3s技术在生物多样性调查研究中的应用

冯蔚　刘有成　王明怀

摘要：随着生物多样性问题的日益突出，对生物多样性的研究与保护提出更高的要求。但由于传统调查方法的局限性，迫切需要新的技术支持。将3S技术应用于生物多样性研究，一方面可以弥补传统调查手段的不足，另一方面为生物多样性的调查研究提供了新的途径与技术支持。本文简述传统调查及其局限性，引出3S技术，在总结3s技术在生物多样性研究中应用现状的基础上，对其应用发展前景进行了展望，为林业调查研究提供指导。

关键词：3S技术；生物多样性；调查研究

生物多样性是人类赖以生存的物质基础，近年来，由于生物资源的过度开发，环境污染日益严重，造成生境的丧失和片段化以及外来种的侵入，资源的保护与可持续利用面临严峻的挑战，从而导致生物多样性下降。《全国生态环境规划》中指出：我国已有15%～20%的动植物种类受到威胁，高于世界平均水平的30%～50%。因此，及时、准确、动态地获取生物多样性现状和变化信息，并对导致其变化的因素做出分析与评价，在目前生物多样性研究与保护中具有重要的意义。传统的调查研究方法因其局限性，难以满足不断深入的生物多样性研究与保护的要求。随着计算机技术、信息技术、空间技术的发展与完善，利用3S技术所进行的生态学研究与应用已深入到生态学的许多领域，为生物多样性调查与研究带来了新的思路与方法。

1调查方法

1.1传统的调查方法

不同类型的生物多样性数据是进行生物多样性研究与保护的基础，数据质量直接影响着评价与保护的结果。传统方法主要是利用野外抽样调查、室内试验和各地调查数据的手工汇集等方法获得生物多样性数据，数据的现势性、准确性和可靠性受到极大的限制，因而传统的调查方法存在着下列局限性：

（1）受地面条件如地质地形、水文、气候等的限制且调查采样点覆盖面窄，对热、高、寒等生物多样性具有特殊意义的区域调查困难，常存在数据信息的空白。

（2）传统调查技术定位精度低，对同一地点的重复准确定位困难，难以实现真正意义的动态探测，影响了数据的连续性、准确性和可靠性，而且调查周期长，信息系统重复建设，人力、财力耗费大。

（3）传统调查方法中数据收集主要依靠各地区生物多样性资料汇集，数据标准难以统一，数据共享困难，信息资源的浪费严重。

1.23S技术

3S技术即遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）及其相关技术是近年来正在蓬勃发展的一门综合的高新技术。GPS具有全时域、全天候、全球空间的准确定位和实时导航功能，可为RS、GIS提供高精度、实时的空间定位信息，极大地拓宽了两者的研究领域。因此，3S技术的有机结合，实现三者的在线连接和实时处理，将其系统化地应用于生物多样性调查，不仅可以获得全时域、全天候、全球空间的实时、动态连续的生物多样性数据，而且可实现对数据的快速处理和实时更新，为生物多样性研究与保护提供有力的技术支持。

23S技术在生物多样性研究中的应用现状

利用3S技术进行生物多样性研究，已经成为生物多样性研究的一种重要方法，目前主要应用于以下几个方面：

2.1生物种群调查

植被包括自然植被和人工植被以及野生珍稀动物是生物多样性研究和保护的重要目标，综合反映所在地的自然和社会条件，因而其变化信息在生物多样性变化的研究中具有十分重要的意义。由于生存环境复杂，实地调查较为困难，效率不高，不能及时获取生物多样性变化信息，影响了生物多样性研究和保护工作的进行。但因每种生物都有其适宜生存的环境和生活习性，野生动物往往具有特殊的栖息地，因此，通过对生境及其栖息地状况的研究与分析，可以间接反映其生物多样性情况，为生物多样性保护与评价提供依据。由于遥感各波段对植被光谱反射信息较为敏感，加之遥感大范围、多时相、多波段的特点，3S技术在生物多样性调查中的应用最早集中于植被类型的分布研究。我国利用MSS卫星图像对内蒙古中东部的草场遥感调查，取得了较好的效果。Ringrose应用GIS和综合遥感技术进行博茨瓦纳南部植被变化的研究；Luque在遥感影像与GIS结合的基础上，对新泽西国家森林保护区的景观组成与结构的动态变化进行了研究，并用景观结构指标对人类活动与自然干扰对景观变化的影响进行评价；Purerdors等同利用AV HRR图像和实地光谱测量的方法，对植被覆盖率和植被指数的关系进行研究，并得出了研究区域（蒙古和日本）的植被覆盖率，促进了3S技术在植被分布调查与研究中的定量化发展。Andrea等利用GIS、RS技术对鹤的栖息地进行研究，通过数据层的生成、栖息地描述、分布预测，建立栖息地模型，从而实现对研究区域鹤的生物多样性信息的调查。而Pornse等利用遥感技术对Knaha国家公园里鹿的栖息地进行研究，为国家公园的规划管理提供了良好的决策支持。

2.2在生物多样性分析与评价中的应用

生物多样性分析与评价是进行生物多样性保护的重要依据。通过生物多样性GIS对资料的有效管理和共享，进行相关数据的实时更新，及时给出生物多样性变化数据，建立分析模型，开展生物多样性分析与评价，为生物多样性保护途径提供可靠的决策支持，应用生态学原理和3S技术在区域的监测、评价与管理中受到广泛重视。如李锋等应用3S技术对青海沙珠玉地区荒漠化进行景观监测与评价；GonzalezRebeles等㈣采用间隙分析，通过对Rio Bravo/Rio Grande地区进行研究，得出该地区的景观多样性保护情况及其状况评价取得了良好的效果。

33S技术在生物多样性研究中的应用前景

随着地理信息系统、遥感和全球定位系统的发展，3S技术可为生物多样性调查与研究提供更为强大的技术支持，由于生物多样性问题的全球化和生物多样性保护的社会化必将推动3S技术在生物多样性研究中的应用向更深和更广的层次发展。从“3S”技术的特点和林业生产的内容分析，可以预见，“3S"技术将对未来林业产生以下影响：

3.1改变以往的森林资源调查作业方式

在生物多样性调查中，GPS技術虽然已有所应用，但往往只是简单的导航和定位功能，没有与RS、GIS技术实行在线连接，影响了3S技术潜在和整体功能的发挥。因此，探索3S集成技术系统化应用的路径与方法，使其与传统调查手段紧密结合，既发挥了3S技术丰富的数据源和强大的数据处理能力，又能充分地利用野外调查、取样、试验分析的精确性优势，可对实现两者的相互验证与补充。

3.2快速编制各种林业专题图件

3 S技术的进步，计算机技术和多媒体技术的发展，利用GIS海量数据处理能力和强大的空间分析能力，将生物多样性属性数据与空间数据紧密结合，实现两者的相关分析与处理，将抽象的生物多样性数据直观地用各种地图包括普通电子地图和影像地图、图形、图表等形式予以显示。这样就使原本简单堆积的数据可以灵活地应用于纵向和横向比较，并与其发生的区域紧密相连。

3.3有利于建立现代国家森林资源监测与管理体系

对林火、病虫害等灾害事件监测能力大大增强；地理信息系统则是获取、存贮、查询、模拟和分析大量数据的重要工具，为遥感技术的应用在深度和广度上提供了良好的技术环境与支持，使各种遥感应用，如灾害监测评估、森林资源调查与管理，环境动态调查与分析、城市与区域动态监测及规划管理以及全球环境变化监测等成为可能，同时也为遥感数据分类精度的提高，提供了有利的支持。

当今世界科学技术飞速发展，知识更新日益加快，学科之间相互渗透、交叉的趋势愈加明显。3S技术在生物多样性研究中的系统化应用正朝着数据表达的可视化、综合研究和网络化、构件化以及智能化的方向发展。3S技术是今后区域和全球生物多样性研究的必然趋势，应用前景十分广阔。

（收稿：2017-01-08）