不同大熊猫扩散地景观格局和植被覆盖变化的比较研究.pdf
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1、 四川动物 Sichuan Journal of Zoology 2023,42(4):361-370不同大熊猫扩散地景观格局和植被覆盖变化的比较研究姜波宇1,2,田关胜3,王翰霖1,2,李明明1,2,许路1,2,冉江洪1,2*(1.四川大学生命科学学院,生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065;2.四川大学生命科学学院,四川省濒危野生动物保护生物学重点实验室,成都610065;3.四川申果庄自然保护区管理处,四川越西616650)摘要:对大熊猫扩散地的比较研究,可为其栖息地的保护与恢复提供科学依据。对凉山山系在四川省第四次大熊猫调查时发现的2个新扩散地(大熊猫一直居留的越西区域和
2、现已无大熊猫居留的雷波区域)20112021年的景观格局和植被覆盖进行了比较研究,结果显示,10年间:(1)越西区域针叶林面积减少7.18%,阔叶林面积增加2.97%,森林平均斑块面积增加;雷波区域针叶林面积增加5.72%,阔叶林面积增加5.96%,阔叶林平均斑块面积大幅下降;(2)相似邻近比度和聚集度指数显示,越西区域的森林破碎化程度降低,雷波区域的增加;(3)景观形状指数和破碎化指数显示,越西区域的景观破碎化和景观受人类活动干扰程度降低,而雷波区域的增加;(4)2个区域植被覆盖度总体维持较好,且植被覆盖度均有提升,但2个区域高质量栖息地植被覆盖度的增加量无显著差异。因此推测森林和景观破碎化
3、程度、森林平均斑块面积可能会对扩散大熊猫的宏生境选择产生影响。关键词:景观格局;植被覆盖;扩散;大熊猫;生境选择;凉山山系;破碎化中图分类号:Q959.8 文献标志码:A 文章编号:1000-7083(2023)04-0361-10A Comparative Research on Landscape Pattern and Vegetation Coverage Changesin Different Dispersal Areas of Ailuropoda melanoleucaJIANG Boyu1,2,TIAN Guansheng3,WANG Hanlin1,2,LI Mingmin
4、g1,2,XU Lu1,2,RAN Jianghong1,2*(1.Key Laboratory of BioResource and EcoEnvironment of Ministry of Education,College of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610065,China;2.Sichuan Key Laboratory of Conservation Biology on Endangered Wildlife,College of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610
5、065,China;3.Shenguozhuang Nature Reserve Administration Bureau,Yuexi,Sichuan Province 616650,China)Abstract:Comparative study on the dispersal areas of giant panda(Ailuropoda melanoleuca)can provide a scientific basis for the protection and restoration of the giant panda s habitat.In this study,the
6、landscape pattern and vegetation coverage of two new dispersal areas found in the Liangshan Mountains(Yuexi area where the giant pandas have been living and Leibo area where no giant panda has left)in the fourth giant panda survey in Sichuan Province were compared in 20112021.The results showed that
7、 in the ten years:(1)the area of coniferous forest in Yuexi area decreased by 7.18%,broad-leaved forest increased by 2.97%,and the average patch area of forest landscape increased;the area of coniferous forest in Leibo area increased by 5.72%and broad-leaved forest area increased by 5.96%,while the
8、average patch area of broad-leaved forest decreased significantly.(2)The analysis of similar proximity ratio and aggregation index of forest landscape DOI:10.11984/j.issn.1000-7083.20220344收稿日期:2022-09-28 接受日期:2023-04-18基金项目:40年来凉山山系大熊猫分布格局变化趋势及驱动力研究项目(31970495)作者简介:姜波宇(1998),硕士研究生,研究方向:动物生态与保护,E-ma
9、il:*通信作者Corresponding author,E-mail:rjhong-361四川动物 2023 年 第 42 卷 第 4 期Sichuan Journal of Zoology Vol.42 No.4 2023showed that the forest fragmentation degree in Yuexi area decreased,while that of the Leibo area increased.(3)The results of the landscape shape index and fragmentation index analyses sho
10、wed that the overall landscape fragmentation and the landscape with human disturbance are decreasing in Yuexi area,but increasing in Leibo area.(4)The vegetation coverage in the two study areas was generally maintained well or even increased to a certain extent,while no significant difference in the
11、 vegetation coverage increment of the high-quality habitats was detected between the two areas.Therefore,it is speculated that the degree of forest and landscape fragmentation and the average patch area of forests may have an impact on dispersing the macro-habitat selection of giant pandas.Keywords:
12、landscape pattern;vegetation coverage;dispersal;Ailuropoda melanoleuca;habitat selection;Liangshan Mountains;fragmentation扩 散 是 动 物 的 基 本 生 活 史 特 征(Walters,2000)。动物通过扩散来达到种群内和种群间个体交换的目的,对防止近亲繁殖、提高种群环境适应能力、扩大种群的分布区具有重要作用(赵洪峰等,2013;陈俪心等,2019)。目前,扩散已成为生态学家关注的重点问题之一(Walters,2000;Clobert et al.,2009)。动物扩
13、散到新的生境,面临着继续迁移或定居的选择。生境选择理论通常认为,个体通过做出最优的定居决策,在异质性景观中选择最高质量的栖息地,最大化其适合度(Fretwell,1969)。而影响栖息地质量的因子很多,景观格局和植被覆盖均是影响栖息地质量的重要因子(徐文茜,2016)。景观格局是从宏观尺度反映栖息地质量的主要方法指标(李向阳等,2009;刘艳萍等,2012),很大程度上影响着动物种群的分布(范隆庆等,2010)。此外,植被覆盖也会影响栖息地质量,一般植被覆盖越好,区域生态环境质量也越好(王琦等,2019)。同时,植被覆盖及其动态变化在一定程度上会潜在影响动物栖息地的分布与变化(卢学理等,200
14、8;赵海迪等,2014)。大熊猫 Ailuropoda melanoleuca 是世界生物多样性保护的旗舰物种。目前孤立地分布在我国四川、甘肃、陕西的6大山系中,其中,凉山山系是大熊猫分布的最南端(和梅香等,2018)。有关大熊猫微生境和宏生境选择的研究较多(Qi et al.,2009,2011;和梅香等,2018;李杨倩等,2018),但对大熊猫扩散的研究却鲜有报道,目前仅有通过群体遗传学数据分析得出大熊猫是偏雌性扩散(Zhan et al.,2007;Hu et al.,2010),而对扩散大熊猫的宏生境选择还未知。四川省第四次大熊猫调查结果显示,凉山山系越西县东北部的梅花乡-白果乡区域
15、和雷波县西部的拉咪乡-长河乡区域是2012年调查发现的大熊猫新分布区,其在2001年第三次大熊猫调查时均无大熊猫分布(四川省林业厅,2015)。通过对这2个区域的调查和长期监测,发现截至2021年越西县梅花乡-白果乡区域一直有大熊猫活动痕迹,而雷波县拉咪乡-长河乡区域在20142021年未发现大熊猫痕迹,这为比较不同大熊猫扩散地景观格局和植被覆盖变化,以及大熊猫扩散的宏生境选择提供了机会。本文利用3S技术与景观生态学的数量分析方法定量对比分析了2个扩散区域的景观格局和植被覆盖在近10年间的时空变化特征,探究景观格局和植被覆盖变化对大熊猫宏生境选择的潜在影响,以期了解可能影响扩散大熊猫宏生境利用
16、的主要因子,识别可能影响大熊猫扩散利用的关键环境参数,为大熊猫栖息地的保护与恢复提供科学依据。1研究区域概况研究区域位于四川省凉山山系,根据2012年全国第四次大熊猫调查对大熊猫栖息地的范围划362姜波宇等:不同大熊猫扩散地景观格局和植被覆盖变化的比较研究分,以山脊或道路为界(李云飞等,2015),越西区域:越西县东北部的梅花乡-白果乡(102.61102.70E,28.7328.87N),海拔1 5173 579 m,面积80.22 km2,第四次大熊猫调查发现大熊猫痕迹点18个,2021年和2022年仍然发现有大熊猫活动痕迹;雷波区域:雷波县南部的拉咪乡-长河乡(103.27103.42E
17、,28.1728.44N),海拔 1 4373 471 m,面积173.74 km2,第四次大熊猫调查发现大熊猫痕迹点5个,20142021年未发现大熊猫活动痕迹(图1)。2研究方法2.1野外调查方法2.1.1植被调查调查样线按照全国第四次大熊猫调查标准布设,在样线上合适位置设置植被调查样方,大小为20 m20 m,记录植被类型和地理坐标(饶佳等,2018),用于遥感影像的解译及之后的精度评价。2021年6月在越西区域和雷波区域分别设置了22条和34条样线,70个和105个植被样方。2.1.2动物调查在进行植被调查的同时进行大熊猫痕迹调查,即发现大熊猫痕迹点时,记录痕迹点类型及其经纬度、海拔等
18、信息。在2021年6月、8月、12月和2022年4月进行了4次调查。2.2遥感影像数据获取遥感影像数据选择Landsat8卫星影像,数据来自地理空间数据云(http:/)和美国地质勘探局 USGS(https:/earthexplorer.usgs.gov)。选取研究区域 2011年和 2021年植被生长季且云量低于5%的TM影像。数据波段空间分辨率均为30 m。在ENVI5.3中对2个研究区域2011年和2021年图1研究区域Fig.1Study area363四川动物 2023 年 第 42 卷 第 4 期Sichuan Journal of Zoology Vol.42 No.4 202
19、3的Landsat8遥感影像进行解译。首先对影片进行预处理,具体过程包括大气校正、几何精校正、辐射定标、拼接与裁剪、监督分类与非监督分类相结合等。监督分类主要使用最大似然分类方法,最终将研究区域内土地覆盖类型划分为针叶林、阔叶林、灌丛、草甸、农业用地和建筑用地6类。选 择 Cohen 提 出 的 Kappa 系 数 法(Cantor,1996),并结合实地植被样方数据和奥维卫星影像图,由于研究区域面积较小,每一类别分别选取尽可能多的点用于精度评价,以减少由于影像分辨率差异和几何纠正引起的误差,若Kappa系数大于0.8,总体精度均达到85%以上,表明解译精准度较高,解 译 结 果 与 真 实
20、情 况 有 较 强 的 一 致 性(Manandhar et al.,2009)。2011年解译结果通过全国第四次大熊猫调查数据库中记录的植被样方数据进行精度评价,2021年解译数据通过2021年野外调查记录的样方数据进行精度评价。2.3景观指数分析用Fragstats 4.2.1分别计算研究区域的景观格局指数,包括斑块面积、平均斑块面积、相似邻近比度、聚集度指数、景观形状指数、香农多样性指数和破碎化指数。采用Mann-Whitney U检验分别对2个区域各景观类型2011年和2021年的斑块面积进行差异分析,统计分析在SPSS 25中进行。2.4植被覆盖分析归一化植被指数(normalize
21、d differential vegetation index,NDVI)是反映区域植被动态变化最敏感的指标之一(王小霞等,2020),对植被覆盖度检测幅度较宽,具有良好的相位和空间适应性,被广泛应用于反映区域尺度的植被覆盖度状况(盖永芹等,2009)。为降低其他干扰因素的影响,选择植被生长物候期(410月)的数据,以 2011年和 2021年生长期内森林的NDVI均值代表当年的森林覆盖度。NDVI 数据来源于美国国家航空航天局 NASA(https:/ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/)MODIS数据产品的MOD13Q1数据集,空间分辨率为250 m
22、250 m,时间分辨率为16 d。运用MODIS Reprojection Tools 对原始数据进行格式和投影转换,然后在ArcGIS 10.2用最大值合成法合成生长期年NDVI数据(Holben,1986)。根据四川省第四次大熊猫栖息地评价图层,将适宜栖息地作为高质量栖息地(国家林业和草原局,2021),分别计算2011年和2021年研究区域和高质量栖息地的NDVI,栅格大小为250 m250 m。NDVI年际变化率(K)通过2011年和2021年各像元的 NDVI 值计算得到:K=(NDVI2021NDVI2011)/10。其中,K0.005表示森林覆盖度呈增加趋势(马晓勇等,2019)
23、。采用Mann-Whitney U检验分别对2个区域及其高质量栖息地各栅格10年间的NDVI值进行显著性差异分析,统计分析在SPSS 25中进行。3研究结果3.1分类及精度评价结果分类结果显示,越西区域2011年和2021年的解译总体精度分别为 89.26%和 87.59%,Kappa系数分别为0.823和0.839;雷波区域2011年和2021年的解译总体精度分别为 86.23%和 87.77%,Kappa系数分别为0.817和0.847(图2)。3.2景观斑块类型尺度的变化3.2.1景观斑块类型面积变化研究区域的主要景观类型均为森林,包括针叶林和阔叶林,是整个景观格局的基质;灌丛和草甸面积
24、均不大;农业用地和建筑用地占比很少。10年间,越西区域针叶林面积减少7.18%,阔叶林面积增加2.97%,森林面积总体减少;雷波区域针叶林面积增加5.72%,阔叶林面积增加5.96%,森林面积总体增加(表1)。3.2.2景观斑块类型破碎化变化20112021年,越西区域针叶林和阔叶林的平均斑块面积、相似邻近比度、聚集度指数均增加,且针叶林的平均斑块面积增加明显;森林整体破碎化情况减弱。雷364姜波宇等:不同大熊猫扩散地景观格局和植被覆盖变化的比较研究波区域针叶林的平均斑块面积增加,但相似邻近比度和聚集度指数均减小;阔叶林的平均斑块面积减小,相似邻近比度和聚集度指数也有一定程度减小;森林整体破碎
25、化情况增强。Mann-Whitney U检验结果表明,20112021年,越西区域除草甸和建设用地的平均斑块面积无显著变化(P0.05)外,针叶林极显著增加(P0.01),其他景观斑块类型显著增加(P0.05);雷波区域的阔叶林、灌丛和草甸的平均斑块面积极显著减少(P0.01),针叶林和农业用地显著增加(P0.05),建筑用地显著减少(P0.6,部分栅格的NDVI值0.8。10年间,79.85%越西区域的NDVI值基本保持不变,17.33%增加,高质量栖息地的 NDVI 值平均增加 0.025;91.31%雷波区域的NDVI值基本保持不变,7.53%增加,高质量栖息地的 NDVI 值平均增加
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