浙江清涼峰國家級自然保護(hù)區(qū)華南梅花鹿棲息地適宜性評價(jià)

袁智文,徐愛春,俞平新,郭 瑞,李春林

1 安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 合肥 230601 2 中國計(jì)量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 杭州 310018 3 浙江清涼峰國家級自然保護(hù)區(qū), 杭州 311321

人類活動(dòng)導(dǎo)致眾多野生動(dòng)植物棲息地的退化和喪失,造成全球范圍內(nèi)的生物多樣性喪失[1-2]。對野生動(dòng)物進(jìn)行棲息地質(zhì)量評價(jià),并預(yù)測潛在分布區(qū),對瀕危野生動(dòng)物的管理和保護(hù)具有重要意義[3-5]。

傳統(tǒng)的棲息地適宜性評價(jià)采用回歸模型[6]、機(jī)理模型[7]和生態(tài)位模型[8]等,然而,數(shù)據(jù)獲取的難度及評價(jià)的主觀性等因素限制了適宜性評價(jià)的準(zhǔn)確性。近年來,“3S”技術(shù)在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越成熟,極大地促進(jìn)了大尺度上野生動(dòng)物棲息地適宜性的評價(jià)工作[9-10]。結(jié)合“3S”技術(shù),利用最大熵模型(MaxEnt)評價(jià)野生動(dòng)物棲息地的適宜性時(shí)只需物種的“出現(xiàn)點(diǎn)”數(shù)據(jù),且在數(shù)據(jù)不多的情況下,精度也比較高,因此MaxEnt模型得到了廣泛應(yīng)用[11-15]。

華南梅花鹿Cervuspseudaxis是東洋界特有鹿類,1998年《中國瀕危動(dòng)物紅皮書》中被列為“瀕危級”,是我國國家一級重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物[16]。在20世紀(jì)20年代以前,華南梅花鹿曾在我國東部廣泛分布。近60年來,由于人類的捕殺、人為干擾強(qiáng)度的增加和適宜棲息地的喪失,種群數(shù)量驟減[17],現(xiàn)僅分布于安徽、浙江和江西等狹小片區(qū)內(nèi),彼此間相互隔離[18]。華南梅花鹿是浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)的主要保護(hù)對象之一,僅分布于千頃塘區(qū)域。自20世紀(jì)90年代以來,為更好的保護(hù)華南梅花鹿,研究人員開展了一系列的研究工作,包括種群動(dòng)態(tài)[19-20]、種群遺傳[21-22]、棲息地選擇[23-24]和食性[25-26]等。研究表明,華南梅花鹿傾向于選擇海拔為1000 m左右、人為干擾較小的灌草叢為棲息地[23-24]。

盡管華南梅花鹿面臨嚴(yán)峻的棲息地喪失、退化和破碎化等問題,但目前仍未有研究對其棲息地質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行客觀評價(jià),也缺乏對其潛在適宜棲息地的預(yù)測。本研究利用MaxEnt模型對以浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)千頃塘為中心50 km×50 km的區(qū)域進(jìn)行華南梅花鹿棲息地適宜性評價(jià),探討影響華南梅花鹿空間分布的主要環(huán)境因子,以及了解研究區(qū)域內(nèi)棲息地的破碎化現(xiàn)狀,以期為保護(hù)區(qū)內(nèi)棲息地的保護(hù)與管理以及圈養(yǎng)種群的野外放歸提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

本研究選取以浙江清涼峰國家級自然保護(hù)區(qū)千頃塘野生梅花鹿保護(hù)區(qū)域?yàn)橹行牡?0 km×50 km范圍為研究區(qū)域(東經(jīng)118°51′—119°22′,北緯30°04′—30°31′),整個(gè)分析區(qū)域?yàn)槠骄０螢?442 ±285)m的中低山區(qū)。浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)地處浙江省西北部,總面積11252 hm2,由龍?zhí)辽缴稚鷳B(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域、千頃塘野生梅花鹿保護(hù)區(qū)域和順溪塢珍稀瀕危植物保護(hù)區(qū)域三部分組成。地帶性植被主要是以青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca)、木荷(Schimasuperba)、甜櫧(Castanopsiseyrei)為優(yōu)勢種構(gòu)成的常綠闊葉林。保護(hù)區(qū)內(nèi)華南梅花鹿僅分布于千頃塘區(qū)域,該區(qū)域面積為5690 hm2,位于浙皖兩省交界處,其西面與安徽省績溪縣、歙縣相鄰,北面與安徽省寧國市毗鄰(圖1)。

圖1 浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)千頃塘及周邊區(qū)域圖

1.2 數(shù)據(jù)獲取

2014年12月—2016年12月,采用紅外相機(jī)(LTL 5210MC)網(wǎng)格布設(shè)法對千頃塘區(qū)域內(nèi)華南梅花鹿開展種群監(jiān)測,以獲取其分布點(diǎn)數(shù)據(jù)[27]。將千頃塘區(qū)域劃分為1 km×1 km的網(wǎng)格,在每個(gè)網(wǎng)格中心位置20 m范圍內(nèi)選擇合適地點(diǎn)作為相機(jī)布設(shè)點(diǎn),相機(jī)距地面60—80 cm。整個(gè)區(qū)域內(nèi)共布設(shè)58臺(tái)紅外相機(jī)(圖2)。

圖2 浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)紅外相機(jī)安放位點(diǎn)

根據(jù)付義強(qiáng)[23]和馬繼飛[24]分別在浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)和江西桃紅嶺自然保護(hù)區(qū)對梅花鹿秋季和春季棲息地利用的研究,選取地形、植被、水源及人為干擾等4類環(huán)境因子用于華南梅花鹿棲息地適宜性模型的構(gòu)建。地形因子包括海拔、坡度和坡向,由中國科學(xué)院科學(xué)數(shù)據(jù)庫(http：//www.gscloud.cn/)下載30 m分辨率的數(shù)字高程模型(DEM)計(jì)算提取得到。植被因子包括植被類型和歸一化植被指數(shù)：利用ENVI 5.3,采用監(jiān)督分類的最大似然法對2018年4月19日研究區(qū)域內(nèi)Landsat 8影像進(jìn)行判讀,將其分為水體、建筑用地、灌草叢、農(nóng)田、竹林、針葉林、針闊葉混交林和闊葉林等8類,并計(jì)算歸一化植被指數(shù)。由于山谷可截留雨水或形成溪流,可以為華南梅花鹿提供臨時(shí)性或永久性水源,因此,我們通過提取研究區(qū)域的山谷線獲得包括小尺度的水源因子。人為干擾因子主要包括距人口聚居區(qū)和道路的距離,其中人口聚居區(qū)定義為面積大于10 hm2的居住點(diǎn)片區(qū)；道路為硬化道路,如省道、縣道、鄉(xiāng)道、村村通水泥路。

1.3 模型構(gòu)建

利用ArcGIS 10.4將所有環(huán)境因子圖層的坐標(biāo)統(tǒng)一為WGS1984 UTM Zone 50N,像元大小統(tǒng)一為30 m×30 m,并轉(zhuǎn)化為MaxEnt 3.4.1軟件要求的ASCII格式。將華南梅花鹿25%的分布點(diǎn)數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù),利用Jackknife刀切法分析環(huán)境因子對其分布的影響,其他參數(shù)均為默認(rèn)。將模型輸出的ASCII格式文件導(dǎo)入至ArcGIS 10.4中,根據(jù)棲息地適宜性值,將其劃分為4個(gè)等級：0—0.25為不適宜；0.25—0.5為次適宜；0.5—0.75為適宜；0.75—1為最適宜,從而得到清涼峰華南梅花鹿的棲息地適宜性圖。

2 結(jié)果

2.1 模型的準(zhǔn)確性

ROC曲線結(jié)果顯示訓(xùn)練數(shù)據(jù)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的AUC值分別為0.975和0.965,表明MaxEnt模型的預(yù)測結(jié)果處于優(yōu)秀水平(圖3)。

圖3 浙江清涼峰華南梅花鹿棲息地適宜性評價(jià)結(jié)果的ROC曲線檢驗(yàn)

2.2 華南梅花鹿棲息地選擇與環(huán)境因子的關(guān)系

Jackknife檢驗(yàn)結(jié)果表明,海拔、坡度、距道路和人口聚居區(qū)的距離是影響華南梅花鹿分布的關(guān)鍵因子,對MaxEnt模型的貢獻(xiàn)率分別為76%、11%、5.7%和3.2%。華南梅花鹿基本不選擇海拔600 m以下的區(qū)域,在600—1100 m區(qū)間,其出現(xiàn)的可能性逐漸增加,而在1200 m以上區(qū)域逐漸降低。華南梅花鹿傾向于選擇坡度小于40°的區(qū)域,其偏好隨坡度的減小而增加。對距道路100—200 m的區(qū)域選擇性較高,隨著距離的增加反而降低。其選擇性隨距人口聚居區(qū)的距離增加而提高,在2000—4000 m區(qū)域達(dá)到最高,之后反而降低。

2.3 華南梅花鹿棲息地適宜性

研究區(qū)域內(nèi)華南梅花鹿的適宜棲息地主要分布在千頃塘區(qū)域及其西南部約10 km的龍崗鎮(zhèn)(圖4),最適宜和適宜棲息地的面積計(jì)為5477 hm2,占研究區(qū)域面積的2.2%。千頃塘區(qū)域最適宜棲息地的面積為762 hm2,適宜棲息地的面積為1462 hm2,共占該區(qū)域面積的39.1%。西南部山區(qū)最適宜棲息地的面積為215 hm2,適宜棲息地的面積為1479 hm2,共占西南部山區(qū)面積的16.7%(表1)。

3 討論

MaxEnt模型分析結(jié)果表明,環(huán)境因子中對華南梅花鹿棲息地選擇貢獻(xiàn)率最高的是海拔和坡度,華南梅花鹿傾向于選擇海拔1050—1240 m范圍內(nèi)的平緩地帶,這與前人的研究結(jié)果基本相符[24]。人為干擾對華南梅花鹿棲息地選擇的貢獻(xiàn)率較低,距道路和人口聚居區(qū)距離的貢獻(xiàn)率分別為5.7%和3.2%。距人口聚居區(qū)越遠(yuǎn),人類活動(dòng)對華南梅花鹿的影響越小,華南梅花鹿的適宜棲息地多位于距人口聚居區(qū)3200—3800 m范圍內(nèi)。盡管道路交通可能對華南梅花鹿產(chǎn)生干擾,但道路兩側(cè)一定范圍內(nèi)(100—900 m)的林地較為開闊,為華南梅花鹿提供了較為適宜的棲息地。

模型結(jié)果表明,華南梅花鹿的適宜棲息地主要分布于千頃塘及其西南部約10 km的山區(qū)。千頃塘隸屬于浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū),主要保護(hù)對象是華南梅花鹿。自保護(hù)區(qū)成立以來,采取了一系列的保護(hù)措施,有效地保護(hù)了華南梅花鹿的野生種群及其棲息地,并且建立了約50只的圈養(yǎng)種群[17],且總適宜面積占千頃塘區(qū)域面積的39.1%,建議將千頃塘區(qū)域作為其棲息地重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域,保護(hù)華南梅花鹿的繁殖發(fā)育場所。西南山區(qū)海拔較高,植被保存較好,總適宜面積占西南山區(qū)面積的16.7%,在華南梅花鹿適宜棲息地面積銳減的條件下,建議待華南梅花鹿圈養(yǎng)種群發(fā)展到一定規(guī)模,可優(yōu)先考慮此區(qū)域作為野外放歸地。

千頃塘與西南山區(qū)之間的省高速S18、省道S209和浙西大峽谷對華南梅花鹿現(xiàn)有及潛在棲息地造成了隔離,阻礙了華南梅花鹿的遷徙,有必要對其棲息地連通性進(jìn)行分析,以便在現(xiàn)有棲息地和潛在棲息地之間建立遷徙廊道。

4 保護(hù)管理建議

首先,加強(qiáng)浙江清涼峰自然保護(hù)區(qū)千頃塘區(qū)域的規(guī)劃和管理,降低該區(qū)域內(nèi)人為干擾,適當(dāng)采取棲息地改良措施,使保護(hù)區(qū)華南梅花鹿種群得到更好的保護(hù)。其次,在千頃塘西南部山區(qū)開展全面深入的棲息地評價(jià),為在適當(dāng)時(shí)機(jī)圈養(yǎng)種群的野外放歸提供科學(xué)依據(jù)。此外,改善千頃塘區(qū)域與西南部山區(qū)的景觀連接度,為華南梅花鹿野生種群的自然擴(kuò)散提供可能。

致謝：感謝中國計(jì)量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院范朋來和浙江清涼峰國家級自然保護(hù)區(qū)對本研究的幫助。