大型野生食草动物生境资源利用竞争关系.pdf
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1、第 卷第 期 年 月生态学报 ,:基金项目:国家自然科学基金项目(,)收稿日期:;采用日期:通讯作者 :郭兴健,邵全琴大型野生食草动物生境资源利用竞争关系生态学报,():,():大型野生食草动物生境资源利用竞争关系郭兴健,邵全琴,西北大学城市与环境学院,西安 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室,西安 中国科学院地理科学与资源研究所,陆地表层格局与模拟院重点实验室,北京 中国科学院大学,北京 摘要:生物多样性维持是三江源区的重要生态功能,野生动物保护的科学规划需要掌握区内野生动物的栖息地分布状况与资源竞争关系。利用无人机遥感的新技术,在三江源玛多县开展藏野驴、藏原羚和岩羊的适宜栖息地识别与划定
2、以及生境资源利用竞争关系研究。结果显示,年玛多县藏野驴适宜生境面积 ,距水源距离是限制适宜生境面积的主要因子;藏原羚的适宜生境面积为 ,岩羊的适宜生境面积为 ,坡度、距水源距离以及植被类型是制约适宜栖息地面积的主要因素。由于在栖息地坡度选择中的生态位差异,三种大型野生食草动物的生境重叠面积均较小,生境竞争关系较弱。研究为生物多样性保护提供了全新的思路,可为相似区域的野生动物保护与恢复综合规划提供支撑。关键词:大型野生食草动物;无人机遥感;种群数量;适宜生境;生境资源竞争 ,:(),(),(),(),:(),(),(),(),(),:;三江源位于青藏高原,是长江、黄河和澜沧江的源区,因特殊的自然
3、地理格局与生态系统状况,是我国极为重要的生态安全屏障,发挥着包括生物多样性保护在内的诸多重要生态作用。然而,由于过度放牧等人类不合理活动对该地区脆弱生态系统造成的破坏,三江源区生态系统生物多样性维持功能显著下降。尤其是各类大型野生食草动物,在上世纪由于人类活动的干扰,种群数量及分布区域在过度捕猎、草原退化、灾害等影响下不断缩减。我国高度重视三江源区生态退化的问题,并于 年批准了青海三江源自然保护区生态保护和建设总体规划。通过规划中一期工程的实施,区内过度放牧得到了有效遏制,草地载蓄压力明显下降,野生动物种群数量有所恢复。年,为进一步保护和恢复三江源区的生态环境及生物多样性,我国建立了第一个国家
4、公园 三江源国家公园,与发达国家建立的国家公园相同,野生动物保护是三江源国家公园的重要议题之一。为了准确掌握三江源区内大型野生动物恢复状况,合理规划与科学动态调整保护区范围,识别野生动物保护重点区域,需要对区内野生动物的栖息地状况开展调查研究。野生动物调查最常用的传统方法是截线取样法,即在调查区域内所有生境中随机地设置调查样线,记录观察到的实体相对于样线的位置信息,并结合探测函数来表示发现动物的概率与人跟动物距离的关系,从而较高精度的进行种群数量估计。该方法在种群数量调查方面具有优势,但生境调查中需要以发现野生动物活动痕迹、粪便或实体等处为中心设置样方,采集动物痕迹样本和食草样本等以获取对应的
5、环境因子信息,费时费力且成本较高。无人机遥感方法的出现为野生动物生境调查提供了一种全新的手段。虽然由于动物的警戒行为及在家域范围内的移动,基于无人机的种群数量估算存在不确定性,但无人机遥感数据可实时准确记录动物空间位置信息的特点使其可在地理信息系统的支持下与各环境因子进行空间叠加分析,在生境调查研究中具有独特优势,可以准确识别野生动物生境,为保护区规划和研究提供基础,判断保护区规划的合理性、生境斑块的连通性、气候变化和人类活动干扰背景下栖息地范围的变化等。近年来,越来越多的研究人员尝试着采用这项新的技术手段开展野生动物调查研究,包括白尾鹿()、驯鹿()等,无人机遥感已经被证明是一种有效的野生动
6、物调查手段。目前针对大型野生动物的栖息地研究大多针对单一物种。但在实际情况下,同一区域内的多种相似食性的野生动物之间的栖息地资源和营养资源之间可能存在重叠与冲突关系,即它们的生态位重叠。在生 态 学 报 卷:野生动物保护规划中,为了科学开展野生动物保护工作的综合规划和管理,实现资源的合理配置与效益最大化,各野生动物之间的生态位重叠关系是不可忽略的,进一步明确主导这种关系的因素更是合理分配栖息地资源的关键。然而受限于大范围数据获取的限制,此类研究成果较少。基于此,本研究选取藏野驴()、藏原羚()和岩羊()三种青藏高原特有,同时也是我国二级保护动物的大型野生食草动物作为研究对象,在三江源区玛多县境
7、内开展无人机调查研究,通过目标动物解译结果与各类环境因子的空间叠加分析,预期得到:()玛多县境内藏野驴、藏原羚及岩羊在样带内的分布特征;()三种大型野生食草动物的栖息地选择偏好及适宜栖息地范围;()藏野驴、藏原羚及岩羊各自的生态位,互相之间的资源利用重叠与冲突程度及主导因素。本研究将综合利用 技术,形成完整的野生动物生境范围识别及限制因素分析以及多物种生境资源利用冲突的研究方法,相关成果可为青藏高原区域野生动物栖息地监测提供新方法,为国家公园与自然保护区内多物种综合保护规划提供支持与参考。材料与方法 研究区概况玛多县位于青海省果洛藏族自治州内,地理位置介于东经,北纬,全县土地面积约 ,海拔范围
8、在 之间,地形起伏不大,相对平坦。县域内河湖密布,其中扎陵湖与鄂陵湖为黄河源头。由于人类活动和气候变化的双重影响,上世纪末期玛多县内草地退化、湿地面积萎缩、野生动物数量大幅减少,曾是三江源区生态系统退化最严重的县份之一。自 年起,三江源自然保护区生态保护和建设工程的实施有效遏制了生态系统的退化,区内野生动物的种群数量明显恢复。年我国在三江源建立国家公园,其中黄河源园区就位于玛多县境内。作为生态治理与野生动物保护的典型区域,本研究选择玛多县作为研究区开展藏野驴、藏原羚和岩羊的生境分析研究(图)。图 研究区概况 无人机遥感调查和解译方法本研究采用两款无人机搭载可见光传感器于 年春季开展野外航拍调查
9、工作,调查样带遵循随机抽样的原则布设,分布在扣除非植被类型区域(如裸岩石砾地、水体、冰川、城镇、高速和国道道路等)后的生境范围内。期 郭兴健 等:大型野生食草动物生境资源利用竞争关系:图 航拍调查所用成都山地所无人机和飞马 无人机 航拍调查采用了两款无人机:第一款为成都山地所自主研发的电动无人机,续航时间 ,飞行速度为 ;第二款为深圳飞马机器人科技有限公司 无人机,续航时间 ,飞行速度为 (图)。年 月 日 日,在玛多县共计航拍有效架次 个,拍摄高度 ,成图分辨率 ,获取 张影像,有效拍摄面积 。获取的无人机影像采用两台高性能工作站进行拼接,并 开 展 人 工 目 视 解 译 工 作。影 像
10、拼 接 使 用、飞马智拼图与 软件。目视解译工作使用 软件,依据遥感解译七要素,即色调、颜色、纹理、阴影、大小、形状、图案,并结合野外调查中观察到的动物活动规律和习性产生的位置和分布规律进行,航拍影像中的动物群体、个体及地面实际观察到的个体特征如图 所示。图 藏野驴、藏原羚和岩羊无人机航拍影像中群体、个体特征及地面拍摄外观形态 ,野生动物对环境因子的选择偏好分析本研究采用选择指数 来表示藏野驴、藏原羚和岩羊对环境因子的选择偏好或回避,具体包括距农村居民点距离、距公路距离、距水源距离、坡度、植被覆盖度以及植被类型等 个环境因子,计算方法如下:()()()()式中,为选择系数,为选择指数,指某环境
11、特征,为物种选择具有 特征的样方数,指环境中具有 生 态 学 报 卷:特征的总样方数,指某环境特征的等级数(,);介于 到 之间,当 时为特别偏好,为不选择,为负选择,为正选择,为随机选择。为几乎随机选择。该方法是基于地面调查样方提出的,本研究中将无人机调查影像中每个 的栅格作为一个样方,相当于共有调查样方 个。若栅格范围内存在目标动物,无论动物头只数多少,均计为 个被选择样方。藏野驴、藏原羚及岩羊生境重叠度及竞争分析方法本研究采用生境生态位宽度表示某种大型野生食草动物对某种环境因子的选择范围,利用生态位重叠指数表征藏野驴、藏原羚和岩羊在对生境资源选择利用过程中的重叠及竞争程度。生境生态位宽度
12、通过 公式计算:()式中,表示物种 (藏野驴、藏原羚或岩羊)在某种生境因子中的生境生态位宽;为生境因子等级;为生境因子等级数量,本研究中为各环境因子的分级 分类个数;为物种 利用某生境因子第 级的数量。采用 生态位重叠指数表征藏野驴、藏原羚和岩羊的生态位重叠程度,计算公式如下:式中,为物种 与物种 在某种生境因子上的生态位重叠指数;为物种 利用某生境因子第 级的比例;为物种 利用某生境因子第 级的比例。介于 之间,代表两种物种不存在重叠,即生境完全不同,代表两种物种生境完全重叠,及生境完全相同。其他数据来源居民地、水源地与公路数据等来自 年高分遥感影像解译得到的玛多县土地覆被数据,由青海省生态
13、环境遥感中心提供,空间分辨率为 ;地面数字高程模型()数据来自星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型(),坡度数据由 数据在 软件中计算得到,空间分辨率均为 ;草地类型矢量数据来自于中国 万植被类型数据集;植被覆盖度数据由 影像()数据计算得到,由中国测绘科学研究院提供,空间分辨率为 。结果 无人机样带调查解译结果结果显示,条样带中的 条发现藏野驴个体,共计 只,样带内平均密度为 只;条样带中发现藏原羚个体,共计发现 只,样带内的平均种群密度为 只;条样带内发现岩羊个体,共计 只,样带内平均密度为 只(表)。从样带结果来看,藏野驴分布范围最广,藏原羚次之,岩羊仅在玛多县东北部花石峡镇内地形陡峭
14、区域的两条样带中被发现。生境选择偏好及适宜生境范围分析生境选择的计算结果显示,藏野驴偏好于选择距农村居民点 、距公路距离 、距水源地距离 以内、坡度小于 且植被覆盖度介于 之间的植被类型为高山嵩草杂类草以及高山嵩草紫花针茅草地型的区域作为栖息地;藏原羚喜好选择远离农村居民点 以上、距公路和水源地距离、坡度介于、植被覆盖度大于 的藏嵩草草地型以及高山嵩草杂类草草地型区域作为栖息地;而岩羊则偏好于选择距农村居民点 以内、距公路 以上、距水源 、坡度大于、植被覆盖度介 期 郭兴健 等:大型野生食草动物生境资源利用竞争关系:于 之间且植被类型为紫花针茅杂类草以及高山嵩草草地型的区域作为栖息地(表)。表
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