect of habitat environment on their spatial distribution. However, most of the previous studies mainly focused on qualitative description, because pikas’ holes were difficult to identify by satellite-based remote sensing and traditional field observation was time-consuming. High-precision photography and low costs make the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) a feasible option for investigating the spatial distribution of pikas at the plot or even the regional scale. In the present study, we investigated pikas’ burrow density by using aerial photography with light UAVs from July to August 2015. Altogether, approximately 300 work points were set and 1800 aerial photos were obtained. Each photograph covered 26 m×35 m on the ground and each pixel covered approximately 1 cm2. Coupled with normalized difference vegetation index (NDVI), soil water content (SWC) and land surface temperature (LST) data derived from satellite——based remote sensing, we analysed the effect of habitat environment on plateau pikas’ spatial distribution. The results showed that 1) the burrow density of pikas significantly varied with grassland types (P<0.05); alpine meadows had the maximum burrow density, whereas deserts had the lowest; 2) the most suitable habitat for pikas was 0.5～0.6 for NDVI, 20%～25% for SWC, and 28.5～29 ℃ for LST, respectively; and 3) burrow density was positively correlated with NDVI and SWC (P<0.05), but significantly negatively correlated with LST (P<0.05). Our results suggested that NDVI, SWC, and LST were the dominant factors affecting the distribution of pikas. Owing to the high resolution of the aerial photographs, UAVs provided a novel and efficient method of improving our understanding of the role of pikas over large regions on the QTP.

Plateau Pika; burrow density; UAV aerial photographing; habit environment; soil water content; NDVI; land surface temperature

Yi Shu-hua E-mail:yis@lzb.ac.cn

2017-02-27 接受日期：2017-05-12

國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(41501081)；國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目(41422102)；中國博士后基金面上項(xiàng)目(154624)；中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所青年人才項(xiàng)目(Y551B81001)

郭新磊(1990-)，男，河北魏縣人，在讀碩士生，主要從事無人機(jī)生態(tài)學(xué)研究。E-mail:guoxinlei15@mails.ucas.ac.cn

宜樹華(1978-)，男，江蘇如皋人，研究員，博士，主要從事寒區(qū)生態(tài)學(xué)研究。E-mail:yis@lzb.ac.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0090

S812-05;S812.6

A

1001-0629(2017)06-1306-08

郭新磊,宜樹華,秦彧,陳建軍.基于無人機(jī)的青藏高原鼠兔潛在棲息地環(huán)境初步研究.草業(yè)科學(xué),2017,34(6)：1306-1313.

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