GIS技术在野生动物生境的研究应用
    GIS的特性及对野生动物生境研究产生的影响近年来,生物多样性的研究和保护已在多层次、多水平上展开,其中对野生动物生境的保护和研究是非常重要的一方面.生境(habitat)一词首先由美国的Grinnel于1917年提出,指的是生物的居住场所,即生物个体、种或落能在其中完成生命过程的空间.自然界的生物都有它特定的生活环境,都有各自要求的适宜的环境条件.由于生物种类繁多,生物和环境、生物和生物之间的关系错综复杂,因此,野生动物生境的保护涉及到许多与时间动态及空间格局相关的问题.传统动物生态学和动物地理学的研究手段常为如何利用空间属性和时间坐标来收集信息的问题所困扰,而且在收集具有时空属性特征的数据以及在分析、解释和表达结果的手段和方法上都存在很大的局限性,很难适应野生动物生境研究的新形势,而GIS技术恰好能满足这些研究的需要.
1 GIS的特性和应用功能
GIS是在计算机软件和硬件支持下，应用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。GIS管理的数据可以分为空间数据和属性数据。空间数据是用模拟与数字化的形式体现的地图数据，主要
是用来定义形状、位置和空间关系等地理特征。对这类数据的管理是GIS与其它数据系统的主要区别。属性数据主要用于定义空间数据所代表的内容，如植被类型、高度、所有权和单位面积产量等。GIS通过大量的专用函数综合分析这两组数据，以此来进行特定的操作，包括测量、坐标转换、对象生成和网络分析等等。另外GIS技术的一个基本要点在于它可以在二维或三维空间内将不同的地理对象相互之间进行拓扑连接。拓扑关系是精确定义空间关系的一个数学过程。建立拓扑关系的结果使得在GIS数据库中，可以分析的不仅仅是对象本身的地理位置和数据属性，而且是它们之间的空间关系和连通性。因此，过去看上去不能经济有效地解决的问题变得可以解决，以前大多使用的是零或一维的一般模型，现在则可以使用带有特定数据的二维、三维模型来解决物种分布格局问题。总之，GIS技术的引入，使研究水平和规都有了较大的提高，为野生动物空间分布格局的研究提供了一个新的途径。本文简要介绍结合GIS技术研究动物空间分布格局的优势，以及GIS在动物生态学领域的应用现状和前景。
2 结合GIS技术研究动物空间分布格局的优势
绘制动物空间分布图、确定物种丰富度以及预测动物分布区是研究动物空间分布格局最基本
的内容。而GIS最突出的功能之一是综合分析空间和属性数据，包括分类、提取、测量、图形处理、分层、叠加、地形分析、统计分析和决策支持等。它将现实世界转化为信息世界，在计算机支持下，实现对各种数据信息进行精确而快速的综合处理与分析。正是GIS的这些特性，使得GIS技术逐渐成为动物空间分布格局研究中最有力的现代技术。
2．1 基于GIS进行种动态的空间分析
GIS可以自动绘制动物的分布图和确定物种的丰富度。按采集记录动物的地理位置、生境、海拔高度、经纬度进行编码的GIS数据库管理系统可以对物种分布的数据随时进行提取和修改，能及时体现物种分布的动态变化，并能迅速、准确地自动绘制出物种分布图，还可以任意叠加处理，迅速得到物种丰富度信息。显示物种分布图是种空间分析中最常用的方法之一，也是最直观、最方便的方法。不同地区的种之所以出现数量上的差异，在宏观的角度看首先是由于空间异质性，或者说是由于地理位置的差异，这是因为位置不仅仅表示具体的经纬度值，它还代表着不同地理区域的气候、植被类型、人为影响等综合的效果。而许多研究均需要对空间不同地区的某一变量进行比较，以确定种在各个地区分布上的差异，并进而作为决策的依据。GIS能够对采集记录的地理位置、植被类型、海拔高度等数据进行编码，
迅速、准确地自动绘制出物种分布图，并将所得的结果以统计图、彩地图等形式输出，因此种在不同地区的数量差异能直观地展现在研究者眼前，如果将各年或同一年不同季度的分布图进行比较，则可以分析其种分布的时间动态。应用GIS自动绘图来研究种分布动态甚为普遍，如Smith等在马达加斯加西部狐猴区系调查的基础上用GIS获得物种的分布图，并通过叠加得到狐猴的物种丰富度；Hooker等应用GIS分析水深、温度以及时间等参数与鲸鱼分布的相关性，并获得了加拿大东部海岸鲸鱼的分布和丰富度图，为更好地保护鲸鱼提供科学依据。很显然，GIS技术所获得的动物分布和丰富度图都只是作为进一步研究的基础。GIS可以较为准确地预测动物的空间分布格局。利用GIS独特的空间分析能力，能使预测动物分布和丰富度的过程变得客观、细致、迅速、准确。预测物种分布的基本过程是：首先，确定生境的特征因子与物种分布的关系，然后，在这些信息的基础上，利用数量化的动物与生境关系模型，建立物种与特定植被的联系．再根据已知物种的GIS图和植被图等，产生物种分布的适宜生境图，最后得到动物物种分布图。预测的分布结果可用多种形式逐个地显示出来，或将多个物种同时显示。通过计算地理单元中的物种数，可以得到物种在地理单元中的分布梯度信息。由于GIS在预测物种分布时，剔除了不适宜的物种生境，预测的物种分布图往往比从经验数据得到的物种分布图更准确。因此，对于那些较为偏僻的、很少有人去调
查的地区，预测物种分布具有重要的意义。预测物种分布的例子很多，Palmeirim 利用GIS技术，预测研究区各种鸟类的数量和密度，并推测出研究区内各种鸟的种大小；美国的~uMem等⋯1 利用GIS预测一种尖尾鹞(gympa muchus phasianellus)有可能分布在以前从未记载过的地区，后来经野外实地调查证实了预测结果。
2．2 GIS与生物数学模型的结合GIS与数学模型
结合是GIS研究的一个新领域和发展趋势，这已经是各种相关会议的主题，Hunsaker等对此有较详细的评论。在GIS与数学模型结合时，如何实现二者的动态连接和自动化、智能化服务是一个难点。GIS与数学模型结合成为用来研究动物空间分布格局的强有力的手段，主要表现为3个方面：一是利用GIS软件内部提供的函数或模型进行空间动态分析或模拟，如通过空间叠置证实物种的适宜生境、通过点数据的插值为无数据地区估值等。二是利用遥感技术采集的生物环境因子结合历史背景信息同物种空间分布情况等建立统计性GIS模型。如Lian Bian 以美国的驼鹿(Ales alces)为研究对象，综合利用多元统计技术和GIS技术建立Logistic回归模型来预测驼鹿的空间分布格局；Jose等和张洪亮等采用贝叶斯综合模型分别对美国亚利桑那州的红松鼠和西双版纳的印度野牛的空间分布格局和生境适宜性进行评价。三是将GI
S与时空模型相耦和，成为耦和的GIS模型时空模拟包括静态的空间分布模拟和空间格局的时间推演两方面，空间分布模拟可通过插值实现，空间格局的时间推演亦即时空模拟可通过组建基于GIS的模拟模型予以实现。在此，GIS产生模型所需的输入变量，运行模型以产生相应结果，其结果也可再次输入GIS中进行显示和分析，如此反复。该模型可用于模拟生物种对环境条件的变化所产生的反应，如迁移、扩散、数量增减等。GIS和数学模型结合在物种区域性预测中将发挥其独特的作用，但区域性预测尤其是大尺度的预测在生态学研究中始终是一个难题，其原因是预测变量的影响因子复杂，不仅涉及时间变化，而且涉及空间变化。对此，学者们从不同的角度进行了尝试，一是从区域性变量的概率变化考虑，而不是从值本身，依据概率变化并结合影响的关键因子对整个研究区进行预测；二是通过结合GIS建立基于栅格的预测模型，将种时间动态研究延伸至空间，因此，种时间动态的研究成果完全可以在区域性预测研究中发挥作用。最近几年．由于分析野生动物生境和分布区域性预测的方法变得越来越复杂，而GIS技术和数学模型结合为获取与生物有关的时间、空间环境因子的相互关系提供了强有力的工具。
2．3 利用Web GIS建立物种分布数据库 Internet
发展了一系列数据访问的途径，其中www(万维网)目前使用最多，新出现的Internet GIS软件或技术也多基于www，因此，Internet GIS也常称为Web GIS，即万维网地理信息系统。Web GIS与一般GIS的最大区别是它可以通过网络进行空间信息的查询和分析，由于网络的迅速普及和基于客户创览器的结构，使得Web GIS具有信息发布及时、迅速、使用方便、多用户多终端可同时工作、不用购置昂贵软件等诸多优点，特别适合于区域性的物种综合管理实践。利用Web GIS建立区域性物种分布数据库可以在大尺度上记录物种分布的位置，而且还可以计算物种分布区的面积、监测分布区变化以及进行植被相关分析、人为干扰评估等。能够在较短的时间内建立动物种的档案，开展长期的动态监测，以便使动物资源和栖息地得到有效的保护和合理的利用。就国内情况来看，基于Web的地理信息系统的建立，还需要大量的工作。现在各保护区、检测站还未实现网络化，信息的交流仍采用传统的电报、电话、传真等形式，这已很不适应野生动物特别是濒危物种管理的实际，因此组建Web GIS不仅实用，而且有很好的应用前景。在组建基于Web的地理信息系统至少要注意4方面的功能：一是网络功能；二是具有可视化的地图界面(GIS功能)；三是具有专家咨询和决策功能；四是能够对种分布的动态变化进行有效的监测和预测。同时还要简单实用、具有专业特 。由于采集的数据放在统一的空间坐标系上，使得数据具有通用性，这意味着不同学科之间共享数
据源和数据结果变得更为简单和有效。目前，国际自然和自然资源保护协会(I—UCN)、国际鸟类组织(BirdLife)、世界雉类协会(wPA)等国际组织都在着手利用Web GIS建立物种分布数据库。
3 现状与前景展望
japonensisGIS在我国动物生态学研究中的应用起步较晚，但GIS在生物栖息地保护及评价方面已呈现良好的应用势头，并取得较好的效果。如评价卧龙自然保护区大熊猫(Aliuropoda rnelanoleuca)的生境，规划丹顶鹤(Crusjaponensis)和福建梅花山自然保护区华南虎(Panthera f次ris amoyensis)的栖息地，以及综合利用遥感技术和GIS技术进行西双版纳勐养自然保护区亚洲象(Elephas )生境评价。此外，GIS还与遥感(RS)、全球定位系统(GPS)结合，通过Gap分析，对青海湖地区生物栖息地的空间特征进行评价。总的来说，经过最近几年的努力，我国在研究手段和方法上已逐渐缩小了与国外的差距。随着GIS技术的飞速发展和动物生态学中空间研究的深入，GIS的优势已经逐步体现出来并将发挥越来越大的作用，现在的问题已经不是探讨是否应用的问题，而是如何充分发挥GIS的潜在优势，使其更好地为野生动物生态的研究服务，现提出几点参考建议。
(1)随着野生动物空间分布研究由定性向定量发展，生物数学将成为一种重要的研究工具。数学方法有助于定量地认识各种复杂的现象和过程，从而揭示其内在的本质规律。由于GIS作为空间数据分析和处理的工具，缺乏进行启发式推理的能力，因此综合利用GIS技术和多元回归统计技术及时空模型的耦和是解决这一问题的重要途径，也是将来研究动物空问环境因子相互联系的重要方法。
(2)建立GIS数据库。GIS数据库是时空分析的基础，也是这方面研究的瓶颈，因此加强基础数据库建设是未来GIS研究的迫切任务。随着研究的进一步分化，将来会有专门机构从事数据库建设，可为不同领域的用户提供不同性质、不同尺度的数据服务。
(3)GIS与遥感(RS)和全球定位系统(GPS)紧密
结合形成的集成3s技术在将来的野生动物生态学会有很大的发展潜力，它使得诸多生态学研究朝着更为科学化、规范化的方向发展，实现管理与研究的一体化。先进的RS技术因其探测范围大、受地面条件限制小、信息量大等优点，可以快速、准确地获取与野生动物有关的环境因子；而GPS可以实现调查实地的准确定位，确定动物分布及活动范围等内容，并且GPS数据可以被自动转换传输到GIS中进行进一步的分析。同时，必须强调的是我们不能把RS、
GIS和GPS独立开来，而关键要考虑它们的一体化应用。此外，GIS正如其他统计分析软件一样，它只是分析问题的一种工具，它所能提供的信息还是以实际工作为基础。
    随着GIS 技术的飞速发展和野生动物生境选择研究的深入，GIS 的优势已经逐步体现出来并将发挥越来越大的作用。如何更好地发挥GIS 的潜在优势、更好地为野生动物生境选择研究服务，是我们目前要解决的问题之一。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。