我国白琵鹭(Platalea leucorodia)越冬地预测与保护现状分析

富爱华，郜二虎，布日古德，陈敏豪，提 杨，栾晓峰①

(1.北京林业大学生态与自然保护学院，北京 100083；2.国家林业和草原局调查规划设计院，北京 100714)

栖息地保护管理对野生动物保护至关重要。对物种栖息地进行分析和预测，可为其保护和管理提供理论依据[1]。越冬期是鸟类生命周期中最重要的时期之一，越冬地保护是维持鸟类种群数量的关键[2-3]。

物种分布模型是基于物种分布信息和环境信息，对物种的适宜栖息地进行预测模拟的主要方法，在物种分布预测、环境因子筛选及物种多样性变化方面得到广泛应用[4-5]。其中，最大熵模型(MaxEnt)仅需要物种分布点数据即可获得很好的预测结果，在物种适宜栖息地预测方面得到广泛应用[6-8]。例如，在鸟类栖息地研究方面，MORENO等[9]通过MaxEnt模型对智利南部黑喉隐窜鸟(Pteroptochostarnii)和赭胁窜鸟(Eugrallaparadoxa)的适宜栖息地进行预测；JIAO等[10]应用MaxEnt模型对白鹤(Leucogeranusleucogeranus)、白头鹤(Grusmonacha)、白枕鹤(Antigonevipio)和灰鹤(Grusgrus)4种鹤类在我国的越冬分布进行预测和分析；吴伟伟等[11]基于MaxEnt模型对我国丹顶鹤(Grusjaponensis)繁殖期的分布进行研究。MaxEnt模型是与ArcGIS结合效果较好且具有较高预测精度的生态位模型[12]，现已被广泛应用。

白琵鹭(Platalealeucorodia)为大中型迁徙水鸟，属国家Ⅱ级保护物种。在全球有3个亚种，分别为指名亚种(P.l.leucorodia)、红海亚种(P.l.archeri)和西非亚种(P.l.balsaci)，种群数量为63 000～65 000只左右，很多国家仅有几百对繁殖种群，甚至在某些国家白琵鹭已经灭绝[13]。在我国分布的白琵鹭为指名亚种，夏季在东北、西北和华北一带繁殖，冬季主要在长江中下游一带越冬，越冬种群数量为12 000只左右[14-15]。目前，我国关于白琵鹭越冬种群及栖息地的研究多是针对局部地区开展的，如：金杰锋等[16]对鄱阳湖越冬种群分布进行报道，胡维华等[17]对升金湖白琵鹭越冬生态进行研究，李敏等[13]通过模型预测繁殖期白琵鹭在东北地区的适宜分布区。在全国尺度上，关于白琵鹭越冬栖息地分布及保护状况的研究开展得较少，使得很难对其进行科学、系统的保护。因此，该文基于ArcGIS和MaxEnt模型对我国白琵鹭越冬地进行预测，对其越冬地保护状况进行分析，以期为白琵鹭研究及保护提供参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

1.1.1白琵鹭分布数据的收集与处理

白琵鹭分布数据来源于2016年全国冬季水鸟同步调查，共有白琵鹭发现位点数据105个，涉及15个省份55个县。为减少各位点间的空间自相关性，如果两个位点之间直线距离小于2 km，仅随机选取其中1个位点用于模型运算，最终得到87个位点作为分布点数据(图1)。

图1 2016年全国冬季水鸟同步调查获得的白琵鹭发现位点

1.1.2环境数据的选择

根据前人的研究[18-21]，植被类型、地形、气候、水源、土地利用和人为干扰等因素可能会对白琵鹭越冬地选择产生影响。据此，选取25个环境因子作为白琵鹭越冬地的预测因子，涉及地形、植被、气候、水源、土地利用和人为干扰6个方面。各环境因子数据来源：(1)地形数据来源于世界气候数据库(http:∥www.worldclim.org/)；(2)植被类型数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http:∥www.resdc.cn)；(3)19个气候因子数据(Bio1～Bio19)来源于世界气候数据库(http:∥www.worldclim.org/)；(4)水源数据来源于全国地理信息资源目录服务系统1∶100万矢量数据(http:∥www.webmap.cn/)；(5)土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(www.resdc.cn)；(6)人为干扰因子数据来源于全国地理信息资源目录服务系统1∶100万矢量数据(http:∥www.webmap.cn/)。

1.2 MaxEnt模型预测

1.2.1数据处理

利用SPSS 19软件建立25个环境因子的Pearson相关系数矩阵，去除自相关性较高的因子(r>0.8)，最终选择13个环境因子用于构建MaxEnt模型(表1)。

表1 该研究采用的环境因子Table 1 Environmental data used in the study

利用ArcGIS 10.2软件将环境因子数据转换为栅格数据，统一分辨率和坐标系，最终转化成MaxEnt模型所需的ASCⅡ格式。将白琵鹭分布点数据保存为“物种/经度/纬度”格式，将白琵鹭分布点数据和经过筛选处理的环境因子数据导入MaxEnt，随机选取25%的白琵鹭分布点数据用于验证模型，其余75%的白琵鹭分布点数据用于建立模型，设置重复迭代运算500次，设置背景点10 000个，选取15次重复建模的平均值作为最终预测结果。

1.2.2模型检验

选用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve，ROC)及其与横坐标围成的面积(area under the ROC curve，AUC)对模型精度进行检验。AUC值不受阈值的影响，评价结果相对客观，因此，其被广泛应用于物种分布模型精确度评价标准的设定[22]。模型预测的准确性与AUC值呈正比，其取值范围在0～1之间，评价标准为0.50～0.60，失败；>0.60～0.70，较差；>0.70～0.80，一般；>0.80～0.90，良好；>0.90～1.0，优秀[23]。

1.2.3模型预测

将预测结果导入ArcGIS 10.2软件，对物种潜在分布概率图进行重新分类，得到4个分区：高度适宜区(P≥0.6)、中度适宜区(0.4≤P<0.6)、低度适宜区(0.2≤P<0.4)和不适宜区(P<0.2)，并计算各分区面积。

1.3 保护状况分析方法

利用ArcGIS 10.2软件将现有自然保护区、国际重要湿地和国家重要湿地范围图与重分类后得到的白琵鹭潜在越冬地范围图进行叠加，获得白琵鹭越冬地内自然保护区、国际重要湿地和国家重要湿地的数量和面积，分析白琵鹭保护状况。

2 结果与分析

2.1 MaxEnt模型预测精度

ROC曲线分析结果表明，模型的训练集和测试集的AUC值分别为0.993和0.991(图2)，在0.90～1.0之间，表明MaxEnt模型的预测结果达到优秀水平，可以用于白琵鹭越冬地分布与环境因子关系的模拟研究。

图2 受试者工作特征曲线(ROC)

2.2 白琵鹭越冬地分布预测

白琵鹭潜在越冬地分布见图3。

图3 白琵鹭潜在越冬地分布

ArcGIS10.2计算结果表明，白琵鹭在全国的越冬地总面积为106 621 km2，其中，高度适宜区面积为22 197 km2，占越冬地面积的21%；中度适宜区面积为30 185 km2，占越冬地面积的28%；低度适宜区面积为54 239 km2，占越冬地面积的51%。白琵鹭越冬地均为湿地，包括近海与海岸、河流、湖泊和沼泽湿地等自然湿地，以及水库、稻田、盐场和养殖场等人工湿地。白琵鹭越冬地在我国分布于21个省(区、市)，主要分布在湖北、湖南、江西和安徽4省，少部分零散分布于江苏、河南、陕西、山东和新疆，极少部分零星分布于云南、广东、浙江、上海、重庆和四川(图3)。

2.3 影响白琵鹭越冬地分布的主要因子

MaxEnt模型结果显示，距水源距离、最干季降水量、海拔、最干季平均气温这4个环境因子是影响白琵鹭潜在越冬地的主要因子，贡献率达85.5%，各主要影响因子贡献率见表2。

表2 各影响因子对白琵鹭越冬地分布的贡献率Table 2 The contribution rate of each impact factor to wintering habitat of Platalea leucorodia

2.4 白琵鹭越冬地保护现状

将MaxEnt模型预测的白琵鹭适宜栖息地分布图与我国现有自然保护区范围图进行叠加可知，目前，我国在白琵鹭越冬地建有245处自然保护区，主要包括内陆湿地和水域生态系统保护区、水生动物保护区以及海洋和海岸生态系统保护区，还有森林生态系统保护区、野生植物保护区、少量地质遗迹保护区和古生物遗迹保护区。其中，以湿地为主要保护对象的自然保护区有108处，在白琵鹭越冬地，有27%的高度适宜区、13%的中度适宜区和8%的低度适宜区位于自然保护区内。在这些保护区中，有18%的国家级自然保护区，36%的省级自然保护区和46%的市县级自然保护区。同时，在白琵鹭适宜越冬地中，我国还建有4处国际重要湿地和和40处国家重要湿地(表3、图4)。

图4 白琵鹭潜在越冬地自然保护区建设现状

表3 各省份白琵鹭越冬地自然保护区建设现状Table 3 Status of the nature reserves in different provinces with the distribution of wintering habitat of Platalea leucorodia

3 讨论

3.1 影响因子分析

分析表明，距水源距离、最干季降水量、海拔、最干季度平均气温是影响白琵鹭潜在越冬地的主要因子。

距水源距离是影响白琵鹭越冬地分布的最重要因子，对白琵鹭适宜越冬地分布的影响贡献率最大，达52.2%，这主要是因为白琵鹭冬季在湿地内栖息和取食[16]。最干季降水量在150 mm范围内，随着降水量的增加白琵鹭分布概率逐渐增大，达到峰值后，分布概率随着降水的增加而减少(图5)。海拔在-100～100 m范围内，分布概率随海拔增高逐渐增大，其后随着海拔升高，分布概率逐渐降低。最干季平均气温为-5～18 ℃,是白琵鹭越冬的适宜温度区间。鄱阳湖和洞庭湖是白琵鹭越冬数量最多的区域，通过文献查明，鄱阳湖年均温为17.1 ℃，1月气温平均为4.5 ℃[15]；洞庭湖冬季平均气温为16.6～17.0 ℃，1月气温平均为4.1～4.5 ℃[24]。在冬季最低温低于-10 ℃的区域，很少有白琵鹭越冬。

图5 白琵鹭潜在越冬地主要影响因子响应曲线

3.2 白琵鹭越冬栖息地保护现状分析

目前，我国白琵鹭潜在适宜越冬地总面积为106 621 km2，其中，有13 312 km2区域位于保护区内，受到较好的保护；有93 309 km2区域位于保护区外，暂未受到专业保护。分析表明，湖南洞庭湖，江西鄱阳湖，湖北沉湖、网湖、龙感湖，安徽升金湖、黄陂湖、蔡子湖，以及江苏盐城湿地等是白琵鹭的最主要越冬地，有超过90%的白琵鹭在这些湿地越冬。在这些湿地中，大部分建立有自然保护区，但有的保护区仅覆盖部分或极少部分适宜越冬地(表4)。其中，鄱阳湖、沉湖、网湖、升金湖和菜子湖已经被完全保护，这主要是因为这些区域不仅是白琵鹭的重要越冬地，也是其他水鸟的重要越冬地，水鸟越冬种类较多，数量较大，易引起社会公众及有关单位重视，因而受到较好保护[25-27]。而洞庭湖和盐城湿地由于湿地面积较大，仅有部分区域建立起自然保护区，受到保护。龙感湖地处湖北和安徽交界处，为安徽安庆宿松县和湖北黄冈黄梅县共有，这为开展保护工作加大了难度，目前仅有47%的湿地面积受到保护区的保护。

表4 白琵鹭主要越冬地自然保护区建设现状Table 4 Status of the main wintering habitats of Platalea leucorodia in different nature reserves

3.3 该研究局限性

MaxEnt模型可仅根据物种位点数据进行潜在栖息地预测，并可在样本量较少的情况下进行较准确的预测，但也存在由于过度拟合导致预测结果精确度降低的可能性[28-29]。笔者研究尚没有将其他模型与MaxEnt预测结果进行对比。其次，该研究使用全国冬季水鸟同步调查获得的白琵鹭发现位点数据进行分析，但由于种种原因，全国冬季水鸟同步调查仅在2016年进行了1次，缺乏不同年度白琵鹭越冬数据的对比。而且，由于受技术力量限制，全国水鸟同步调查主要调查大中型水体的水鸟，对于分散于小型水体的个体，关注度可能不够。因此，尽管调查数据能满足MaxEnt模型的基本要求，但仍然存在一定的局限性。

4 结论

根据2016年全国冬季水鸟同步调查获得的白琵鹭位点数据，采用MaxEnt模型预测了我国白琵鹭越冬地，并对其保护现状进行分析。结果表明，距水源距离、最干季降水量、海拔、最干季平均气温是影响白琵鹭越冬分布的主要环境因子。我国白琵鹭越冬地总面积为106 621 km2，其中，最适宜越冬地集中于长江中下游一带。我国已在白琵鹭越冬地建设了245处自然保护区，覆盖了27%的高度适宜区、13%的中度适宜区和8%的低度适宜区。良好的生态环境是保证物种数量稳定的关键，建立自然保护区是保护生物多样性的有效途径。今后的保护工作可以重点关注湖南洞庭湖、江苏盐城湿地和龙感湖3处白琵鹭的主要越冬地，结合当地实际情况加强保护管理。同时，对于长江中下游一带的小型湿地及水库需要加强重视，扩展保护网络，更好地保护物种栖息地。