3s技術(shù)在生物多樣性調(diào)查研究中的應用

馮蔚　劉有成　王明懷

摘要：隨著生物多樣性問題的日益突出，對生物多樣性的研究與保護提出更高的要求。但由于傳統(tǒng)調(diào)查方法的局限性，迫切需要新的技術(shù)支持。將3S技術(shù)應用于生物多樣性研究，一方面可以彌補傳統(tǒng)調(diào)查手段的不足，另一方面為生物多樣性的調(diào)查研究提供了新的途徑與技術(shù)支持。本文簡述傳統(tǒng)調(diào)查及其局限性，引出3S技術(shù)，在總結(jié)3s技術(shù)在生物多樣性研究中應用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對其應用發(fā)展前景進行了展望，為林業(yè)調(diào)查研究提供指導。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；生物多樣性；調(diào)查研究

生物多樣性是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，近年來，由于生物資源的過度開發(fā)，環(huán)境污染日益嚴重，造成生境的喪失和片段化以及外來種的侵入，資源的保護與可持續(xù)利用面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，從而導致生物多樣性下降。《全國生態(tài)環(huán)境規(guī)劃》中指出：我國已有15%～20%的動植物種類受到威脅，高于世界平均水平的30%～50%。因此，及時、準確、動態(tài)地獲取生物多樣性現(xiàn)狀和變化信息，并對導致其變化的因素做出分析與評價，在目前生物多樣性研究與保護中具有重要的意義。傳統(tǒng)的調(diào)查研究方法因其局限性，難以滿足不斷深入的生物多樣性研究與保護的要求。隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展與完善，利用3S技術(shù)所進行的生態(tài)學研究與應用已深入到生態(tài)學的許多領(lǐng)域，為生物多樣性調(diào)查與研究帶來了新的思路與方法。

1調(diào)查方法

1.1傳統(tǒng)的調(diào)查方法

不同類型的生物多樣性數(shù)據(jù)是進行生物多樣性研究與保護的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響著評價與保護的結(jié)果。傳統(tǒng)方法主要是利用野外抽樣調(diào)查、室內(nèi)試驗和各地調(diào)查數(shù)據(jù)的手工匯集等方法獲得生物多樣性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性、準確性和可靠性受到極大的限制，因而傳統(tǒng)的調(diào)查方法存在著下列局限性：

（1）受地面條件如地質(zhì)地形、水文、氣候等的限制且調(diào)查采樣點覆蓋面窄，對熱、高、寒等生物多樣性具有特殊意義的區(qū)域調(diào)查困難，常存在數(shù)據(jù)信息的空白。

（2）傳統(tǒng)調(diào)查技術(shù)定位精度低，對同一地點的重復準確定位困難，難以實現(xiàn)真正意義的動態(tài)探測，影響了數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準確性和可靠性，而且調(diào)查周期長，信息系統(tǒng)重復建設(shè)，人力、財力耗費大。

（3）傳統(tǒng)調(diào)查方法中數(shù)據(jù)收集主要依靠各地區(qū)生物多樣性資料匯集，數(shù)據(jù)標準難以統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享困難，信息資源的浪費嚴重。

1.23S技術(shù)

3S技術(shù)即遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及其相關(guān)技術(shù)是近年來正在蓬勃發(fā)展的一門綜合的高新技術(shù)。GPS具有全時域、全天候、全球空間的準確定位和實時導航功能，可為RS、GIS提供高精度、實時的空間定位信息，極大地拓寬了兩者的研究領(lǐng)域。因此，3S技術(shù)的有機結(jié)合，實現(xiàn)三者的在線連接和實時處理，將其系統(tǒng)化地應用于生物多樣性調(diào)查，不僅可以獲得全時域、全天候、全球空間的實時、動態(tài)連續(xù)的生物多樣性數(shù)據(jù)，而且可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速處理和實時更新，為生物多樣性研究與保護提供有力的技術(shù)支持。

23S技術(shù)在生物多樣性研究中的應用現(xiàn)狀

利用3S技術(shù)進行生物多樣性研究，已經(jīng)成為生物多樣性研究的一種重要方法，目前主要應用于以下幾個方面：

2.1生物種群調(diào)查

植被包括自然植被和人工植被以及野生珍稀動物是生物多樣性研究和保護的重要目標，綜合反映所在地的自然和社會條件，因而其變化信息在生物多樣性變化的研究中具有十分重要的意義。由于生存環(huán)境復雜，實地調(diào)查較為困難，效率不高，不能及時獲取生物多樣性變化信息，影響了生物多樣性研究和保護工作的進行。但因每種生物都有其適宜生存的環(huán)境和生活習性，野生動物往往具有特殊的棲息地，因此，通過對生境及其棲息地狀況的研究與分析，可以間接反映其生物多樣性情況，為生物多樣性保護與評價提供依據(jù)。由于遙感各波段對植被光譜反射信息較為敏感，加之遙感大范圍、多時相、多波段的特點，3S技術(shù)在生物多樣性調(diào)查中的應用最早集中于植被類型的分布研究。我國利用MSS衛(wèi)星圖像對內(nèi)蒙古中東部的草場遙感調(diào)查，取得了較好的效果。Ringrose應用GIS和綜合遙感技術(shù)進行博茨瓦納南部植被變化的研究；Luque在遙感影像與GIS結(jié)合的基礎(chǔ)上，對新澤西國家森林保護區(qū)的景觀組成與結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化進行了研究，并用景觀結(jié)構(gòu)指標對人類活動與自然干擾對景觀變化的影響進行評價；Purerdors等同利用AV HRR圖像和實地光譜測量的方法，對植被覆蓋率和植被指數(shù)的關(guān)系進行研究，并得出了研究區(qū)域（蒙古和日本）的植被覆蓋率，促進了3S技術(shù)在植被分布調(diào)查與研究中的定量化發(fā)展。Andrea等利用GIS、RS技術(shù)對鶴的棲息地進行研究，通過數(shù)據(jù)層的生成、棲息地描述、分布預測，建立棲息地模型，從而實現(xiàn)對研究區(qū)域鶴的生物多樣性信息的調(diào)查。而Pornse等利用遙感技術(shù)對Knaha國家公園里鹿的棲息地進行研究，為國家公園的規(guī)劃管理提供了良好的決策支持。

2.2在生物多樣性分析與評價中的應用

生物多樣性分析與評價是進行生物多樣性保護的重要依據(jù)。通過生物多樣性GIS對資料的有效管理和共享，進行相關(guān)數(shù)據(jù)的實時更新，及時給出生物多樣性變化數(shù)據(jù)，建立分析模型，開展生物多樣性分析與評價，為生物多樣性保護途徑提供可靠的決策支持，應用生態(tài)學原理和3S技術(shù)在區(qū)域的監(jiān)測、評價與管理中受到廣泛重視。如李鋒等應用3S技術(shù)對青海沙珠玉地區(qū)荒漠化進行景觀監(jiān)測與評價；GonzalezRebeles等㈣采用間隙分析，通過對Rio Bravo/Rio Grande地區(qū)進行研究，得出該地區(qū)的景觀多樣性保護情況及其狀況評價取得了良好的效果。

33S技術(shù)在生物多樣性研究中的應用前景

隨著地理信息系統(tǒng)、遙感和全球定位系統(tǒng)的發(fā)展，3S技術(shù)可為生物多樣性調(diào)查與研究提供更為強大的技術(shù)支持，由于生物多樣性問題的全球化和生物多樣性保護的社會化必將推動3S技術(shù)在生物多樣性研究中的應用向更深和更廣的層次發(fā)展。從“3S”技術(shù)的特點和林業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)容分析，可以預見，“3S"技術(shù)將對未來林業(yè)產(chǎn)生以下影響：

3.1改變以往的森林資源調(diào)查作業(yè)方式

在生物多樣性調(diào)查中，GPS技術(shù)雖然已有所應用，但往往只是簡單的導航和定位功能，沒有與RS、GIS技術(shù)實行在線連接，影響了3S技術(shù)潛在和整體功能的發(fā)揮。因此，探索3S集成技術(shù)系統(tǒng)化應用的路徑與方法，使其與傳統(tǒng)調(diào)查手段緊密結(jié)合，既發(fā)揮了3S技術(shù)豐富的數(shù)據(jù)源和強大的數(shù)據(jù)處理能力，又能充分地利用野外調(diào)查、取樣、試驗分析的精確性優(yōu)勢，可對實現(xiàn)兩者的相互驗證與補充。

3.2快速編制各種林業(yè)專題圖件

3 S技術(shù)的進步，計算機技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，利用GIS海量數(shù)據(jù)處理能力和強大的空間分析能力，將生物多樣性屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)兩者的相關(guān)分析與處理，將抽象的生物多樣性數(shù)據(jù)直觀地用各種地圖包括普通電子地圖和影像地圖、圖形、圖表等形式予以顯示。這樣就使原本簡單堆積的數(shù)據(jù)可以靈活地應用于縱向和橫向比較，并與其發(fā)生的區(qū)域緊密相連。

3.3有利于建立現(xiàn)代國家森林資源監(jiān)測與管理體系

對林火、病蟲害等災害事件監(jiān)測能力大大增強；地理信息系統(tǒng)則是獲取、存貯、查詢、模擬和分析大量數(shù)據(jù)的重要工具，為遙感技術(shù)的應用在深度和廣度上提供了良好的技術(shù)環(huán)境與支持，使各種遙感應用，如災害監(jiān)測評估、森林資源調(diào)查與管理，環(huán)境動態(tài)調(diào)查與分析、城市與區(qū)域動態(tài)監(jiān)測及規(guī)劃管理以及全球環(huán)境變化監(jiān)測等成為可能，同時也為遙感數(shù)據(jù)分類精度的提高，提供了有利的支持。

當今世界科學技術(shù)飛速發(fā)展，知識更新日益加快，學科之間相互滲透、交叉的趨勢愈加明顯。3S技術(shù)在生物多樣性研究中的系統(tǒng)化應用正朝著數(shù)據(jù)表達的可視化、綜合研究和網(wǎng)絡(luò)化、構(gòu)件化以及智能化的方向發(fā)展。3S技術(shù)是今后區(qū)域和全球生物多樣性研究的必然趨勢，應用前景十分廣闊。

（收稿：2017-01-08）