基于GIS的生境连通性评估与斑块划分方法研究文献综述

 2022-10-10 11:10

文献综述(或调研报告):

生境是指生物生活的生态地理环境[1],对于野生动物而言,其活动场所即为生境,它们在生境中要获取水和食物等必要的生存资源,同时要能够繁衍和躲避天敌[2]。由于研究对象、目的和方法的差异,不同生态学家对斑块的定义不同,在前人研究的基础上,邬建国[3-4]更加普遍性和概括性的将斑块定义为依赖于尺度的,与周围环境在性质上或者外观上不同的空间实体。本研究引用其对斑块的定义,将从动物活动能力的角度划分斑块,反映动物在斑块之间活动能力的强弱。生境破碎化是指生境状态在人类活动或者自然因素的影响下发生改变的生态过程,外观上表现为大的、连续的斑块逐步向碎片化斑块的过渡,内部结构则体现在由简单、均质、连续的整体向复杂、异质、不连续的斑块镶嵌体演化的过程[5]。生境连通性是衡量生物群体在不同斑块之间运动的难易程度的指标[4,6]。近年来,随着中国城市化进程的加快,人类活动给野生动物的生存造成了极大的干扰,使得生境破碎化程度加剧,种群间的基因交流受到阻碍,严重威胁着动物生存和生物多样性,加剧了物种灭绝的风险[7]。研究生境连通性的意义在于评估生境质量,识别出潜在的扩散廊道[4],进而为野生动物保护和区域的生态保护提供一定的理论支持。而传统的研究手段,往往受到人力、物力和自然条件等多方面的限制,特别是在时空数据的收集、分析、解释和表达上有很大的局限性。将地理信息系统技术应用于动物生境破碎化的研究具有明显优势,能够打破传统研究手段的局限性,生境破碎化研究也成为GIS应用研究的重要方向[8]

上世纪80年代以后,GIS开始应用到动物生境研究中。基于GIS的生境研究在国外起步较早,特点主要是通过建立动物生境模型,利用数理统计的方法,结合GIS技术进行研究,比如,Ling Bian和Eric West利用多元统计技术和GIS技术建立一个logistic回归模型去评价所观察的美国堪萨斯州国家大草原的产驼鹿(Alex alces)的位置与人类活动之间的关系[8]。20世纪90年代后期,国内开始兴起基于GIS的生境研究。欧阳志云等基于物理环境、生物环境、人类活动生境影响因素的基础上,利用GIS建立生态位适宜度模型评价卧龙自然保护区大熊猫生境适宜性[9];陈顶利等引入景观连接度的概念,利用GIS空间分析的功能,对卧龙自然保护区大熊猫的生境破碎化程度进行研究[8]

GPS技术的快速发展使得采样跟踪监测成为可能,而且成本较低,能够考虑到动物个体的动态变化,所以GPS被广泛用于野外样方调查的定位和野生动物活动范围的监测等[10]。此外,GPS采集的数据还可以用来验证生境适宜性模型的正确性,如Heather K.Stricker等人[11]在栖息地的土地覆被类型、到水系的距离、到道路的距离以及与沙地的联系等多个因素的基础上,基于专家调查并结合层次栖息地选择理论和空间结构,建立多尺度生境选择模型,进而评估美国密歇根州灰狼的潜在生境和扩散廊道,分析其的景观连通性,同时通过5年时间里使用卫星和无线电圈检测到的并经过现场验证的狼的巢穴点位置来验证模型的正确性。但是GPS技术也存在一定的局限性,Lyndsie S.Wszola等人[12]指出由于探测时间间隔和采样方法的影响,根据GPS收集到的动物位置数据,可能会使得通过建立数学模型估计的动物家域范围存在较大的误差。

生境连通性的度量方法一般有最邻近距离法、空间格局指数法、尺度面积比法、图论法以及近几年开始出现的基于电路理论研究的方法,相较于图论得到的单一路径,基于电路理论得到的多路径结果更具有现势性[6]。国外Camilo A.Correa Ayram等人[13]研究了墨西哥山猫和浣熊在Cuitzeo湖流域的栖息地可用性和适宜性,基于电路理论来评估景观的连通性,研究结果表明景观连通性分析对于识别潜在的保护区有明显作用。国内的李慧(2018)[6]建立了基于电路理论的连接度模型,分析滇金丝猴生境斑块之间的连通性,为滇金丝猴保护区的规划提供了理论支持。

本研究将从动物活动能力的角度出发,设计斑块划分方法,选择合适的连通性分析模型,对动物生境进行评价,进而为生态规划和保护提供参考。

参考文献

[1]杨娅楠,王金亮,习晓环,王成.野生动物生境景观连通性综述[J].环境科学导刊,2015,第34卷(3): 10-15

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