9種國家一級保護鳥類在湖南省的生境適宜性評價

毛曉茜，湯桂容，劉 珊，瞿 覺，袁河清，李華林，羅 燦，楊利平

(1.湖南省生態環境事務中心, 湖南 長沙 410007; 2.長沙環境保護職業技術學院, 湖南 長沙 410007)

1 引言

湖南省地處云貴高原向江南丘陵和南嶺山脈向江漢平原過渡的地帶，地勢呈三面環山、朝北開口的馬蹄形地貌，由平原、盆地、丘陵地、山地、河湖構成 (地形圖見圖1)，地跨長江、珠江兩大水系。湖南全境屬亞熱帶季風氣候，全年光照充足，雨量充沛[1]。由于復雜的地理環境和得天獨厚的氣候條件，湖南孕育了極高的生物多樣性[2]。

隨著人類活動進一步加劇，礦產、水利等資源開發與生物多樣性保護的矛盾日漸突出，而自然保護地在調節這一矛盾的過程中發揮了重要作用。截至目前，湖南省建立了自然保護區、濕地公園等各級、各類自然保護地582處[2]，實際保護面積238.52萬hm2，占全省國土面積的 11.26%，為本省物種多樣性保護起到了重要作用。隨著物種種群數量的變化及保護物種名錄的調整，探索新的保護地規劃，因地制宜、根據不同保護類群制定個性化的保護策略對生物多樣性保護也有著重要意義。

根據國家林業和草原局、農業農村部2021年2月5日最新發布的《國家重點保護野生動物名錄》標準，《湖南省生物多樣性白皮書》共記載了41 種國家一級重點保護野生動物[2]。本文擬通過分析省內國家一級重點保護野生鳥類的分布與環境因素的關系，對其生境適宜性進行評價，以期為省內的國家一級重點保護野生鳥類的棲息地保護及保護區的規劃提供參考。

2 研究材料與方法

2.1 研究對象與數據獲取

本文的研究對象為湖南省境內有分布的國家一級重點保護野生鳥類(以下簡稱目標物種)，通過已知的目標物種分布數據評估其在湖南省內的生境適宜性。目標物種的分布坐標點通過GBIF (https://www.gbif.org)獲取。本次共收到了9個目標物種的78個分布坐標數據。物種信息及其對應的分布坐標點數量見表1，物種點位分布見圖1。

表1 物種對應的分布坐標點數量

圖1 研究區地形及目標物種點位分布

用于生境適宜性評價的環境數據為19個生物氣候因子[3]、歸一化植被指數、土壤類型以及海拔[4～6]，其中19個生物氣候因子下載自網站worldclim (https://www.worldclim.org)，歸一化植被指數、土壤類型以及海拔下載自國家科技基礎條件平臺—國家地球系統科學數據共享平臺(http://www.geodata.cn)。22個氣候因子的編碼以及名稱見表2。

2.2 評估工具選擇與參數設置

本次研究使用的生境適宜性評價計算工具為Maxent模型 (Version 3.4.4)。該工具可借助有限的物種分布信息，通過最大熵模型建立區域環境因子與物種分布的關系，從而進行生境適宜性的評價，具有運算結果穩定的優點，被廣泛應用于動植物生長環境分析和物種適生區預測[7～15]。本文參照Maxent模型手冊，將9個目標物種視為一個評估主體，獲取9個目標物種生境適宜性的鑲嵌結果[16]。用于模型訓練的分布數據比例設置為75%，剩余25%的分布數據用于模型驗證，正則化乘數 (Regularization multiplier) 設置為1，采用受試者工作特征 (ROC) 曲線下的面積(AUC) 值對模型預測效果進行檢驗, 采用刀切法 (Jackknife) 檢驗環境變量對模型預測的貢獻，其他參數使用默認值，使用自助法 (bootstrap) 迭代運行10次，以10次運行結果的平均值作為最終結果。

2.3 保護優先區的劃分

根據 maximum training sensitivity plus specificity閾值(下文簡寫為MTSPS)以及Balance training omission, predicted area and threshold value閾值 (下文簡寫為BTOPA) 將研究區域劃分為3個等級，預測值小于BTOPA的區域認為不適宜目標物種生存，預測值介于兩個閾值之間的區域為目標物種一般適宜區，預測值大于MTSPS的區域為目標物種高度適宜區。

3 研究結果

3.1 預測模型準確性評價

AUC 值的取范圍介在0.5～1之間，當AUC值在0.5～0.7之間時認為預測精度較低，在0.7～0.9之間時認為預測精度較高，在0.9 以上時認為預測高精度最高。經過10次重復運算，本次運算的綜合AUC值為0.959 (圖2)，說明本次模型預測結果準確。

圖2 目標物種生境適宜性預測的綜合AUC值

3.2 目標物種的適生區

Maxent模型的輸出結果是通過目標物種出現的概率值來表征其在某區域的生境適宜程度，即某區域目標物種出現概率越高則表示越該區域越適宜目標物種生存?？紤]到適生區范圍的連續性，對模型輸出結果的每個柵格進行采樣后，通過克里金插值法(Kriging)對預測結果進行平滑處理，最終結果見圖3。

MTSPS以及BTOPA對應的閾值分別是0.2613和0.0439，根據閾值分類的結果見圖4。由圖3、圖4可知，目標物種生境適宜性的熱點區出現在湘西北的武陵山區、湘南的南嶺山區、湘北的洞庭湖區以及湘東北的羅霄山區。目標物種一般適宜區約占到全省面積的49.27%，高度適宜區約占到全省面積的4.23%。

圖3 目標物種生境適宜性分布

圖4 根據閾值劃分的適生區

3.3 環境因子對目標物種適生評價的貢獻

季節性降水量 (Bio15)、土壤類型 (ST)、平均年溫差 (Bio7)、海拔 (DEM)對本次模型預測的貢獻最大 (表3)。這些環境因素對目標物種的生存有著重要的作用，即這些環境因素的適宜與否，對目標物種分布的限制作用最大。

3.4 環境因子對目標物種適生評價的貢獻

季節性降水量 (Bio15)、土壤類型 (ST)、平均年溫差 (Bio7)、海拔 (DEM)對本次模型預測的貢獻最大 (表3)。這些環境因素對目標物種的生存有著重要的作用，即這些環境因素的適宜與否，對目標物種分布的限制作用最大。

表3 環境因子對目標物種適生評價的貢獻率及其重要性

4 討論

本研究利用Maxent模型評價了湖南9種國家一級重點野生保護鳥類在省內的生境適宜性，評價結果顯示生境適宜性的熱點區具有明顯的地理特征，即省內的高山區和湖區濕地，而湘中低山丘陵區不適宜上述保護物種的生存。因此省內的高山區和湖區濕地是上述保護物種的重要的棲息地，應予以重視保護。

我國幅員遼闊，目前各級自然保護地由相應各級政府行政部門負責管理管轄，所以開展行政區域內的生物多樣性保護研究對區域生物多樣性保護的政策和規劃制定有著積極作用。本研究結果對湖南省內的自然保護地建設有一定的參考意義，在設置保護地時應優先設置在目標物種的高度適宜區內，增加湘西北的武陵山區、湘南的南嶺山區、湘北的洞庭湖區以及湘東北的羅霄山區的生物多樣性的保護力度。