（生态学专业论文）盐城国家珍禽保护区丹顶鹤生境结构特征及变化研究.pdf

摘要 本研究从丹顶鹤( g ，淞，口即珊珊动的角度出发，把影响其生境选择的因素划分为水、 食物、隐蔽物和干扰四类。用遥感和地理信息系统软件对盐城国家珍禽自然保护区核心区 和缓冲区3 期t m 、e t m 数据进行处理，得出该地区1 9 9 2 年、2 0 0 2 年和2 0 0 6 年3 个时 期各生境要素图。通过对各生境要素图的面积进行统计分析，发现各生境要素的结构发生 了明显的变化，干扰加重、浅积水面积减少、植物性食物和适宜隐蔽物范围减小。适宜丹 项鹤栖息的总生境面积不断减小，适宜丹顶鹤栖息的各原生生境类型的面积也相应呈减少 趋势，丹顶鹤栖息生境质量呈下降趋势。而人类活动是引起各生境要素发生变化的主要驱 动力。 对丹顶鹤的生境选择机制研究发现，越冬期影响丹顶鹤生境选择的主要因子是食物。 丹顶鹤优先选择人类干扰相对较小的、有水域分布的、动物性食物占主导地位的芦苇滩、 禾草滩及碱蓬滩原生生境栖息，次之选择盐田和农田生境，较少选择水产养殖塘、泥滩、 互花米草滩。运用李文军的栅格数学模型及引申n e u 方法思路，丹顶鹤喜爱食物量大、距 人类活动区域远、水体盐度小的藏身地。最后对丹顶鹤生境活力进行评价，估算出保护区 核心区和缓冲区丹顶鹤可利用食物量从1 9 9 2 年1 1 3 2 0 5 4 1 0 4k g 到2 0 0 6 年的8 4 5 3 8 5 1 0 4 k g ，下降了2 5 3 2 。区域总生物量从1 9 9 2 年的2 2 2 3 8 1 0 吣g 下降到2 0 0 6 年的 1 8 7 5 6 x 1 0 6 l 【g ，降幅为1 5 6 6 。结果表明，丹顶鹤可利用食物量以及滩涂生物量都在减少， 湿地生态系统的初级生产能力在降低，稳定程度也在下降。 关键词：丹项鹤，盐城自然保护区，生境因子，生境选择，可利用食物量，生物量 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的戍果尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者( 本人签名) ：杨次口口善年石月2j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容 保密口，在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密一 ( 请在以上方框内打。 *) 。 学位论文作者( 本人签名) ： 扬波 力口口多年f 月三f 日 指导 教师( 本人签名) ：吻够硫7 缈缪年历月少日 引言 湿地作为重要的国土和自然资源，是自然界最富生物多样性、最具生产力的生态系统 和人类最重要的生存环境之一，与人类的生存、繁衍和发展息息相关。它不仅为人类生产、 生活提供多种资源，而且具有巨大的环境功能和效益：它是蓄水调洪的巨大水库，能够储 存来自降水、河流过多的水量，从而避免发生洪水灾害；它是重要的水源地，常常作为居 民用水、工业用水和农业用水的水源，亦可作为补充地下水蓄水层的水源；它能调节区域 小气候，改善生态环境；它的降解污染和自净水体功能十分突出，能够清除土壤中的化肥、 农药等有毒物质，是人类生产、生活污水的天然“过滤池”；它是重要的物种资源宝库，许 多珍惜特有物种依赖湿地生存、繁衍；它对全球气候变暖的研究也很重要，湿地仅占陆地 面积的6 4 ，但它固碳的能力却达2 5 至3 0 ，在碳循环问题上发挥着重要作用。在 世界自然保护大纲中与森林、海洋一起被称为全球三大生态系统，享有“地球之肾” 的美誉。 沿海地区是人口增长迅速，城市化进程显著，经济最为活跃的地区。世界上半数以上 的人口和大中城市集中于海岸带地区，我国海岸带1 4 的面积就承载了4 0 的人口和占 全国6 0 以上g d p 产值。但是随着围垦、种养殖业、城市化的迅速发展，沿海生态环 境不断恶化，工农业生产带来了大量的污染物，海岸带湿地生态系统严重退化严重威胁着 海洋资源的可持续利用和沿海经济的可持续发展。因此，海岸带地区的湿地生态系统的保 护和合理利用关系到我国沿海地区经济社会的健康、持续发展。 盐城市地处中国东部沿海，古黄河入海口，有着独特的地域性特点，但遗憾的是未对 其进行系统的研究。因此有必要建立盐城滩涂湿地资源监测体系，掌握湿地动态变化，为 湿地的保护和利用提供科学依据。本研究选择盐城市丹项鹤国家珍禽自然保护区核心区及 缓冲区滩涂湿地作为研究区域，利用遥感和地理信息系统等空间技术对丹顶鹤生境进行动 态监测，有利于分析滩涂各类植被群落组成及不同土地利用类型空间分布特征、面积、演 替规律等，从而为丹项鹤生境保护及生物多样性保护、保护区的合理规划和可持续开发利 用提供科学依据。 物有机体得以生存所必需的生态因子。陆生动物在选择栖息地时，会选择离水源较近的生 境栖息，水分对动物生境选择起着不容质疑的作用。 ( 三) 食物 食物是动物生命物质和能量的来源。动物的分布与食物密切相关，食物的可利用性和 丰富程度决定某一生境可容纳物种类别和种群数量【3 引。单位面积可利用食物量有重要生 态学意义【3 4 】。根据最适捕食理论，动物倾向于选择能够提供充足食物的地方栖息【3 5 】，因 为在这样高产量的生境当中，动物具有高的事物摄取速度，这样就降低了他们可能暴露在 捕食者面前的时间，并且获得更多的时间进行其他活动。食物的季节性变化，还是引起动 物迁徙的重要原因。许多的研究都表明动物的生境选择决定于食物的利益性( p b a b i l 毋) 。 ( 四) 隐蔽物 动物对生境的需求随着时间的变化而改变，但是隐蔽物和食物可以被认为是影响动物 生境选择的最主要因子p 6 j 。隐蔽物主要满足动物行为方面需求，指的是生境中能提高动 物繁殖或者生存两者都能够得到提高的结构资源【3 7 】，这里的结构资源包括除营养因子以 外的其它一切生境因子。植被的种类组成、疏密、高低、地貌形态、土地利用方式等都可 以作为动物的隐蔽物特征。隐蔽物使动物可以顺利躲避捕食者。 1 2 动物生境选择研究进展 对动物生境选择进行开创性研究的要算生态学家d a v i dl k 。他在研究鸟类和环境之 间的关系时发现，鸟类能识别环境中的某些特征，并依据这些特征来主动选择生活环境。 如果没有这些特征，即使环境中包含动物所有必须的资源，它们也不能在这样的环境中生 活1 3 s j 。l a c k 的观点标志着生境选择概念的诞生，并推动了动物和环境之间相互关系的研 究例。在l 犹k 以后，各国学者在动物对生境选择方面做了大量的研究工作。s v a r d s 和 h i l d e n 分别提出了动物对生境选择的模式，即动物对生境选择分为两个过程；首先利用环 境的一般特征并在不同的环境中进行粗略的选择，然后在根据某些精细的特征来选择特定 的生存环境刚。h a r r i s 企图通过实验来验证动物对生境有主动选择的观点。他在研究拉布 多自足鼠( 心，d 叼僦船聊册记甜砌淞) 两个亚种对人工生境的选择时发现，受试动物喜欢选 择与其自然环境相似的人工环境，并推论拉布多白足鼠以视觉为线索选择生境【4 l 】。w k e r 曾试图确定早期的经验( 如学习) 在动物生境识别和选择中的作用，但他发现动物对生境 的识别和选择在很大程度上并不依赖于早期经验【4 2 】，然而日o p f e r 的研究结果却揭示褐斑 翅雀( 印切砌瑚黜盯玩口) 对生境的选择在一定程度上依赖于早期的经验【4 3 l 。w | e c k e r 比较 了不同基因结构的拉布多自足鼠对生境的选择模式，发现它们对生境选择模式是由基因所 决定的，而早期的学习行为又将加强选择 x 第二章研究区概况 2 1 保护区地理位置 江苏省盐城国家级珍禽自然保护区位于江苏省盐城市境内的沿海地带，地跨东台、大 丰、射阳、滨海和响水五县( 市) ；在北纬3 2 。3 6 5 0 ”一3 4 0 3 2 2 4 ”，东经11 9 0 4 7 3 5 ”一1 2 1 0 5 1 0 ” 之间。保护区南北长约2 0 0 k m ，东西最大宽度约2 0 k m ，总面积2 9 6 0 km 2 ，海岸线长约5 3 0k m 。 该保护区保护对象为湿地珍禽及淤长型海涂湿地生态系统，包括丹顶鹤、白头鹤、白 枕鹤、灰鹤、白鹳、黑鹳、黑脸琵鹭等，同时保护候鸟的迁徙通道，以及北亚热带边缘的 典型淤泥质平原海岸景观p 川。 ，一一、 、。己j j 、，。一、一厂 2 2 自然条件 1 t ? 徐州 、一一、- 、 一，一一 f ， 。，7 f 一一 。 ，c 、二 t ；i 目江 7 i e 苏 气 、7 一、 ，? 二tj 一 l ：。，： _ 二二 z 。， 。、 、 ，- ，o 一- ， ，多：，一7 、一一一，、。j，r f ：i 罐 图2 1 盐城国家级珍禽自然保护区区位图 f j g u r e 2 1t h ey a n c h e n gn a t u r er e s e r v es i t e 2 2 1 地质地貌 区内滩涂主要是1 1 2 8 1 8 5 5 年间黄河大量倾注入海的泥沙，以及海底的部分泥沙在 潮流等海洋动力作用下淤积而成的粉沙淤泥质滨海平原。1 8 5 5 年黄河北迁后，泥沙来源 骤减，致使射阳河以北开始侵蚀，射阳河以南仍在增长，保护区核心区滩涂仍以每年5 0 2 0 0m 不等的速度向海域延伸。 沿岸地貌为粉砂淤泥质海岸。分北部侵蚀和南部堆积两类。由射阳河口向北至灌河口， 岸线平直，潮问带海滩较窄，宽5 0 0 1 0 0 0m ，基粒粉砂质，高潮线附近有贝壳堤发育， 以废黄河口附近最小，向南和向北逐渐变大，在灌河地区，1 8 5 5 1 9 8 3 年海岸约后退7 6 k m ，废黄河三角洲约被大海吞没1 4 0 0m 2 的土地。由于海堤的建造，f 1 前海岸的后退基 本停止，受台风和风暴潮影响，海滩的下蚀仍在继续。 堆积的粉砂淤泥质海岸在射阳河口至新港岸段，岸线走向北西，沿岸辐射状沙洲较少。 沙洲脊之隔以1 0 2 0m 的深槽，沙脊为灰色细砂，砂量为8 0 。本段海岸是江苏海岸淤 7 种1 1 种，不确定种3 种。在b 硼st 0w 撒h 名录中，保护区内有易危种有2 2 种，濒危种 5 种，极危种1 种；接近受危种1 5 种。其中，保护区在丹顶鹤的保护上占有举足轻重的 地位，每年有占全世界野生种群一半左右的个体在此越冬。保护区内还有越冬和繁殖的黑 嘴鸥1 5 0 0 多只，是黑嘴鸥重要的越冬和繁殖地。保护区是继黑嘴鸥命名之后1 0 0 多年来 首次发现繁殖群的地方。另外保护区内有河麂( 局砌聊泐翩西) 2 0 0 0 只，是我国重 要的野生河麂种群。 2 3 人类活动概况 2 0 0 3 年保护区总人口为1 1 9 0 1 7 万人，其中非农业人口2 7 1 2 6 万人，占2 2 8 。保 护区内人口密度约为4 0 k l n z 。保护区内常住人口大多居住在实验区，少数居住在缓冲 区内，核心区内无居民。当地居民生产活动主要包括一下几类： 2 3 1 种植业 盐城地区由于受土壤含盐量的影响，种植业发展较晚。规模化的农垦开始于2 0 世纪初 期的张謇开办的垦殖事业。建国后农垦活动迅速发展。但在保护区研究区内，规模化的农 垦活动则在2 0 世纪8 0 年代以后才迅速发展起来。本区中种植结构为水旱并重，一年两熟， 主要作物有小麦、大麦、水稻、玉米、山芋等，以及经济作物薄荷、菊花、田菁、大豆、 棉花、油菜等，不同地区的种植结构多年来一直比较稳定，不同种植作物的种植面积会随 市场价格的上涨或下降有所波动，如近年来因棉花价格的不断上涨，有大量其它农业土地 被转作棉田。射阳、大丰、东台三县的大部分地区实行粮、棉、油夹套种制度，如麦一豆； 棉花、油菜一薄荷；麦稻等；麦棉豆一油；或者意杨一豆等套种制度。而斗龙垦区 实施“五种三收”耕作制度，分别种植棉花、玉米、麦子。 2 3 2 水产养殖业 因土地后备资源的多寡，保护区鱼塘面积也表现也自辐射沙洲向北减少的趋势。主要 的养殖品种有紫菜、文蛤、蛏、鲻鱼、对虾、甲鱼、鳗鱼、梭子蟹、淡水鱼、罗氏沼虾、 以及蟹苗、虾苗、鳗鱼苗等。 2 3 3 滩涂采集业 滩涂采集业是苏北沿海地区当地居民的重要经济活动之一，当地人称为“小取”或“赶 小海”。根据采集收获物的类型，可以将研究区内的采集业分为芦苇收割、茅草等干草收 割、小蟹采集、贝类采集、沙蚕采集和潮间带捕捞等六类。 2 3 4 盐业 灌东盐场、新滩盐场和射阳盐场是盐城的三个主要盐场，目前主要采用海水晒制法。 初级制盐业在生产过程中占用大量的土地用于纳潮、过水、晒制和堆放，既可以为鸟类提 供大量的食物和休息场所，也可以为鸟类繁殖和躲避提供隐蔽场所，因而是重要的鸟类生 境之一。目前多数大型盐场有食盐加工厂，并把部分盐场改为淡水养殖业。盐城市盐场 主要集中于射阳、滨海、响水三县，盐场总面积分别为1 7 6 7 万h m 2 、1 8 5 2 万h n l 2 、2 9 7 2 万h m 2 。 9 第三章基础研究方法及技术路线 3 1 生境信息提取 3 1 1 信息来源 本研究主要的数据来源有l 锄d s a tt m ( 2 0 0 4 年5 月2 3 日、2 0 0 6 年1 0 月3 日) 和l 锄d s a t e 1 m + ( 1 9 9 2 年5 月2 6 日) s p o t 4 一n ( 2 0 0 6 年1 0 月) 遥感影像数据；保护区土地利 用图；保护区l ：5 万地形图；使用g p s 野外调查采样数据；以及以往综合科考、种群调 查数据，保护区及丹顶鹤相关文本、图片数据。 3 1 2 生境因子信息提取 在土地利用图的基础上，对水分、食物、隐蔽物和人类干扰四个主要因子进行分类。 各生境因子的分类采用单要素提取法与合并法相结合。对于水分和隐蔽物，主要以归一化 水分指数( n d ) 和归一化植被指数( n d v i ) 进行分析，再综合考虑土地利用图进行 分类分级；对于干扰和食物主要采用在土地利用分类基础上进行分类分级。 ( 一) 干扰 干扰是对一鸟类的生理活动和行为产生直接影响的人类活动。根据保护区的实际情 况，将干扰分为四级( 表3 1 ) ，在这四级的标准上对土地利用图进行合并组合，得到两年 的保护区干扰生境因子分布图( 见附页图3 1 ) 表3 1 丹顶鹤生境干扰分级表 t a b l e 3 1t h eb l 蛐a i ld i s t u r b a i l c eg r a d e so f t l l er e d - c r o 、) i r l l e dc 瑚e ( 二) 水分 水是构成一般野生动物生境的主要因子，对丹顶鹤显得尤为重要。根据生境的的水分 状况，将水环境分为4 级( 表3 2 ) 。以前有报道将苇田深水区和浅水区的水深界限定在 2 0 c m 【5 4 1 ，本文认为该界限的深浅应由丹顶鹤所能涉水的最大深度来决定。丹顶鹤的跄陀 常超过2 5 c m ，因而本文将浅积水的界限定在3 0 c m 。 表3 2 丹顶鹤生境水分分级表 1 a b l e 3 2t h eh a b i t a tk l m i d i 够g r a d e so f 也er e d c r o w n e dc m e l o 垒j 宁蓉昆型羼绺鑫 幕黼髦鼋堡碧苦霉隔荸荽岔鲕盏砑黼距庄莉缒；引鞘i 烈羽剽削哪蓁骞鬣髫属薹可i 恩噔臻疆哔埋贺瑁瞅魑谊懒舞玟糯臻噜懒绷脚郾箕t 醐蛆瞰醣孙翳霎得嘤镊遒磊毒萄 型凄交i 羹蓠罂雾雾塑霾蒌墓鹗蹙骁艘藿蓁堕蠢嚣翳；鲑雾冀蓦鋈篷鐾嬲篷譬褊瑙；崩巍 薹呵囊；蓦羹| 量群猫孙群辩窿鄯鞋裂馨嗣燮黝浆燮鞭器i i 8 ；勃捌婴伊矧阿嚣凰医重跏蠹 囊雾；主擎斟。鬻增皑篓雪墓知掣叁秘妇鹌祝觚酗甄拍举替z 裘， 斋，沈矧萋嚯嚷埔泐秘濯嗡妪洌睡诧趼薹蹈l 麴既。锄堡薹；霉”为朗转躯酶鼐i 篙凄磊俪戽幕嗝洛悄琵嗽惯暖嘟提鸬谈i 丝耩；的隐蔽物预涨尉；嘣睇g 豫囊黼鞠酝剧茸滴腑僻葛黛窜霞；茎墨同口穷而羹摧 耋镭盈；御聪霎基蚕刻犁烈鞲i 薹羹薹登薹i 一筮二i 蓁箩一驯；薹 i 嵩 雾鋈薹雾嚣羹 拦薹i 囊i 牮耋i 留型鑫褥赫蠢酗剿薹l 崔l i 罐晦g 疆；够萎；妻! ! 鞫酾阀衍稚二瓣分冀蒂蠢| 蠢i 掣娶挈垒；酆i i 错；瑚鹫氢耋羹! 嚣垡出蒜磊弧i 震蹯耋奏e 鋈；i 嚣羹；。苎美望；藉篡 雹霎嗜巷il 琴纵裂星苎邕骄i 蛳骑镳 j ! j i 瑗茸b 封。 竦雾；耸名编髯墓琶戮鳟驶荔馨黜；斟鑫掌如缮耐；融百器醅蔬娄膀蔼懒。薹奏! ! ! ! 塞重量蚕霎蚕 稳篓雾丽藓 型雷茎叁霾带鹫雾垂i 幕蠢。霾雾餮羹曩囊垫l 器墅囊羹薹蓁羹霎篓雾萄冀羹薹 灞簿；露薹委玉土堡；西蓁薹静毖。嚣囊蠹j = = 垦雾攀袭基； | 囊| 塑；篡墨蠹露姜i 霎| | 耋攀五冀疆寨墓鼋瓣囊墅鋈碧绷；掣柏雾t l 薹蓁羹蓁 一羹雾盘雾 x 3 2 丹顶鹤生境选择 模型方法是研究野生动物栖息地的一个重要手段。通常，模型方法可以达到两个目的： 对于没有进行野外观测的区域进行物种分布的预测；对于某一区域再引进物种进行栖息地 的预测。本文研究丹顶鹤生境选择性采用的是李文军、王子健的运用主成分分析法，通过 l o g i s t i c 回归的方法对物种栖息地所建立的模型【5 5 1 ，该模型经验证正确预测率为 7 2 3 6 。通过该模型预测丹顶鹤栖息地分布及生境选择性。 第一、要确定影响丹顶鹤栖息地选择的变量因素； 第二、利用g i s 进行栅格化处理，将这些变量化成顺序变量或者类型变量； 第三、采用系统采样法，保证总体中每个个体被采集的机会相同，同时进行空间自相 关分析，降低自相关系数数值； 力伍，一x ) 伍j x7 ) i = 偿嘉垮阱州 式中，x i 和x i 分别是变量x 在空间i 和i 上的取值，式中，w i i 是相邻权重，当空间单元i 和j 相连接时，w i i 为l ，否则为o ；n 是空间单元总数；i 的取值从1 到+ l 。当i = o 时，代表 空间无关；i 取正值时正相关；i 取负值时为负相关。 第四、进行影响因素的显著性检验，确定相关变量。主要运用非参数检验、k o l i i l o g o r o v 双侧检验和比较两总体的卡方检验； 第五、运用主成分分析； 尸g = + 吃勤+ 屹嘞+ + 忍r 其中：p c 为主成分，x 为自变量，v 为主成分系数矩阵。 第六、选用l o g i s t i c 回归法对主成分进行回归建模，如下式： l o g 1 一b ) = + q 尸c 1 ，+ 口2 尸c 2 f + + 户g 式中，p i 为第i 个栅格上物种出现的概率，其值位于o 与1 之间，a i 为回归系数。 利用回归模型，可以估算出丹顶鹤栖息地的分布状况及选择性。 3 3 生境活力评价 3 3 1 丹顶鹤可利用食物量评价 盐城自然保护区保护对象主要是丹顶鹤，我们选择丹顶鹤可利用食物量作为生境活力 的主要指标。动物的分布与食物密切相关，食物的可利用性和丰富度决定某一生境可容纳 物种类别和种群的数量【5 6 1 ，单位面积可利用的食物量有重要的生态学意义f 5 7 。5 9 1 。根据最 适捕食理论，动物倾向于选择能够提供充足食物的地方栖息刚，因为在食物高产的生境 1 2 中，动物具有高的食物摄取速度，这样就降低了他们暴露在捕食者面前的时间，并获得了 更多的时间去进行其它的活动。食物的季节性变化，还是引起动物迁徙的重要原因之一。 许多的研究都表明动物的生境选择决定于可利用食物量【6 1 彤1 。 根据可利用食物量计算模型如下： c = 胁施 f l l c 为丹项鹤可利用食物量；i 为生境类型；s i 为生境类型i 的面积；h i 为生境类型i 的单位面积食物量；m i 为生境类型i 的利用程度。 3 3 2 生境植被生物量评价 生态类型的初级生产能力是生态系统最基本的功能，其功能的实现主要由绿色植物来 完成。而植被初级生产能力是衡量植被状况最重要的指标，不仅能体现出生物数量的多少， 而且还是生态系统的稳定程度的重要评价指标。因此，本文采用初级生产能力来评价湿地 健康程度。 大尺度水平上估算生态系统生物量主要有3 种方法：一是通过大规模的实地调查，取 得实测数据，建立生物量或相关变量的数据库，并估算区域生物量嗣；二是从已有的样地 数据或文献中获取不同植被的平均单位面积生物量，并与对应的面积相乘估算生物量【6 7 】； 三是利用已有的实地调查资料，建立环境因子( 温度、降水等) 或遥感参数为自变量、生物 量为因变量的回归模型，在此基础上推算生物量【6 引。本研究中的地上生物量估算采用第 二种方法。 3 4 技术路线 本研究主要使用野外调查和室内工作结合的方法。先对2 0 0 6 年1 m 影像进行非监督 分类，获取中间影像，使用g p s 进行野外调查。结合地形图、土地利用类型图对遥感影 像进行实地解译。内业工作主要使用g i s 和r s 软件进行，g i s 软件使用a r c g i s 9 o 、 删i e 、3 2 。r s 软件使用e i a si m a g e 9 1 ，除了使用专业遥感软件外，同时结合常用 的图像处理软件p h o t o s h o p 7 0 等。 首先参考研究区的l ：5 万地形图及其它相关资料，利用啪a si m a g i n e 遥感软 件对各时期的影像分别进行几何校正。利用a r c g i s 软件将保护区土地利用现状图边界 矢量化，对校正后的影像图进行掩模处理，切出各个时相影像的相同范围。对影像进行辐 射增强、光谱增强、空间增强处理。处理出来的影像进行非监督分类，建立分类模板，选 择训练样本对模板进行修改，利用修改后的模板进行监督分类，并进行分类精度评价。符 合精度要求的分类结果进行分类后处理，得到保护区三个时相的分类结果。再利用 e 砒) a sm a g 烈e 软件结合越汇g i s 对分类后的影像进行叠加分析，得到三个时相不同 地物生境类别的变化数据。在a r c m a p 中定义比例尺，加以适当的地图整饰，调整不同 类别的颜色以及变化类别的颜色，即可得到影像分类图以及类别变化图。技术路线图如下： 1 3 图3 1 技术路线图 f i 罂鹏3 - l p r o c e 豁 1 4 第四章数据来源及处理 4 1 数据来源 本研究应用g i s 和r s 技术，辅以g p s 野外调查数据，对丹顶鹤生境相关数据进行预 处理，确定研究区域及对三个不同时期遥感影像进行解译，绘制丹顶鹤生境图，对其进行 分析讨论，为后续进一步分析作好准备。 盐城国家级珍禽自然保护区生境图的绘制采用的是l 觚d s a t 刑( 2 0 0 4 年5 月2 3 日、 2 0 0 6 年1 0 月3 日) 和l a n d s a le t m + ( 1 9 9 2 年5 月2 6 日) 遥感影像作为影像数据源， 影像轨道为1 1 9 3 7 ，同时参考s p o t 4 p a n 影像数据，数据的具体特征见表4 _ l 。研究以 这4 景影像为主要数据源的原因是：影像获得时的传感器和太阳高度角一致，这些因素 对于影像分类精度有很大影响。2 0 0 4 年5 月的l a n d s a tt m 和l 卸d s a te 1 m + 影像在获 取时间上相近，可以消除植被季相变化对分类的影响。而2 0 0 6 年1 0 月份的影像能很好 的提取盐地碱蓬群落信息。影像分类时采用的是e 1 m + 的多光谱影像，它与t m 影像 具有相同的空间分辨率，分类影像叠加时不会因为分辨率不同而增加误差。利用s p o t 影像作为参考，季相相近，s p o t 影像全色波段的分辨率可以达到5 m ，可以辅助分类。 本研究以自然保护区核心区作为研究对象，这几景影像可以满足空间上的要求，也是可 以获得的最佳影像。 表4 1遥感影像数据来源及其参数表 t a b l e 4 - l1 1 1 es 伽眦e 锄dp a 删f n 酏e ro f l l e m o t es e l l s i l l gi m a g e s 除此之外，本研究还用到以下数据： 保护区土地利用现状图； 保护区1 ：5 万地形图； 使用g p s 野外调查采样数据。 其它历史数据，包括以往综合科考、种群调查数据，保护区及丹顶鹤相关文本、图片数 据。 4 2 图像解译 4 2 1 数据预处理 数据的预处理主要是对研究区内的聊和e + 遥感影像数据进行导入( i i i 唧硪) 、 几何精校正( g e 锄e 仃i cc r e c 6 ) 、配准( r e g i s t r a l i o n ) 和剪裁( s u b s e t ) 等处理。为影 1 5 口毋。国镘+ p 菇矿习p 猫r 习貊_ ；*oz*=z；=j；*z“；“o#“；=；=；i；_-“；“o4k；*z“自zmo；tg#；oo*zl#；*=；oj=*；“=；=#z4#=；t=o二；二二-“；一一 猫一，。，一，一，。，。，。一，一，一，二要嬲，2 竺缝，竺黧璺要，一，。，。， ，。 图4 2 1 研究区典型生境光谱剖面分析图 f i g u r e4 2 1s p e c t r u ma n a l y s i so f 够p i c a lc o 舢1 1 u n i t i e s 表4 3 各波段相关性 t 铀l e 4 3t h ec o r r e l a t i o no fw a v eb a n d 从波段相关系数得知( 表4 3 ) ，t m l ，t m 2 ，t m 3 波段相关性大，t m 5 与t m 7 相关 性大，1 m 5 与t m 4 波段相关性也比较大。t m l ，t m 2 ，t m 3 处于可见光区，t m 3 波段不 仅反映了植物叶绿素的信息，而且在秋季植物变色期，还反映出叶红素、叶黄素等色素信 息，在遥感信息上，能使不同类型的植被在色彩上出现差异，有利于湿地植被类型的识别。 t m 4 为近红外区，对植物叶绿素的差异表现出较强的敏感性。t m 5 ，t m 7 为中红外区， 水在波段5 ，7 上反映最为敏感，具有识别植被和土壤湿度的能力，而且影响湿地分布的主 要因素是水。但是t m 5 波段与t m 4 波段相关性较大，因此第7 波段是用来辨别湿地的最 佳波段。综合上述原因，本次研究选取的是t m e t m 的7 ，4 ，3 波段组合。 4 2 3 影像融合处理 由于e t m 数据包含多光谱波段和全色数据，全色影像具有1 5 m 的较高空间分辨率， 多光谱影像的信息丰富，全色影像和多光谱影像融合，可提高多光谱影像的空间分辨率。 s p o t 4 全色影像分辨率为1 0 m ，由于此影像和2 0 0 6 年1 0 月的t m 影像拍摄时间相近， 潮位相当，可以用于融合，增强t m 影像的空间分辨率。 本次研究首先采用p c a 、b r o v e y 、k t 、乘积法四种影像融合法进行了融合试验，最 图4 1 原e t m 一7 4 3 图像图4 2 主成分变换法融合图像 扛j - 廿：y ! j n 也：扣 t r 和 lo 銎0 酋矽3 ；：+ 气k& 舍 算 图4 3k t 变换融合后图像图4 4 乘积融合法融合图像 1 8 谱特征，建立相应的影像解译标志。通过g p s 接收仪野外跟踪考察，并结合研究所用影 像的特征，建立了保护区核心区生境类型的影像解译标志，见表钳。 表4 _ 4 主要生境类型影像的解译标志 1 i a b l e 4 - 4t l l ei m a g ei i l t e r p r e t a t i o ns 咖o f t ) ，p i c a lh a b i t a t s 4 2 5 生境图绘制 图像分类是给人工目视解译提供定量信息。其理论依据是：遥感图像中同类地物在相 同条件下( 纹理、地形、光谱) ，应用有相同或相似的光谱信息特征和空间信息特征，从 而在影像空间上同类地物表现出某种内在的相似性。 常规的遥感图像分类主要有两种方法一监督分类和非监督分类。另外还有一种就是在 近年兴起的基于专家知识的分类。由于专家分类要建立知识库，并要根据所拥有的数据资 料定义支持假设规则、条件和变量。本研究由于条件有限因而没有采用。在研究过程中， 初期采用非监督分类，其主要目的是熟悉保护区核心区的植被特征和影像特征，为野外考 察以及后来所要进行的监督分类做准备。在采集丹顶鹤生境植被时采用监督分类。 e r i ) a si m a g i n e 的监督分类是基于分类模板来进行的，每一种分类判别规则都要 输入模板属性。本研究根据分类体系以及图像空间特征采用a o i 工具采集分类模板信息。 训练样本的选择是一个反复的过程。要生成能教好的代表所要提取类型的模板，多次选择， 且选择典型性的和有一定数量的样本。在样本选择结束后进行模板的评价。 本研究采用非监督分类与监督分类相结合的方法对影像进行分类，得到的分类结果 较好，但是由于混合像元、同物异谱现象以及其它不确定因素的影响，对分类结果进行进 一步的后处理，主要包括聚类、去除处理和人工修改。首先利用e r 工) a s 软件的聚类功 能( c l u m p ) 对分类过后的遥感影像进行聚类统计，产生聚类图像，再利用去除分析 ( e l i l i l i n a t e ) 去除c l u m p 聚类图像中面积小于2 个像元的小图斑并把它们合并到相邻最 大的分类中。之后，根据地形图、土地利用现状图等对影像中明显误分的地类进行修改。 最后将图像中各地类面积进行统计分析。 除植被信息外还有其它信息，生境其它信息比如：河流、道路等。这类信息通过对现 有的数字化地图进行处理获得。 4 3 丹顶鹤各类生境面积统计 4 3 1 生境类型划分 ( 1 ) 盐地碱蓬滩( 跏p 妇觚妇p a l l ) 盐地碱蓬是滩涂的主要组成部分，盐地碱蓬群落是滨海盐生植被演替的中间类型，盐 篙呈暗红色，低矮地伏于地面。大部分盐地碱蓬地位于保护区的中部和南部，在海堤外侧， 由于土壤中的盐分含量较高，不便开垦而未被围垦。盐地碱蓬滩中其它植物有翅碱蓬 ( & 胱妇加加缈脚、灰绿碱蓬 獬幽g 肠甜咖，少量樟毛草似p 砌叩螂z f 泐m 昆譬1 ，诫j 切p 珊神、 大穗结缕草、扁秆镰草( 勋卸甜戈册记砌括) ，糙叶苔草等耐盐物种。随着滩涂的淤积，海岸 线向外扩展，滩面升高逐渐远离海水，土壤中的盐分含量也降低，盐篙群落发生演替最终 被樟毛等植被替代。 ( 2 ) 禾草滩( g r 舔sl 锄d ) 禾草滩是盐土植物群落演替的项极，物种的种类和数量都十分丰富。在低洼地和河口， 优势物种为沼生植物，如荆三棱( 跆以珊即船阳) 、扁秆镰草和糙叶苔草( c i 口，绷，渊6 咖蚴 等：在较干燥的滩涂，优势物种为璋毛、大穗结缕草伽砌耽7 c r d j ，细c 纫，d ) 、白茅 ( 砌矽阳蛔秒，加办记曰阳，：袱咖，) 等。禾草滩是丹项鹤最重要的栖息地，但受到人类活动的干 扰不小。冬季附近群众在禾草滩上收割茅草，春季则因拣石磺或挖沙蚕而放火烧荒，另有 部分禾草滩被围垦变为耕地1 6 9 】。 ( 3 ) 芦苇滩( 砌嗍矽泐口材，棚，f 譬愉) 芦苇滩包括自然生长的芦苇( 鼢嘲渺讹d m 肌溯砩群落和人工种植的芦苇基地。芦苇 滩地多分布于河口、洼地等水源充足处。人工芦苇与天然湿地芦苇群落相似，但人工的面 积大，其中的生物种类较单一。它是由人工围垦滩涂、灌溉并种植少量芦苇后繁衍而成的。 自然生长的稀疏芦苇高度约1 2 米，是丹顶鹤良好的隐蔽物；但过高过密的芦苇丛反而会 阻挡丹顶鹤的视线，不利于安全，不会吸引它们到其中停留。芦苇是造纸原料，是保护区 及周边地区重要的经济作物。冬季当地居民会一片一片地收割芦苇，收割之后滩面暴露出 2 i 来，为丹项鹤活动觅食提供了方便。 ( 4 ) 盐田( s a l t f i e l d ) 由人工匡围而成，属于人工湿地，大部分位于保护区北部，总面积很大，生产采用 滩晒法，通过阳光曝晒作用将海水逐渐浓缩。海水首先引入大水库( 扬水滩) 中，再依次进 入初级盐田、次级盐田、成盐池，最后产出食盐。扬水滩中的水直接引自海中，其水质、 生物量及生物种类与附近海水相似，盐分浓度较低，水生生物较丰富，比较适合丹顶鹤栖 息取食。随着盐田中海水逐渐浓缩，水中盐度增大，食物量减少，对丹顶鹤的适宜程度也 渐渐下降。扬水滩面积大，一般在2 0 6 0 0 h m 2 ，水深小于1 1 5 米，人类活动对其中的干扰较 小。冬季盐场停业，每年都有丹项鹤在其中栖息。扬水滩中主要植物为川蔓藻、眼子菜， 盐度低时有淡水植物扁秆蔗草、芦苇生长，成为半咸淡水水塘l 硎。 ( 5 ) 水产养殖塘( a q u i c u l t u r ep o n d ) 是一种人工土地利用类型，既改造了盐土又发展了经济。养殖塘生产期水深1 米多， 深沟处养鱼虾，周围浅滩处栽种芦苇，因而又称苇鱼塘。其修筑多用推土机在盐土上推出 一片凹地，将推出的泥土就地堆在四周筑堤围拢，再引入淡水。按管理方式，水产养殖塘 可分为粗放和精细两类粗放养塘面积较大，可达2 0 0h i n 2 ，主要靠天然的芦苇、茅草等植 物作食饵，补充少量人工饲料，鱼类生长缓慢，经济效益较低；精养塘面积小( 小于2h m 2 ) ， 以人工投喂的饲料为主，水产品生长较快，经济效益高【7 。丹顶鹤一般不去深水鱼塘， 但冬季收获捕捞时，渔民将养殖塘中的水放浅，无形中为水鸟取食水生生物带来了便利。 在干早期，养殖塘还可为丹顶鹤提供水源。 ( 6 ) 互花米草滩( 勋舭口抛m 撕l ) 互花米草滩以互花米草为优势物种，其中有极少量大米草。互花米草为禾本科多年生 草本植物，高约1 5 m ，根系相当发达，草籽可随海潮四处飘流，迅速蔓延。互花米草是 一种滩涂草本植物，原产于美国东海岸，1 9 7 9 年被引入我国进行研究和开发；由于它具 有耐盐碱、耐潮汐淹没、繁殖力强、根系发达等特点，一度被认为是保滩护堤、促淤造陆 的最佳植物；但在调查中，我们发现，由于互花米草的过度生长，使得沿海滩涂上原有的 植物难以继续生长，许多滩涂上的动物的数量也相继减少甚至消失，导致呈现物种的单一 性，严重破坏了沿海滩涂的生态环境，互花米草的疯长还使得当地水产养殖业遭受重大损 失；目前，互花米草在我国尚未发现有天敌，其生长几乎是在不受控制的状态中。 ( 7 ) 旱地( f a n i l l 觚d ) 早地多位于保护区的缓冲区与过渡区，海堤内外都有农田。农民将盐分含量低的土地 围垦，种植棉花、小麦、大麦、大豆、油菜等作物。秋天稻田收割后残留的稻谷成为丹顶 鹤的食物，每年都有为数不少的丹顶鹤在稻田中觅食。由于棉花的经济价值更大，当地人 可能把稻田改种棉花等经济作物。 ( 8 ) 水田 水田包括水稻田及低洼的冬麦田，主要分布在射阳县芦苇公司内。人们在秋季收获 作业过程中，常常散落稻粒，并在进入冬季后，生产活动陆续停止，这一空闲区域，便成 为丹顶鹤的重要分布区之一。短期内常有丹项鹤在此集群觅食。 ( 9 ) 泥滩 表4 。61 9 9 2 2 0 0 6 年度土地利用覆被变化 i 弱l 醛6 毛 月二c 蠡| o ml9 9 2t o2 0 0 6 第五章生境因子变化分析 随着人类社会的发展，区域丹项鹤生境正面临着减少、衰退以及破碎化的威胁。一 个物种是否需要进行保护，取决于该物种可利用的生境状况、个体的行为与种群动态状况 1 7 ，定性或定量地了解丹项鹤生境的性质，对丹顶鹤保护具有深刻的影响【7 2 1 。近几年来， 对鸟类生境选择的研究逐渐成为鸟类保护生物学研究的一个重要的领域而引起世界各国 科学家的广泛关注【7 y 瑁】。对生境的研究是生境选择研究的一个重要的组成部分。本文从动 物角度出发，将生境因子分为水、食物、隐蔽物和干扰【7 粥3 】四种，分析它们变化的成因和 影响。生境因子变化首先引起地区生境类型的变化进而对动物生境选择产生影响。及时了 解生境因子变化的信息及对其进行分析研究，对于探索生境丧失、退化的原因，有针对性 的保护物种多样性具有重要的意义。 5 1 现状分析 5 1 1 保护区生境破碎化 上世纪八十年代前期，丹顶鹤在滩涂的分布比较均匀( u i l i 细m 1 ) ，从南到北都有散布。 而后栖息地的减少，丹顶鹤的分布地域也在收缩，越来越集中于几个点，成为岛屿状。保 护区缓冲区和实验区的滩涂每年都在从事农业生产，不可避免地给丹顶鹤栖息带来干扰， 在人类活动较频繁的滩涂上己没有丹顶鹤分布。近1 5 年来，一些地区的生境发生了巨变， 已不再适合丹顶鹤生存，其栖息地范围大大缩小，生境逐渐破碎化( 脚e n t 撕o n ) 。生境 破碎将广泛分布的种群分割成多个亚种群，每个亚种群被局限在一定地域内，使其衰落或 绝灭的可能性更大。破碎后的全境片段难以维持大的种群长期生存。 近年，绝大部分丹顶鹤分布在射阳县黄沙港与东台市东台河之间的区域，面积约。 1 0 8 9 8k 秆，其中4 0 6 9k m 2 不是原生湿地。此区域的边缘地带和人类活动频繁的地方还不 会分布丹顶鹤，所以真正可供栖息的面积已不足1 0 0 0 k m ? 【蚓。核心区及南北两端历年是 鹤数最多的地区，最大集群有4 0 0 多只；其次集中在7 个地段：响水的灌东盐场，射阳的 大弯龙芦苇公司、崇家港，大丰的四卯酉、竹( 港) 川( 东港) ，东台的蹲门( 东台河口) 、八里 ( 新曹) 。这些地区的共同特点是：靠近出海口，水资源较丰富；食物充足：有芦苇、禾草 湿地可供夜间栖息。良好的水质、丰富的食物、安全的环境是必备因素【8 5 1 。目前7 0 左 右的丹项鹤在核心区及附近约2 0 0 姘的范围内活动，此区域仅占保护区总面积的 4 4 【3 6 j 。 响水县位于灌河入海处，滩涂面积占全县的l 4 ，有3 道海堤和8 条港河贯穿其中， 有1 3 个扬水滩( 浅水库) ，其余都是盐田。老海堤外除扬水滩中有稀疏碱蓬，无任何植物； 堤内是国营黄海农场，残存有禾草滩约l 万亩，生长芦苇和碱蓬。丹顶鹤的分布也限于人 类活动较少的滩涂地带，以及部分人工、半人工湿地。根据丹项鹤的足迹分析其活动规律： 盐度大于3 度的盐田中食物少，鹤群足迹少；盐田中食物越多，贝壳密度和小洞数量越大， 足迹密度也大；水浅的地方，如地势高的干滩浅滩，鹤群足迹多；越冬期正是盐场停工期， 观察8 9 天无人群活动，使丹项鹤的安全有保障【弘9 0 j 。响水县三圩港至今每年一直有鹤群 越冬，分布较稳定。保护区北部其它栖息点的丹顶鹤时隐时现，滨海县己无丹顶鹤。 5 1 2 人工湿地和半原生湿地丹顶鹤数量比例增加 人工湿地指海堤内的盐田、养殖塘、人工苇田等，水面开阔，水盐分布受人控制，冬 季停业期人为干扰小。规模大的盐场有淮北盐务局所属的灌东、新滩、射阳三个分场，乡 办盐场在响水、滨海、射麟和大丰县【9 l 】。在八十年代以前，保护区的滩涂基本未开发， 仍保持原始状态，丹顶鹤的生境以原生湿地为主。随着人们一年年对滩涂的开发垦殖，原 生湿地生态系统转变为农田、养殖塘等人工湿地。盐田、芦苇基地等生境基本保持了湿地 生态系统的特点，部分丹顶鹤仍在其间活动，成为丹顶鹤新的栖息环境。1 9 8 2 年在人工 湿地( 海堤内处于人工干预下的盐田、水产养殖塘、苇鱼塘、苇草基地等) 和半原生湿地( 堤 内围而未垦的荒地) 中栖息的丹顶鹤仅占总数的3 9 ，到1 9 8 8 年这一数字增加到5 2 9 阱j 。 进入九十年代以来，丹顶鹤在原生湿地上的数量继续减少。1 9 9 9 年冬季，在人工湿地栖 息丹顶鹤数量约占总数的7 6 4 ，而原生湿地上鹤数仅占2 3 6 。目前原生湿地的丹顶鹤 主要栖息于禾草滩、碱蓬滩、泥滩，而芦苇滩生境受人类活动影响己基本上成为人工或半 人工湿地【9 3 1 。 5 2 生境因子结构变化分析 通过研究年份以来的面积的变化对各生境因子结构变化进行分析。利用觚g i s 的 u l l i 命令对3 个时相的生境因子图两两进行空间叠加分析和计算，经过e x c e l 处理后， 获得相应的属性数据，建立转移矩阵，分析区域生境因子的变化过程。 从3 个时相的总面积来看，呈现减少趋势，与实际情况不符合。造成与实际不符的原 因主要是三个时相遥感影像拍摄时间不同，潮位高低相异。2 0 0 2 年与2 0 0 6 年生境变化不 大，生境因子结构变化不明显，因此生境结构变化分析主要采用1 9 9 2 年和2 0 0 6 年遥感数 据。 5 2 1 干扰加重 1 5 年来，保护区干扰呈现加重趋势。轻干扰和无干扰的面积变化最大( 见图5 1 ) ，其 中轻干扰地区面积明显增大，1 5 年内增加了1 1 1 5 h m 2 ，这是因为作为养殖塘、农田、人 工苇场等这些农业集约化生产区面积不断扩大造成的；无干扰地区面积共减少了 2 4 7 1 h m 2 ，表明开发活动主要集中在无人为干扰的植被覆盖区及滩涂区。 随着互花米草引种于保护区沿岸，促淤效果非常显著，导致滩面迅速提升从而降低了 滩涂海水淹没频次，使得土壤盐分日益降低而被人类围垦为耕地或者开挖成养殖塘。 搠铹 一 黝 。：；臻 5 2 2 深水面积增多、 躅例 一 糊 j 谚l 恐o 托强糍 图5 一l 生境干扰等级图 f i g u r e 5 - 1 t h eh u m a nd i s t u r b a n c eg r a d e s 浅水面积减少 辫蜊 _ 獭 图5 2 生境水分等级图 f i