濒危植物崖柏潜在分布区预测与生境时空变化定量研究

摘要

崖柏(Thuja suthuanensisi)为柏科崖柏属常绿乔木，属我国特有、国家Ⅰ级保护植物，世界自然保护联盟(IUCN)认定的濒危(EN)植物物种之一。本文以崖柏主要分布区—四川省达州市宣汉县、万源市、开江县，重庆市城口县、开州区为研究区。以2000年、2010年、2016年Landsat遥感影像解译所得三期土地利用/土地覆被（LULC）数据、ASTER地形数据、BioClim生物气候数据、HWSD土壤数据、NDVI数据、崖柏野外分布点及有关地理要素数据为基础数据源。对研究区32个环境变量进行Pearson相关性分析，筛选出22个有效环境变量;运用最大熵生态位模型(MaxEnt)，预测了研究区崖柏潜在分布区，对生境适宜性区划进行了分析。根据模型运算结果中的环境变量响应曲线和贡献率报表，确定出9个有主要贡献的环境变量，分析了符合崖柏生境条件的主要贡献环境变量数学参数数值与范围。运用InVEST模型，依据解译所得三期土地利用/土地覆被(LUCC)数据，分析了研究区2000年、2010年、2016年生境退化度与生境质量状况，以及2010年、2016年生境稀缺度状况。综合考虑研究区崖柏生境适宜性与生境质量现状，分析两者之间的相互关系，得出了崖柏生境时空分布规律。根据研究结果，提出了珍稀濒危植物崖柏生境优化策略，最终得出以下结论:
　　①2000～2010年期间，研究区退耕还林成效显著，耕地面积占比减少了0.98％;林地面积占比增加了1.07％;草地遭到一定破坏，面积占比减少了0.40％;湿地、水体面积占比共增加了0.18％;随着人口膨胀，城市化程度的加深，建设用地面积占比增加了0.13％。2010～2016年期间，研究区耕地面积占比减少了0.67％;林地面积占比增加了1.03％;草地遭到破坏，面积占比减少了0.52％;湿地、水体面积占比共减少了0.14％;建设用地扩张明显，增幅达到0.30％。
　　②崖柏潜在分布区主要位于重庆市城口县大部、开州区东北部大巴山区，重庆市开江县、开州区南部明月山区，四川省万源市东南部、宣汉县东北部大巴山区余脉等地。崖柏生境不适宜区域面积12226.86km2，占研究区面积73.43％;较适宜区域面积1066.43km2，占研究区面积6.40％;适宜区域面积1802.45km2，占研究区面积10.82％;最适宜区域面积1555.64km2，占研究区面积9.34％。满足崖柏生境条件的9个主要贡献环境变量贡献率由高到低依次为最暖月最高温bio-5(49.2％)、降水量变异系数bio-15(7.5％)、粘土含量t-clay(6.7％)、昼夜温差月均值bio-2(6.0％)、年平均降水量bio-12(5.9％)、最冷月最低温bio-6(4.7％)、碳酸盐和石灰石含量t-cac03(4％)、碎石体积百分比t-gravel(3％)、等温性bio-3(2.7％)，这9种环境变量的累积贡献率达到89.7％。崖柏最适宜生境条件为最暖月最高温18.4～32.6℃，降水量变异系数62～74，粘土含量20～23％weight，昼夜温差月均值6.6～9.0℃，年平均降水量1110～1428mm，最冷月最低温-8.7～2.8℃，碳酸盐或石灰石含量0％weight，碎石含量百分比4～9％vol，等温性24～29。
　　③研究区生境退化高分值区域面积占比进一步扩大，生境退化出现加深现象。距离生境威胁因子耕地、建设用地较近，且敏感度较高的林地、草地等地类成为退化较严重的区域。研究区生境质量高分值区域降幅较大，尤其是耕地、建设用地覆盖区，生境质量最差。研究区生境稀缺度高分值区域进一步加大，林地、草地等自然地类生态功能与结构破坏严重。这说明随着研究区经济社会的快速发展，土地利用/土地覆被(LULC)变化日趋剧烈，人地矛盾更加突出，总体呈现非自然生境逐渐占据自然生境的时空变化特征，崖柏原始生境受到严重破坏与干扰。
　　④通过分析崖柏潜在分布区与生境时空变化规律可知，生境质量好的区域崖柏生境适宜等级不一定高，崖柏生境适宜等级高的区域生境质量也可能较差;但随着崖柏生境适宜等级由最适宜下降到不适宜，生境质量为优的区域面积占比由96.12％下降到29.20％，呈显著下降趋势，生境质量为极差的区域面积占比由10.21％上升到46.30％，占比上升明显。这一变化说明崖柏生境适宜度与生境质量有一定关联，但两者并非都符合简单正比关系。

目录

声明

摘要

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2．1 地理位置

2．2 地形地貌

2．3 水文气候

2．4 土壤植被

2．5 区域地质概况

第3章 研究区土地利用遥感信息提取

3．1 数据来源

3．2 遥感影像预处理

3．2．1 统一坐标系

3．2．2 波段组合

3．2．3 影像几何校正

3．2．4 FLASH大气校正

3．2．5 镶嵌与裁剪

3．3 土地利用信息提取

3．3．1 遥感影像解译分类方法

3．3．2 建立解译标志

3．2．3 监督分类器选择与精度评定

3．2．4 监督分类后处理

3．4 土地利用信息统计与分析

3．4．1 土地利用结构统计与分析

3．4．2 土地利用变化结果分析

第4章 崖柏潜在分布区预测与生境适宜性评价

4．1 MaxEnt模型筒介

4．2 MaxEnt模型崖柏潜在分布区预测

4．2．1 崖柏分布点处理

4．2．2 环境变量处理

4．2．3 环境变量相关性分析

4．2．4 生境适宜性区划统计分析

4．3 MaxEnt模型崖柏生境适宜性评价

4．3．1 环境变量贡献率分析

4．3．2 主要贡献环境变量分析

4．4 崖柏潜在分布区预测与生境适宜性评价精度评定

4．4．1 ROC曲线分析法

4．4．2 土地利用类型辅助验证

第5章 研究区生境质量评价

5．2．1 生境质量模块简介

5．2．2 生境质量模块数据采集

5．2．3 生境质量模块运行机理

5．2．4 生境质量评价结果分析

第6章 崖柏潜在分布区与生境时空变化关系

6．1 崖柏潜在分布区与生境时空变化关系分析

6．2 崖柏生境时空分布分析

6．3 崖柏生境优化策略

6．3．1 加强就地保护，建立保护小区

6．3．2 人工干预，营造最佳生境条件

6．3．3 开展繁育与放归实验，扩大种群规模

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果