白水河國家級自然保護區(qū)羚牛適宜棲息地評價

胡大明 ,鄧 玥,溫 平,梁 磊,夏 奎,官天培*

(1.四川白水河國家級自然保護區(qū)管理局，四川 彭州 611390；2.西華師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637009；3.綿陽師范學(xué)院 生態(tài)安全與保護四川省重點實驗室，四川 綿陽 621000)

羚牛(Budorcastaxicolor)是分布在青藏高原-橫斷山脈的特有山地有蹄類，是我國一級重點保護物種，被IUCN列為易危(VU),現(xiàn)存4個亞種(2011年后有學(xué)者將4個亞種提升為種)[1]，主要分布在我國的陜西秦嶺、甘肅南部、四川的岷山及邛崍等山系、云南的高黎貢山、印度的東北部及西藏東南部、不丹的北部[1,2]。其中種群數(shù)量最大、分布最廣的就是四川羚牛(亞種Budorcastaxicolortibetana)，是大熊貓(Ailuropodamelanoleuca)棲息地中最常見的伴生哺乳動物之一[3]。有研究認為，四川羚牛是強烈依賴自然保護的物種，僅在為數(shù)不多的大熊貓保護區(qū)內(nèi)常見[4]。據(jù)調(diào)查記錄，在四川境內(nèi)有羚牛分布的縣從20世紀70年代的37個減少到2009年的20個[5,6]，說明該物種分布區(qū)是急速退縮的。這種現(xiàn)狀，主要是因為棲息地退化以及偷盜獵壓力較大引起的局部種群消失所致。因此，加強棲息地保護是恢復(fù)羚牛種群規(guī)模和分布的最重要途徑。然而，識別棲息地適宜性是科學(xué)管理和保護棲息地的前提[7,8,9]，有必要對羚牛局域尺度棲息地適宜性現(xiàn)狀進行分析，再進行針對性的保護與管理。

岷山山系是羚牛的重要分布區(qū)之一，曾經(jīng)有學(xué)者對岷山北部的羚牛棲息地進行了調(diào)查和評估，發(fā)現(xiàn)地形、自然保護和森林是決定景觀尺度上羚牛棲息地適宜性的重要參考[2]。由于缺乏調(diào)查資料，至今對岷山南段羚牛棲息地質(zhì)量缺乏明確的判斷，在局域尺度的棲息地適宜性評價的工作還存在缺失。為四川羚牛局域尺度的保護提供科學(xué)依據(jù)，筆者利用最大熵模型在岷山南段的白水河國家級自然保護區(qū)對羚牛的棲息地適宜性進行了評價。

1 研究區(qū)域概況

四川白水河國家級自然保護區(qū)(以下簡稱“白水河”)位于龍門山褶皺帶的中南段、橫斷山東部，是四川盆地向青藏高原過渡段的典型地貌地帶，地勢由東南向西北遞增，相對高差懸殊，形成山高、坡陡、谷窄的地貌特征。山系東西縱列、相對高低大、山高坡陡谷窄和垂直分異明顯[10]。白水河介于北緯31°10′ ～31°29′、東經(jīng)103°41′～103°57′之間，位于彭州市的龍門山鎮(zhèn)和小魚洞鎮(zhèn)，行政隸屬于彭州市。白水河總面積30 150 hm2，南北長約19 km、東西最寬約24 km，最低海拔 1 481 m(鍋框巖)、最高海拔 4 814 m(太子城)，相對高差達 3 333 m。

復(fù)雜的自然環(huán)境和特殊的古植被背景，不僅使植物種類豐富，植被類型也多種多樣，并具明顯的中國亞熱帶山地植被垂直分布特點[11]。白水河內(nèi)不僅有闊葉林、針葉林、灌叢、草甸及流石灘 稀疏植被類型，且闊葉林又有常綠闊葉林、常綠與落葉闊葉 混交林、落葉闊葉林多種類型；針葉林中有低、中山針葉林， 針闊葉混交林，亞高山針葉林多種類型；灌叢類型更復(fù)雜，由低海拔至高海拔分布著次生及原生灌叢類型；草甸也有亞高山、高山禾草和雜類草草甸多種類型[10,11]。白水河內(nèi)珍稀哺乳動物比較豐富，國家Ⅰ、Ⅱ級重點保護動物共有21種，占白水河內(nèi)分布哺乳動物的21.88%。國家Ⅰ級重點保護獸類7種，包括金絲猴(Rhinopithecusroxellana)、大熊貓、林麝(Moschusberezovskii)、馬麝(Moschuschrysogaster)和羚牛等。國家Ⅱ級重點保護獸類14種，包括藏酋猴(Macacathibetana)、黑熊(Selenarctosthibetanus)、小熊貓(Ailurusfulgeus)、黃喉貂(Martesflavigula)、金貓(Catopumatemmincki)、 鬣羚(Capricornissumatraensis)、斑羚(Naemorhedusgoral)、巖羊(Pseudoisnayaur)等[3,6,12]。

2 研究方法

2.1 羚牛分布數(shù)據(jù)獲取

依據(jù)歷史記錄、白水河調(diào)查人員訪談、結(jié)合整個白水河的地形地貌與功能區(qū)劃，設(shè)計了以樣線法和紅外相機調(diào)查法為主的羚牛野外分布調(diào)查。整個調(diào)查在白水河內(nèi)共布設(shè)了重復(fù)調(diào)查樣線10條，隨機調(diào)查樣線40條，覆蓋了白水河可能有的羚牛分布、且調(diào)查能夠到達的區(qū)域。重復(fù)調(diào)查樣線主要分布在白水河的三岔河、燕子洞、大窯坪、九峰山、糖桶巖、水黃桶、回龍溝、鍋框巖、梅林溝、龍漕溝、五道河等區(qū)域。隨機樣線包括了所有的紅外相機布設(shè)點所經(jīng)過的區(qū)域。當樣線調(diào)查時發(fā)現(xiàn)明確的羚牛分布證據(jù)時(糞便或者實體)，調(diào)查人員才會記錄該痕跡所處的經(jīng)緯度和海拔等基礎(chǔ)信息。紅外相機調(diào)查包括了白水河已有的70臺相機數(shù)據(jù)以及調(diào)查補充的40臺相機。紅外相機數(shù)據(jù)收集的時間為2017年1月—2018年9月。在提取羚?？臻g分布位置前，筆者對所有紅外相機的位置信息進行了整理。因此，每個拍到羚牛實體的相機都作為1個有效的分布點，但每臺相機不論拍攝到的照片數(shù)量多少或者拍攝到的個體多少，也僅能作為1個分布點?？傮w，本次調(diào)查的區(qū)域覆蓋了白水河的主要溝系和動物分布較集中的區(qū)域，代表了羚?？赡芊植嫉纳愁愋秃偷匦危{(diào)查海拔差達 2 500 m(1 300 m～3 800 m)。

2.2 環(huán)境數(shù)據(jù)

環(huán)境數(shù)據(jù)包括植被和地形，其中植被類型來源于2010年白水河的本地資源調(diào)查數(shù)據(jù)，包括草甸、流石灘、森林、灌叢、竹林等幾大類別。植被屬于矢量數(shù)據(jù)，按照30 m×30 m的空間精度，Arcgis對每一種植被類型進行柵格化處理，按照植被類型賦值0/1。地形數(shù)據(jù)(DEM)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)，空間精度為30 m×30 m。Arcgis 10.0 執(zhí)行了DEM的空間分析，并獲得了坡度圖層(Slope)。所有的圖層數(shù)據(jù)均按照平面坐標系(UTM WGS1984 N48)進行投影轉(zhuǎn)換。

2.3 建模過程

棲息地的建模與分析是通過最大熵模型完成，建模過程由 MaxEnt 3.3.3[13]執(zhí)行,設(shè)置隨機檢驗百分比(random test percentage)為20%,選擇交叉驗證(cross-validate),其他參數(shù)默認設(shè)置。以受試者工作特征曲線下面積(area under the receiving operator curve,AUC)評價模型優(yōu)劣[14,15]; 采用刀切法(Jackknife test)檢驗變量重要性。ROC評價標準為:AUC值0.5～0.6，失?。?.6～0.7，較差；0.7～0.8，一般；0.8～0.9，良好；0.9～1，優(yōu)秀[16]。模型最終將對整個白水河的每個柵格進行適宜性賦值，白水河羚牛棲息地的適宜性按照四分法分為不適宜(<0.25),次適宜(0.25～0.5)，較適宜(0.5～0.75)，適宜(>0.75)[17]。

3 結(jié)果

3.1 模型評價及環(huán)境變量重要性

結(jié)果顯示，訓(xùn)練樣本AUC值為0.891,檢驗樣本的AUC值為0.851說明模型運行結(jié)果良好，可以用于棲息地評價(圖1)。 參與構(gòu)建模型的7個環(huán)境變量中，貢獻率最高的4個變量分別是灌叢(46%)、海拔(25.5%)、坡度(16%)和箭竹(10.5%)，累積貢獻率達98%。重要值最高的4個變量分別是灌叢(36%)、海拔(24%)、流石灘(16.2%)、坡度(12.9%)，累積重要值89.1%。在兩種評價標準下，灌叢、海拔、坡度都是最重要的環(huán)境變量(見表1)?？梢?，植被和地形是羚牛適宜棲息地的基礎(chǔ)。在白水河內(nèi)，羚牛野外分布點的主要出現(xiàn)在坡度較緩(29.7±14.2o，Mean±SD)以及海拔較高的區(qū)域(2 843 m±441 m，2 100 m～3 750 m)。

表1白水河羚牛適宜棲息地變量組成及貢獻率

Tab.1 Variables of takin suitable habitat model in Baishuihe Nature Reserve

變量 Variables貢獻率(%)Contribution rate重要值Permutation importance灌叢 Bushes4636海拔 Elevation25.524坡度 Slope1612.9箭竹 Bamboo10.57.8森林 Forest1.10.8流石灘 Heath patches0.816.2草甸 Alpine meadow0.22.3

圖1 受試者工作特征曲線Fig.1 Response curve of operator

3.2 適宜性棲息地預(yù)測分析

依據(jù)模型評估結(jié)果，白水河整體適宜性較低，較適宜和適宜棲息地面積僅80.4 km2，其中僅2.5%的保護區(qū)面積屬于最適宜的，不適宜和次適宜的棲息地面積分別占36.82%和36.62%，較適宜棲息地占24.03%。從功能區(qū)劃看，核心區(qū)占59.05%的保護區(qū)面積,卻僅1.1%的區(qū)域?qū)儆谶m宜羚牛生存的。相比較，有56.22%的適宜棲息地分布在實驗區(qū)。綜合適宜和較適宜棲息地，適合羚牛分布的棲息地總體面積較小，僅占全區(qū)的24.6%，且主要分布在核心區(qū)(32.7 km2)與實驗區(qū)(32.5 km2)。各功能分區(qū)棲息地適宜性情況見表2。

表2白水河各功能分區(qū)羚牛適宜棲息地分布情況

Tab.2 Suitable habitat in each functional zone of Baishuihe national nature reserve

核心區(qū)[(km2)/(%)]Core zone緩沖區(qū)[(km2)/(%)]Buffer zone實驗區(qū)[(km2)/(%)]Experimental zone不適宜 Unsuitable 72.841.7%13.227.6%18.425.1%次適宜 Less suitable69.139.6%18.438.4%23.432.0%較適宜 Sub-suitable 30.717.6%14.931.2%27.237.1%適宜 Suitable2.01.1%1.32.8%4.35.8%

圖2 白水河國家級自然保護區(qū)羚牛適宜棲息地預(yù)測Fig.2 Suitable habitat prediction of takins in Baishuihe National Nature Reserve

4 討論

自然保護區(qū)是野生動物棲息地保護最重要的途徑和保障，尤其是那些強烈依賴自然保護區(qū)的物種，例如羚牛等重點保護動物[2,18]。從模型結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，白水河的羚牛適宜棲息地面積較小、分散，且主要分布在保護區(qū)的實驗區(qū)與緩沖區(qū)的中低山區(qū)域。一般來說，實驗區(qū)與緩沖區(qū)是保護區(qū)監(jiān)管力度相對較弱且干擾較大的區(qū)域[19]。那么對羚牛而言，它們最適宜的棲息地正位于區(qū)內(nèi)人類干擾最強烈的位置，說明它們的生存現(xiàn)狀并不樂觀。在白水河，保護區(qū)的實驗區(qū)內(nèi)就存在一些徒步旅游的線路和生態(tài)旅游的區(qū)域。因此，如何降低這些區(qū)域的人為干擾對羚牛棲息地的影響是提升白水河羚牛棲息地質(zhì)量不可回避的問題。

羚牛是山地有蹄類，存在顯著的季節(jié)性遷移，主要是為追隨食物資源和適宜的環(huán)境[1,20]。一方面，它們具有較強的攀爬能力，雖然適應(yīng)了山地生活，但實際上這些區(qū)域的物種都傾向于選擇坡度緩和的棲息地[21]。然而，岷山的中段和南段的地形都非常陡峭，在2008年地震后也造成了大面積的塌方[22]。因此，就地形而言，岷山的南段不是羚牛最適宜的分布區(qū)域。另一方面，它們的棲息地存在季節(jié)性的空間變化，因此也會出現(xiàn)在不同的功能分區(qū)內(nèi)。羚牛的季節(jié)性遷移特征意味著在某些季節(jié)它們將承受著較大的環(huán)境干擾。

已有研究發(fā)現(xiàn)，春季和秋季是羚牛分布海拔最低的季節(jié)，最低的區(qū)域僅1 100 m左右[21]。在岷山的自然保護區(qū)內(nèi)，低海拔區(qū)域基本上都處于保護區(qū)的最外圍，即實驗區(qū)，干擾強烈[19]。因此，這些區(qū)域的干擾必然導(dǎo)致羚牛的回避，進而無法重復(fù)利用最適宜棲息地，甚至高干擾的區(qū)域?qū)⒖赡軐?dǎo)致羚牛無法完成正常的季節(jié)性遷移，最終將導(dǎo)致種群的生存質(zhì)量下降。適宜棲息地主要分布在干擾強烈的區(qū)域可能部分解釋了調(diào)查期間僅在少數(shù)樣線發(fā)現(xiàn)羚牛頻繁活動痕跡。

綜上，白水河國家級自然保護區(qū)是連接岷山山系中段和南段棲息地的重要區(qū)域[6]。雖然該保護區(qū)適宜羚牛生存的面積較局限，且主要分布在干擾強烈的區(qū)域，但由于所處空間位置在整個自然保護區(qū)網(wǎng)絡(luò)和種群擴散通道上不可或缺的地位而更應(yīng)加強種群的監(jiān)測和棲息地管理。

致謝：本調(diào)查工作是在各個保護站積極參與配合下才得以完成的。野外條件惡劣，地形陡峭為野外調(diào)查帶來了較大的挑戰(zhàn)，為此感謝野外隊員的艱辛和努力。