艾比湖湿地自然保护区鹅喉羚生境适宜性评价

程 亮,马合木提·哈力克,师庆东,*,陈丽华,王德虎,热木图拉·阿卜杜克热木,艾孜孜江·乃比,彭佳宾

1 新疆大学资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046 2 新疆生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046 3 新疆大学生命科学与技术学院资源生物研究所, 乌鲁木齐 830046 4 新疆艾比湖湿地国家级自然保护区管理局, 博乐 833400



艾比湖湿地自然保护区鹅喉羚生境适宜性评价

程 亮1,2,马合木提·哈力克3,师庆东1,2,*,陈丽华4,王德虎4,热木图拉·阿卜杜克热木3,艾孜孜江·乃比3,彭佳宾1,2

1 新疆大学资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046 2 新疆生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046 3 新疆大学生命科学与技术学院资源生物研究所, 乌鲁木齐 830046 4 新疆艾比湖湿地国家级自然保护区管理局, 博乐 833400

鹅喉羚是易危物种之一,利用现代空间分析技术快速准确评价其生境质量具有方法学意义和动物保护实际价值。以新疆艾比湖湿地自然保护区为评价区, 通过全年不同季节多点野外调查,结合GIS空间分析技术, 对鹅喉羚的生境影响因素进行分析并进行了适宜性评价。主要结果与结论如下：1)构建了适宜于研究区的基于植被类型和水源地为主要评价因子的鹅喉羚生境适宜性评价指标；2)通过空间数据统计分析认为水源和植被是影响保护区鹅喉羚生境质量的重要因素,距水源地2000 m以内的胡杨、梭梭、柽柳群落最适合鹅喉羚的生存,距水源2000—5500 m的区域为水源的中度适合区域,距水源5500 m以外植被稀少的地区不适宜鹅喉羚的生存；3)研究区域鹅喉羚生境面积春季为2339 km2,夏季为2880 km2,秋季为2728 km2,冬季为2862 km2,分别占研究区域总面积的61.5%、75.6%、71.7%和75.2%；4)目前在保护区内活动的人群主要为保护区的管理人员,人类活动地区与鹅喉羚生存环境空间上具有重叠性,但人类活动强度尚没有显著影响到鹅喉羚的生存,保护区的存在为鹅喉羚的生存起到了重要保护作用；5)由于保护区上中游人类的生产与开发,保护区水资源不断减少,主要表现为地表水减少,地下水位下降,这可能成为影响鹅喉羚生境质量的主要因素。今后需要优化保护区内水资源的配置,尽量减少人类活动对鹅喉羚的干扰,以有利于鹅喉羚的生存繁衍。

鹅喉羚；生境适宜性评价；地理信息系统(GIS) ；新疆艾比湖

鹅喉羚(Gazellasubgutturosa)为典型的荒漠、半荒漠栖居者,隶属于偶蹄目(Artiodactyla)牛科(Bovidae)羚羊亚科(Antilopinae)瞪羚属(Gazella)。该物种分布区域广泛,从阿拉伯半岛、伊朗、阿富汗向东直到中国西北和蒙古境内的广大地区都有其分布,在中国分布于新疆、青海、内蒙古西部和甘肃等地[1]。鹅喉羚适应干旱、半干旱的砂砾荒漠草原和半荒漠地区的特殊地理条件,栖息地环境包括山地荒漠、盆地砾石荒漠、灌木和半灌木荒漠、盐渍化荒漠、荒漠草原、胡杨林等各种类型。鹅喉羚自古以来一直是人们的狩猎对象,近半个世纪以来,随着牧业发展、农业垦殖、工业区和居民点的相继扩充、矿产资源开发、过度捕猎等人为因素及气候变化导致食物短缺的影响,鹅喉羚栖息地分布区日益缩小,环境不断恶化,导致全球范围内种群数量锐减[2- 3]。1994年国际自然与自然资源保护联盟(IUCN)将鹅喉羚列为低危种(LR级),2006年将其列为易危种(VU级),中国红皮书将其列为易危物种(VU级)[2]。在鹅喉羚的相关研究中,Qiao等进行了鹅喉羚栖息地选择及食性方面的研究[4],Pereladova等研究了乌兹别克斯坦Bukhara繁育中心鹅喉羚指名亚种的种群变化和活动范围[5],国内学者对于鹅喉羚的相关研究主要为：采食地特征[1]、社群结构[6- 7]、种群数量[8]、食性分析[9]、生物学研究[10]、卧息地选择[11]、昼间时间分配和活动节律[12]、生境研究[13]等。除了传统野外动物调查方法外,近些年来国内外使用GIS技术与GPS定位跟踪技术,从中大尺度上研究野生动物的生存环境[13- 17],研究对象包括黔金丝猴(Rhinopiphecusbrelichi)[14]、大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)[18]、藏野驴(Equuskiang)[19]、普氏原羚 (Procapraprzewalskii)[20]等珍稀物种。利用GIS技术探讨人类活动影响较强烈自然保护区鹅喉羚的生境评价相关研究较为少见。

20世纪60年代初期艾比湖保护区内的鹅喉羚成群结队,一群有几十只之多[21],但是2014年四季调查发现艾比湖保护区内的鹅喉羚一群多为3—4只及以下,艾比湖保护区的鹅喉羚种群数量在50a间大幅减少,因此对该区的鹅喉羚的保护展开研究工作具有重要的意义。本研究在一年多的鹅喉羚栖息环境野外调查基础上,结合GIS技术的空间分析功能研究鹅喉羚的空间分布和评价生境适宜性,为该保护区鹅喉羚生境保护和管理提供科学依据。

1 研究区域

图1 研究区位置图Fig.1 Location of the study area

艾比湖湿地自然保护区(82°33′47″—83°53′21″E, 44°31′05″N—45°09′35″)位于准噶尔盆地西南部最低处,是我国内陆干旱荒漠区中为数不多的现存湿地(图1)。荒漠天然林地和水域湿地是艾比湖湿地自然保护区的两类主要景观,也是野生动物的集中分布区。保护区目前查明的各种脊椎动物有256种,动物的类群主要由荒漠特有种、广布种和一些迁徒鸟类组成；其中国家一类保护动物10种,国家二类保护动物如马鹿(Cervuselaphusyarkandensis)、鹅喉羚、水獭(Lutralutra)、猞猁(Lynxlynx)、天鹅(Cygnuscygnus)、灰鹤 (Grusgrus)等39种。但是由于艾比湖周边生态状况日益恶化,对保护区生物多样性的威胁愈加严重。

2 研究材料与方法

2.1 影响鹅喉羚生境质量的因素

影响鹅喉羚生境适宜性的因素可以分为三大类：物理环境、生物和人类活动干扰因素。物理环境因素包括水源、海拔、地形、坡度、坡向等。本文利用ARCGIS10.0对研究区DEM(来源于http://www.gscloud.cn/)影像进行坡度分析,发现艾比湖保护区地形平缓,坡度很小。而鹅喉羚喜欢坡度平缓的地区,杨维康等在对卡拉麦里山鹅喉羚进行研究时认为坡度小于20°的地区为鹅喉羚的适宜生境[13]。此外,经过实地调查,发现研究区域的海拔高度在180—500m,均为鹅喉羚生存适宜区,因此本研究没有考虑坡度、坡向和海拔3个因素,物理环境因素主要考虑水源。生物因素包括植被类型、天敌和竞争物种的分布等,本研究主要考虑植被类型。植被类型是影响鹅喉羚栖息地选择的重要生态因子, 它既可以反映鹅喉羚食物分布也可以反映隐蔽条件[13,17]。本文参考艾比湖湿地自然保护区植被分布图,将评价区分为9种植被类型,即：胡杨群落、梭梭群落、枸杞群落、柽柳群落、宜林地、草地、芦苇群落、柳树群落、泡泡刺群落。人类活动干扰因素主要包括保护区内的道路、放牧点、居民点和盐矿等。本调查周期过程中研究区域内没有修建成的人工道路,均为各个居民点之间长期交通、牧民迁徙时车轮轧出的临时道路,居民点多为管护站和放牧点,放牧点主要为牧民定居点和临时放牧点,矿点主要包括位于艾比湖湖区东南的一个盐矿。

2.2 鹅喉羚调查

根据跟当地工作人员进行的访问初步了解鹅喉羚的活动范围,从2013年到2014年按夏(2013年6—7月)、秋(2013年10—11月)、冬(2014年1—2月)和春(2014年4—5月)四季用粪堆计数法对保护区鹅喉羚活动规律进行调查,在鹅喉羚活动中心(粪堆密度较高区)以距离25m的样线进行新鲜粪堆计数以及GPS定位,共记录了1965堆新鲜粪便,246个GPS位点(一个GPS位点可能有很多堆鹅喉羚新鲜粪便),同时记录活动区域的自然环境条件和人为干扰情况, 建立鹅喉羚活动空间信息数据库。

2.3 影响因子收集和处理

在ARCGIS10.0中,通过对艾比湖保护区管护站提供的地形图配准植被类型图并对其矢量化(图2)。结合Google earth高清影像提取出研究区域内道路、居民点、水源地的KML格式文件,然后利用转换工具把道路、居民点、水源的KML格式文件转换成SHP格式文件,完成艾比湖保护区道路、居民点、水源分布图,在以上工作基础上将鹅喉羚活动空间信息数据与各影响因子的图层叠加分析。

图2 艾比湖湿地自然保护区植被类型图Fig.2 Vegetation types of Ebinur Lake Wetland Nature Reserve

2.4 空间分析

借助ARCGIS10.0的空间分析功能,对各单项影响因子的适宜性进行评价,在研究物理环境因素(水源)和人为干扰因素(道路、居民点、盐矿)时,通过近邻分析算出鹅喉羚分布位置点到这些因素的距离,统计固定间距内鹅喉羚分布点的个数并制作趋势线,以确定这些因素对鹅喉羚的影响范围,在此基础上进一步确立强烈影响、中度影响和弱影响的范围,通过缓冲区分析,得到不同影响强度(即不同适宜性)的区域。

在研究生物因素(植被类型)时,结合四季野外调查数据,使用叠加分析模块统计不同季节鹅喉羚在不同植被类型中的分布情况及出现的频率,根据出现频率划分为鹅喉羚的适宜生境、次适宜生境、不适宜生境。

图3 研究区水源地、鹅喉羚和人类活动点分布图 Fig.3 Distribution map of waterhead, Gazellasubgutturosaand human activities in study area

3 结果与分析

3.1 单项因素的适宜性特征

根据上述方法,将研究区域水源地、鹅喉羚和人类活动点分布图层叠加得到研究区水源地、鹅喉羚和人类活动点分布图(图3),从图中可以看出鹅喉羚主要分布在保护区的北部、南部和东南部,且多分布于水源附近。保护区内的道路、居民点与水源点关系非常密切,人类主要活动区域也在水源地附近。

物理环境因素(水源)的适宜性特征：通过500m为间距做0—6000m的缓冲区分析,计算间距内鹅喉羚分布点的个数,然后制作趋势线图(图4),从图中也可以看出离水源越近的地方鹅喉羚的分布点愈多,随着距离的增加,分布点的数量在逐渐减少,因此水源地是鹅喉羚生境的主要物理评价因子。分析鹅喉羚到水源距离的箱型图(图5),从而选取距水源距离2000m和5500m为临界点,距水源0—2000m的区域为水源的强烈影响区域,距水源2000—5500m的区域为水源的中度影响区域,距水源5500m以外的区域视为水源的弱影响区域。

人类干扰因素的适宜性特征：类似于水源分析,对鹅喉羚分布点距道路、居民点(居民点均分布于道路旁)的距离做了趋势分析(图6),从图中可以看出,距离道路、居民点越近鹅喉羚的分布点反而愈多,说明目前人类活动并没有对鹅喉羚的活动产生影响。主要原因人类活动也在水源地附近,目前居住稀疏分散,相对活动强度小,尚没有对鹅喉羚的生存造成显著影响。从另一方面可以认为对鹅喉羚生存而言,水源的重要性要大于人类活动的胁迫性,所以本次评价没有将人类活动作为评价因子。

图4 鹅喉羚分布点数与到水源地距离的关系分析 Fig.4 Relation between Gazellasubgutturosa distribution and their distances from the waterhead

图5 分布点到水源地距离的箱型图 Fig.5 Box plot of distance from distribution point to waterhead

生物因素的适宜性特征：基于研究方法,算出鹅喉羚在各植被类型中出现的频率如表1。

依据研究方法和表1的结果可知：春季胡杨、柽柳、梭梭为适宜生境,枸杞、芦苇、草地、泡泡刺、沙漠为次适宜生境。夏季胡杨、柽柳、梭梭为适宜生境,泡泡刺、芦苇、草地、宜林地、枸杞、沙漠为次适宜生境。秋季胡杨、梭梭次为适宜生境,柽柳、泡泡刺、草地、宜林地、沙漠为次适宜生境。冬季胡杨、柽柳、梭梭、泡泡刺为适宜生境,枸杞、草地、宜林地、沙漠为次适宜生境。湖泊、沼泽以及在调查季节内未发现鹅喉羚踪迹的植被类型为不适宜生境。

3.2 多因素的适宜性特征

根据本研究单因素适宜性计算结果,参考相关文献[13,22-23]本文做了如下规定：距水源距离2000m以内的区域为鹅喉羚的适宜生境,赋值为7；2000—5500m为次适宜生境,赋值为4；5500m以外为不适宜生境,赋值为1。将植被类型分为适宜、次适宜、不适宜3个等级分别赋值为2、1、0。得到鹅喉羚的生境适宜性评价准则(表2)。

3.3 鹅喉羚生境评价

将不同季节物理因素赋值图与生物因素赋值图相加,得到不同季节鹅喉羚生境适宜性综合图。根据上述准则算出,艾比湖保护区鹅喉羚春季生境面积为2339km2, 占研究区域总面积的61.5%,其中适宜生境为1147km2,次适宜生境为1192 km2；夏季生境面积为2880km2, 占研究区域总面积的75.6%,其中适宜生境为1218km2,次适宜生境为1662km2；秋季生境面积为2728km2, 占研究区域总面积的71.7%,其中适宜生境为1110km2,次适宜生境为1618km2；冬季生境面积为2862km2, 占研究区域总面积的75.2%,其中适宜生境为1269km2,次适宜生境为1592km2(图7)。

4 讨论

通过本研究认为：1)水源和植被是影响研究区鹅喉羚生境质量的重要因素,距水源地2 km以内的胡杨、梭梭、柽柳群落最适合鹅喉羚的生存,这些群落为鹅喉羚提供了卧息和采食的场所,距水源5.5 km以外植被稀少的地区不适宜鹅喉羚的生存；2)研究区鹅喉羚生境面积春季为2339 km2,夏季为2880 km2,秋季为2728 km2,冬季为2862 km2,分别占研究区域总面积的61.5%、75.6%、71.7%和75.2%,其中四季适宜生境分别为1147、1218、1110、1269 km2,并且分布于保护区的东南部、南部和北部(图7),适宜生境的季节性差异不明显,但是鹅喉羚在不同季节对植被类型的选择有很大差异(表1),其中比较明显的是在秋、冬两季鹅喉羚在梭梭群落中出现的频率明显高于春、夏两季,这是因为梭梭在秋、冬两季适口性提高,大量被鹅喉羚采食,这与前人的研究结果相一致[9]；3)目前在研究区活动的人群主要为保护区的管理人员,人类活动强度尚没有显著影响到鹅喉羚的生存,但有临时道路大量穿梭分布于鹅喉羚的适宜生境中。

表1 研究区鹅喉羚在各植被类型中出现的频率

表2 艾比湖湿地自然保护区鹅喉羚的生境适宜性评价准则

9:适宜植被和水源强烈影响的区域,8:次适宜植被和水源强烈影响的区域,7:不适宜植被和水源强烈影响的区域,6:适宜植被和水源中度影响的区域,5:次适宜植被和水源中度影响的区域,4:不适宜植被和水源中度影响的区域,3:适宜植被和水源弱影响的区域,2:次适宜植被和水源弱影响的区域,1:不适宜植被和水源弱影响的区域

图6 鹅喉羚分布点与道路距离的关系分析 Fig.6 Relation between Gazellasubgutturosa distribution and their distances from road

图7 不同季节鹅喉羚生境适宜性评价Fig.7 Habitat suitability assessment for Gazellasubgutturosa in different seasons

在艾比湖自然保护区中,水源和植被是鹅喉羚重要的生存条件,在干旱区植被的生长主要是依靠地下水,而地下水又是由地表水(即本文中的水源)转化而来,一旦水源减少,将会间接影响到植被的生长和鹅喉羚的生存,因此,水源是影响鹅喉羚生存的最重要因子。由于保护区上游人类的生产与开发,研究区水资源不断减少[24]已成为影响鹅喉羚生境质量的主要因素,因而有必要对整个流域的水资源进行优化配置,建议建立艾比湖自然保护区的地表水、地下水监测系统；加大艾比湖流域水利设施资金投入,在流域内全面开展节水型建设,保障保护区水资源的供应；在鹅喉羚的适宜生境中建设一些合适的蓄水池供鹅喉羚饮用。

目前研究区域内的人为干扰因素对鹅喉羚的影响虽然不是非常强烈,但是人类活动的范围主要集中在鹅喉羚的适宜生境中,在调查过程中也发现了马匹、家狗等动物与鹅喉羚活动区域重叠,如果任由这种情况发展下去将会使得鹅喉羚的生境丧失和破碎化,从而间接影响鹅喉羚的存活[16,25],因此鹅喉羚集中活动的适宜生境应该要重点保护[17]。建议在保护区内为鹅喉羚划定预留一定适宜生境, 在该预留区内严禁人类居住和放牧,还应该在保护区内进行适当的道路体系调整和居民点的迁移,自然保护区的成立对鹅喉羚的生存起到了重要作用,应进一步提高保护区内管理人员的管理素质,加强对保护区的有效管护。

现代空间分析技术为快速准确评价动物的生境质量提供了有效的方法,通过对艾比湖保护区鹅喉羚生境适宜性进行评价,可以为鹅喉羚的生境保护和管理提供科学依据,以利于该动物的生存繁衍,对鹅喉羚的保护具有重要的实际指导价值。

致谢：感谢艾比湖保护区管理人员对本研究给予的大力支持与帮助。

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Habitat suitability assessment forGazellasubgutturosain Ebinur Lake Wetland Nature Reserve

CHENG Liang1,2,Mahmut Halik3, SHI Qingdong1,2,*, CHEN Lihua4,WANG Dehu4,Rahmutulla Abdukerim3, Ezizian Nabi3, PENG Jiabin1,2

1CollegeofResourcesandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China2XinjiangKeyLaboratoryofOasisEcology,Urumqi830046,China3CollegeofLifeScienceandTechnology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China4AibihuWetlandNationalNatureReserveAdministration,Bole833400,China

Gazellasubgutturosais classified as a vulnerable species in China. Assessment of the quality of critical habitat forG.subgutturosais therefore of great importance. Ebinur Lake Wetland Nature Reserve (ELWNR) was selected as the target area for current assessment. Using the Geographic Information System (GIS) technique,based on the data obtained from field surveys ofG.subgutturosain different seasons throughout the year, the factors ofG.subgutturosahabitat were analyzed and habitat suitability was assessed. The main results and conclusions were summarized as follows. A criterion for the assessment ofG.subgutturosahabitat suitability was established based on waterhead and vegetation factors, and was used to assess the suitability of the ELWNR forG.subgutturosahabitat. Spatial statistical analysissuggested that the waterhead and vegetation were two important factors affecting the quality ofG.subgutturosahabitat. The region within 2000 m of the waterhead with betterPopuluseuphratica,Tamarixchinensis,andHaloxylonammodendroncommunity was most suitable for the survival ofG.subgutturosa, whereas the region at a distance of 2000—5500m from the waterhead was moderately suitable forG.subgutturosa. The regionbeyond 5500 m fromthe waterhead, which was characterized by sparse vegetation, wasnot suitable forG.subgutturosa. The suitable area forG.subgutturosahabitat in the ELWNR was 2339 km2in spring, which accounted for 61.5% of the total area assessed. The suitable habitat area in summer, autumn, and winter was 2880, 2728, and 2862 km2, and accounted for 75.6%, 71.7%, and 75.2% of the total area assessed, respectively. Humans in the ELWNR are mainly reserve managers.Even though the regions occupied by humans andG.subgutturosaoverlap to certain degree, human activities do not significantly affectthe survival ofG.subgutturosa. The existence of the reserve did contribute to the survival ofG.subgutturosa. Owing to human production and development upstream of the ELWNR, water resources have gradually decreased—both the volume of surface waterand the level of underground water have decreased—which might became a main factor affecting the quality of critical habitat forG.subgutturosa. To improve the quality of the critical habitat forG.subgutturosa, both optimized water resources and less human interferences in the ELWNR are needed in future.

Gazellasubgutturosa; habitat suitability assessment; Geographic Information system (GIS); Ebinur Lake

国家自然科学基金(31360266, 31160114)；中华人民共和国全球环境基金艾比湖流域可持续管理与生物多样性保护项目(zx- 3- 1)

2015- 03- 10;

2016- 03- 21

10.5846/stxb201503100465

*通讯作者Corresponding author.E-mail: shiqingdong@126.com

程亮,马合木提·哈力克,师庆东,陈丽华,王德虎,热木图拉·阿卜杜克热木,艾孜孜江·乃比,彭佳宾.艾比湖湿地自然保护区鹅喉羚生境适宜性评价.生态学报,2016,36(20):6583- 6590.

Cheng L,Mahmut Halik, Shi Q D, Chen L H,Wang D H,Rahmutulla Abdukerim, Ezizian Nabi, Peng J B.Habitat suitability assessment forGazellasubgutturosain Ebinur Lake Wetland Nature Reserve.Acta Ecologica Sinica,2016,36(20):6583- 6590.