全 文 ：基于 GIS的生境类型及其与印度野牛生存关系的研究*
张洪亮* * 王人潮 (浙江大学环境与资源学院, 杭州 310029)
李芝喜 (西南林学院, 昆明 650224)
摘要 在 ARC/ INFO和 ARC/ VIEW 地理信息系统的支持下, 对构成生境的基本要素图形数据库进行叠加
分析, 研究了西双版纳纳板河自然保护区的生境格局. 然后, 运用 Bayes 决策和模糊数学中的隶属度的概念, 试
图定量化描述生境格局与印度野牛生存的关系. 结果表明, 目前印度野牛生境适宜区对热带季节雨林生境类型
的适宜性概率为 0. 292,对亚热带季风常绿阔叶林生境类型的适宜性概率为 0. 6, 对亚热带苔藓常绿阔叶林生
境类型的适宜性概率为 0. 108;暗示热带雨林景观的破坏已威胁着印度野牛的生存.
关键词 生境类型 地理信息系统 Bayes 决策判别规则 印度野牛 西双版纳
GISbased ecotope types and their relationship with survival of Bos gaurus readei. Zhang Hongliang and Wang Ren
chao ( School of Environment and Resour ces , Zhej iang University , Hangzhou 310029) , L i Zhix i ( Southwest For estry
University , K unming 650224) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 1999, 10(5) : 619~ 622.
With t he support of ARC/ INFO and ARC/ V IEW, the g raphic data on the basic elements of ecotopes were overlapped
and analyzed, and the ecotope patterns in Nabanhe Nature Reser ve of X ishuangbanna w ere identified. Based on these,
the r elationship between the eco tope types and the habitas of Bos gaurus readei was analyzed w ith the applicat ions of
Bayes decision and subordination degree of fuzzy mathematics. The r esult shows t hat the probability o f the suitability
for Bos gaurus readei was 0. 292 in the tropical seasonal r ainforest habitat type, 0. 600 in the subtropical monsoon ev
er green broadleaved forest, and 0. 108 in subtropical bryoevergr een broadleaved forest, which suggests that the
damage of tropical forest had thr eatened the habitat o f Bos gaurus readei.
Key words Ecotope types, GIS, Bayes decision, Bos gaurus readei, X ishuangbanna.
* 云南省自然科学基金资助项目( 98C013Q) .
* * 通讯联系人.现在西南林学院资源学院,昆明 650224.
1999- 01- 28收稿, 1999- 04- 22接受.
1 引 言
景观生态学从 1939年由德国人 C.特罗尔( T roll)
提出后,经过 40多年的徘徊, 到 80年代后期逐渐成为
世界上资源、环境、生态方面研究的一个热点,目前已
成为一门进行复杂综合的重要交叉学科[ 3] . 近年来随
着国际生态学研究三大热点(生物多样性、全球变化、
可持续发展)的出现,景观生态学研究也明显地朝这几
大问题倾斜[ 6, 15, 16] .景观多样性是生物多样性研究的
主要内容之一. 人类活动在各个水平上和层次上给生
物多样性造成巨大影响, 景观破碎化和生境破坏是全
球物种灭绝速率加快的主要因素[ 9] . 近几十年来, 随
着人类活动范围的不断扩大,野生动物赖以生存的环
境大面积消失, 生境日趋破碎化,最适生境总面积逐渐
减少,残留生境斑块面积还在进一步缩小且各生境斑
块之间的距离逐渐增大. 生境消失和破碎化严重影响
动物的生存和繁衍, 它不仅改变了生境的质量、食物基
地的类型和动物赖以生存的小气候, 而且增加了动物
之间的竞争和近亲繁殖率[ 10, 14] . 因此,研究生境破碎
化对动物生存和繁衍的影响是近年在景观生态学的基
础上逐渐兴起的热门研究领域[ 12, 13] .东南亚直至中国
西南地区的湄公河流域为热带雨林分布区, 但随着土
地利用人为活动的扩展, 热带雨林日趋减少[ 11] . 中国
大面积的热带雨林目前基本只保存在西双版纳,但也
遭受不同程度的破坏[ 2] . 本文以西双版纳纳板河自然
保护区热带森林系统中的代表性物种印度野牛为例,
试图定量研究自然景观的破坏对印度野牛生存空间造
成的影响,为热带雨林恢复提供重要依据.
2 自然概况与研究方法
2. 1 自然概况
西双版纳位于云南省南部边缘, 与缅甸、老挝接壤因为其
独特的地理位置、地貌形态和气候条件, 使之成为地球上热带
林最北端分布区,同时也是我国生物多样性荟萃地. 试验区为
纳板河自然保护区, 位于西双版纳州景洪市与勐海县接壤处,
地理坐标为 100!32∀~ 100!44∀E, 22!04∀~ 22!16∀N, 土地总面积
为261km2 ,纳板河自北向南穿过保护区中部, 流入澜沧江. 保
护区内动、植物资源十分丰富, 具有西双版纳所分布的各种植
被类型, 即热带雨林、热带季雨林、亚热带常绿阔叶林、落叶阔
叶林、暖性针叶林等.
2. 2 野外调查
印度野牛( Bos gaurus r eadei )是当今世界上十分稀有的大
应 用 生 态 学 报 1999 年 10 月 第 10 卷 第 5 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 1999, 10( 5)#619~ 622
型热带濒危物种.目前在中国仅分布于西双版纳地区, 可以视
为西双版纳热带森林系统中的代表性物种. 在纳板河自然保护
区,印度野牛常栖息于沟谷雨林、山地季雨林、竹林混交林、南
亚热带季风常绿阔叶林中, 偶尔也在林缘草地活动, 栖息地海
拔高度为 600~ 1900m. 其栖息地较其它动物更远离人烟村庄.
野牛虽然体躯庞大, 却喜欢生活于地形陡峭的坡沟谷, 而且行
动、奔跑均灵活迅速. 旱季野牛多栖息于郁蔽度高沟谷森林中,
活动范围大雨季大多栖息于海拔较高的山脊或山坡上部,以躲
避蚊蝇,活动范围相对固定. 野牛单独或 2~ 3 只结群活动, 调
查期间,所见野牛取食痕迹的植物多为各种禾本科嫩草和嫩竹
笋.据介绍,野牛还取食马苦草、扫把苗、芦子叶、黄柔树叶、芭
蕉叶等. 野牛需饮从地下流出的富含矿物质的硝水, 当地人称
崩水,经常去崩水处活动.
1)张洪亮、李芝喜、王人潮.应用多元统计技术和 GIS技术进行印度野
牛生境定量分析(待发表) .
印度野牛因个体大, 活动范围宽, 保护区内妇、幼皆知, 有
很高的知名度.要保护好野牛就必须保护好大面积的森林和林
缘草地. 随着森林植被的破坏, 其生存空间和分布区域在日渐
缩小. 据调查, 目前在纳板河保护区内有印度野牛 31~ 75 只,
分布局限于蚌岗一带以及核心区范围内的安麻山、白木箐、摆
哈仑和与核心区毗邻的缓冲区阿麻多、过门山、老李箐等地, 偶
尔也出现于回马河干龙潭等地. 同时, 在大量野外实地调查数
据的基础上,建立印度野牛活动位置信息数据库和相关生境因
子(包括海拔、坡度、坡向、硝塘、植被类型、居民点)数据库, 综
合利用多元统计技术和 GIS 技术得到了纳板河保护区印度野
牛生境适宜性评价图1) (图 1) .
图 1 纳板河自然保护区印度野牛生境适宜性评价图
Fig. 1 Evaluation map of Bos gauns readei habitat suitabilit y in Naban River
Nature Reserve.
1)适宜区 Suitable area, 2)非适宜区 Unsuitable area.
2. 3 研究方法
2. 3. 1 数据收集 采用 1/ 5 万地形图、1/ 20 万地质图、1/ 20
万土壤分布图,根据 1995年 3 月 9 日记录的 LandsatTM 磁带
数据经图像处理,借助 1989 年 3 月航空摄影经放大为 1#2 万
的全色黑白像片建立的植被图形数据库和西双版纳及其附近
地区 21 个点的海拔高度和年均温、年积温数据.
2. 3. 2 划分生境类型的基本框架[ 4, 7] 为分析其自然生态环
境空间分布特征,设定了一个基本的方法框架. 其一, 假设研究
区仅是一个山地生态小区的部分,由不同景观或景观复合体组
成.其二, 研究区为一个空间异质性实体, 可以在中等尺度上依
据气候、地形、地表基岩、土壤、自然植被的空间分异, 区分为不
同的生境类型,即自然景观类型. 其三, 再视每种生境类型为异
质性实体, 在小尺度上以微地形、自然植被为依据进一步分析
构成生境个体的生境组分.
2. 3. 3 生境类型与印度野牛生存关系的定量分析 在这里,
引入 Bayes 决策[ 1]和模糊数学中的隶属度的概念[ 8]试图解决
生境类型与印度野牛生存关系的定量分析问题. 将栅格化生境
类型图与栅格化印度野牛生境适宜性评价图进行叠加分析, 计
算每种生境类型在印度野牛适宜区和非适宜区的分布数量. 以
每种生境类型在适宜区和非适宜区的分布数量表示该生境在
适宜区和非适宜区的适宜程度 (值越大, 适宜性越强) . 数据经
标准化后用于构造生境类型对适宜区和非适宜区的隶属函数
( x ) .
ij ( x ) = S ij / 2
j = 1
S ij ( 1)
2
j = 1
ij ( x ) = 1 ( 2)
式( 1)、( 2)中, S ij表示在印度野牛适宜区或非适宜区上第 i
类生境的分布数量, i ∃ ( 1, 2, %, n )表示生境类型总数; j ∃ ( 1,
2)表示印度野牛适宜区和非适宜区.
运用 Bayes决策判别规则[ 1]来定量化描述印度野牛适宜
区和非适宜区对生境类型的适宜性.
P( Ea | H j ) =
P( H j | Ea) P ( Ea)
n
i= 1
P( H j | E i ) P( E i)
( 3)
式( 3)中, P ( H j | Ea) = ij ( x ) , ( i = Ea )代表生境类型 Ea
属于印度野牛适宜区和非适宜区的概率密度. P ( Ea )代表第
Ea 种生境类型的先验概率, 用生境类型图中 Ea 类型生境所占
面积的百分比表示. P( Ea | H j )代表后验分布概率, 即已知某点
印度野牛适宜区或非适宜区,则该点生境类型是 Ea 的可能性.
该值越大,则该点生境类型越趋于 Ea .
3 结果与分析
3. 1 划分生境类型的主导因素和生境格局图编制
首先, 在 ARC/ INFO和 ARCVIEW 的支撑下, 分
别剪切出纳板河自然保护区所覆盖的单项地图. 即
100m 海拔高程线、地质图、土壤图、森林植被图(图 2)
和年均温、年积温等值线图(根据海拔高度与其相关性
编制) ,然后,将这些构成生境的基本要素进行叠加分
620 应 用 生 态 学 报 10卷
析,发现: 1)把这些单因素图叠加起来, 不能得到具有
共同边界的综合图, 换言之,把这些因素的重要性等同
起来,无法产生有明显空间规律的格局图,生境格局不
是生境组分图件的简单叠加. 在研制生境格局时, 不能
把现有图件随意叠加, 而是要首先分析构成生境格局
的主导因素. 2)土壤、热量和自然植被的空间分布较吻
合,并可用一些植物的实际分布来证实.对比自然植被
图与年均温等值线图发现,年均温大于 20 & 的地方基
本为热带季节雨林所占据,用橡胶的实际分布,可以显
示出热带、亚热带的热量分界线.而年均温> 20 & 的地
方一般被确定为热带区域[ 5] . 所以, 用年均温 20 & 这
个指标,可以将纳板河自然保护区划分为具有热带气
候和亚热带气候的两个热量区域.
图 2 纳板河自然保护区森林植被图
Fig. 2 Forest vegetat ion map in Naban River Nature Reserve.
1热带季节性雨林 T ropical seasonal rainforest , 2 热带季雨林 T ropical
monsoon rainforest , 3 亚热带季风常绿阔叶林 Subtropical monsoon ever
green broadlevaed forest, 4 亚热带苔藓常绿阔叶林 Subtropical bryo ev
ergreen broadlevaed forest, 5 暖性松林 Warmness pinus forest , 6 竹林
Bamboo forest , 7 次生植物、灌丛 S econdary vegetat ion and shrub, 8 草
丛 Grass, 9 农作物 Crops, 10 经济林 Economical forest .
自然植被分布与土壤地域分布较吻合. 叠加分析
发现,红壤分布区域内(保护区西部) ,亚热带苔藓常绿
阔叶林分布较广,亚热带季风常绿阔叶林分布极少.而
在赤红壤区域内,季风常绿阔叶林却有大面积分布.所
以,用年均温和土壤为主导因素,以自然植被为可见指
标划分纳板河自然保护区的生境类型, 编绘出空间分
布图(图 3) .
图 3 纳板河自然保护区生境类型
Fig. 3 Landscape type in Naban River Nature Reserve.
a 热带季节性雨林生境 Tropical seasonal rainforest ecotope type, b 亚热
带季风常绿阔叶林生境 Subt ropical monsoon evergreen broadlevaed forest
ecotope type, c 亚热带苔藓常绿阔叶林生境 Subt ropical bryo evergreen
broadlevaed forest ecotope type.
3. 2 生境类型与印度野牛生存关系的定量分析
3. 2. 1 热带季节雨林生境 热带季节雨林生境的面
积为 69. 56km2,占保护区总面积的 24. 5%, 只有 1个
斑块(或景观个体) , 在靠近澜沧江一带和曼点周围.其
特点是热,年均温在 20~ 22 & ; > 10 & 积温为 7200~
8000 & ;海拔 550~ 900m; 土壤主要为砖红壤;沟谷地
带,零星分布着较缓的小片冲积阶地,自然植被为热带
季节雨林,以千果榄仁、番龙眼、长柄油丹、大果青冈为
标志,在澜沧江边一带,由于气候干燥同时包含了更多
的竹林;沟谷两岸坡地为以小叶栲、银叶栲等为优势的
季风常绿阔叶林;沟谷有常年流水, 水草茂盛,并有富
含盐份的硝塘, 为印度野牛等大型动物主要栖息地.但
随着土地利用人为活动的加强, 热带季节雨林现只呈
∋孤岛(状的残存分布,严重威胁到印度野牛的生存.从
表 1可看出,目前印度野牛适宜区对此生境类型的适
宜性概率只为 0. 292, 而非适宜区的概率为 0. 226, 这
主要是由于被破坏的林地有的很快恢复成次生林, 林
下杂草减少且老化, 使印度野牛食源较少,水源枯竭;
在曼费周围,由于人口相对集中,大多开垦为农地和橡
胶林地,致使印度野牛生存空间被挤占.
3. 2. 2 亚热带季风常绿阔叶林生境 亚热带季风常
绿阔叶林生境的面积为 130. 24km 2,占保护区总面积
的 45. 9%, 共有 3 个景观个体, 为保护区的背景化生
境.温热, 年均温在 16~ 20 & 左右; > 10 & 积温为 5900
6215 期 张洪亮等:基于 GIS 的生境类型及其与印度野牛生存关系的研究
~ 7200 & ,海拔 900~ 1600m 的山地; 土壤主要为赤红
壤,有少量的红壤、黄壤分布. 自然植被为以短刺栲、截
果石栎、华南石栎、木荷等为优势的季风常绿阔叶林,
在阿麻山出现一小片思茅松林.表 1数据表明,目前印
度野牛适宜区对此生境类型的适宜性概率大于非适宜
区,已成为其主要的栖息环境,这主要是由于作为印度
野牛主要栖息地的热带季节雨林生境被破坏,印度野
牛迫使向此迁移生存, 其中主要集中在核心区及其缓
冲区的生境个体中, 这里人为干扰少.
表 1 生境类型与印度野牛生存关系的定量分析
Table 1 Analysis of the relations between ecotope types and Bos gaurus
readei habitat
生境类型
Ecotope types
适宜区
Suitable area
非适宜区
Unsuitable area
热带季节雨林生境1) 0. 292 0. 226
亚热带季风常绿阔叶林生境2) 0. 600 0. 402
亚热带苔藓常绿阔叶林生境3) 0. 108 0. 372
1 ) T ropical seasonal rainforest ecotope type, 2) Subt ropical monsoon ever
green broadleaved forest , 3) Subt ropical bryo_evergreen broadleaved for
est .
3. 2. 3 亚热带苔藓常绿阔叶林生境 亚热带苔藓常
绿阔叶林生境的面积为 84. 13km2,占保护区总面积的
29. 6%,只有一个景观个体. 年均温在 13. 5~ 16 & 左
右; > 10 & 积温为 4600 ~ 5900 & , 海拔为 1600 ~
2200m;土壤主要为山地红壤, 在桦竹梁子一带有少量
的黄壤分布;自然植被为以木姜子、大果楠木等为主的
山地苔藓常绿阔叶林, 在西北角出现小片季风常绿阔
叶林.从表 1可看出,印度野牛非适宜区对此生境类型
的适宜性概率远大于适宜区,说明热带雨林景观被破
坏,此生境类型不能成为印度野牛主要的栖息地, 分析
其原因,主要是该生境类型的特点不适合印度野牛的
生活习性及缺少印度野牛所必需的水源、食源.
4 结 论
4. 1 空间尺度和异质性是景观生态研究的重要内容,
空间尺度的选择取决于研究目的. 本文把西双版纳纳
板河保护区当作生态小区的部分, 在近 300km2 的中
等尺度上, 热量(年均温)和土壤等因素的综合作用构
成了以自然植被为标志的生境类型.在约 10 km2 范围
内的生境个体中,按植被群系划分的生境组分受地形
不规则性控制, 相同生境组分在标志或优势种的组成
上又具有相当高的异质性.对生境组分的深入分析,则
需要详细的植被群丛资料.
4. 2 纳板河保护区生境类型的确定及其生境组分的
分析为该区印度野牛等大型野生动物保护提供了重要
的科学依据,也为人类开拓、适应和利用自然环境和资
源提供了重要基础.
4. 3 引入 Bayes决策和模糊数学中的隶属度概念,定
量分析出热带季节雨林生境被破坏, 已严重威胁到印
度野牛主要栖息地, 为热带雨林恢复提供了重要科学
依据,同时,为定量描述景观破碎化和生境破坏对野生
动物生存的影响提供了一种新的定量研究方法.
致谢 参加该项目的还有西双版纳纳板河自然保护区管理局
曹光宏、杨正兴、田维祥等; 云南省环科所夏峰工程师、吴学灿
工程师、曾广权教授提供了有关资料; 室内分析得到云南省地
理研究所张军、丁丽勋等同志的大力帮助, ∋ 3S( 中心在设备上
给予大力支持,在此一并表示感谢.
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作者简介 张洪亮,男, 1969 年 8 月生, 现为浙江大学博士生,
主要从事遥感与 GIS 应用领域研究,发表论文 7 篇.
622 应 用 生 态 学 报 10卷