应用GIS对野生动物生境适宜性的评价1)——以大兴安岭盘古林场紫貂为例1)

盛琪 董灵波 刘兆刚

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

森林生态系统是陆地生态系统的主体，而野生动植物资源是森林生态系统中重要的一部分。森林生态系统与野生动植物资源之间有着密切的联系，森林为野生动植物提供栖息地、水源和食物等[1]；而对濒危野生动物的保护可以有效控制有害和外来物种，对保持自然生态平衡有一定的作用。野生动植物资源可以显示森林生态系统的状况，从生态角度分析随着濒危和珍稀物种的减少，生物多样性下降的同时生态系统其他功能也会受到影响[2]；从经济角度分析根据边际效用价值理论，濒危和珍稀物种的“价值”会随着它们稀缺性的增加而增大[3]。野生动植物资源与森林生态系统之间相互依赖、相互制约同时进行着物质循环和能量转化，达到一种自然地生态平衡。因此对野生动物的生境进行评价和分析，对于森林可持续经营保持森林生态系统物种和生物多样性具有一定意义。

大兴安岭地区拥有丰富的森林资源和野生动物资源，该地区是以针叶林和针阔混交林为主的原始林区。其中鸟类241种，兽类52种，而紫貂作为大兴安岭地区最具代表性动物之一，其在大兴安岭地区分布较为广泛，数量较多[4]。紫貂(Marteszibellina)是一种貂属动物，在我国东北地区和新疆地区较多，属于中国濒危及受威胁物种和国家一级重点保护动物。其主要分布在气候寒冷的亚寒带针叶林与针阔混交林地区。紫貂属于大兴安岭地区的毛皮兽及具有经济价值的兽类，与“人参、鹿茸”并称为东北三宝。然而大兴安岭地区气候严寒并且环境较为恶劣，属于脆弱生态带，其一旦遭到破坏很难修复，所以对濒危和珍稀物种生态环境的保护十分重要[5]。

野生动物生境适宜性评价的方法有模糊综合评价法、数学建模、最大熵模型和生境适宜性指数(HSI)模型等，其中生境适宜性指数模型使用较为广泛。生境适宜性指数模型(habitat suitability index model)最初由美国渔业与野生动物局开发和应用[6-7]，逐渐成为野生动物生境选择和评价的重要研究方法之一。我国学者淑萍等[8]以天津地区水鸟栖息地为研究对象，用模糊综合评价法对水鸟栖息地进行评估。贾非等[9]运用数学建模的方法对白马鸡繁殖早期栖息地选择和空间分布进行预测。孟庆林等[10]以吉林省东部地区为研究对象，选取水源状况、遮蔽物、干扰因子及食物来源作为评价因子构建HSI模型，进行生境质量动态评价。外国学者Ozkan et al.[11]使用最大熵(MaxEnt)方法对生活在两种不同生境类型中的狍，创建了两个栖息地适宜性模型进行分析和评价。Crawdord et al.[12]运用GIS对美国东南部皮德蒙特高原的白尾鹿构建HSI模型。Chowdhury et al.[13]针对潮间带牡蛎选取水温、盐度、溶解氧、颗粒无机物、pH=7、叶绿素a和水流速度等7个栖息地因素作为HSI模型的变量，构建HSI模型作为评估牡蛎恢复和养殖场所质量的定量工具。Dussault et al.[14]构建不同空间尺度的HSI模型，通过构建HSI模型来分析和评价驼鹿的生境选择。

目前，我国学者研究的内容主要集中在对大兴安岭地区紫貂生境的特征分析及其选择，而关于紫貂的生境适宜性评价较少。本文通过从地理环境因素、生物因素和人类干扰因素3个方面选取评价因子，构建HSI模型对大兴安岭盘古林场的紫貂生境适宜性进行评价。

1 研究区概况

大兴安岭盘古林场，位于黑龙江省大兴安岭地区塔河县城西北部。林场的营林面积为152 127 hm2，森林覆盖率高达88.9%。气候属寒温带大陆性季风气候，冬季漫长寒冷,夏热期短；年平均气温-3 ℃，最高气温37.9 ℃，最低气温-50.1 ℃，为我国最寒冷的地区之一。其积雪期长达5个月左右，林内雪深30～50 cm。该地区优势树种为兴安落叶松，主要的针叶树种有：兴安落叶松(Larixgmelinii(Rupr.) Kuzen)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)和云杉(Piceakoraiensis)。主要的阔叶树种有：白桦(Betulaplatyphylla)、山杨(Populusdavidiana)和钻天柳(Choseniaarbutifolia)等。该地区动物资源丰富：兽类主要有驯鹿(Rangifertarandus)、紫貂(Marteszibellina)、驼鹿(Alcesalces)、马鹿(Cervuselaphus)、狍(Capreoluscapreolus)、原麝(Moschusmoschiferus)、棕熊(Ur-susarctos)、雪兔(Lepustimidus)、东北鼠兔(Ochotonahyper-borea)等。其中紫貂、棕熊、水獭、马鹿、驼鹿和雪兔属于中国濒危及受威胁物种。

2 研究方法

2.1 数据来源

收集2012年大兴安岭盘古林场森林资源二类调查数据，共有小班6 421个，其中有林地为6 132个。小班调查因子包括海拔、坡位、坡度、坡向、林分年龄、优势树种、郁闭度、平均胸径和平均树高等。主要林分类型有：天然落叶松林、天然白桦林、针叶混交林和针阔混交林。图1为盘古林场1∶50 000地形林相图。

2.2 生境适宜性评价因子的确定

生境适宜性评价中主要是选择影响物种潜在分布的生态因子作为评价因子，在对野生动物进行评价时主要考虑地理环境因子(温度、光照、水源、海拔、坡度、坡向等)；(生物环境因子(植被类型、水源等)和人类干扰因子(居民、交通、采伐等)[15]。本文通过选取海拔、坡度、坡位、坡向及与水源距离5个地理环境因子；植被类型、林分年龄、郁闭度、平均胸径和平均树高5个生物环境因子；人类干扰因子中的与道路距离等共11个因子，对大兴安岭盘古林场紫貂的生境适宜性进行评价。评价因子等级及类型划分标准如表1。

表1 盘古林场紫貂生境适宜性评价因子等级及类型划分标准

选定的评价因子中，海拔、坡位、植被类型、林分年龄、郁闭度、平均胸径和平均树高、与水源距离和与道路距离可以直接按照表1赋值；其中与水源和道路距离是通过近邻分析计算每个小班与地理环境因素中水源和人类干扰因素中道路的距离得到的；坡度、坡向需要按照表2、表3归类和划分。

表2 坡向的划分标准

表3 坡度的划分标准

2.3 生境适宜性评价因子权重的确定

层次分析法(AHP)，是20世纪70年代提出的一种将一个复杂的问题分解成多个因素，定性和定量分析的决策方法[16]。其基本原理是：根据评价体系中各因子的逻辑及相互作用关系的重要性，得到各因子的权重。层次分析法在评价体系中被作为确定权重的重要方法之一。本文通过层次分析法得到各评价因子的权重(表4)。

2.4 生境适宜性指数计算

(1)

表4 各因子权重表

采用ArcGIS10.5分别对地理环境因素、生物因素和人类干扰因素进行空间分析；通过分析单因素适宜性特征来确定这些因素对紫貂生境选择的影响，多因素加权叠加最终得出盘古林场紫貂生境适宜性综合分布图。

3 结果与分析

3.1 单因素的适宜性特征

通过上述方法得到地理环境因素、生物因素和人类干扰因素适宜性等级分布图(图2)。地理环境因素的适宜性特征为：根据前人对紫貂实际分布情况的观察来看，紫貂更偏爱选择海拔较高的地区，距水源距离较近，温暖的阳坡，坡度平缓的中下坡位。从图2得知盘古林场的地理环境因素适宜区域分布较为分散，其主要特征为海拔在800～1 300 m，坡向为阳坡，坡度平缓且坡位为中下坡，距水源距离在0～500 m，总面积约为109.11 km2。地理环境因素较适宜区域面积较大，总面积约为1 071.31 km2。

生物因素的适宜性特征为：前人对紫貂生境选择的研究成果表明，紫貂喜欢选择以落叶松为优势树种的成、过熟针叶林或针阔混交林；中等盖度且平均胸径和平均树高较大的林地回避无林地，这样既有利于捕食猎物，又可以降低被捕食的风险。从图2得知盘古林场生物因素适宜区域主要分布在西南部，总面积约27.63 km2；其主要特征为：郁闭度在0.4～0.8，优势树种为落叶松的成、过熟针叶林，平均胸径大于等于20 cm且平均树高不小于20 m。而不适宜区域分布较为集中，主要在北部和西北部区域，总面积约为79.84 km2。

人类干扰因素的适宜性特征：本文的人类干扰因素主要选择的是距道路和铁路的距离，原因在于盘古林场内居民点等人类活动区域较少，干扰强度较小。从以往的研究来看紫貂更喜欢选择距道路和居民距离较远的区域，也就是远离人类活动的区域；距道路距离大于1 500 m为适宜区域，总面积约为160.1 km2，距离在600～1 500 m为较适宜区域。

3.2 多因素的适宜性特征

根据单因素适宜性分析的结果结合相对应的权重，进行加权叠加分析，并参考相应的文献得出其适宜区域特征为：海拔在800～1 300 m，坡向为阳坡，坡度小于15°的中下坡，可以保证充足的阳光且避风；与水源距离在0～500 m可以保证充足的水源；与道路距离大于1 500 m远离人类活动；郁闭度在0.4～0.8，优势树种为落叶松的成、过熟针叶林且平均胸径大于等于20 cm，平均树高不小于20 m，满足其对捕食环境的需求(图3)。

3.3 紫貂生境适宜性评价

为了更为准确地评价大兴安岭盘古林场紫貂的生境适宜性，本研究将分区的临界值做出相对适当的调整。具体划分标准为：IHS的取值在[1.6～2.0]，[1.0～1.6)，[0～1)分别对应的适宜性等级为适宜、较适宜和不适宜。根据上述等级划分标准计算出盘古林场紫貂生境适宜区域的面积为28.31 km2，占总面积的2.46%；较适宜区域的面积为867.98 km2，占总面积的72.74%；不适宜区域的面积为296.9 km2，占总面积的24.8%(图4)。

4 结论与讨论

长期以来对野生动物生境选择的研究都是以生境3要素食物、水和隐蔽为中心展开的[17]，而生境适宜性评价则是通过分析物种对环境中关键因子(食物、水和隐蔽等)的需求,构建出物种生境选择模型来进行评价。但本文的评价因子中并没有选取类似食物资源丰富度等与食物有关的因子。因为通过包新康等[18]人对大兴安岭紫貂食物组成的分析认为：紫貂对食物选择性较为广泛，许多植物性和动物性食物都可以成为其食物来源，紫貂常见的食谱包括小型啮齿类、松籽、鸟类和浆果，所以紫貂被称为广食性捕食者。本文从地理环境因素、生物环境因素和人类干扰因素3个方面选取11个因子，通过计算生境适宜性指数，从而对盘古林场紫貂的生境适宜性进行评价，运用GIS进行分析使分析结果更准确直观。

紫貂的最优生境特征与张洪海等[19-21]人对大兴安岭地区紫貂分布及对生境选择的研究结果相似。海拔较高，坡向为阳坡，坡度平缓的中下坡，距水源距离较近，远离人类活动的干扰；以落叶松为优势树种中等盖度且平均胸径和平均树高较大的成、过熟针叶林。

为了进一步保护紫貂的生存环境，提高紫貂的生境适宜性，适宜和较适宜区域应该成为重点保护的生境。通过对适宜区域和较适宜区域小班生境特征的分析，结合上述多因素分析和评价结果，针对较适宜的小班提出合理的经营建议。本文中当地理环境因素和人类干扰因素适宜时，较适宜的小班个数也就是可经营小班的个数共635个，面积为121.63 km2，占总面积12.16%。从优势树种的角度：紫貂的适宜生境以兴安落叶松为优势树种的针叶林，对于阔叶林应先进行低强度上层木抚育间伐，伐除无培育前途的、低质低效的、生长落后的林木，后采取林冠下补植大兴安岭地带性顶级植被兴安落叶松的经营措施。从郁闭度的角度：紫貂的适宜生境郁闭度在0.4～0.8之间，对于郁闭度大于0.8的林分进行抚育采伐，并结合《森林抚育规程(GB/T 15781—2015)》[22]中采伐后林分郁闭度不低于0.6的要求，确定合理的采伐强度，使其郁闭度达到适宜生境区域同时符合抚育规程的要求。对于郁闭度小于0.4的稀疏林分，结合人工促进天然更新等经营措施，营造适宜生境。而对于林况较差，林相残破的中幼龄林分，采取封山保育，尽量减少人为干扰因素影响。

由于人类活动的干扰，可导致野生动物生境破碎化。本文的人类干扰因素只选择了与道路之间的距离，而国内学者李月辉等[23]在研究采伐对大兴安岭呼中区紫貂生境格局的影响中表示：不合理的采伐量和采伐格局会影响林分年龄、郁闭度等生物因子。从而损害紫貂的适宜生境，导致其种群数量下降。国外学者Fuller et al.[24]等在对美洲豹研究时，证明了在采伐影响下美洲豹减少了对生境的利用率。李义明[25]认为采伐时和采伐后均会对野生动物的生境产生一定影响。同时考虑数据的实际情况，本文在对紫貂的生境适宜性进行评价时没有考虑气候、物种内和种间的捕食和竞争关系的影响。只选取了对紫貂生境适宜性影响较大的因子，所以得到的适宜生境区域的面积与实际适宜生境面积会存在一定差异。可以在后续的研究中弥补该方面的不足。而通过对濒危和珍稀物种生境适宜性进行评价，可以更好更有效的了解使其至危的因素，并采取相应的保护措施，对野生动物的保护具有重要的指导价值。