云南亚洲象北移区域生境适宜性评价

2022-01-05 11:50杨子诚赵明旭徐卫平汤永晶王智红张光元
自然保护地 2021年3期
关键词:亚洲象普洱栖息地

陈 飞 杨子诚 杨 聪 赵明旭 徐卫平 汤永晶 王智红 张光元*

(1. 国家林业和草原局昆明勘察设计院, 昆明 650031;2. 国家林业和草原局亚洲象研究中心, 昆明 650031)

动物只有在最基本的资源条件(如食物、水分、隐蔽场所等)得到满足,且与气候、竞争者和捕食者相互适应时,才会稳定地繁衍和发展[1]。亚洲象(Elephas maximus)在我国主要分布于云南省西双版纳州、普洱市和临沧市[2],是中国现存最大的陆生野生动物,必须有足够的栖息地和食物才能满足其生存条件[3]。与其他陆生野生动物相比,亚洲象需要更大的活动空间和更多的食物资源[4]。

动物栖息地选择是一个分层的行为决策过程,是指导个体对栖息地的非随机利用,进而影响个体生存力和适合度等一系列行为的反应[5]。生境适宜性评价,通过综合多个与物种相关的环境、地形、干扰与气候因子,量化物种的现有生境,并预测其潜在生境,是物种保护和生境管理与规划的基础[6]。生境适宜性评价应用广泛,常用的生境适宜性评价方法主要包括:生境适宜性指数模型、生态位因子分析模型、最大熵模型、生境质量模型等[7−10]。

近年来,随着亚洲象种群数量和栖息地需求的不断扩大,造成亚洲象种群的快速扩散。研究表明,普洱地区的亚洲象数量越来越多,并且西双版纳−普洱亚洲象种群有向北扩散的趋势[11]。来自西双版纳国家级自然保护区勐养片区的15头亚洲象持续向北迁移扩散,最远北移至昆明市晋宁区,引起国内外社会的广泛关注,且具有迁移距离较远、沿途生境异质性相对较高的特点。因此,本研究采用层次分析法,结合遥感技术,对云南亚洲象北移区域生境适宜性进行评价,旨在分析较大尺度范围下的生境适宜性,从而挖掘亚洲象北移的驱动因素。

1 研究区概况

研究区域为普洱市宁洱县、镇沅县、墨江县,玉溪市元江县、新平县、峨山县、红塔区、易门县,红河州石屏县,昆明市晋宁区,共10个县/区,均为本次亚洲象北移活动经过的辖区。研究区域地理位置示意图见图1。

图1 研究区域地理位置Fig. 1 Schematic representation of the study region

普洱市境内群山起伏,山地面积占总面积的98.3%。北回归线横穿普洱市中部,由于地处北回归线附近,受地形、海拔影响,垂直气候特点明显,洱市海拔为 317~3 370 m;玉溪市内地势西北高、东南低,地形复杂。山地、峡谷、高原、盆地交错分布。西部哀牢山是一个巨大的屏障,山峦连绵,谷壑纵横。东部和北部有一些较大的断层陷落盆地。元江河谷沿哀牢山脉东侧的元江断裂带切割较深,从江面到山顶高度相差达2 000 m以上,形成高山峡谷地带。哀牢山脉主峰大雪锅山海拔3 137 m,为普洱市内最高点。南昏江与元江汇合处海拔328 m,是普洱市内最低点。普洱全市除了元江河谷外,大部分地区的海拔为1 500~1 800 m。

北移区域涉及元江和李仙江2大水系。其中,元江水系主要由干流(元江)和众多的支流组成,流域面积大于100 km2的支流有53条,大于1 000 km2的支流有17条,主要支流有李仙江、藤条江、盘龙河、普梅河(又名南利河)等。这4条主要支流在我国境内均有分水岭相隔,自成独立水系,流入越南后分别称黑水河、南那河、泸江和儒桂河。李仙江发源于无量山,上游由把边江与阿墨江汇合而成,入越南称黑水河,流入红河,全长974 km。在我国境内河道长480.3 km,流域面积19 366 km2。为红河最大的支流,年径流量872亿m3,实测最大流量21 000 m3/s。

2 研究方法

2.1 层次分析法

在多目标决策中,遇到会一些变量繁多、结构复杂和不确定因素作用显著等特点的复杂系统,需要对描述目标相对重要度做出正确的评价。层次分析法是一种较好的权重确定方法。层次分析软件原理主要是专家打分,根据指标之间重要性的对比,选取相关的指标,通过软件计算得出权重。再运用层次分析软件,计算得出各指标权重,判断矩阵均采用群体判断的方法进行构造。

层次分析法确定权重的具体步骤:

第一,构造判断矩阵。以A表示目标,ui、uj(i,j=1, 2, ···,n)表示因素。uij表示ui对uj的相对重要性数值。并由uij组成A-U判断矩阵P。

第二,计算重要性排序。根据判断矩阵P,求出其最大特征根λmax所对应的特征向量W。方程如下:

特征向量W经归一化,即各评价因素的重要性排序,也就是权重分配。

第三,一致性检验。以上得到的权重分配是否合理,需要对判断矩阵P进行一致性检验。检验使用公式如下:

CR为判断矩阵的随机一致性比率;CI为判断矩阵的一致性指标,RI为判断矩阵的平均随机一致性指标。它由下式给出:

通常情况下,CR值越小,则说明判断矩阵P一致性越好。当CR<0.1时,则判断矩阵P满足一致性检验;若CR>0.1,则说明判断矩阵P不具有一致性,应该对判断矩阵P进行适当调整之后,再次进行分析。

2.2 生境评价因子

对于亚洲象适宜生境现状的分析,评价因子的选定极为重要。亚洲象对生境的需求是多元的,主要影响因素由地理环境因素、植被覆盖因素和人为干扰因素3大类变量因子共同组成。为满足对亚洲象生境适宜性分析,根据研究者对亚洲象生境选择影响因子的评估[10,12−19],结合研究区域的实际情况,本研究选取了海拔、坡度、食物丰富度、栖息地隐蔽度、人为活动影响和距水源地距离等6个评价因子进行评价分析。

2.2.1 海拔条件

海拔是影响亚洲象栖息地选择的重要影响因子。研究表明,野生动物栖息地选择对海拔有一定偏好[18,20−23],海拔成为限制亚洲象分布的驱动因子之一,这已成为此类研究的共识。

2.2.2 坡度条件

坡度是影响亚洲象栖息地选择的一个重要因子,因亚洲象个体庞大、前肢后肢不等长等因素影响,亚洲象对栖息地的坡度存在较明显的偏好[10,13,15]。

2.2.3 食物丰富度

食物资源是影响亚洲象数量和分布的重要驱动因素,成年亚洲象的平均体重约3~4 t。研究表明,为了维持机体正常运转,成年亚洲象每天需进食约150 kg植物性食物[24]。

2.2.4 栖息地隐蔽度

植被能为植食性的亚洲象提供食物,同时也为亚洲象提供庇护场所,尤其在繁殖季节和幼象哺乳期。但高密度的植被覆盖并非对亚洲象有利[25]。

本研究选择植被覆盖度VFI进行模拟隐蔽度。利用Landsat-8卫星影像,经几何校正、融合、大气校正等过程提取归一化植被指数NDVI,再利用像元二分法提取植被覆盖度VFI。

其中, N DVIsoil为 裸土或无植被覆盖区域的NDVI值,即无植被像元的 N DVI 值; N DVIveg代表完全被植被所覆盖的像元的N DVI值,即纯植被像元的NDVI值。

2.2.5 人为活动影响

居民区、道路和日常生产生活会对亚洲象产生一定影响。尤其是大型施工器械及噪音污染越高的居民点和道路密度越大,亚洲象栖息地适宜性越差。根据居民点和道路数据(铁路、高速、国道、省道、县道、乡镇村道及其他道路),利用“Arc-GIS Buffer功能”生成对应人为活动影响的缓冲区。

2.2.6 距水源地距离

水是陆生野生动物的一个非常重要的生态因子。水源主要指河流、溪流、池塘等旱季不干涸的水体。亚洲象每天需要饮水数次,研究表明,成年亚洲象每天消耗的水量约270 L,在空气温度较高时,需要通过泥浴或水浴来降低体温。因此,亚洲象适应于温暖、湿润的气候,喜欢在距离水源地较近的地方活动,表现出对水源强烈的选择性和依赖性[24]。

2.3 数据归一化处理

本研究把各项细化因子的实测和统计数据进行归一化处理,将其值统一在0~1范围内,以消除量纲差异的影响。

2.4 遥感空间分析

在对项目区生境适宜性分级过程中,本研究用到了统计分析中的克里格插值法。克里格插值法又称为空间局部插值法,是以变异函数理论和结构分析为基础,在有限区域内对区域化变量进行无偏最有估计的一种方法。在统计分析的基础上,对项目区生境适宜性分层着色。

3 结果与分析

3.1 矩阵随机一致性检验及因子权重结果

研究结果显示,CR均小于0.1。因此,判断矩阵P具有满意的一致性。亚洲象生境适宜性分析因子权重见表1。

表1 亚洲象生境适宜性分析因子权重Table 1 Factor weights for habitat suitability analysis in Asian images

由表1可知,食物丰富度是本研究影响亚洲象栖息地选择的最主要因子,因子权重为0.320 2。其他因子按权重由高到低排序,依次为:距水源地距离0.154 5,人为活动影响 0.147 6,海拔0.139 4,坡度0.125 3,栖息地隐蔽度0.113 0。

3.2 生境适宜性分析

由图2可知,元江和李仙江流域为亚洲象北移适宜性最高的区域。由于元江流域海拔较低,水源丰富,果园、竹林、耕地等面积较广且成片分布,能够为亚洲象提供丰富的食物资源。因此,该区域生境适宜性较高。李仙江流域海拔较低,水资源和食物资源丰富,但相较元江流域连片区域面积较小。除上述流域外,亚洲象北移生境适宜性较高的区域多呈现片段化分布,难以形成南北带状生态廊道供其迁移扩散。

图2 亚洲象北移区域生境适宜性分析Fig. 2 Habitat suitability analysis in Asian elephants

由图3可知,亚洲象原栖息的西双版纳州及普洱市思茅区、江城县等区域,亚洲象生境适宜性显著高于北移区域,除元江流域外,亚洲象生境适宜性呈现较显著的南高北低的结果。

图3 亚洲象原栖息区和北移区域生境适宜性分析对照Fig. 3 Control plot of habitat suitability for Asian habitat and northward regions

4 讨论与结论

4.1 研究方法优势

遥感技术的发展及对野生动物较大尺度生境适宜性评估的运用,对提升野生动物保护管理的科学性、有效性及前瞻性具有重要意义。与其他常用的生境适宜性分析模型相比,该方法不完全依赖亚洲象活动位点的数据,能够有效避免人为误判的适宜生境;同时,此方案较适宜开展大尺度生境适宜性分析,充分发挥数据融合优势,更好地服务于大尺度条件下生境适宜性分析。

4.2 可能存在的误差

根据生境适宜性分析结果,元江流域适宜性最高,是多因子复合作用的结果。该区域虽然水源条件优越,但雨季水位大幅上涨,将对亚洲象(尤其是幼象)利用水源产生一定影响。根据地方经济发展特点,尤其是玉溪辖区内较大面积种植烟叶,而烟叶不属于亚洲象食性范围,本研究在使用遥感数据解译时,地类分类数据未能提取烟草种植业。因此,本研究关于玉溪部分区域的生境适宜性较实际情况有所偏高。从侧面解释了亚洲象在玉溪辖区内,整体迁移速度较快的原因。

4.3 迁移驱动因素的复杂性

多数大型哺乳动物几乎都具有迁移特性,迁移驱动因素也较复杂。气候变化、人为干扰、栖息地变化、食物丰富度、护幼行为等,均可能成为驱动亚洲象迁移的因素,在某一特定时间内,其中一项或几项因子的复合作用导致了物种的定向迁移。亚洲象北移具有一定的偶然性,并且该亚洲象种群对周围生境的熟悉程度较低,长时间或定期沿生境适宜性较高的区域活动的难度较大。要充分挖掘亚洲象北移的驱动因素,需要大量采集现地数据,并结合多学科、多领域研究进行探索。

4.4 生境适宜性与亚洲象分布存在显著相关性

亚洲象的种群数量及分布与生境适宜性存在较显著的相关性。普洱市镇沅县和宁洱县生境适宜性整体较低,而自北移象群短暂停留后,镇沅县辖区范围内再未记录到其他亚洲象种群或个体;宁洱县记录频率相对较高的主要是与其接壤的思茅区和江城县扩散经过的象群,暂未记录到长期栖息于宁洱县的象群。

4.5 生境适宜性评价的实际意义

云南北移亚洲象生境适宜性评价工作,对指导亚洲象回迁至原栖息区域具有重要的意义。由北向南没有可供亚洲象迁移扩散的适宜生态廊道,根据亚洲象长期栖息区域生境适宜性对比分析结果,随着象群向北迁移,其生境适宜性越来越降低。因此,若要提高亚洲象向南返迁的成功率,则需要在个别生境适宜性较低的区域采取适当的人为干预措施,以期为更加科学、合理地保护管理亚洲象提供理论依据。

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