-
生境是指野生动物或动物群体生存与发展所离不开的能为其提供必需资源的特定生态环境[1],生境适宜度是影响野生动物生存和发展的关键因素,目前常用作衡量生境能承载一个特定物种的潜在能力的关键指标[2]。开展野生动物生境评价工作,对野生动物的科学保护和有效管理至关重要,获得的评价结果可以为更好地科学保护与管理提供重要的参考依据。
藏酋猴(Macaca thibetana)为我国II级重点保护野生动物,我国特有的灵长类动物,属灵长目(Primate)猴科(Cercopithecidae)猕猴属(Macaca)[3],广泛分布于四川、陕西、甘肃、贵州、云南东北部、湖南、浙江、安徽、福建、广东北部和广西等地[4]。目前,关于藏酋猴的研究主要集中在分类[4, 5]、分布[4, 6-8]、生境选择[3, 9-10]以及生态特征[11]等方面,而对于藏酋猴的生境评价方面,尚缺乏相关的研究报道。
近年来,随着3S(GIS、RS、GPS)技术的发展,将3S技术与相关生态学模型(如机理模型、生态位模型和回归模型等)相结合,从大尺度上对野生动物生境研究已成为热潮[12-16]。尤其是最大熵模型(MaxEnt),作为一种较为典型的生态位模型,该模型基于最大熵原理和生态位理论的模型方法,利用物种分布点记录,根据环境变量图层建立物种的多维生态位模型,在大空间尺度上预测未完全调查区域的物种地理分布情况和评价栖息地质量[17]。已有研究证明,MaxEnt模型在预测准确性[18]、空间转移性[19]和样本量需求量[20]等方面优于其他的生态位模型,在珍稀濒危野生动物的地理分布预测和栖息地状况评估等研究中具有巨大优势[21]。近几十年来,MaxEnt模型已经发展为预测和评估珍稀濒危野生动物栖息地空间分布模式的有效工具[22]。
四川大相岭自然保护区位于四川盆地向青藏高原过渡的盆周山区,龙门山地褶皱带南端,大相岭南段余脉东北侧,该保护区以大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)及其栖息地环境为主要保护对象。保护区成立以来开展有关野生动物的调查研究较少,多集中于保护区内大熊猫相关研究的报道[23-25]。长期以来,该保护区内的藏酋猴缺乏关注,本研究利用GIS技术和MaxEnt模型对四川大相岭自然保护区藏酋猴生境适宜性进行评估,分析影响藏酋猴生存的主要生境因子并模拟其空间分布区域,以期为该保护区的科学规划和藏酋猴及其栖息地的保护和管理提供科学依据。
-
四川大相岭自然保护区位于雅安市荥经县南部,地理坐标介于东经102°29′36″—102°52′24″,北纬29°28′33″—29°43′54″之间,保护区南北长28.6 km,东西宽36.7 km。保护区范围涉及安靖乡、龙苍沟乡、泗坪乡、新庙乡境内的部分国有林区域,总面积290 km2。保护区内最高海拔为3 481 m,最低海拔为1 150 m,相对高差达2 331 m。保护区气候类型属于以亚热带季风气候为基带的山地气候,整体气温偏低,区内年均温13.6 ℃。降水量较丰富,夜雨率高,年降水量在1 790 mm以上。保护区总日照数不足700 h,1月、6月日照偏多,平均霜期在60 d左右,无霜期在300 d左右[26]。
-
应用MaxEnt模型对藏酋猴进行生境适宜性评价需要藏酋猴的调查地理分布点数据以及大相岭自然保护区的环境变量数据。其中藏酋猴分布点数据来源于保护区开展的相关调查以及红外相机监测。2017年6月开始,保护区开展针对大熊猫的放归前本底调查,根据实际情况设置了111个调查小区(图1),调查小区分布于不同的海拔高度,覆盖了整个大相岭保护区的全部生境类型,野外调查中对大熊猫同域动物实体或痕迹进行了详细记录并用GPS定点记录,保证了提取出的藏酋猴分布点数据的代表性和准确性。另外,调查期间共在保护区内大熊猫重点分布区布设98台红外相机进行监测。2018年6月至2019年11月保护区开展常规监测,共在保护区范围内及周边区域布设红外相机194台进行持续监测。2017年6月至2019年11月,共计红外相机位点207个(见图1),相机布设海拔区间为880~2 809 m,共覆盖5种植被类型(见表1)。汇总所有调查数据,共得到94个藏酋猴的GPS坐标点。环境变量数据包括:①地形数据,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计算得到;②地表覆盖数据,包括地表覆盖类型、NDVI指数,地表覆盖类型数据来源于ISCGM (https://www.iscgm.org)全球地表覆盖类型GLCNMO version 3,其将地表类型分成常绿阔叶林、混交林、农田、水体等20个类别。NDVI指数数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn),为2016年MODEV1M中国250M EVI月合成产品。数据经过ArcGIS使用研究区域矢量文件进行裁剪提取统一成WGS1984坐标系,经重采样统一栅格分辨率为30 m×30 m,最后转化成MaxEnt所使用的ASCII格式文件[27]。
图 1 大相岭保护区样线调查区域和红外相机布设点位示意图
Figure 1. Sample line survey area and distribution of infrared camera traps in Daxiangling Nature Reserve
表 1 大相岭保护区红外相机布设情况统计表
Table 1. Statistics of infrared camera traps in Daxiangling Nature Reserve
植被类型 安装相机数量/台 常绿、落叶阔叶混交林 66 常绿阔叶林 44 温性针阔叶混交林 35 竹林 33 落叶阔叶林 29 -
由于积累的历史分布点较为集中,为避免MaxEnt模型对点位数据过渡加权,在ArcGIS中利用1 km×1 km的网格线剔除多余的藏酋猴位点,每个网格只保留1个,剔除处理后保留58个藏酋猴位点数据,转换为CSV格式输入MaxEnt进行分析。为避免环境变量的空间共线性对MaxEnt模型准确性的影响[28],对上述各类环境变量分别进行Pearson相关性分析,删除相关系数绝对值大于0.8的变量。使用MaxEnt 3.3建立模型。将藏酋猴分布点数据和筛选得到的5个环境变量数据导入软件中,随机选取75%的分布点作为训练数据集training data用于建立模型,剩余25%的分布点作为检验数据集test data用于模型验证,其余设置保持为默认。为保证模型结果的稳定性,进行100次自举法bootstrap重复。
以软件内建的变量贡献分析、响应曲线和刀切法Jackknife检验分析模型中各环境变量的相对重要性及其对藏酋猴栖息地适宜性的影响。模型预测结果以模拟曲线(Receiver operating characteristic, ROC)下面积(Area under curve, AUC)进行检验评估。模拟结果的评价标准为:AUC值为0.50~0.60,败fail;0.60~0.70,较差poor;0.70~0.80,一般fair;0.80~0.90,好good;0.90~1.0,非常好excellent[29, 30]。
MaxEnt Modeling-based Habitat Suitability Assessment of Macaca thibetana in Daxiangling Nature Reserve, Sichuan Province
More Information-
摘要: 生境评价是野生动物有效保护与管理的基础。利用2017年6月至2019年11月期间保护区开展的本底调查和红外相机监测获得的藏酋猴分布点位数据以及环境变量数据,运用MaxEnt模型对大相岭保护区藏酋猴的生境适宜性进行评价分析。模型的评价结果为好。研究结果表明:海拔(69.59%)和坡向(19.08%)是影响藏酋猴生境分布的主要环境因子,二者累积贡献率达到88.67%。生境适宜区主要分布于保护区的西北边大部分区域以及东南边的中部和上部区域,适宜生境面积总和为312.77 km2,占整个保护区面积的80.20%。藏酋猴偏好在海拔1 500~2 500 m(尤其2 100 m左右)、山体的西北坡(阳坡)活动。藏酋猴适宜生境存在一定程度的破碎化。为了更好的保护该区域内的藏酋猴资源,有必要加强种群保护,注重生境斑块边缘的人为干扰,条件允许的情况下可以进行适当人工放归,促进种群间的基因交流。Abstract: Habitat assessment is the basis for effective conservation and management of wildlife. The habitat suitability of Tibetan macaque (Macaca thibetana) in Daxiangling Nature Reserve was evaluated and analyzed by using MaxEnt modelling based on the data of distribution points of Tibetan macaque and environmental variables obtained from background investigation and infrared camera monitoring carried out in the nature reserve from June 2017 to November 2019. The assessment result of the model was good. The results showed that altitude (69.59%) and aspect (19.08%) were the main factors influencing habitat selection of Tibetan macaque, and the cumulative contribution rate reached 88.67%. Suitable habitat areas were mainly distributed in most areas in the northwest of the researve and in the middle and upper areas in the southeast, with the total suitable habitat area of 312.77 km2, accounting for 80.20% of the total reserve area. Tibetan macaque prefered to move at altitudes of 1 500~2 500 m (especially around 2 100 m) and on the northwest slope (sunny slope) of mountains. There was a certain degree of fragmentation in the suitable habitat of Tibetan macaque. In order to better protect the macaque resources in this region, it is necessary to strengthen the population protection, pay attention to the human disturbance at the edge of the habitat patches, and when conditions permit, appropriate artificial release can be carried out to promote gene exchange between populations.
-
表 1 大相岭保护区红外相机布设情况统计表
Tab. 1 Statistics of infrared camera traps in Daxiangling Nature Reserve
植被类型 安装相机数量/台 常绿、落叶阔叶混交林 66 常绿阔叶林 44 温性针阔叶混交林 35 竹林 33 落叶阔叶林 29 -
[1] 王金亮,陈姚. 3S技术在野生动物生境研究中的应用[J]. 地理与地理信息科学,2004(6):48−51. doi: 10.3969/j.issn.1672-0504.2004.06.011 [2] 刘振生,高惠,滕丽微,等. 基于MaxEnt模型的贺兰山岩羊生境适宜性评价[J]. 生态学报,2013,33(22):7243−7249. [3] Zhao Q K, Deng Z Y. Macaca thibetana, at Mt. Emei, China: I. A cross-sectional study of growth and development[J]. American Journal of Primatology, 1988, 16(16): 251−260. [4] 蒋学龙,王应祥,王歧山. 藏酋猴的分类与分布[J]. 动物学研究,1996,17(4):361−369. [5] Fooden J. Provisional classifications and key to living species of macaques (primates: Macaca)[J]. Folia Primatologica, 1976, 25(2/3): 225−236. [6] 赵海涛,王程亮,王晓卫,等. 陕西米仓山自然保护区发现藏酋猴分布[J]. 动物学杂志,2014,49(6):793−797. [7] 李生强,汪国海,施泽攀,等. 广西藏酋猴种群数量、分布及威胁因素的分析[J]. 广西师范大学学报(自然科学版),2017,35(2):126−132. [8] 肖俊. 唐家河自然保护区灵长类种群数量与分布和藏酋猴的社会行为研究[D]. 西华师范大学. 2017. [9] Xia D P, Li J H, Garber P A, et al. Grooming reciprocity in lemale Tibetan macaques Macaca thibetana[J]. American Journal of Primatology, 2012, 74(6): 569−579. doi: 10.1002/ajp.21985 [10] 黎大勇. 唐家河国家级自然保护区藏酋猴(Macaca thibetana)的生境选择[J]. 四川林业科技,2015,36(4):32−36. [11] 张涛,滕继荣,王洪建. 甘肃白水江自然保护区藏酋猴的生态习性与资源现状[J]. 四川动物,2005,24(2):165−167. doi: 10.3969/j.issn.1000-7083.2005.02.011 [12] Steven J P, Miroslav D, Robert E S. A Maximum Entropy Approach to Species Distribution Modeling[C]. Banff, Alberta: Proceedings of the Twenty-First International Conference on Machine Learning, 2004, 655-662. [13] Brotons L, Thuiller W, Miguel B A, Alexandre H H. Presence-absence versus presence-only modelling methods for predicting bird habitat suitability[J]. Ecography, 2004, 27(4): 437−448. doi: 10.1111/j.0906-7590.2004.03764.x [14] Li H M, Han H X, Xue D Y. Prediction of potential geographic distribution areas for the pine bark scale, Matsucoccus matsumurae (Kuwana) (Homoptera: Margarodidae) in China using GARP modelling system[J]. Acta Entomologica Sinica, 2005, 48(1): 95−100. [15] 徐卫华,欧阳志云,李宇,等. 基于遥感和GIS的秦岭山系大熊猫生境评价[J]. 遥感技术与应用,2006(3):71−75. [16] Ward D F. Modelling the potential geographic distribution of invasive ant species in New Zealand[J]. Biological Invasions, 2007, 9(6): 723−735. doi: 10.1007/s10530-006-9072-y [17] Phillips S J, Miroslav Dudík. Modeling of species distributions with MaxEnt: new extensions and a comprehensive evaluation[J]. Ecography, 2008, 31(2): 161−175. doi: 10.1111/j.0906-7590.2008.5203.x [18] Elith* J, H. Graham* C, P. Anderson R, et al. Novel methods improve prediction of species’ distributions from occurrence data[J]. Ecography, 2006, 29(2): 129−151. doi: 10.1111/j.2006.0906-7590.04596.x [19] Tuanmu M N, Andrés Via, Roloff G J, et al. Temporal transferability of wildlife habitat models: implications for habitat monitoring[J]. Journal of Biogeography, 2011, 38(8): 1510−1523. doi: 10.1111/j.1365-2699.2011.02479.x [20] Costa G C, Nogueira C, Machado R B, et al. Sampling bias and the use of ecological niche modeling in conservation planning: a field evaluation in a biodiversity hotspot[J]. Biodiversity and Conservation, 2010, 19(3): 883−899. doi: 10.1007/s10531-009-9746-8 [21] Wang Z, Li B, Xiao J L, et al. Regionalization study of Dioscorea nipponica in Jilin province based on MaxEnt and ArcGIS[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2017, 42(22): 4373−4377. [22] Phillips S J, Anderson R P, Schapire R E. Maximum entropy modeling of species geographic distributions[J]. Ecological Modelling, 2006, 190(3−4): 231−259. doi: 10.1016/j.ecolmodel.2005.03.026 [23] 冉江洪,曾宗永,刘世昌,等. 四川大相岭大熊猫种群及栖息地调查[J]. 四川大学学报(自然科学版),2006,43(4):889−893. [24] 刘建国,徐卫华,欧阳志云,等. 大相岭山系大熊猫生境评价与保护对策研究[J]. 生物多样性,2006,14(3):223−231. doi: 10.3321/j.issn:1005-0094.2006.03.005 [25] 侯宁,戴强,冉江洪,等. 大相岭山系泥巴山大熊猫栖息地廊道设计[J]. 应用与环境生物学报,2014(6):1039−1045. [26] 符建荣,孙治宇,刘少英,等. 四川大相岭自然保护区的鸟类资源[J]. 四川林业科技,2008(3):36−42. [27] 林源,徐雪怡,伊剑锋,等. 基于MaxEnt模型的广西黑颈长尾雉潜在栖息地预测与保护空缺分析[J]. 四川动物,2017(3):328−333. doi: 10.11984/j.issn.1000-7083.20170017 [28] Parolo G, Rossi G, Ferrarini A. Toward improved species niche modelling: Arnica montana in the Alps as a case study[J]. Journal of Applied Ecology, 2008, 45(5): 1410−1418. doi: 10.1111/j.1365-2664.2008.01516.x [29] Swets J. Measuring the accuracy of diagnostic systems[J]. Science, 1988, 240(4857): 1285−1293. doi: 10.1126/science.3287615 [30] Araújo M B, Pearson R G, Thuiller W, Erhard M. Validation of species-climate impact models under climate change[J]. Global Change Biology, 2005, 11(9): 1504−1513. doi: 10.1111/j.1365-2486.2005.01000.x [31] 王学志,徐卫华,欧阳志云,等. 生态位因子分析在大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)生境评价中的应用[J]. 生态学报,2006,28(2):821−828. [32] 颜忠诚,陈永林. 动物的生境选择[J]. 生态学杂志,1998(2):43−49. doi: 10.3321/j.issn:1000-4890.1998.02.009 [33] 周岐海,唐华兴,韦春强,等. 桂林七星公园猕猴的食物组成及季节性变化[J]. 兽类学报,2009,29(4):419−426. doi: 10.3969/j.issn.1000-1050.2009.04.011 [34] 张强,兰盛军,胡大明,等. 四川白水河国家级自然保护区野外藏酋猴活动初步调查[J]. 四川动物,2008(1):134−137. [35] 谢东明,路纪琪,吕九全. 太行山猕猴的冬季生境选择[J]. 兽类学报,2009,29(3):252−258. doi: 10.3969/j.issn.1000-1050.2009.03.004 [36] 黎大勇,彭正松,任宝平,等. 塔城滇金丝猴初秋对生境的选择性[J]. 西华师范大学学报(自然科学版),2006(3):233−238. [37] 邓文洪. 栖息地破碎化与鸟类生存[J]. 生态学报,2009,29(6):3181−3187. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2009.06.049