甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区野马生境适宜性评价和景观特征分析.pdf
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1、 Chinese Journal of Wildlife 2023,44(3):494-505Chinese Journal of Wildlifehttp:/甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区野马生境适宜性评价和景观特征分析裴鹏祖1,田瑞祥1,王亮1,李海龙1,包新康2*(1.甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区管护中心,瓜州,736100;2.兰州大学生命科学学院,兰州,730000)摘 要甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区是我国野马(Equus ferus)重引入及野放项目的重要成员之一,开展生境适宜性评价是制定该物种保护规划的前提和基础。综合考虑植被、地理环境等影响野马生境选择的关键因子,以及
2、道路和放牧等人为干扰因子,在地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的支持下,采用层次分析法(AHP)确定各评价因子的权重,运用生境适宜性指数(HSI)模型得到野马生境适宜性综合评价分级图并计算各分区面积。同时,利用Fragstats 4.2景观分析软件从斑块水平对其生境进行景观格局特征分析。结果显示:不考虑人类活动影响时,潜在适宜生境面积为283 082.76 hm2,占研究区总面积的59.99%。受道路、工矿区和放牧等人类活动的影响时,实际适宜生境的面积减少27 405.90 hm2,其中,道路是导致适宜生境丧失的主要因素,占55.92%。景观特征分析显示,潜在生境和实际生境内部都存在几个
3、面积较大的高适宜生境斑块。景观指数一致显示,在人为干扰下实际生境的景观连接性变差,生境破碎化程度增加。建议控制家畜数量,改造或修建人工水源提高生境质量,加大迁徙廊道监测与保护,以确保该物种的长期生存。稿件运行过程收稿日期:2022-03-13修回日期:2022-06-02关键词:野马;生境适宜性评价;景观特征;生境破碎化Key words:Przewalski s horse(Equus ferus);Habitat suitability assessment;Landscape features;Habitat fragmentation中图分类号:Q958.1文献标识码:A文章编号:23
4、10-1490(2023)-03-0494-12DOI:10.12375/ysdwxb.20230303基金项目:2020 年自列省级林业和草原科技计划项目(2020kj071);甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区第四期综合科学考察项目(2021zfcg03892)第一作者简介:裴鹏祖,男,37岁,工程师;主要从事保护区资源监测与野生动物保护研究。E-mail:*通信作者:包新康,E-mail:裴鹏祖等:甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区野马生境适宜性评价和景观特征分析第3期Habitat Suitability Assessment and Landscape Feature Analysis
5、of Przewalski s Horse in Anxi Extreme-arid Desert National Nature Reserve,GansuPEI Pengzu1,TIAN Ruixiang1,WANG Liang1,LI Hailong1,BAO Xinkang2*(1.Management Center of Gansu Anxi Extra-arid National Nature Reserve,Guazhou,736100,China;2.School of Life Sciences,Lanzhou University,Lanzhou,730000,China)
6、Abstract:Gansu Anxi Extreme-arid Desert National Nature Reserve is one of the important members of Przewalski s horse(Equus ferus)reintroduction project in China.Habitat suitability assessment is the prerequisite and basis for formulating conservation planning of the species.In this study,three grou
7、ps of parameters including biological factors(vegetation type,coverage,edible plant resources),non-biological factors(slope,distance from water),and the human interference factors(distance from the road,distance to pasture,distance to mining area)were considered comprehensively for habitat suitabili
8、ty assessment of Przewalski s horse.The analytic hierarchy process(AHP)method was used to determine the weight of each evaluation factor and a criterion for Przewalski s horse habitat suitability was established.With help of geographic information system(GIS)and remote sensing(RS),habitat suitabilit
9、y index(HSI)was used to evaluate habitat suitability and a comprehensive distribution map of Przewalski s horse.At the same time,at patch level,the landscape pattern and the characteristics of the landscape index were analyzed by the Fragstats 4.2.The results showed that if not considering human act
10、ivities,the potential suitable habitat areas within the reserve was 283,082.76 hm2,accounting for 59.99%of the total assessment area.However,in the presence of impacts of human activities such as national highway,mine exploration and grazing livestock,the actual suitable habitat decreased by 27,405.
11、90 hm2.Among them,road was the most severe human interference leading to the loss of suitable habitat,accounting for 55.92%.The landscape analysis showed that there were a few highly suitable habitat patches with large area and high connectivity in both potential habitat and actual habitats.The land
12、scape metrics consistently showed that the landscape and patch connectivity became poorer and fragmentation increased under human interference.In combination with effective conservation measures,we suggest controlling the number of livestock,as well as establishing artificial water source to improve
13、 habitat quality of Przewalski s horses.In addition,it is also necessary to establish and restore ecological corridors to bridge the Przewalski s horse suitable habitats,so as to ensure the long-term survival of this species.生境适宜度评价是对生境地质量进行量化的有效手段,通过对物种的生境适宜度评价,可以明确适宜生境的分布范围、特征与质量信息,从而为野生动物保护和栖息地规划
14、提供科学依据12。生境适宜性指数(habitat suitability index,HSI)模型作为生境评价的主要模型之一,通常用于评价生境质量和预测物种分布,已被广泛用于对驼鹿(Alces alces)、帕米尔盘羊(Ovis ammon polii)、藏野驴(Equus kiang)和白尾鹿(Odocoileus virginianus)等大型有蹄类动物的生境评价36。遥感影像可以获取景观尺度的生境因子,结合地理信息系统(GIS)强大的数据处理功能,可以制作出基于小范围物种-生境关联数据的大比例尺物种分布图或生境适宜性图79,此类地图为设计保护区物种再引入和稀有物种的评估提供了重要基础。目
15、前将HSI模型与GIS技术结合的方法已广泛应用于国内外野生动物生境质量评价和预测物种分布,为开展生物学研究、自然资源管理和生态恢复提供了灵活、有效的决策工具5,1012。保护区和生态敏感区的景观变化与生境破碎化会对野生动物种群和自然栖息地产生负面影响1314。基于景观生态学的生境适宜性研究,可以通过对物种栖息地的景观格局分析及对其破碎化进行评价,推导出研究区的生物生境和廊道质量状况,有助于物种生境恢复及廊道重建1516。野马(Equus ferus)为国家一级重点保护野生动物17,被IUCN列为濒危(EN)物种18,野生种群于20495野 生 动 物 学 报第44卷世纪60年代中期在野外灭绝,
16、现存个体均为圈养种群的后代19。甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区(以下简称“安西自然保护区”)是我国野马重引入及野放项目的重要成员之一。1997年引进10匹野马(6匹产于英国,4匹产于中国)开展回归自然试验。经过圈养适应、栏养扩繁,2005年成功将圈养的16匹野马在保护区北片黄草滩实施了半放归。目前放归的野马基本能顺利度过冬春枯草期,适应自然的能力显著增强,基本恢复了野外原有的“妻群制”“社会序列”和“雄性领群”等野生本能,在野外形成5个繁殖群和1个全雄群,种群数量达47匹。将野马引入原生地的最终目标是使其回归自然,经受自然选择的压力,逐渐恢复野生物种的活力和遗传多样性。野马在安西自然保护区半
17、放归取得了阶段性的成果,按照“适应性饲养栏养繁育半自然放归试 验自然放归试验在自然状态下生活”的野化步骤,下一步,将在综合评价的基础上开展小规模的自然放归试验。野马放归自然后会面临诸多考验,如家畜通过杂交、疫病扩散、牧草和水源竞争等方式造成的威胁,工业区和采矿、公路造成的栖息地生境破碎与生存空间挤压,极端温度、夏季水源和冬季食物短缺导致的种群数量急剧下降等20。生境作为野马放归后生活繁衍的场所,质量好坏直接影响野马的地理分布、种群密度和繁殖成功率,甚至会决定放归成功与否21。因此,对保护区及周边野马生境进行评价,提出人为干扰的生态防护和修复措施,对野马后续野化放归和野马栖息地的保护和改造都具有
18、重要意义。本研究通过对保护区及周边地区野马的潜在生境进行综合评估,探究其生境状况如何?影响野马生境质量的关键因素是什么?为消除野马放归后的生存威胁,实现顺利放归提供技术指导。1研究区概况研究区包含安西自然保护区北片区域及肃北一百二戈壁的部分区域(411019414834 N,94476955144 E),面积约 471 908.43 hm2,属于典型的荒漠生态系统,干燥、少雨多风,年平均气温8.74,极端最高气温42.8,极端最低气温-29.3,年平均降水量50.87 mm,年蒸发量2 381.32 mm,干燥度11.7,属极干旱区。区内有自然湿地泉9处,人工开挖泉3处,铁路2条,公路3条,输
19、油气管道3条,工矿区7个(图1)。地形主要以裸岩石砾地、流水滩地、盐碱湿地、山前冲地或冲沟、低山丘陵和河道为主,植被类型主要有荒漠化草原、荒漠灌丛和湿地草甸等。植被主要是由白刺(Nitraria tangutorum)、红砂(Reaumuria songarica)、合头藜(Sympegma regelii)、珍珠柴(Caroxylon passerinum)和戈壁针茅(Stipa tianschanica var.gobica)构成的荒漠草原和戈壁植被。同域大中型有蹄类动物有蒙古野驴(Equus hemionus)、盘羊(Ovis ammon)和鹅喉羚(Gazella subgutturos
20、a)。狼(Canis lupus)是有蹄类动物的唯一天敌。图1野马生境研究区域Fig.1 Study area of Przewalski s horse habitat496裴鹏祖等:甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区野马生境适宜性评价和景观特征分析第3期2研究方法2.1数据获取与预处理数据源主要有遥感影像数据、地形高程数据和矢量地图数据。遥感影像数据来源于美国地质勘探局官网(https:/earthexplorer.usgs.gov/)的Landsat 8遥感影像(第137列,第31行,云量小于3%,空间分辨率为30 m)。地形高程数据来源于美国国家航空航天局网站(https:/www.ea
21、rthdata.nasa.gov/)的4幅空间分辨率为 12.5 m ALOS PALSAR Hi-Res Terrain Corrected DEM影像。在ENVI软件中对所获取影像进行辐射定标、大气校正、镶嵌和裁切等预处理。基于Landsat 8影像,依据ENVI 5.3波段运算获得归一化植被指数(NDVI)22和植被覆盖度(FVC)23(图2)。坡度数据基于ALOS DEM数据获取。中国100万植被类型空间分布数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(http:/)(图3)。公路和铁路数据来自全国地理信息资源目录服务系统最新提供的 1 250 000 全国基础地理数据库(https:/
22、)。工矿区和水源数据从中国科学院遥感与数字地球研究所提供的空间分辨率0.8 m的高分二号融合影像中提取,并经实地验证。保护区戈壁针茅和芨芨草(Neotrinia splendens)是野马最主要的食物,把单位面积的针茅和芨芨草的鲜质量作为可食植物资源量进行调查。具体方法:在1 50 000地形图上对研究区域进行5 km5 km网格化,每个网格设计1或2条调查样线,沿调查样线随机设置5个调查样点,记录每个样点内的1 m1 m的针茅鲜质量和地理坐标。基于每个调查点的坐标,采用反距离权重法插值形成研究区的可食植物资源量分布图(图4)。用ArcGIS 10.2软件将上述全部数据统一边界,统一坐标系 W
23、GS_1984_UTM_Zone_46N,所有矢量图层转化为30 m空间分辨率的栅格图层,以便对数据进行叠加分析及栅格计算。2.2确定评价因子评价指标的选择关系到野生动物生境适宜性评价结果的准确性,因此指标的确定至关重要。荒漠区有蹄类动物的生活习性和生存需求与物理环境因素、生物因素和人为干扰等因素相关5。地形条件、水源和食物是决定有蹄类动物生存状况最重要的环境因子24。研究表明,影响野马生境选择的主要因子是地形、水源点空间分布、植被类型、可食植物资图3研究区植被空间分布数据Fig.3 Spatial distribution of vegetation types in the study a
24、rea注:265.梭梭荒漠;267.膜果麻黄荒漠;274.沙拐枣荒漠;281.白刺荒漠;293.红砂荒漠;299.珍珠柴荒漠;303.合头藜荒漠;307.短叶假木贼荒漠;332.盐爪爪盐渍荒漠草原;384.戈壁针茅草原;469.芦苇草甸Note:265,Haloxylon ammodendron desert.267,Ephedra przewalskii desert.274,Calligonum arborescens desert.281,Nitraria tangutorum desert.293,Reaumuria songarica desert.299,Caroxylon pas
25、serinum desert.303,Sympegma regelii desert.307,Anabasis brevifolia desert.332,Kalidium foliatum desert grassland.384,Stipa tianschanica var.gobica steppe.469,Phragmites meadow图2研究区植被覆盖度数据Fig.2 Vegetation coverage data of in the study area497野 生 动 物 学 报第44卷源量和人类活动干扰等21,2526。野马优先选择坡度小于15的栖息地27。在极干旱区水源
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