基于Maxent的山西铁桥山省级自然保护区华北豹生境适宜性分析

弓晓敏

(山西沃成生态环境研究所，山西 太原 030006)

生境指生物的个体、种群或群落生活地域的环境，生境为野生动物提供了生存、繁衍及种群发展所需的资源。生境适宜性是指物种所处环境条件能够支持并满足其生存的潜在能力。开展生境适宜性评价对野生动物保护和管理具有重要意义。

华北豹(Pantherapardusfontanierii)，即金钱豹，属华北亚种，我国特有的大型猫科动物，是我国分布的3个豹亚种之一。因栖息地破碎化严重、连片森林减少、生境连通性较差、阻隔基因交流不利于生存繁殖及保护管理等原因，华北豹分布范围及数量急剧减少，已成为高度濒危的国家Ⅰ级重点保护动物。被中国生物多样性红色名录-脊椎动物卷列为濒危(EN)等级，中国濒危动物红皮书列为濒危(E)等级，被IUCN从2008年的易危(VT)调至近危(NT)等级，被CITES列入附录Ⅰ.

近年来，随着3S技术的发展，从大尺度上对野生动物的生境进行研究成为热点。Maxent是一种已被广泛应用于野生动物生境适宜性分析的生态位模型，该模型应用一定数量物种的出现点位和环境变量数据预测物种的生境分布。笔者运用Maxent模型对铁桥山省级自然保护区华北豹的生境适宜性进行了评价。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

山西铁桥山省级自然保护区成立于2002年，位于山西省太行山中段和顺县境内，地理坐标为113°05′～113°35′E，37°13′～37°34′N，总面积35 351.7 hm2.海拔多在1 400 m～1 700 m之间，最高海拔1 827 m.主要植被类型有：天然次生油松林、油松—辽东栎—白桦—山杨林等。经初步调查，野生动物约有149种，其中，国家Ⅰ级重点保护野生动物1种，即华北豹；Ⅱ级重点保护野生动物16种。

1.2 模型介绍

由Jaynes提出的最大熵原理(Maxent)起源于信息科学，在许多学科中被广泛应用，近年来引起生态学家的关注。Maxent是一种基于生态位原理的模型，根据物种“出现点”的环境特征变量，运算出目标物种分布的约束条件，探寻此约束条件下最大熵的可能分布，据此来预测目标物种在区域内的生境分布及适宜性。2004年，Phillips等人开发了Maxent软件，被广泛用于物种生境适宜性的预测和评价，表现出了良好的预测能力。该模型可自动生成ROC曲线对模型进行预测自检。在对动物生境进行评价与预测时，只需要动物“出现点”的数据，并且具有较高的精度。

1.3 数据准备及预处理

华北豹生境适宜性评价需要华北豹地理分布点和环境变量2方面数据。其中，华北豹分布点数据来源于2017年铁桥山华北豹野外监测数据，涵盖48个点位。环境变量数据包括：

1) 地形因子：包括海拔、坡度和坡向，由中国科学院科学数据库30 m分辨率的DEM提取得到。

2) 植被因子：利用保护区最新林保调查数据。

3) 其它因子：包括耕地、河流、道路、村庄等因子，通过保护区高分二号卫星影像结合1∶50 000矢量化地图获取，利用ArcGIS 10.3求算各因子栅格距离。

所有环境变量收集均选取ArcGIS 10.3平台，图层边界统一，坐标系统一，栅格大小设定为30 m×30 m，并转化为.ASC文件格式。

1.4 分析方法

将华北豹地理分布点数据与环境变量导入Maxent模型中，随机选取75%点位建立模型。其余作为检验数据，进行Jackknife检验，检测环境变量的重要性，并对各因子进行敏感性分析，其它参数选择默认，输出运算结果。利用ROC曲线下面积对模型的精度进行评价。AUC值越大，表示环境变量与预测物种地理分布模型间的相关性越大，预测结果也就越好。评价标准为：AUC值为0.5～0.6，失败；0.6～0.7，较差；0.7～0.8，一般；0.8～0.9，良好；0.9～1.0，优秀。

2 结果与分析

2.1 预测结果

通过Maxent模型进行运算后，ROC曲线评价结果见图1.

图1 铁桥山保护区华北豹生境ROC曲线评价结果

由图1可以看出，训练数据AUC值为0.904，检验数据AUC值为0.898，该模型模拟检验结果达到良好水平。

2.2 生境与环境因子的关系

Jackknife检验结果显示，影响华北豹分布的主要环境特征变量的模型贡献率为：距村庄距离26.5%，坡度25.3%，距河流距离23.6%.3个环境变量累积贡献率达到75.4%，对华北豹生境选择具有重要影响。其余因子的贡献值由大到小为：坡向、距道路距离、距耕地距离、植被类型、海拔。各因子敏感性分析表明，随着距村庄距离、距道路距离、距耕地距离及海拔的增大，生境适宜度增加；随着坡度增大，生境适宜度减小。表明华北豹偏爱海拔较高、坡度较小，远离人为干扰的区域。距离河流2 500 m左右，生境适宜度最佳。

2.3 生境适宜性分析

将模型分析结果导入ArcGIS 10.3中，进行文件转化，按照之前专家的经验将生境适宜性分为3个等级：0.0～0.1为不适宜，0.1～0.5为较适宜，0.5～1.0为最适宜，最终得到保护区华北豹生境适宜性分布图，见图2.

图2 华北豹生境适宜性分布图

由图2可以看出，在保护区内华北豹生境中，最适宜面积为2 419.24 hm2，占总面积的7%；较适宜面积为13 521.60 hm2，占总面积的38%；不适宜面积为19 410.86 hm2，占总面积的55%.华北豹生境适宜区主要分布在保护区西部，但是目前该区人类活动频繁，生境破碎化现象较为严重。

3 建议

笔者采用Maxent模型进行华北豹生境适宜性预测，检验结果表明该模型预测效果较好，且模型预测结果与目前的野外调查结果基本相符。通过分析发现，保护区内存在以往没有记录的华北豹生境适宜区(腰家坡村东南—北课—村东北农田—鸽平村西口，恋思—紫罗—后红堡沟)，建议今后对这些区域给予较多关注。