基于矩陣分析法的鳥類與哺乳動(dòng)物物種豐富度空間差異研究
——以新疆為例

李海萍，李光一，萬(wàn)華偉，李利平

1. 中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100872；2. 貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心，貴州 貴陽(yáng)550002；3. 生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100093；4. 中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100094

生物多樣性（Biological diversity）最早由Dasmann（1968）提出，1988年Edward O. Wilson在Biodiversity中首次統(tǒng)一采用了“生物多樣性”并作為生物多樣性論壇的會(huì)議成果出版（Wilson et al.，1988；馬克平，1993），此后“Biodiversity”一詞得到廣泛應(yīng)用。物種豐富度作為生物多樣性的表征之一，既反映了生境中物種的種數(shù)，又體現(xiàn)了多種生物與環(huán)境之間的復(fù)雜關(guān)系，成為衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的重要指標(biāo)。

物種豐富度的空間格局研究已成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一（馮建孟，2009；陳勝東等，2011；吳昊，2017）。李晶晶等（2013）采用樣線法在珠穆朗瑪峰國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)全境內(nèi)對(duì)鳥類進(jìn)行了 7次系統(tǒng)實(shí)地調(diào)查，并分析了不同海拔范圍內(nèi)物種在垂直方向上的分布差異，認(rèn)為不同起源的物種在海拔梯度上的適應(yīng)是不同的，高海拔分布物種對(duì)低海拔的適應(yīng)以及低海拔分布物種對(duì)高海拔的適應(yīng)，是受進(jìn)化歷史和環(huán)境適應(yīng)的影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，GIS的空間分析方法被廣泛應(yīng)用于生物多樣性、物種分布等空間研究中，且相比傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查方法更加高效。胡一鳴等（2018）運(yùn)用UPGMA聚類分析探究了喜馬拉雅山哺乳動(dòng)物物種多樣性的垂直分布格局，發(fā)現(xiàn)不同子集的物種多樣性垂直分布格局模式有所不同，證明在不同海拔范圍內(nèi)研究物種多樣性的差異具有實(shí)際意義。Nesslage et al.（2001）運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)，結(jié)合克里金差值法（kriging）研究了白尾鹿（Odocoileus virginianus）的空間格局，彌補(bǔ)了GIS地統(tǒng)計(jì)功能與空間分布結(jié)合的空白，基于這一研究孫珊等（2013）以 ArcGIS為平臺(tái)，模擬了中國(guó)珍稀瀕危植物的 8個(gè)豐富度分布中心。Wood et al.（2017）基于ArcGIS軟件提出了一種評(píng)估生態(tài)脆弱型的GIS概念模型，并以蘇格蘭地區(qū)為例，探究了野生動(dòng)物的時(shí)空分布特征，韓會(huì)慶（2016）也利用 GIS技術(shù)提出了一種區(qū)域生物多樣性評(píng)價(jià)方法，該方法可以將大尺度的生物多樣性水平進(jìn)行微觀精細(xì)化空間表達(dá)，可提高區(qū)域生物多樣性保護(hù)能力。王健銘等（2017）在研究西北荒漠區(qū)植被物種豐富度分布格局及其環(huán)境解釋時(shí)，認(rèn)為未考慮人為干擾很可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生非常重要的影響?？梢?，研究物種豐富度的空間分布格局無(wú)法回避人類活動(dòng)的影響，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為人類活動(dòng)是一種消極作用，并單純分析建設(shè)用地、居民區(qū)及人口數(shù)量等對(duì)物種帶來(lái)的負(fù)面影響，忽略了人類為物種保護(hù)所制定的政策和采取的措施。1994年頒布并于2017年修改的《中華人民共和國(guó)自然保護(hù)區(qū)條例》中明確規(guī)定了“自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)和核心區(qū)內(nèi)禁止存在任何人類活動(dòng)”為動(dòng)物保護(hù)起到了積極作用。因此，應(yīng)辨證地研究人類活動(dòng)對(duì)物種豐富度的影響。

新疆地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，生物資源種類繁多，據(jù)自治區(qū)人民政府網(wǎng)資料，新疆有野生動(dòng)植物4000多種，其中脊椎動(dòng)物699種，包括魚類85種、鳥類425種、兩棲動(dòng)物7種、爬行動(dòng)物45種和哺乳動(dòng)物137種。此外，還有無(wú)脊椎動(dòng)物約1.5萬(wàn)種，主要為昆蟲類。近年來(lái)，生物多樣性降低使新疆地區(qū)生態(tài)平衡、生態(tài)安全受到嚴(yán)重威脅，《中國(guó)生物多樣性紅色名錄-脊椎動(dòng)物卷》（環(huán)境保護(hù)部等，2017）中，新疆脊椎動(dòng)物近危103種，易危44種，瀕危40種，極危12種，區(qū)域滅絕2種，野外滅絕2種，此外，列入世界自然保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄中的新疆特有的野生雙峰駝（Camelus bactrianus）、四爪陸龜（Testudo horsfieldii）、新疆北鯢（Ranodon sibiricus）等的種群數(shù)量也不斷減少。由于大多數(shù)研究?jī)H針對(duì)單個(gè)物種，鮮見將多種動(dòng)物的空間分布進(jìn)行矩陣分析比較的研究。因此，本研究基于新疆地區(qū)鳥類與哺乳動(dòng)物物種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所生成的物種種數(shù)空間分布圖，采用GIS空間分析技術(shù)，基于矩陣分析法結(jié)合行政區(qū)劃、自然保護(hù)區(qū)分布、水域分布以及地形地貌特征，深入研究?jī)纱箢愇锓N在空間上的分布格局及其豐富度差異，不僅充實(shí)了生物多樣性研究方法，也對(duì)維持該地區(qū)生態(tài)安全及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有實(shí)際意義，同時(shí)使生物多樣性監(jiān)測(cè)與保護(hù)在全國(guó)的推廣起到示范性作用。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中的鳥類和哺乳動(dòng)物物種分布數(shù)據(jù)源于李利平等（2011）的研究成果，該成果主要對(duì)《新疆鳥類名錄》（馬鳴，2001）和《新疆哺乳類(獸綱)名錄》（阿布力米提·阿布都卡迪爾，2002）中記錄的物種分布的縣域范圍進(jìn)行數(shù)字化處理。由于鳥類和哺乳動(dòng)物的活動(dòng)范圍較大，如果采用較小的空間單元，不僅不能提高精度，而且可能給宏觀分布區(qū)域也帶來(lái)不確定性；且為了與其他空間數(shù)據(jù)保持尺度一致，通過(guò)疊加新疆政區(qū)和 DEM（Digital Elevation Model）劃分為10 km×10 km矢量網(wǎng)格，采用WGS-84大地坐標(biāo)系，生成物種分布的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。屬性表包括網(wǎng)格的中心坐標(biāo)、面積及鳥類與哺乳動(dòng)物的種數(shù)和科數(shù)等專題信息（龍昶宇等，2019）。圖1為矢量網(wǎng)格圖，表1為屬性數(shù)據(jù)示例。

表1 物種豐富度屬性表數(shù)據(jù)項(xiàng)示例Table 1 Examples of data in the species richness attribute table

圖1 鳥類與哺乳動(dòng)物物種種數(shù)矢量網(wǎng)格圖Fig. 1 Vector data of bird and mammal specie

本研究查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料，生成了新疆各級(jí)自然保護(hù)區(qū)分布的點(diǎn)位數(shù)據(jù)。水域分布引自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)，90 m分辨率的數(shù)字高程模型DEM源于雷達(dá)地形測(cè)繪（SRTM，Shuttle Radar Topography Mission）數(shù)據(jù)。

1.2 方法

1.2.1 矢量-柵格轉(zhuǎn)換及重分類

因后續(xù)的空間分析方法主要基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，故需要對(duì)物種分布數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量-柵格轉(zhuǎn)換，生成物種空間分布的柵格圖。此外，利用GIS的重分類功能，對(duì)物種數(shù)進(jìn)行重分類，用四分位法將物種種數(shù)分為豐富度低（L）、較低（ML）、較高（MH）、高（H）4個(gè)等級(jí)，得到鳥類與哺乳動(dòng)物的豐富度空間分布特征。具體分類見表2。

表2 物種豐富度等級(jí)的劃分Table 2 Species richness classification

1.2.2 矩陣數(shù)據(jù)分析法

矩陣數(shù)據(jù)分析法（Matrix Data Analysis Chart）是統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的定量分析方法，它是將各個(gè)因素分別放在行和列，并基于行列交叉點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行因素間的對(duì)比，通過(guò)數(shù)量計(jì)算實(shí)現(xiàn)因子的定量分析。本研究根據(jù)矢量-柵格轉(zhuǎn)換后的物種分布屬性表，分別統(tǒng)計(jì)不同豐富度等級(jí)下的鳥類與哺乳動(dòng)物的柵格數(shù)，生成相應(yīng)的直方圖和矩陣分析表，見表3。

表3 物種豐富度矩陣（4×4）Table 3 Species richness matrix（4×4）

在4×4的物種豐富度矩陣表中，用Pn表示該物種豐富度等級(jí)的占比，則：

式中：

s——柵格數(shù)；

A——新疆全域的柵格總數(shù)。對(duì)角線為鳥類和哺乳動(dòng)物物種豐富度相當(dāng)?shù)拿娣e占比，對(duì)角線右上方為哺乳動(dòng)物物種豐富度高于鳥類的情況，左下方為鳥類物種豐富度高于哺乳動(dòng)物的情況。

1.2.3 空間疊加運(yùn)算

疊加分析是指在同一空間參考系統(tǒng)下，對(duì)兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)層進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算并產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的過(guò)程。包括點(diǎn)與多邊形、線與多邊形、多邊形與多邊形以及柵格疊加等運(yùn)算，主要用于分析多個(gè)研究對(duì)象間的空間數(shù)量和邏輯關(guān)系。

本研究首先將鳥類與哺乳動(dòng)物的豐富度圖層進(jìn)行柵格疊加，新圖層的屬性值有16種組合模式，即H-H、H-MH、H-ML、H-L、MH-H、MH-MH、MH-ML、MH-L、ML-H、ML-MH、ML-ML、ML-L、L-H、L-MH、L-ML、L-L。根據(jù)柵格值的不同組合，可得到每一網(wǎng)格中鳥類與哺乳動(dòng)物種數(shù)的相對(duì)數(shù)量對(duì)比及其分布模式，用以進(jìn)一步分析物種豐富度的空間格局及其差異性。

基于新疆“三山夾兩盆”的地貌特征和高差特點(diǎn)，采用90 m DEM數(shù)據(jù)對(duì)全域進(jìn)行地形分區(qū)后再降尺度處理成10 km×10 km柵格，之后與鳥類和哺乳動(dòng)物分布模式圖進(jìn)行疊加，以探究不同高程范圍內(nèi)物種豐富度的空間差異。

2 結(jié)果

2.1 鳥類豐富度核心分布區(qū)

據(jù)新疆政府網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，新疆地區(qū)共有鳥類約425種，隸屬于21目，65科，196屬，占整個(gè)自治區(qū)野生動(dòng)物的60.7%，占中國(guó)鳥類種數(shù)的34%。單個(gè)柵格內(nèi)鳥類物種數(shù)最多319種，主要分布在天山和阿爾泰山一帶。基于四分位法對(duì)鳥類種數(shù)進(jìn)行劃分，得到其核心分布區(qū)見圖2。

圖2 鳥類核心分布區(qū)域Fig. 2 Bird core distribution area

分類結(jié)果顯示，鳥類種數(shù)較多的核心區(qū)域即高豐富度區(qū)有4695個(gè)柵格，面積4.7×105km2，占全域26.8%。低、較低和較高豐富度的區(qū)域占比依次為16.2%、41.1%和15.9%，近一半?yún)^(qū)域（41.1%）的鳥類種數(shù)較低，在90—188種之間。

總體上，以塔里木河為界的北部地區(qū)鳥類種數(shù)多于南部，南部昆侖山高海拔地區(qū)鳥類種數(shù)稀少，山脈與盆地間差異顯著。核心分布區(qū)較分散，沿西部的喀什噶爾河上游，經(jīng)塔里木河、孔雀河北岸，至東疆的哈密東部，以及天山北部的婆羅科努山、伊犁河附近等區(qū)域鳥類種數(shù)相對(duì)較多。此外，北疆的額爾齊斯河、烏倫古河、阿爾泰山及北塔山一帶鳥類種數(shù)也很豐富。而喀什、和田、巴音郭楞蒙古自治州南部地區(qū)則較少，昆侖山附近最少。盡管鳥類沿河流分布不大明顯，但自然保護(hù)區(qū)集中的區(qū)域鳥類種數(shù)都處于很高水平，表明人類活動(dòng)并非只產(chǎn)生消極影響，自然保護(hù)區(qū)對(duì)生物多樣性保護(hù)的正向作用是顯而易見的。

2.2 哺乳動(dòng)物豐富度核心分布區(qū)

據(jù)新疆政府網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，全域有近700種野生脊椎動(dòng)物，其中哺乳動(dòng)物137種、23科、7目，占全區(qū)野生脊椎動(dòng)物19.6%，占全國(guó)哺乳動(dòng)物種數(shù)33%。10 km×10 km尺度下的哺乳動(dòng)物種數(shù)最多的柵格值為 79種，根據(jù)四分位法劃分得到其核心分布區(qū)見圖3。

圖3 哺乳動(dòng)物核心分布區(qū)域Fig. 3 Mammal core distribution area

哺乳動(dòng)物的核心分布區(qū)共有 1129個(gè)柵格單元，面積1.13×105km2，占全域6.4%。低、較低和較高區(qū)域的面積占比分別為 27.2%、37.2%和29.2%，相對(duì)比較均勻。但與鳥類的分布模式并不相同，哺乳動(dòng)物主要在北部的阿爾泰山、天山等高海拔地區(qū)，這些區(qū)域國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)較多，為大型野生哺乳動(dòng)物提供了適宜的生存環(huán)境。中部和南部，尤其是塔克拉瑪干沙漠內(nèi)部，哺乳動(dòng)物種數(shù)較少且呈明顯的塊狀分布，內(nèi)部差異較小。兩大盆地與三大山脈交界處的昆侖山脈與塔里木盆地、塔里木盆地與天山山脈以及準(zhǔn)噶爾盆地與阿爾泰山山脈，物種數(shù)量梯度差異明顯，沿山脈方向物種數(shù)量較多。此外，河流密集區(qū)良好的水源保障也使哺乳動(dòng)物種數(shù)相對(duì)較多。塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部因地理范圍大、植被覆蓋度低且食物稀少、水源緊缺，哺乳動(dòng)物種數(shù)很少且呈明顯的塊狀分布。而分割這些區(qū)塊的也多為河流。

盡管鳥類與哺乳動(dòng)物的種數(shù)在空間分布上的特征并不相同，但自然保護(hù)區(qū)集中區(qū)域兩者的物種豐富度都處于較高水平。

2.3 鳥類與哺乳動(dòng)物物種豐富度差異

2.3.1 統(tǒng)計(jì)差異

鳥類與哺乳動(dòng)物的種數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，鳥類最多有319種，哺乳動(dòng)物最多79種，鳥類種數(shù)是哺乳動(dòng)物的4倍左右。鳥類和哺乳動(dòng)物豐富度較低的區(qū)域占比均最多，但鳥類的高豐富度區(qū)域明顯多于哺乳動(dòng)物，見圖4。

圖4 鳥類與哺乳類的種數(shù)差異對(duì)比Fig. 4 The difference between the number of birds and mammals

統(tǒng)計(jì)10 km×10 km尺度下17511個(gè)網(wǎng)格的16種組合模式，得到表4的矩陣結(jié)果。

表4 鳥類與哺乳類物種豐富度組合模式矩陣表Table 4 Matrix of bird and mammal species richness

矩陣表顯示，鳥類和哺乳動(dòng)物種數(shù)ML-ML組合最多，占18.53%，即近1/5的區(qū)域物種豐富度較低。鳥類豐富度低但哺乳動(dòng)物豐富度高的L-H組合僅0.02%，說(shuō)明鳥類種數(shù)少但哺乳動(dòng)物種數(shù)多的地區(qū)極少。多數(shù)情況下，兩者的豐富度都是同時(shí)增加，5.46%的區(qū)域兩者均高。對(duì)角線表示二者較一致的區(qū)域，共占30.9%，對(duì)角線右上方表示哺乳類種數(shù)多于鳥類的區(qū)域，占21.6%，左下方表示鳥類種數(shù)高于哺乳類的區(qū)域，占47.5%。

2.3.2 空間分布差異性

為進(jìn)一步探究不同分布模式下的空間差異，分別將鳥類和哺乳類的4種分布類型進(jìn)行空間疊加，生成16種新的組合模式，見圖5。

圖5 鳥類與哺乳類物種種數(shù)差值空間分布Fig. 5 Spatial distribution of difference between bird and mammal species

圖中顯示，豐富度都較高的H-H區(qū)集中在阿爾泰山和天山南北兩側(cè)，鳥類與哺乳動(dòng)物均最豐富。阿爾泰山自然資源豐富，為動(dòng)物提供了良好的棲息場(chǎng)所，鳥類中的雕屬（Aquila）、鷹屬（Accipiter）和紅隼（Falco tinnunculus）較為常見，花尾榛雞（Bonasa bonasia）和啄木鳥科（Picidae）也常見于潮濕的針葉林中，高山哺乳動(dòng)物有雪豹（Uncia uncia）等。天山陸棲脊椎動(dòng)物約146種，其中鳥類101種，常見的有黑鸛（Ciconia nigra）、金雕（Aquila chrysaetos）、白肩雕（Aquila heliacal）、玉帶海雕（Haliaeetus leucoryphus）以及胡兀鷲（Gypaetus barbatus）等；哺乳類約35種，常見的有雪豹（Uncia uncia）、棕熊（Ursus arctos）、北山羊（Capra sibirica）等。豐富度等級(jí)均較低的L-L區(qū)主要分布在西南部昆侖山西脈的帕米爾高原一帶，吐魯番盆地西部也有一集中區(qū)域二者豐富度均低。黃色的大塊區(qū)域?yàn)镸L-ML模式，占比最高，主要在準(zhǔn)噶爾盆地西北部及塔里木盆地東部至新疆與甘肅交界處。MH-MH組合主要在北疆，但比較分散。

鳥類與哺乳類豐富度等級(jí)不一致的L-H或H-L區(qū)域主要集中在中部且所占面積很小，說(shuō)明同一區(qū)域內(nèi)鳥類和哺乳類的物種豐富度相互影響，傾向于同向變化。其余組合模式的區(qū)域比較分散，昆侖山東脈、北坡的低海拔區(qū)域哺乳類豐富度高于鳥類，以藏羚（Pantholops hodgsonii）、野牦牛（Bos mutus）、蒙古野驢（Equus hemionus）等野生有蹄類為主，水道附近的柳叢常有棕熊（Ursus arctos），候水鳥在季節(jié)遷徙中也常出沒于此處的湖泊，但雪豹（Uncia uncia）極為少見。塔里木盆地內(nèi)部，鳥類與哺乳類物種數(shù)相差百種左右，鳥類普遍多于哺乳類。靠近天山南脈的地區(qū)以及新疆東北部鳥類與哺乳動(dòng)物豐富度復(fù)雜多樣。

2.3.3 不同海拔高度內(nèi)的豐富度差異

新疆地形復(fù)雜多樣，地勢(shì)整體偏高但相對(duì)高差卻很大，采用常規(guī)的海拔劃分標(biāo)準(zhǔn)不能很好地體現(xiàn)其內(nèi)部的高程差異，因此本研究參考新疆地形特征的相關(guān)研究成果（柴慧霞等，2008），劃分出6個(gè)海拔高度帶，以探究不同海拔高度內(nèi)的物種豐富度差異，見圖6。

圖6 不同海拔高度內(nèi)的物種豐富度差異Fig. 6 Differences in species richness at different altitudes

圖6a中可見低于海平面的艾丁湖湖區(qū)，鳥類和哺乳類僅有3種組合模式。該區(qū)域?yàn)橹袊?guó)大陸最低點(diǎn)，也是世界最酷熱干燥的地區(qū)之一，年降水量不到20 mm，蒸發(fā)量是降水量的110—500倍（李疆等，1984）。這使得二者豐富度以 L-L為主，3種組合模式中哺乳動(dòng)物豐富度均為低等級(jí)，鳥類豐富度可達(dá)到中高等級(jí)，冬季大批候鳥在艾丁湖濕地保護(hù)區(qū)棲息覓食，不時(shí)也會(huì)看見天鵝（Cygnus）在蘆葦上空飛翔。圖6b為0—500 m的較平坦地區(qū)，主要位于北疆，雖范圍較小，但物種豐富度組合模式有12種，以ML-ML為主，集中在準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)部，這里荒漠沙地廣布，生態(tài)系統(tǒng)單一。500—1000 m海拔高度內(nèi)的豐富度組合模式有13種，如圖6c，以ML-ML、MH-MH為主，即鳥類與哺乳動(dòng)物的豐富度水平基本一致，差異較小。圖 6d是面積廣闊的1000—2500 m高程區(qū)域，不僅16種模式均有，且物種豐富度整體較高，僅盆地內(nèi)部較低。天山以北的河流密集區(qū)為動(dòng)物提供了良好的水源環(huán)境，準(zhǔn)噶爾盆地未完全閉合，氣流進(jìn)入形成地形雨，因而天山北坡降水相對(duì)豐富，利于森林生長(zhǎng)。此外，阿爾泰山西部低海拔區(qū)以溫帶針葉林和草甸為主，森林資源豐富，因而鳥類和哺乳動(dòng)物種類較多，且該海拔范圍是鳥類普遍能夠達(dá)到的飛行高度，故鳥類豐富度高于哺乳動(dòng)物的區(qū)域較多。圖 6e為海拔2500—4000 m的昆侖山、天山、阿爾泰山大部分區(qū)域，盡管面積不大，但也有 16種完整的組合模式，阿爾泰山部分區(qū)域鳥類物種豐富度高于哺乳動(dòng)物，天山山脈一帶豐富度較為復(fù)雜，碎片化分布明顯。天山是全球唯一由巨大沙漠夾持的大型山脈，具有山盆相間的地貌格局、眾多的冰川河流、特殊的生物區(qū)系和生態(tài)過(guò)程等諸多自然特征。圖6f為4000 m以上的昆侖山、天山南坡高海拔區(qū)，物種豐富度組合模式有10種，主要為ML-L組合，H-H占比較少，且鳥類物種豐富度整體低于哺乳動(dòng)物，這與生態(tài)學(xué)中鳥類棲息地的海拔高度由其飛行高度所決定是一致的。高海拔區(qū)的低氧與高寒迫使棲息于該區(qū)域的鳥類必須具有較強(qiáng)的攜氧與能量代謝能力，以應(yīng)對(duì)缺氧環(huán)境并在低溫環(huán)境中維持正常生命活動(dòng)（何中聲等，2012；熊鷹等，2019）。此外因常年積雪覆蓋，只有能抵抗零下 20—30 ℃嚴(yán)寒的動(dòng)物才可生存，如全世界生活在海拔最高處的牦牛（Bos mutus），通常分布于海拔3000—5000 m的高寒地區(qū)，6400 m是其爬高極限。

3 討論

3.1 物種豐富度影響因素

氣候、植被不僅是鳥類和哺乳動(dòng)物重要的生境條件，還是影響物種豐富度的重要因子，新疆地區(qū)盆地、高山地勢(shì)起伏變化較大，對(duì)動(dòng)物的生境選擇具有重要影響（陶夏秋等，2018）。本研究基于氣候、植被與海拔高程之間的較強(qiáng)相關(guān)性，通過(guò)對(duì)海拔高程的進(jìn)一步劃分，深入探究了新疆地區(qū)鳥類和哺乳動(dòng)物的物種豐富度的空間分布和地區(qū)差異，盡管沒有將氣候和植被納入研究范疇，但結(jié)果依然具有一定的可靠性。

3.2 空間尺度變換及其影響

由于空間研究中存在著邊緣效應(yīng)，本研究在進(jìn)行矢量-柵格轉(zhuǎn)換時(shí)采用了邊界代數(shù)法對(duì)研究區(qū)邊界處進(jìn)行處理，因而會(huì)導(dǎo)致基于柵格的面積計(jì)算結(jié)果在研究區(qū)邊界的部分地區(qū)出現(xiàn)低估。此外，代表海拔高程的DEM數(shù)據(jù)空間分辨率為90 m，為了與物種分布數(shù)據(jù)的空間分辨率保持一致，在尺度變換過(guò)程中將DEM重采樣為10 km大小的柵格數(shù)據(jù)，這種升尺度變換也不可避免地平滑了海拔高度的空間差異性，從而降低了高程數(shù)據(jù)的精度（李光一等，2021），對(duì)研究結(jié)果的精確性也產(chǎn)生了一定的影響。

3.3 精度及不確定性

首先，空間分布及其差異性研究無(wú)法脫離具體的時(shí)間范圍和空間尺度，而時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究需要長(zhǎng)期、大量的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐，囿于數(shù)據(jù)的可得性及其更新的限制，本研究采用的數(shù)據(jù)不僅時(shí)間較早，而且是基于物種的縣域分布范圍進(jìn)行矢量化的。其次，該數(shù)據(jù)也與中國(guó)的生物多樣性調(diào)查所劃分的10 km×10 km尺度保持了空間上的一致性，這些數(shù)據(jù)上的局限性使研究結(jié)果在時(shí)間上未能反映目前物種分布的最新變化，在空間分布上也出現(xiàn)了明顯的以縣域?yàn)檫吔绲膲K狀分布模式，從而使該時(shí)空尺度下的空間格局和差異性研究結(jié)果具有一定的不確定性，但本研究重點(diǎn)并非介紹新疆物種分布現(xiàn)狀，而是討論方法適用性和新疆客觀存在的物種空間分布特點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)的時(shí)效性對(duì)物種分布差異結(jié)果影響并不是很大。未來(lái)可通過(guò)添加物種棲息地類型等更多空間輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)生產(chǎn)，以減小或消除行政邊界的影響，并結(jié)合野外樣線法、紅外相機(jī)法和籠捕/夾捕法等更新物種分布數(shù)據(jù)（顏文博等，2019），通過(guò)縮小空間格網(wǎng)的劃分尺度進(jìn)行更微觀、更系統(tǒng)的物種空間差異研究（高戈等，2021）。

雖然遙感在物種監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著日益重要的作用，但強(qiáng)化野生動(dòng)物長(zhǎng)期性監(jiān)測(cè)管理、完善物種數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)仍然是一項(xiàng)必要的基礎(chǔ)性研究工作。GIS空間定量分析方法已成為生物多樣性研究的重要技術(shù)手段，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究野外調(diào)查和野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)管理的不足，還可在空間上細(xì)化物種分布的差異性，并通過(guò)空間疊加技術(shù)提高多物種綜合分析的定量化水平，為進(jìn)一步探究物種分布的時(shí)空間格局變化及其成因提供重要參考。

4 結(jié)論

新疆鳥類和哺乳動(dòng)物的空間格局及差異性結(jié)果表明，鳥類的種數(shù)不僅多于哺乳動(dòng)物，其高豐富度區(qū)域也明顯多于哺乳動(dòng)物。由于鳥類與哺乳動(dòng)物的生活習(xí)性以及生存環(huán)境的差異，同一范圍內(nèi)二者物種豐富度存在兩極化差異，如哺乳動(dòng)物物種較多的地區(qū)鳥類物種豐富度極低，亦或者鳥類物種豐富的地方哺乳動(dòng)物種類較少，這種豐富度等級(jí)一高一低的地區(qū)即L-H和H-L區(qū)域僅占2.99%，且主要位于中部，表明這些區(qū)域無(wú)法同時(shí)適宜鳥類與哺乳動(dòng)物生存。鳥類和哺乳動(dòng)物豐富度均高的區(qū)域（H-H）集中在阿爾泰山、天山南北側(cè)，占新疆全域5.46%，而新疆西南部帕米爾高原及昆侖山一帶二者豐富度均低，L-L區(qū)域占全域面積2.85%，靠近天山南脈的地區(qū)物種豐富度分布最為復(fù)雜。

此外，新疆地形復(fù)雜多樣，盆地、高山地勢(shì)起伏變化較大，對(duì)動(dòng)物的生境選擇具有重要影響。不同的海拔高度內(nèi)，物種豐富度差異顯著，海拔高度低于0 m與高于4000 m的地區(qū)因生態(tài)系統(tǒng)單一，故物種較為稀少，1000—2500 m高程內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)豐富多樣，是鳥類與哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)的適宜高度，物種豐富度不僅最高，且二者豐富度也最復(fù)雜。因此就新疆地理范圍大且動(dòng)物物種差異顯著的特點(diǎn)，采取統(tǒng)一化的物種保護(hù)政策是不可取的，勢(shì)必應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的地形特征進(jìn)行地理分區(qū)，并制定相應(yīng)的管理體系，因地制宜采取差異化的物種保護(hù)和管理措施。如在河流密集區(qū)域加強(qiáng)植被綠地保護(hù)；在水源缺乏地區(qū)進(jìn)行人工引流，并出臺(tái)相關(guān)政策維護(hù)稀有水源，防止人為破壞。不同海拔范圍內(nèi)，根據(jù)動(dòng)物生活習(xí)性，采取就地保護(hù)和遷地保護(hù)相結(jié)合，在地勢(shì)環(huán)境極端地區(qū)物種稀少，重點(diǎn)加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)建立和管理，并強(qiáng)化新疆地區(qū)野生動(dòng)物的監(jiān)測(cè)與保護(hù)，禁止一切殺戮行為，穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，維護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，進(jìn)一步建立健全自然保護(hù)區(qū)管理體系，完善鳥類與哺乳動(dòng)物的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、研究、保護(hù)物種多樣性提供詳細(xì)、準(zhǔn)確、完備的基礎(chǔ)信息統(tǒng)計(jì)資料。