華俊欽,石江艷,李建強(qiáng),楊 海,徐基良,*

1 北京林業(yè)大學(xué)生態(tài)與自然保護(hù)學(xué)院, 北京 100083 2 河南連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局, 信陽(yáng) 465550

如何維持和提高生物多樣性一直是全球關(guān)注的話(huà)題[1],其中建立自然保護(hù)區(qū)是保護(hù)生物多樣性最有效的方式之一[2-3]。自然保護(hù)區(qū)作為一個(gè)地區(qū)的物種資源儲(chǔ)備基地[4],可以保護(hù)不同棲息地類(lèi)型中的物種、群落和生態(tài)系統(tǒng),還維持著所在區(qū)域的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程[5]。自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃是緩沖威脅并減緩保護(hù)與發(fā)展矛盾的有效手段[4],是保護(hù)區(qū)科學(xué)管理的重要環(huán)節(jié)[5]。研究表明,科學(xué)的自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃能更好地發(fā)揮自然保護(hù)區(qū)保護(hù)生物多樣性的功能[1]。

我國(guó)自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃主要采用國(guó)際“人與生物圈”計(jì)劃的“三區(qū)”分模式,即核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)[6]。然而,早期建立的自然保護(hù)區(qū),受其自然資源本底數(shù)據(jù)不足及技術(shù)條件落后的限制,其功能區(qū)劃常存在較大的主觀(guān)隨意性。同時(shí),保護(hù)區(qū)及周邊社區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用類(lèi)型改變[7-8],可能導(dǎo)致物種遷移[1],使得保護(hù)區(qū)內(nèi)社區(qū)發(fā)展與野生動(dòng)物保護(hù)之間的矛盾日益凸顯[9],嚴(yán)重影響了自然保護(hù)區(qū)在保護(hù)區(qū)域生物多樣性中的作用。因此,自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)應(yīng)該根據(jù)特定的保護(hù)對(duì)象分布狀況及生存需求,并結(jié)合人為干擾和各自然環(huán)境的分布現(xiàn)狀來(lái)劃分。

野生動(dòng)、植物類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)保護(hù)對(duì)象明確,功能區(qū)劃相對(duì)簡(jiǎn)單,森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型保護(hù)區(qū)的保護(hù)對(duì)象除典型的森林生態(tài)系統(tǒng)外,國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)的野生動(dòng)、植物種及其棲息地也可能是森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型保護(hù)區(qū)的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象[10],因此這一類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行功能區(qū)劃分時(shí)應(yīng)兼顧各種保護(hù)對(duì)象的需求。然而,由于保護(hù)目標(biāo)較多,森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃可能存在諸多問(wèn)題[11]。為探索森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃中可能存在的問(wèn)題的解決方法,本文在河南連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)開(kāi)展研究。該保護(hù)區(qū)是森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的自然保護(hù)區(qū)[10],主要保護(hù)對(duì)象為北亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)及白冠長(zhǎng)尾雉等珍稀野生動(dòng)物,而后者剛被列入CITES附錄II[12]。長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)表明該保護(hù)區(qū)內(nèi)白冠長(zhǎng)尾雉種群數(shù)量在下降,而周春發(fā)等人[13]指出這可能是由于不合理的功能區(qū)劃降低了保護(hù)區(qū)對(duì)白冠長(zhǎng)尾雉種群及其棲息地的保護(hù)效果。

目前,廣義線(xiàn)性混合模型(Generalized linear mixed model)[14]、隨機(jī)森林模型(Random forest model)[15]和最大熵模型(MaxEnt model)[16]等物種分布模型是分析物種適宜棲息地分布常用的方法。其中,MaxEnt模型僅需要“出現(xiàn)點(diǎn)”數(shù)據(jù),避免了“不存在點(diǎn)”數(shù)據(jù)獲取的誤差而導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)結(jié)果的偏差[17],如今其越來(lái)越多地應(yīng)用于物種適宜棲息地評(píng)估與預(yù)測(cè)[18- 19]。因此,本研究使用MaxEnt模型分析這些物種的適宜棲息地,旨在基于河南連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)白冠長(zhǎng)尾雉及存在種間相互作用物種的分布現(xiàn)狀和人為干擾現(xiàn)狀,對(duì)該保護(hù)區(qū)保護(hù)白冠長(zhǎng)尾雉的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià),提出該自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃優(yōu)化方案,為其它保護(hù)地提高對(duì)保護(hù)目標(biāo)的保護(hù)有效性提供方法。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

河南連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(114°15′—114°55′ N; 31°31′—31°40′ E)位于河南省南部新縣境內(nèi)(圖1),地處大別山北麓鄂豫兩省交界處,總面積105.80 km2。區(qū)內(nèi)地勢(shì)總特征為南高北低,由南向北從中低山系漸變?yōu)榈蜕角鹆陞^(qū),相對(duì)高差100—700 m,主峰海拔805 m。保護(hù)區(qū)屬北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū),年平均氣溫15.1℃,極端最低氣溫-17.3℃,極端最高氣溫42.5℃。年平降水量1248 mm,多集中在夏季;年平均無(wú)霜期243.7d[20]。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)2001—2002年、2011—2012年樣線(xiàn)調(diào)查[13]及前期預(yù)調(diào)查結(jié)果,結(jié)合白冠長(zhǎng)尾雉活動(dòng)規(guī)律[21],2016年12月—2018年12月在連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)布設(shè)紅外相機(jī)30臺(tái),相鄰紅外相機(jī)間距不小于400 m[13],拍攝模式為24 h連續(xù)拍攝,每次觸發(fā)后拍攝3張照片和10 s的視頻,觸發(fā)間隔30 s。每3個(gè)月對(duì)所有紅外相機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的電池和內(nèi)存卡更換。2017年3月—5月,在該自然保護(hù)區(qū)內(nèi)運(yùn)用樣線(xiàn)法補(bǔ)充調(diào)查(圖1)。分析全部的紅外相機(jī)和樣線(xiàn)調(diào)查數(shù)據(jù),獲取各種動(dòng)物的分布點(diǎn)。

為全面評(píng)估保護(hù)區(qū)對(duì)白冠長(zhǎng)尾雉的保護(hù)有效性,本研究分析白冠長(zhǎng)尾雉及其潛在捕食者貉(Nyctereutesprocyonoides)和豬獾(Arctonyxcollaris)、競(jìng)爭(zhēng)物種勺雞(Pucrasiamacrolopha)以及互利物種小麂(Muntiacusreevesi)在保護(hù)區(qū)內(nèi)的分布。

圖1 連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)及所布設(shè)紅外相機(jī)和樣線(xiàn)位置示意圖Fig.1 Location of Henan Liankangshan National Nature Reserve and the positions of the transects and camera traps

1.3 環(huán)境數(shù)據(jù)收集與處理

根據(jù)前期相關(guān)野生動(dòng)物棲息地選擇研究結(jié)果[8,22-25],本研究選取坡度、坡向、海拔、距居民區(qū)距離、距道路距離、距水源地距離以及植被類(lèi)型等環(huán)境變量來(lái)預(yù)測(cè)以上野生動(dòng)物在保護(hù)區(qū)內(nèi)的分布。由于研究區(qū)域面積較小,實(shí)驗(yàn)期間研究區(qū)域年際間氣候差異不明顯,因此本研究未考慮氣候條件對(duì)該區(qū)域野生動(dòng)物分布的影響。

環(huán)境數(shù)據(jù)包括地形、植被和土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)。地形數(shù)據(jù)來(lái)自2018年阿拉斯加雷達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)(https://vertex.daac.asf.alaska.edu),空間分辨率12.5 m,使用ArcGIS 10.4中的重采樣(Resample)工具獲得10 m分辨率的DEM數(shù)據(jù)。10 m分辨率的植被類(lèi)型數(shù)據(jù)由研究人員根據(jù)保護(hù)區(qū)提供的植被圖和地形圖并結(jié)合實(shí)地踏查后矢量化獲得。土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)從美國(guó)阿拉斯加衛(wèi)星設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)(https://sonas.asf.alaska.edu)下載10 m分辨率的衛(wèi)星影像解譯獲取,衛(wèi)星影像解譯由相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員協(xié)助完成。使用ENVI 4.8軟件依次提取該自然保護(hù)區(qū)內(nèi)道路、房屋、河流湖泊、耕地等土地利用數(shù)據(jù)圖層,使用在樣線(xiàn)調(diào)查和安裝紅外相機(jī)過(guò)程中GPS記錄到的保護(hù)區(qū)內(nèi)部分主要道路位置、全部的保護(hù)站點(diǎn)和部分村莊位置、部分河流水域位置和部分耕地位置信息對(duì)衛(wèi)星影像解譯結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)。將校準(zhǔn)后的解譯數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS 10.4軟件中。

通過(guò)查閱文獻(xiàn)的方法,確定不同類(lèi)型的人為干擾的影響范圍[26],分析連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)人為干擾分布現(xiàn)狀。在A(yíng)rcGIS 10.4軟件中對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,運(yùn)用空間分析工具(Spatial analyst tool)的表面分析模塊(Surface analyst)提取坡度和坡向的柵格數(shù)據(jù);運(yùn)用空間分析工具的距離模塊(Distance)中的歐式距離(Euclidean distance)提取道路、居民區(qū)和水源的柵格數(shù)據(jù);運(yùn)用轉(zhuǎn)換工具(Conversion tool) 中的轉(zhuǎn)為柵格模塊(To raster)將植被類(lèi)型的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù),運(yùn)用轉(zhuǎn)換工具中由柵格轉(zhuǎn)出模塊(From raster)將所有柵格圖層轉(zhuǎn)為ASCII格式。

1.4 動(dòng)物棲息地預(yù)測(cè)與保護(hù)價(jià)值劃分

將5種野生動(dòng)物的分布點(diǎn)作為其存在點(diǎn)(Presence point),為避免空間自相關(guān)性,對(duì)每種地棲性動(dòng)物存在點(diǎn)按400 m進(jìn)行篩選[12],將每種動(dòng)物的存在點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)導(dǎo)入Excel表中,轉(zhuǎn)換成ASCII格式。將所有ASCII格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入最大熵模型(MaxEnt model),75%的存在點(diǎn)數(shù)據(jù)用于模型擬合,25%的存在點(diǎn)數(shù)據(jù)用于模型驗(yàn)證。模型運(yùn)行15次,每次均生成概率為0—1的分布圖,以基于ROC (Receiver operating characteristic) 曲線(xiàn)的AUC (Area under roc curve)值評(píng)估模型的效果[27]。

選取特異度和靈敏度之和的最大值(Maximum test sensitivity plus specificity)作為閾值(Threshold)[15]劃分5種野生動(dòng)物的適宜棲息地。運(yùn)用空間分析工具中的重分類(lèi)模塊(Reclassify),將模型預(yù)測(cè)的5種動(dòng)物的適宜棲息地按照閾值劃分為適宜分布區(qū)和非適宜分布區(qū),并分別對(duì)適宜分布區(qū)和非適宜分布區(qū)進(jìn)行賦值(Value,以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“V”)。按照野生動(dòng)物的保護(hù)級(jí)別,將國(guó)家級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物[28]和“三有”保護(hù)動(dòng)物[29]的適宜分布區(qū)和非適宜分布區(qū)分別賦值為4和1以及2和1。在空間分析工具下的地圖代數(shù)模塊(Map algebra)中運(yùn)用柵格計(jì)算器(Raster calculator)對(duì)5種動(dòng)物的適宜分布區(qū)進(jìn)行疊加,得到保護(hù)區(qū)內(nèi)每個(gè)柵格的得分,根據(jù)疊加結(jié)果,定義得分0—7的區(qū)域?yàn)榈捅Ｗo(hù)價(jià)值區(qū)域,得分7以上的區(qū)域?yàn)楦弑Ｗo(hù)價(jià)值區(qū)域,獲得該保護(hù)區(qū)基于野生動(dòng)物適宜棲息地的保護(hù)價(jià)值分布圖。

1.5 保護(hù)區(qū)人為干擾現(xiàn)狀分析

本研究選擇道路、居民區(qū)和耕地分布作為衡量干擾程度的指標(biāo)[30]。相關(guān)研究表明人為干擾對(duì)野生動(dòng)物的威脅過(guò)程是由干擾源向外輻射形成的,不同等級(jí)、不同類(lèi)型的干擾源對(duì)野生動(dòng)物的影響范圍也存在差異[26]。根據(jù)研究區(qū)域衛(wèi)星影像圖矢量化獲得人為干擾源,將保護(hù)區(qū)分成若干個(gè)10 m×10 m的柵格,根據(jù)不同干擾源的影響范圍,每個(gè)柵格內(nèi)人為干擾強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算公式如下[31]：

HWij為第i個(gè)柵格內(nèi)第j個(gè)居民點(diǎn)干擾域的賦值權(quán)重,RWij為第i個(gè)柵格內(nèi)第j個(gè)道路干擾域的權(quán)重賦值,CWij第i個(gè)柵格內(nèi)第j塊耕地的權(quán)重賦值,HTIi為第i個(gè)柵格內(nèi)人為活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù),一般認(rèn)為HTIi<0.2則該區(qū)域人為干擾強(qiáng)度較低[26]。不同類(lèi)型干擾源和干擾域范圍和賦值權(quán)重見(jiàn)表1。

1.6 保護(hù)效果評(píng)價(jià)

根據(jù)該自然保護(hù)區(qū)保護(hù)價(jià)值分布與人為干擾強(qiáng)度分布,分別計(jì)算核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)高保護(hù)價(jià)值區(qū)域面積和高人為干擾強(qiáng)度區(qū)域面積,并將保護(hù)價(jià)值分布圖與人為干擾強(qiáng)度分布圖進(jìn)行疊加,確定高保護(hù)價(jià)值與人為干擾的重疊區(qū)域位置和面積,通過(guò)這些指標(biāo)對(duì)保護(hù)區(qū)現(xiàn)有功能區(qū)劃對(duì)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種的保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 人為干擾類(lèi)型和賦值權(quán)重[26]

2 研究結(jié)果

2.1 環(huán)境因子重要性排序與模型預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)

MaxEnt模型分析結(jié)果表明(表2),植被類(lèi)型是影響白冠長(zhǎng)尾雉、勺雞和貉最重要的棲息地因子,距水源地距離是影響小麂和豬獾分布最重要的棲息地因子。5個(gè)物種預(yù)測(cè)模型的AUC值均大于0.8(表2和圖3),模型預(yù)測(cè)效果良好[27]。

2.2 白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種適宜棲息地分布

根據(jù)該保護(hù)區(qū)白冠長(zhǎng)尾雉等5種地棲性野生動(dòng)物的適宜棲息地分布圖(圖2),勺雞主要分布在保護(hù)區(qū)中心地帶的核心區(qū),而白冠長(zhǎng)尾雉、小麂等4種野生動(dòng)物在核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)均有分布。該保護(hù)區(qū)內(nèi)白冠長(zhǎng)尾雉、勺雞、貉、小麂和豬獾的適宜棲息地面積分別為22.11 km2、3.51 km2、18.00 km2、16.13 km2和23.46 km2(表3)。

2.3 保護(hù)區(qū)現(xiàn)有功能區(qū)劃對(duì)野生動(dòng)物棲息地保護(hù)有效性評(píng)價(jià)

該保護(hù)區(qū)內(nèi)高保護(hù)價(jià)值區(qū)域(圖4)面積為33.84 km2,占保護(hù)區(qū)總面積的31.98%,其中核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)的適宜棲息地面積分別為20.06 km2、4.06 km2和9.72 km2,分別占保護(hù)區(qū)總面積的18.96%、3.84%和9.19%。核心區(qū)內(nèi)高保護(hù)價(jià)值區(qū)域面積比例偏低,而實(shí)驗(yàn)區(qū)比例偏高。

保護(hù)區(qū)人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域面積為19.13 km2,占保護(hù)區(qū)總面積的18.08%,其中核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域面積分別為0.79 km2、3.55 km2和14.79 km2,分別占保護(hù)區(qū)總面積的0.75%、3.36%和13.98%。連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)人為干擾強(qiáng)烈的區(qū)域主要集中在保護(hù)區(qū)的東南部的新縣縣城和羚羊山周邊地區(qū),這些地區(qū)分布有213省道、大廣高速公路和京九鐵路,是重要的運(yùn)輸線(xiàn)路。保護(hù)區(qū)內(nèi)保護(hù)價(jià)值高且人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域面積為2.48 km2,占保護(hù)區(qū)總面積的2.33%。

表2 基于MaxEnt模型的5個(gè)物種棲息地因子重要性排序和AUC值

表3 連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)5種野生動(dòng)物適宜分布區(qū)面積

圖2 MaxEnt模型預(yù)測(cè)效果的ROC曲線(xiàn)Fig.2 ROC curve for evaluation in MaxEnt model

2.4 優(yōu)化方案

連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)現(xiàn)有功能區(qū)劃與白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種分布不匹配,人為干擾嚴(yán)重,且高保護(hù)價(jià)值區(qū)域與人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域存在一定程度的重疊。為提高該保護(hù)區(qū)對(duì)白冠長(zhǎng)尾雉的保護(hù)有效性,結(jié)合《關(guān)于建立以國(guó)家公園為主體的自然保護(hù)地體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》[32],在不減少保護(hù)區(qū)面積的前提下,針對(duì)保護(hù)目標(biāo)白冠長(zhǎng)尾雉種群現(xiàn)狀提出不同的優(yōu)化方案,方案1：從加強(qiáng)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種保護(hù)的角度,將保護(hù)價(jià)值高(V>7)的區(qū)域完全納入核心保護(hù)區(qū)進(jìn)行管理,核心保護(hù)區(qū)外圍1 km范圍劃定為一般控制區(qū);方案2：從降低人為干擾和加強(qiáng)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種保護(hù)的角度,將保護(hù)價(jià)值高(V>7)、人為干擾低(HTIi<0.2)的區(qū)域,劃定為核心保護(hù)區(qū),在核心保護(hù)區(qū)外圍1 km范圍劃入一般控制區(qū),對(duì)保護(hù)價(jià)值不高和人為干擾嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行剔除,對(duì)保護(hù)價(jià)值高和人為干擾強(qiáng)度弱的區(qū)域進(jìn)行保留。

將保護(hù)區(qū)外1.5 km范圍納入備選區(qū)域(備選區(qū)域面積與現(xiàn)有保護(hù)區(qū)面積幾乎相等),計(jì)算備選區(qū)域人為干擾強(qiáng)度,目的是使優(yōu)化后保護(hù)區(qū)所在位置基本保持不變,同時(shí)能夠提升保護(hù)區(qū)保護(hù)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種的有效性。

圖3 基于MaxEnt模型的5種野生動(dòng)物適宜棲息地分布圖Fig.3 Distribution of suitable habitats for 5 species based on MaxEnt Model

圖4 連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物與人為干擾分布圖 Fig.4 Distribution of wildlife and human disturbance in Liankangshan National Nature Reserve

2.5 保護(hù)優(yōu)化成效預(yù)測(cè)

為評(píng)估兩種優(yōu)化方案對(duì)保護(hù)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種適宜棲息地的優(yōu)化成效,將兩種優(yōu)化方案與保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比。連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)現(xiàn)有面積為105.80 km2,其中核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)面積分別為47.00 km2、15.20 km2和43.60 km2。基于兩種優(yōu)化方案,優(yōu)化后保護(hù)區(qū)總面積分別增加了7.87%和0.05%,核心保護(hù)區(qū)面積分別占優(yōu)化后保護(hù)區(qū)總面積的43.39%和43.36%。

方案1：該方案將原保護(hù)區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物集中分布區(qū)完全納入核心保護(hù)區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格管理,并在核心保護(hù)區(qū)外圍建立一般控制區(qū)(圖5)。優(yōu)化后核心保護(hù)區(qū)面積為49.52 km2,其中高保價(jià)值區(qū)域面積為33.47 km2,占保護(hù)區(qū)核心區(qū)面積的67.59%;人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域面積為5.12 km2,占優(yōu)化后核心保護(hù)區(qū)面積的10.34%。該方案核心保護(hù)區(qū)覆蓋5種野生動(dòng)物適宜分布區(qū)域,提高了該自然保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物保護(hù)有效性,白冠長(zhǎng)尾雉和勺雞的適宜棲息地全部被納入核心保護(hù)區(qū),但是核心保護(hù)區(qū)的部分地區(qū)仍會(huì)受到人為干擾的潛在影響(圖5)。

方案2：該方案權(quán)衡了人為干擾與野生動(dòng)物分布重疊區(qū)域的取舍問(wèn)題,對(duì)人為干擾強(qiáng)度大且有野生動(dòng)物集中分布的區(qū)域規(guī)劃到一般控制區(qū)予以適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù),優(yōu)化后核心保護(hù)區(qū)面積為46.10 km2,其中高保護(hù)價(jià)值區(qū)域面積為30.75 km2,占優(yōu)化后核心保護(hù)區(qū)面積的66.70%,核心保護(hù)區(qū)內(nèi)無(wú)人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域(圖6)。

與保護(hù)區(qū)現(xiàn)有功能區(qū)劃相比,兩種方案優(yōu)化后自然保護(hù)區(qū)面積增大(圖7),核心保護(hù)區(qū)內(nèi)高保護(hù)價(jià)值區(qū)域面積占比明顯增加,方案1中核心保護(hù)區(qū)內(nèi)人為干擾面積增大,方案2中核心保護(hù)區(qū)內(nèi)無(wú)人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域(圖8)?；?種方案優(yōu)化后的保護(hù)區(qū)內(nèi)人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域面積由之前的19.13 km2分別減少到19.03 km2和12.72 km2。

3 討論

物種分布模型(Species distribution model)越來(lái)越多的被用來(lái)研究野生動(dòng)植物保護(hù)[15, 33]、生物熱點(diǎn)地區(qū)識(shí)別[34]和保護(hù)空缺分析[35],其中MaxEnt模型是一種常被使用的物種分布模型,該模型是利用物種分布數(shù)據(jù)(物種出現(xiàn)點(diǎn))與環(huán)境數(shù)據(jù)依據(jù)特定算法以概率的形式估計(jì)物種對(duì)環(huán)境因素的偏好的常用分析方法之一,模型結(jié)果可解釋為物種在不同生境中出現(xiàn)的概率或生境適宜度等[18]。然而一些研究表明,物種分布模型都會(huì)存在一些缺陷,導(dǎo)致研究結(jié)果高估或低估了真實(shí)狀況,其中研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度是制約物種分布模型發(fā)展的重要因素之一[36]。隨著調(diào)查手段的進(jìn)步和3S技術(shù)的發(fā)展,研究者可以使用精確的野生動(dòng)物分布數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)野生動(dòng)物適宜棲息地,極大的避免因?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的精度導(dǎo)致的研究誤差。因此,本研究選取高分辨率(10 m×10 m)的棲息地因子數(shù)據(jù),通過(guò)樣線(xiàn)調(diào)查和安裝紅外相機(jī)獲得野生動(dòng)物分布點(diǎn),選擇MaxEnt模型預(yù)測(cè)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種在保護(hù)區(qū)內(nèi)的分布,預(yù)測(cè)結(jié)果可反映5種野生動(dòng)物在保護(hù)區(qū)內(nèi)的分布現(xiàn)狀。

人為干擾是影響白冠長(zhǎng)尾雉分布的重要因素之一[37],大量的研究證明白冠長(zhǎng)尾雉的分布區(qū)急劇減少,種群數(shù)量持續(xù)降低,道路修建和人類(lèi)居民區(qū)擴(kuò)張是導(dǎo)致白冠長(zhǎng)尾雉瀕危的重要原因[38]。在連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種的適宜分布區(qū)內(nèi)同樣面臨人為干擾的潛在威脅,這與周春發(fā)[13]等人的研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)在連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種適宜棲息地分布比較分散,而人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域主要集中在保護(hù)區(qū)的東南部。在人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域,白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種可能在食物短缺的季節(jié)去農(nóng)田覓食[24],導(dǎo)致社區(qū)居民的經(jīng)濟(jì)損失;另一方面,這些區(qū)域交通繁忙,噪音、污染和道路致死等因素影響這些野生動(dòng)物的生存[38]。因此,這些區(qū)域已經(jīng)不能高效發(fā)揮保護(hù)區(qū)保護(hù)白冠長(zhǎng)尾雉的作用。

根據(jù)保護(hù)區(qū)內(nèi)5種野生動(dòng)物和人為干擾分布現(xiàn)狀,本研究建議將原核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)中野生動(dòng)物集中分布區(qū)納入核心保護(hù)區(qū)進(jìn)行管理,將原核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物不適宜分布區(qū)劃入一般控制區(qū),以提高自然保護(hù)區(qū)保護(hù)白冠長(zhǎng)尾雉的有效性。根據(jù)物種分布和人為干擾情況,設(shè)計(jì)兩種不同的優(yōu)化策略,參考保護(hù)區(qū)現(xiàn)有功能區(qū)劃,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)保護(hù)區(qū)三區(qū)邊界進(jìn)行重新劃定。依據(jù)自然保護(hù)區(qū)保護(hù)目標(biāo)的現(xiàn)狀,有針對(duì)性的選擇不同的優(yōu)化策略。以河南連康山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例,若短期內(nèi),白冠長(zhǎng)尾雉種群數(shù)量急劇下降,出于搶救性保護(hù)的目的,可采用方案1基于加強(qiáng)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種保護(hù)的角度,進(jìn)行保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃的優(yōu)化,將珍稀瀕危野生動(dòng)物分布區(qū)完全劃入核心區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格管理,針對(duì)人為干擾大的區(qū)域可以采取生態(tài)移民的方式遷出原住民[39-40]。若白冠長(zhǎng)尾雉種群數(shù)量趨于平穩(wěn)或在緩慢上升,為避免因?yàn)槿藶榛顒?dòng)帶來(lái)的放牧、游憩和偷獵等干擾行為影響白冠長(zhǎng)尾雉種群恢復(fù)和擴(kuò)散,可采用方案2基于降低人為干擾和加強(qiáng)白冠長(zhǎng)尾雉及相關(guān)物種保護(hù)的角度,將保護(hù)區(qū)核心區(qū)人為干擾強(qiáng)度大的區(qū)域完全調(diào)出,將其劃歸一般控制區(qū)予以適當(dāng)保護(hù),調(diào)整后既不會(huì)減少有效的保護(hù)面積,還極大的緩解保護(hù)區(qū)的管理壓力。

圖5 基于優(yōu)化方案1的保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃圖Fig.5 Functional zoning based on scheme 1

圖6 基于優(yōu)化方案2的保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃圖Fig.6 Functional zoning based on scheme 2

圖7 基于兩種方案的保護(hù)區(qū)各功能區(qū)面積對(duì)比Fig.7 Comparison of functional area base on two schemes

圖8 基于兩種方案的優(yōu)化效果對(duì)比Fig.8 Comparison of optimization effects based on two schemes

自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃優(yōu)化不僅與該地區(qū)野生動(dòng)物分布有密切關(guān)系,還與動(dòng)物遷徙[41]、珍稀植物分布[33]、保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[18]等諸多因素息息相關(guān),將野生動(dòng)植物分布與生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)過(guò)程相結(jié)合的自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃優(yōu)化整合將是未來(lái)的研究方向。優(yōu)化方案既要考慮到加強(qiáng)對(duì)野生動(dòng)植物種和生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù),也要全面的考慮降低自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效的因素。本研究受數(shù)據(jù)資料限制,選取白冠長(zhǎng)尾雉及其存在種間相互作用物種的分布作為該保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物分布現(xiàn)狀,僅考慮道路、居民區(qū)和耕地這三項(xiàng)人為干擾因素對(duì)自然保護(hù)區(qū)保護(hù)成效的影響,沒(méi)有考慮保護(hù)區(qū)內(nèi)珍稀保護(hù)植物的分布。因此,建議今后在類(lèi)似研究中,可加入更多物種、選擇不同尺度分析自然保護(hù)區(qū)不同區(qū)域的保護(hù)價(jià)值,在干擾因素方面可考慮森林覆蓋率、外來(lái)物種入侵、城市化速率、農(nóng)業(yè)擴(kuò)張以及政策效應(yīng)等不利因素帶來(lái)的影響,建立更加合理的保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃優(yōu)化體系。