基于MaxEnt 模型的川金絲猴棲息地評價
——以白河國家級自然保護(hù)區(qū)為例

朱宇靜，李沂韋，俞丹莉 ，孫治宇，金貴祥，夏萬才，黎大勇

1.西華師范大學(xué) 西南野生動植物資源保護(hù)教育部重點(diǎn)實驗室，四川 南充 637009；2.西華師范大學(xué) 珍稀動植物研究所，四川 南充 637009；3. 普洱學(xué)院，云南 普洱 665000；4.四川省唐家河國家級自然保護(hù)區(qū)管理處，四川 青川 628100；5.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；6.白河國家級自然保護(hù)區(qū)管理處，四川 九寨溝 623400

棲息地是野生動物生存和繁衍的重要生態(tài)資源，保護(hù)和維持物種賴以生存的棲息地是生物多樣性保護(hù)的重點(diǎn)工作之一[1]。因人類活動影響，棲息地趨向破碎化，棲息地破碎化是導(dǎo)致物種瀕危的重要原因之一。研究表明，棲息地破碎化會導(dǎo)致野生動物食物減少、森林結(jié)構(gòu)變化，影響土壤水分和當(dāng)?shù)貧夂虻淖兓?，從而?dǎo)致總體棲息地質(zhì)量的下降[2]。棲息地適宜性評價從較大的空間尺度分析野生動物的棲息地質(zhì)量現(xiàn)狀，為制定合理保護(hù)管理計劃提供有效的幫助[3]。評估棲息地質(zhì)量和空間分布的動態(tài)過程對于實施有效的保護(hù)計劃至關(guān)重要[4-6]。

MaxEnt（maximum entropy modeling）是棲息地評價和物種分布建模的最佳方法之一，能夠根據(jù)已知的地理分布數(shù)據(jù)，結(jié)合目標(biāo)物種發(fā)生點(diǎn)對應(yīng)的環(huán)境變量，開展?jié)撛谶m宜棲息地評價[15]。研究證明，MaxEnt 模型在預(yù)測準(zhǔn)確性和樣本量需求量等方面優(yōu)于其他生態(tài)位模型，是珍稀瀕危野生動物的地理分布和棲息地適宜性研究領(lǐng)域的理想模型方法，已被廣泛應(yīng)用于物種潛在適宜棲息地的空間分布評估[16-18]。

四川白河國家級自然保護(hù)區(qū)是目前所知的川金絲猴種群最大、密度最高、最具代表性的保護(hù)區(qū)[19]。因此，結(jié)合白河國家級自然保護(hù)區(qū)川金絲猴分布，開展棲息地評價十分必要，結(jié)合研究結(jié)果能進(jìn)一步了解保護(hù)區(qū)川金絲猴潛在的適宜棲息地，為保護(hù)區(qū)制定有效的保護(hù)管理策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地點(diǎn)及方法

1.1 研究地點(diǎn)

研究地點(diǎn)位于四川省九寨溝縣的白河國家級自然保護(hù)區(qū)，占地162km2，長約18.5km，寬14.8km，屬暖溫帶半濕潤氣候。主要植被類型為溫帶落葉闊葉林和常綠針葉林（圖1）[20]。保護(hù)區(qū)分布有4 個川金絲猴自然種群，總數(shù)約為1 470～1 600 只，占四川省川金絲猴總數(shù)的10%左右，是川金絲猴種群數(shù)量最多的保護(hù)區(qū)之一[21]。

圖1 四川白河國家級自然保護(hù)區(qū)位置和功能區(qū)劃圖

1.2 研究方法

1.2.1 川金絲猴分布點(diǎn)及環(huán)境變量數(shù)據(jù)

運(yùn)用MaxEnt 模型來評價金絲猴的棲息地分布需要兩類數(shù)據(jù)，即物種分布點(diǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境變量數(shù)據(jù)，其中金絲猴分布點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于課題組開展的白河自然保護(hù)區(qū)川金絲猴專項調(diào)查[21]，為避免空間自相關(guān)，刪除距離大于500m 的點(diǎn)，最終得到50 個有效分布點(diǎn)用于模型分析。環(huán)境變量數(shù)據(jù)分為地形數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)和人為干擾數(shù)據(jù)。其中地形變量數(shù)據(jù)包括：海拔、坡度和坡向，來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；植被覆蓋數(shù)據(jù)，利用TM 影像分類得到，分為草地、裸巖、常綠闊葉林、落葉闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌木林等7 類；人為干擾數(shù)據(jù)，包括居民點(diǎn)、道路、河流，來源于全國地理信息資源系統(tǒng)，用ArcGIS10.2 空間分析中的歐氏距離工具獲取干擾距離圖層。將所有圖層在ArcGIS10.2 的平臺下，統(tǒng)一為WGS1984 坐標(biāo)系統(tǒng)，柵格大小為90×90m2。

1.2.2 模型過程

采用MaxEnt3.4.1 構(gòu)建川金絲猴的分布模型，采用自帶的交叉驗證法（cross validation）重復(fù)計算5 次，隨機(jī)選取20%的點(diǎn)用于模型驗證，其他參數(shù)采用模型默認(rèn)值，以5 次計算結(jié)果的均值作為棲息地適宜度指數(shù)（habitat suitability index，HSI），并在ArcGIS10.2 中作進(jìn)一步分析。

根據(jù)受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC）下面積（area under curve，AUC）對MaxEnt 模型的精度進(jìn)行評價，AUC 取值范圍為0～1.0，值越大表示模型預(yù)測效果越好。小于0.5 模型預(yù)測失敗，0.7～0.8 較準(zhǔn)確，0.8～0.9 很準(zhǔn)確，0.9 ～1.0 極 準(zhǔn) 確[15]。利 用MaxEnt 模 型 自 帶 的Jackknife 檢驗AUC 來表征環(huán)境因子的重要性。

2 結(jié)果

2.1 川金絲猴適宜棲息地分布

結(jié)果表明，棲息地預(yù)測模型AUC 值為0.862（圖2），符合評價要求。將模型中的HSI 重新劃分為3 類棲息地：不適宜作為棲息地的區(qū)域（HSI＜0.12）、次適宜棲息地（0.12～0.42）、適宜棲息地（HSI＞0.42）（圖3）。模型預(yù)測的川金絲猴適宜棲息地面積約為17.6km2，占保護(hù)區(qū)總面積的11.0%；次適宜棲息地面積約為33.2km2，占保護(hù)區(qū)總面積的20.7%；不適宜棲息地面積約為109.67km2，占保護(hù)區(qū)總面積的68.3%。

圖2 川金絲猴生境預(yù)測結(jié)果ROC 驗證曲線

圖3 川金絲猴適宜棲息地分布

2.2 川金絲猴棲息地適宜性與環(huán)境因子關(guān)系

分析發(fā)現(xiàn)，貢獻(xiàn)率排名前三的環(huán)境因子為海拔、居民點(diǎn)密度和距道路距離，三者的總貢獻(xiàn)率達(dá)84.12%；置換重要值排名前三的環(huán)境因子則是海拔、居民點(diǎn)密度和距道路距離，累積值達(dá)89.91%（表1；圖4）。AUC 的Jackknife 檢驗顯示（圖4）：海拔、距公路距離、距河流距離、植被類型對模型影響較大。綜上所述，白河國家級自然保護(hù)區(qū)川金絲猴棲息地質(zhì)量，主要受到海拔、居民點(diǎn)密度、距道路距離、距河流距離、植被類型五個環(huán)境因子影響。

通過圖4 可以發(fā)現(xiàn)川金絲猴對不同環(huán)境因子具有偏好性。川金絲猴適宜棲息地偏好于海拔在1 900～3 000m 的生境，其中，生境適宜性在海拔2 500m 左右達(dá)到最高，海拔過高或過低的區(qū)域都不適宜川金絲猴分布（圖5A）；川金絲猴生境適宜性與居民點(diǎn)密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5B)，隨著居民點(diǎn)密度的增加川金絲猴生境適宜性降低；對于距公路距離，其最適宜公路距離指數(shù)為0.02，注意到最高點(diǎn)兩側(cè)的曲線的下降都較為平緩(圖5C)，表明在距離公路一定范圍的條件下，適宜川金絲猴分布；川金絲猴對靠近河流的生境有明顯偏好(圖5D)。川金絲猴喜好在坡向為0 和300（即北和西北方向）（圖5E），坡度平緩（圖5F）的生境活動。針闊混交林是川金絲猴經(jīng)常利用的生境（圖5G）。

表1 環(huán)境因子貢獻(xiàn)率和置換重要值

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圖5 生境適應(yīng)性對重要環(huán)境因子的響應(yīng)

3 討論與建議

根據(jù)模型預(yù)測，海拔是決定白河國家級自然保護(hù)區(qū)川金絲猴棲息地適宜性的最重要環(huán)境變量。預(yù)測的適宜棲息地（HSI＞0.12）局限于1 900～3 000m的海拔范圍內(nèi)。這一結(jié)果與其他地區(qū)對川金絲猴的研究結(jié)果較為接近，如青木川自然保護(hù)區(qū)海拔范圍為1 400～3 400m[22]。歷史上川金絲猴普遍分布在較溫暖、較濕潤的地區(qū)和較低海拔地區(qū)[23]。由于低海拔區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展和人口增多，川金絲猴逐漸退縮到人難以到達(dá)的高海拔地區(qū)[23]。將居民點(diǎn)密度、距道路距離兩個人為干擾因子用于模型中，均表明了人類活動對川金絲猴棲息地選擇的重要影響。這一結(jié)果與前人研究結(jié)論基本一致，表明人類居住的海拔和密度是確定適宜棲息地的最重要因素[24]。有研究表明，川金絲猴的分布與人類活動中心變量之間存在負(fù)相關(guān)[23]。綜合研究結(jié)果，川金絲猴偏好于海拔1 900～3 000m 的生境，遠(yuǎn)離居民點(diǎn)，并且對道路保持一定距離，靠近河流的生境，地勢平緩，偏北坡方向有明顯喜好，對落葉闊葉林有明顯的偏好。同時保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)和實驗區(qū)具有川金絲猴喜好的海拔、植被等環(huán)境因子，在日常維護(hù)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

基于研究結(jié)果，提出以下棲息地保護(hù)管理建議：（1）以上坪地、下坪地等區(qū)域為重點(diǎn)，定期開展巡護(hù)監(jiān)測，盡可能減少人類活動對棲息地的破壞；（2）根據(jù)川金絲猴的分布和棲息地質(zhì)量適當(dāng)調(diào)整保護(hù)區(qū)現(xiàn)有的功能區(qū)劃；（3）保護(hù)區(qū)管理部門可利用紅外相機(jī)、無人機(jī)等觀測方法，準(zhǔn)確掌握保護(hù)區(qū)內(nèi)川金絲猴的實際分布和活動規(guī)律等信息，因地制宜的制定川金絲猴的保護(hù)策略。