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东北红豆杉生境适宜性评价

陈杰 龙婷 杨蓝 王寅 徐超 李景文

陈杰, 龙婷, 杨蓝, 王寅, 徐超, 李景文. 东北红豆杉生境适宜性评价[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(4): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180408
引用本文: 陈杰, 龙婷, 杨蓝, 王寅, 徐超, 李景文. 东北红豆杉生境适宜性评价[J]. 北京林业大学学报, 2019, 41(4): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180408
Chen Jie, Long Ting, Yang Lan, Wang Yin, Xu Chao, Li Jingwen. Habitat suitability assessment of Taxus cuspidate[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(4): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180408
Citation: Chen Jie, Long Ting, Yang Lan, Wang Yin, Xu Chao, Li Jingwen. Habitat suitability assessment of Taxus cuspidate[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2019, 41(4): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180408

东北红豆杉生境适宜性评价

doi: 10.13332/j.1000-1522.20180408
基金项目: 国家重点研发计划项目(2016YFC0503106)
详细信息
    作者简介:

    陈杰。主要研究方向:保护与恢复生态。Email:454565507@qq.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    责任作者:

    李景文,博士,教授。主要研究方向:生物多样性。Email:lijingwen@bjfu.edu.cn 地址:同上

  • 中图分类号: S718.54; S791.49

Habitat suitability assessment of Taxus cuspidate

  • 摘要: 目的生境适宜性评价研究对于物种的保护和管理具有重要意义。过去物种分布研究仅限于模型使用没有提出明确的评价方法,而传统生境质量评价依赖于经验评分而易造成主观偏差。本文利用模糊数学方法结合生境适宜性指数(Habitat suitability index,HSI)模型研究国家一级保护植物东北红豆杉的生境适宜性与环境因子间的响应关系,以期为东北红豆杉物种保护提供理论依据。方法以物种个体多度作为生境适宜性指示因子,使用模糊数学构建单因子评价函数,通过HSI模型计算生境适宜性指数并绘制生境适宜性空间分布图。结果气候评价因子按熵信息重要性排序为最小月降水量 > 年平均温 > 夏季平均温 > 平均温度日较差;地形评价因子重要性排序为坡向 > 坡位 > 坡度 > 海拔。模型评价检验结果准确率为65%,受试者工作特征曲线下面积为0.7。模型预测显示东北红豆杉分布区面积狭小且破碎化严重,生境斑块面积多在1.39 ~ 2.78 km2;高适生区集中分布于吉林省东部、黑龙江省东南部,面积约为41 300 km2;低适生区集中分布于吉林省东南部,面积约为62 800 km2结论利用模糊数学结合HSI模型研究环境变量与东北红豆杉多度间关系,可用于评价生境适宜性。模型预测结果一定程度地反映了物种高、低生境适宜区的空间格局,可为制定物种保护策略提供科学依据。

     

  • 图  1  环境因子生境适宜性响应曲线

              Si表示生境适宜性指数,取值0 ~ 1。Si represents habitat suitability index varing from 0 to 1.

    Figure  1.  Habitat suitability response curves of environmental factors

    表  1  东北红豆杉调查样地概况

    Table  1.   Survey on the investigation spots of Taxus cuspidata

    调查地点
    Survey point
    样地数
    Sample plot number
    经度
    Longitude (E)
    纬度
    Latitude (N)
    海拔
    Elevation/m
    优势乔木
    Dominant tree
    汪清荒沟林场
    Huanggou Forest Farm in Wangqing
    3 130°19′48″ 43°18′36″ 870 ~ 890 东北红豆杉 Taxus cuspidata
    鱼鳞云杉 Picea jezoensis
    汪清杜荒子林场
    Duhuangzi Forest Farm in Wangqing
    10 130°36′36″ 43°12′00″ 830 ~ 950 鱼鳞云杉 Picea jezoensis
    硕桦 Betula costata
    汪清金沟岭林场
    Jingouling Forest Farm in Wangqing
    3 130°10′48″ 43°23′24″ 760 ~ 790 臭冷杉 Abies nephrolepis
    红松 Pinus koraiensis
    汪清南沟林场
    Nangou Forest Farm in Wangqing
    3 129°15′00″ 43°40′12″ 640 ~ 650 臭冷杉 Abies nephrolepis
    紫椴 Tilia amurensis
    穆棱和平林场
    Heping Forest Farm in Muling
    6 130°04′48″ 43°57′36″ 740 ~ 790 紫椴 Tilia amurensis
    东北红豆杉 Taxus cuspidata
    穆棱双宁林场
    Shuangning Forest Farm in Muling
    3 130°05′24″ 44°08′59″ 750 ~ 760 五角枫 Acer mono
    硕桦 Betula costata
    穆棱龙爪沟林场
    Longzhuagou Forest Farm in Muling
    3 130°14′24″ 43°57′00″ 760 ~ 800 东北红豆杉 Taxus cuspidata
    紫椴 Tilia amurensis
    珲春马滴达林场
    Madida Forest Farm in Hunchun
    4 130°41′23″ 43°09′35″ 550 ~ 570 鱼鳞云杉 Picea jezoensis
    臭冷杉 Abies nephrolepis
    珲春大荒沟景区
    Dahuanggou Scenic Area in Hunchun
    3 130°22′47″ 43°14′24″ 620 ~ 640 紫椴 Tilia amurensis
    臭冷杉 Abies nephrolepis
    和龙荒沟林场
    Huanggou Forest Farm in Helong
    7 128°40′11″ 42°24′35″ 870 ~ 970 鱼鳞云杉 Picea jezoensis
    紫椴 Tilia amurensis
    江源三岔子林场
    Sanchazi Forest Farm in Jiangyuan
    3 126°23′24″ 42°07′48″ 740 ~ 750 臭冷杉 Abies nephrolepis
    蒙古栎 Quercus mongolica
    浑江三道沟林场
    Sandaogou Forest Farm in Hunjiang
    3 126°27′00″ 41°38′00″ 1 060 ~ 1 070 臭冷杉 Abies nephrolepis
    紫椴 Tilia amurensis
    临江八里沟子
    Baligouzi in Linjiang
    3 126°42′35″ 41°52′11″ 830 ~ 880 硕桦 Betula costata
    紫椴 Tilia amurensis
    抚顺老秃顶子保护区
    Laotudingzi Reserve in Fushun
    3 124°51′35″ 41°20′24″ 870 ~ 880 斑叶稠李 Padus maackii
    紫椴 Tilia amurensis
    宽甸白石砬子保护区
    Baishilazi Reserve in Kuandian
    3 124°47′24″ 40°54′35″ 860 ~ 870 紫椴 Tilia amurensis
    裂叶榆 Ulmus laciniata
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    表  2  环境变量特征选择

    Table  2.   Feature selection results of environmental factors

    环境因素
    Environmental factor
    相关变量
    Correlated variable |r| ≥ 0.8
    评价因子
    Evaluation factor
    气候因素
    Climatic factor
    旱季降水量 Precipitation of the dry quarter (PDQ),雨季降水量 Precipitation of the rainy season (PWQ),最小月降水量 Precipitation of the driest month (PDM),最大月降水量 Precipitation of the wettest month (PWM),年降水量 Annual precipitation (AP),降水季节性 Precipitation seasonality (PS),夏季平均温 Mean temperature of summer (MTS),暖月最高气温 Max. temperature of the warm month (MTWM),冬季平均温 Mean temperature of winter (MTW),冷月最低气温 Min. temperature of the cold month (MTCM),年平均温 Annual mean temperature (AMT),气温年较差 Annual temperature range (TAR),温度季节性 Temperature seasonality (TS),平均温度日较差 Mean diurnal temperature range (MDR)      PDM
         MTS
         AMT
         MDR
    地形因素
    Terrain factor
    海拔 Elevation (E)      E
    坡向 Slope aspect (A)      A
    坡位 Slope position (P)      P
    坡度 Slope degree (S)      S
    注:r为Spearman秩相关性系数。Note: r indicates Spearman’s rank correlation coefficient.
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    表  3  评价因子隶属函数

    Table  3.   Membership function of evaluation factors

    评价因子
    Evaluation factor
    函数形式
    Functional form
    隶属函数
    Membership function
    PDM 高斯型 Gaussian   $\scriptstyle y \; = \; {{\rm{e}}^{ - {{\left( {\left( {x \; -\; 4.83} \right)/2.85} \right)}^2}}}$
    MTS 高斯型 Gaussian   $\scriptstyle y \; = \; {{\rm{e}}^{ - {{\left( {\left( {x \; -\; 17.3} \right)/1} \right)}^2}}}$
    AMT 高斯型 Gaussian   $\scriptstyle y \; = \; {{\rm{e}}^{ - {{\left( {\left( {x \; -\; 2.69} \right)/0.87} \right)}^2}}}$
    MDR 高斯型 Gaussian   $\scriptstyle y \; = \; {{\rm{e}}^{ - {{\left( {\left( {x \; -\; 11.51} \right)/0.57} \right)}^2}}}$
    E 高斯型 Gaussian   $\scriptstyle y \; = \; {{\rm{e}}^{ - {{\left( {\left( {x \; -\; 807.76} \right)/124.9} \right)}^2}}}$
    S 高斯型 Gaussian   $\scriptstyle y \; = \; {{\rm{e}}^{ - {{\left( {\left( {x \; -\; 16.89} \right)/6.68} \right)}^2}}}$
    A 阶梯型 Stagewise   $\scriptstyle {y \; = \; - 0.005 \; 6x \; +\; 1}$
    P 阶梯型 Stagewise   $\scriptstyle {y \; = \; - 0.15x \; + \; 1.15}$
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    表  4  评价因子熵信息重要性

    Table  4.   Importance of entropy information for variables

    环境因素
    Environmental factor
    评价因子
    Evaluation factor
    重要性系数
    Importance coefficient/%
    气候因素
    Climatic factor
    PDM 20.75
    MTS 0.19
    AMT 6.22
    MDR 0.14
    地形因素
    Terrain factor
    E 1.52
    A 43.64
    P 16.19
    S 11.35
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    表  5  各省东北红豆杉不同适宜区面积

    Table  5.   Area of different suitable regions for Taxus cuspidata in different provinces

    10 4 km2
    地区
    Region
    不适宜区
    Unsuitable area
    低适宜区
    Lowly
    suitable area
    高适宜区
    Highly
    suitable area
    黑龙江
    Heilongjiang Province
    45.26 1.29 0.75
    吉林
    Jilin Province
    10.41 4.95 3.38
    辽宁
    Liaoning Province
    14.55 0.04 < 0.01
    总计
    Total
    70.22 6.28 4.13
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-10
  • 修回日期:  2019-01-17
  • 刊出日期:  2019-04-01

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