基于GIS技術的動物物種管理及保護

王 浩，楊德宏，滿亞洲

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基于GIS技術的動物物種管理及保護

王 浩，楊德宏，滿亞洲

（昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093）

近年來，隨著科學技術的發展，傳統意義上的動物地理學和生態學，其研究手段在野生動物研究中存在諸多的局限性，難以適應野生動物研究的新形勢。同時，不同技術手段之間的融合應用與發展也逐漸成為一種熱點和趨勢，因此，GIS技術應運而生。目前，GIS技術的應用范圍越來越廣泛，在諸多領域都發揮出了重要的作用，將GIS技術引入野生動物的物種管理及保護的研究之中，是近年來對于GIS技術的一種新的應用。本文首先介紹GIS技術相關的基本理論，接著從幾方面綜合闡述該技術在動物物種管理保護研究中的應用，以及在我國相應領域的應用現狀和前景，以供參考。

GIS；動物物種；物種管理；物種保護

0 引言

動物是自然界的一部分，也是自然生態鏈中的一部分。我國新修訂的野生動物保護法于2017年1月1日開始正式實施，標志著中國的動物保護工作進入了一個新的階段。將GIS技術融入對動物物種的管理和保護當中不失為一種行之有效的手段和方法。GIS技術在我國動物物種管理與保護研究的相關應用僅處于起步階段。動物物種管理和保護的研究使用GIS技術雖然取得了一些不錯的成果，然而卻并不能真正在野生動物物種的精確調查、監測、分析、管理和保護等方面發揮作用。據相關資料統計顯示，GIS技術在以下動物資源的管理保護中發揮了重要作用：青海三江源自然保護區借助GIS技術，選取多個生態因子對馬麝棲息地進行適宜性評價，以此開展對馬麝的物種管理與保護工作[1]；四川臥龍自然保護區內利用GIS的相關技術研究動物的棲息環境，為大熊貓、小熊貓、金絲猴等珍稀物種的管理和保護管理提供信息；西雙版納國家級自然保護區建立了涉及高程、植被等多個主題層次的GIS系統，參與對多個熱帶珍稀動物物種的管理與保護等等[2]。然而GIS技術在野生動物物種的管理與保護工作上真正發揮重要作用，任重而道遠。

1 GIS技術的基本理論

地理信息系統（GIS——Geographical Information System）是建立在信息科學、空間科學以及地球科學基礎上的一門交叉學科[3]，它的發展與地理學、地圖學[4]、計算機科學、遙感技術等涉及空間數據的采集、處理和分析的多種學科和技術息息相關，是多種學科共同發展的結果。目前，地理信息系統的應用已逐漸深入到各行各業當中，其應用極為廣泛。

一個完整的地理信息系統主要是由四個部分組成，既計算機硬件系統、計算機軟件系統、地理數據（或空間數據）及系統的組織和使用維護人員。GIS的核心的部分是計算機系統，也就是計算機的軟件和硬件部分；空間數據反映GIS的信息內容；系統的組織和維護人員決定了GIS系統的工作方式和信息的表達方式[5]。

GIS主要有以下6大功能：①空間數據的輸入、存儲和編輯；②空間數據的操作運算；③空間數據的查詢和檢索；④空間數據的應用分析；⑤空間數據的更新；⑥空間數據的顯示和結果輸出。其中，GIS最為突出的功能是對空間數據和屬性數據進行綜合分析的功能，包括對空間數據和屬性數據的采集、測量分類、處理、各種分析工作和決策支持等。[6-8]它能夠在計算機的支持下，實現對各種數據和信息的精確快速的處理和分析。

2 我國野生動物管理保護現狀

野生動物資源作為十分重要且不可或缺的資源，對這項資源的保護工作不容忽視。野生動物資源是生物資源中不可或缺的重要部分，我國的地域十分遼闊，為不同種類、不同習性的野生動物提供了相應的生存空間，可以說，中國是野生動物資源最多的國家之一。因此，加強對野生動物資源的管理保護工作對我國的國計民生有十分重要的意義。

2.1 當前我國的野生動物資源面臨的威脅

在當前形勢下我國的野生動物資源面臨著嚴重威脅，我國的生物資源十分的豐富，但是在現行的經濟快速發展的形勢下，生物的穩定性遭到了破壞，在《瀕危野生動植物種國際貿易公約》中所列出的世界性的瀕危物種當中，中國的瀕危物種占據了近25%的比例。當前，我國野生動物資源面臨著以下的威脅：棲息地環境嚴重破壞、資源枯竭加劇、外來物種入侵、環境污染加劇、物種遺傳多樣性減少、疾病種類增多[9]。

2.2 當前我國野生動物保護現狀

近年來，我國對野生動物的管理與保護的研究工作不斷深入，取得了一定的成果。我國野生動物的管理與保護研究工作發展迅速，相關政策陸續出臺。

自上世紀九十年代開始，我國開展了多次全國性的野生動物資源調查，特別是針對生物物種多樣性的情況進行調查，以增加對我國野生動物物種情況的掌握，便于有針對性的采取對策。近年來，動物物種的瀕危問題已經逐漸引起了人們的重視，諸多學者從遺傳學與生態學的角度研究分析了物種數量的減少和瀕危情況，揭示了當前形勢下物種之所以受到威脅，除了自然環境被破壞甚至惡化之外，物種繁衍、生存與棲息的環境亦被破壞且破壞程度十分嚴重。因此，必須需建立瀕危物種管理機制，強化野生動物物種的保護程度。同時，對野生動物物種的繁衍、生存與棲息的環境保護刻不容緩，要想使野生動物物種保持良好的存續狀態，最為關鍵的是要恢復野生動物的棲息環境。這些年來，我國施行了對多種珍稀瀕危物種生存環境的恢復與種群的復壯工作，取得了一定的成效。

但是，我國的野生動物物種的管理和保護工作形勢仍不樂觀。聯合國大會將每年的5月22日定為“國際生物多樣性日”。山水自然保護中心于2017年5月22日，向公眾發布了《中國自然觀察2016》。這份報告評估了從2000年至2015年之間的1085個瀕危物種的保護狀況，其中包括了《國家重點保護野生動物名錄》中的全部物種。這份報告顯示，在2014年所評估過的174個物種當中，保護狀況總體改善的有26種，維持現狀的有32種，變差的有116種；而當名錄擴充至1085個物種后，評估顯示，保護狀況總體改善的只有102種，45個物種維持現狀，738個物種變差[10]。顯然，野生動物物種管理與保護狀況比之前更糟了。這就進一步說明野生動物物種的管理與保護工作是十分必要且意義深遠的。

3 GIS在物種管理與保護中的研究應用

地理信息系統（GIS——Geographical Information System）技術是從上世紀80年代初才在我國開始初步應用，發展至今已然取得了一些成果，例如初步建成我國國家地理信息系統數據庫，并正式投入使用；諸多專題地理信息系統（資源調查、規劃和環境、災害監測等方面）研制成功，投入使用后取得了不錯的研究成果，產生了巨大的經濟和社會效益；智慧地球、智慧城市等技術發展迅速，并且在城市發展決策規劃中發揮重要作用。近年來，地理信息系統技術發展勢頭迅猛，實用化程度不斷提高，商品化進程、產業化進程正在加速發展并且不斷提高。然而，GIS技術野生動物物種管理與保護方面，還是相當新的技術。

GIS技術在野生動物的物種管理與保護研究中的應用主要有以下幾個方面：

（1）研究野生動物棲息地的分布

通過遙感手段（RS）和實時定位（GPS）技術對所研究的特定目標進行實時的動態空間信息的獲取，利用GIS的數據庫和分析功能，對數據進行實時地接收、處理、運算、分析等，繪制出野生動物繁衍、生存與棲息的分布圖、同時確定所研究區域的生物多樣性程度，進一步預測出目標動物物種的主要分布區域以及其物種的豐富度。通過GIS自動繪制的研究目標的分布區和物種豐富度，可以進一步研究目標的棲息地分布特征和分布規律以及形成規律，并且為目標動物的物種管理和保護制訂相應的對策提供一定的科學依據。

GIS通過對所采集的目標動物棲息地的地理位置、海拔和經緯度可以對目標物種的分布數據進行實時的收集和處理，實時體現目標物種的動態變化，及時準確迅速地自動繪制目標動物物種的分布圖，并且及時處理分析，迅速得到變化后的目標物種的豐富度。然后可以通過數值、文字，也可以用示意性的圖形或圖像、聲音、動畫等輸出，為其他的研究者提供實時的信息資源，實現全國乃至世界范圍內的信息共享。

通過對數據資料的收集與整理，以紅耳鵯（Pycnonotus jocosus）在中國的分布變化（徐雪怡，2018）為例探討GIS技術在野生動物棲息地分布方面的應用。

紅耳鵯物種從1976至2016年，這40年間，其動物地理亞區發生了比較大的變化。（圖1）1976年以來，至2016年，這40年當中，紅耳鵯物種在中國的分布范圍呈現一種輻射狀擴散趨勢，而且這種趨勢在不斷加大。通過對資料的整理和總結，發現紅耳鵯在中國的分布，在廣東廣西分布尤為明顯，在云南、貴州與福建等省份也有分布，在北方地區則較少出現。通過GIS手段對紅耳鵯的棲息地分布分析，發現其棲息地更多的選擇在林地灌叢等環境中，但是也發現紅耳鵯在人類活動的區域，如公園、綠化區帶等環境中棲息，故說明其可以適應人類生存的環境[11]。

圖1 1976-2016年間紅耳鵯在中國的分布[11]

?標記點：1976至1989 年分布地變化；□標記點：1990至2005年分布地變化；○標記點：2006至2016年分布地變化。

利用GIS技術可以將野生動物的物種信息、 生存環境及其動態變化信息實時地采集、處理并錄入地理坐標體系當中，極大地增強了對于空間問題的解決能力，同時也更使處理的結果更加精確快捷。這種研究動物物種分布空間格局的手段在野生動物物種的管理與保護的研究中具有十分重要的意義。

（2）研究野生動物物種多樣性的動態變化

GIS技術可以將通過遙感（RS）、全球定位（GPS）技術所采集到的野生動物繁衍、生存及棲息的自然環境（地形、地貌、植被等）[12]、生態環境（天敵、寄生者和生存環境的時空分布等）、歷史背景（氣候變化、生態環境中的原生物種變化、植被變化等）信息綜合起來，以此建立野生動物物種相關變化的動態分析模型，為相關物種的管理與保護提供決策和一定的科學依據[13]。

以青藏高原有蹄類動物的物種多樣性（蔣志剛，2018）例探討GIS技術在野生動物物種多樣性的動態變化方面的應用。通過對資料的查閱，收集以及整理，我們能夠發現在青藏高原上，有蹄類動物物種分布大致是東部分布較密，西部較為稀疏，其中在巴顏喀拉山、橫斷山脈和昆侖山脈東段分布最多，喜馬拉雅山脈東段和祁連山脈分布次之，喜馬拉雅山脈西段和柴達木盆地分布最少（圖2）。

與青藏高原上有蹄類動物物種的分布密度不同, 青藏高原上特有的有蹄類動物物種主要集中分布在青藏高原的內部，其中在巴顏喀拉山脈東段、祁連山脈南坡昆侖山脈東段的分布最多，青藏高原西北部分布次之，柴達木盆地、青藏高原東部和東南部分布最少（圖3）。

圖2 青藏高原有蹄類物種的分布密度[14]

圖3 青藏高原特有有蹄類物種分布密度[14]

青藏高原是探討生物進化、物種保育、人類與野生動物關系等多方面內容的天然實驗室（陳發虎等，2017）。但是，由于青藏高原地區面積較大且內部地形十分復雜，動物物種分布可能會隨著環境的不斷變化而變遷，同時，隨著研究的不斷深入與發展，我們還可能會發現新的有蹄類動物物種分布[14]。

通過GIS手段與已建立成功的生態學模型相結合，常常會被用來研究目標動物物種生存的生態環境系統中各重要組成部分的實時動態變化，這項融合技術成為了用來模擬野生動物物種多樣性動態變化最為強力且最為便捷和精準的手段。

（3）研究野生動物物種管理與保護對策

據不完全統計，目前地球上的生物物種的數量大約有200萬到1億左右。野生動物資源是十分重要戰略資源之一，動物的物種數量減少甚至瀕臨滅絕是當前世界上所面臨的一個十分嚴峻的問題，因此對這項資源的保護工作不容忽視。當前，人為的破壞是造成動物物種滅絕速度加快的一個最重要的因素。聯合國生物多樣性大會對生物物種的滅絕速度進行了估測，有關專家認為當今地球上每小時約有3種生物滅絕，大約1天內滅絕近72種生物，1年內約有26280種生物滅絕[15]。雖然說對生物物種滅絕的確切的速度依然存在爭議，但是不能否認的是,地球上大部份的生物處在水深火熱之中。GIS技術在制定動物物種的管理與保護以及生物的物種多樣性的保護對策方面發揮了極為重要的作用。在應用GIS評價動物保護區設置方面較為流行的是Scott提出的漏洞（Gap）分析模型[16]。Gap模型通過由衛星圖像所獲取的植被分布的類型，同時以蝶類和脊椎動物等生物作為生物多樣性的指示物，然后采用GIS技術的地圖疊加功能確定當前尚未被保護的生物物種。在對動物保護區的提出、規化和設計中，以GIS技術為基礎的Gap模型能全面精準快捷地對動物物種的分布狀況和管理與保護狀況進行評價。此外，生物多樣性信息系統在地理區域水平上保護動物物種多樣性十分有效，該系統利用GIS技術來收集生物多樣性的空間數據，然后將Gap模型和空間模型用于所收集的生物空間數據的運算、處理和分析，最后通過GIS的決策支持系統為動物物種管理與保護提供決策和一定的科學依據。

4 GIS在動物物種管理保護中面臨的問題

GIS技術在野生動物物種管理與保護以及生物多樣性的管理方面，其應用面臨著十分嚴峻的挑戰，主要有以下幾點：

1）野生的動物具有天生警覺性和靈活的行動力，它們的躲避和藏匿行為使我們在野外取得相關的數據變得十分艱難；

2）野生動物在野外生存會遇到諸多問題，譬如季節、食物、自然災害、疾病或其他原因，因此，其常常會處于遷徙狀態，這就會使我們很難對野生動物的種群或者個體進行準確地定位；

3）野生動物所生存的地域存在著復雜的地形地貌，譬如由于森林中樹木的覆蓋，樹下的動物物種的情況和數據很難被精確獲取甚至在圖表中體現；

4）野生動物生存棲息的環境中，存在著復雜的生態系統和食物鏈，不同動物物種之間存在著復雜的相關性，這直接影響著物種的繁衍生存和數量，然而這又使我們很難測定物種的精確數據。

這些問題使我們在動物物種的管理與保護和生物多樣性等方面的研究相關數據的采集、處理、分析和輸出模擬變得十分困難，從而桎梏了GIS技術與動物物種管理與保護研究的融合發展。

5 結束語

基于GIS技術的野生動物物種管理與保護工作，是將GIS的地理空間信息技術與野生動物物種的空間分布、物種多樣性等專題信息有機結合，實現對現存的或者物種大量減少甚至面臨瀕危的野生動物的相關的信息資源進行收集、管理、處理空間分析、信息共享等。這項研究通過利用GIS技術的空間可視化以及圖形直觀的特點，為野生動物物種的管理與保護提供了一個安全可靠、功能強大、精準快捷、操作簡便的GIS分析工具，為相關的研究和工作提供了進行決策和一定科學依據的分析平臺。

基于GIS技術的野生動物管理與保護工作在最近幾年取得了一些進展，但是與西方發達國家的野生動物物種管理保護工作相比還差得很遠。以加拿大為例，其所有的國家級保護區在上世紀90年代末期就開始建立相關的GIS平臺實現對動物物種的管理與保護工作，現在已形成了相當成熟的GIS平臺和以及詳細和完備的數字化地圖，為野生動物的相關研究提供了巨大的支持和幫助。我國相關的研究工作正在展開并且逐漸普及，一些重要的專題地理信息系統逐步建立，并將長期而系統地為野生動物物種的管理與保護工作提供多樣性的信息資源、監測和分析。GIS技術與野生動物研究工作相結合將在我國的動物物種的管理與保護工作中發揮出重要的作用。

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Animal Species Management and Protection Based on GIS Technology

WANG Hao, YANG De-hong, MAN Ya-zhou

(College of land and resources engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093)

In recent years, with the development of science and technology, the traditional sense of the animal geography and ecology, the research methods in the study of wild animals has many limitations, it is difficult to adapt to the new situation of wildlife research. At the same time, the integration application and development of different technical means have gradually become a hot spot and trend. Therefore, GIS technology emerges at the historic moment. At present, the application of GIS technology is more and more widely, all play an important role in many areas, introducing GIS technology to the species of wildlife management and protection of research, is for a new application of GIS technology in recent years. This paper introduces the related basic theory of GIS technology, then the comprehensive elaboration from several aspects in the study of the technical management in animal protection applications, as well as the corresponding application status and prospect in the field of in our country, for your reference.

GIS; Animal species; Species management; Species protection

TP701；Q958

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.12.026

王浩(1993-)，男，研究生，主要研究方向：地理信息系統。

王浩，楊德宏，滿亞洲. 基于GIS技術的動物物種管理及保護[J]. 軟件，2018，39（12）：111-115