基于MaxEnt 模型的川金絲猴棲息地評價
——以白河國家級自然保護區為例

朱宇靜，李沂韋，俞丹莉 ，孫治宇，金貴祥，夏萬才，黎大勇

1.西華師范大學 西南野生動植物資源保護教育部重點實驗室，四川 南充 637009；2.西華師范大學 珍稀動植物研究所，四川 南充 637009；3. 普洱學院，云南 普洱 665000；4.四川省唐家河國家級自然保護區管理處，四川 青川 628100；5.四川省林業科學研究院，四川 成都 610081；6.白河國家級自然保護區管理處，四川 九寨溝 623400

棲息地是野生動物生存和繁衍的重要生態資源，保護和維持物種賴以生存的棲息地是生物多樣性保護的重點工作之一[1]。因人類活動影響，棲息地趨向破碎化，棲息地破碎化是導致物種瀕危的重要原因之一。研究表明，棲息地破碎化會導致野生動物食物減少、森林結構變化，影響土壤水分和當地氣候的變化，從而導致總體棲息地質量的下降[2]。棲息地適宜性評價從較大的空間尺度分析野生動物的棲息地質量現狀，為制定合理保護管理計劃提供有效的幫助[3]。評估棲息地質量和空間分布的動態過程對于實施有效的保護計劃至關重要[4-6]。

MaxEnt（maximum entropy modeling）是棲息地評價和物種分布建模的最佳方法之一，能夠根據已知的地理分布數據，結合目標物種發生點對應的環境變量，開展潛在適宜棲息地評價[15]。研究證明，MaxEnt 模型在預測準確性和樣本量需求量等方面優于其他生態位模型，是珍稀瀕危野生動物的地理分布和棲息地適宜性研究領域的理想模型方法，已被廣泛應用于物種潛在適宜棲息地的空間分布評估[16-18]。

四川白河國家級自然保護區是目前所知的川金絲猴種群最大、密度最高、最具代表性的保護區[19]。因此，結合白河國家級自然保護區川金絲猴分布，開展棲息地評價十分必要，結合研究結果能進一步了解保護區川金絲猴潛在的適宜棲息地，為保護區制定有效的保護管理策略提供科學依據。

1 研究地點及方法

1.1 研究地點

研究地點位于四川省九寨溝縣的白河國家級自然保護區，占地162km2，長約18.5km，寬14.8km，屬暖溫帶半濕潤氣候。主要植被類型為溫帶落葉闊葉林和常綠針葉林（圖1）[20]。保護區分布有4 個川金絲猴自然種群，總數約為1 470～1 600 只，占四川省川金絲猴總數的10%左右，是川金絲猴種群數量最多的保護區之一[21]。

圖1 四川白河國家級自然保護區位置和功能區劃圖

1.2 研究方法

1.2.1 川金絲猴分布點及環境變量數據

運用MaxEnt 模型來評價金絲猴的棲息地分布需要兩類數據，即物種分布點數據和環境變量數據，其中金絲猴分布點數據來源于課題組開展的白河自然保護區川金絲猴專項調查[21]，為避免空間自相關，刪除距離大于500m 的點，最終得到50 個有效分布點用于模型分析。環境變量數據分為地形數據、植被數據和人為干擾數據。其中地形變量數據包括：海拔、坡度和坡向，來源于中科院資源環境科學數據中心；植被覆蓋數據，利用TM 影像分類得到，分為草地、裸巖、常綠闊葉林、落葉闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌木林等7 類；人為干擾數據，包括居民點、道路、河流，來源于全國地理信息資源系統，用ArcGIS10.2 空間分析中的歐氏距離工具獲取干擾距離圖層。將所有圖層在ArcGIS10.2 的平臺下，統一為WGS1984 坐標系統，柵格大小為90×90m2。

1.2.2 模型過程

采用MaxEnt3.4.1 構建川金絲猴的分布模型，采用自帶的交叉驗證法（cross validation）重復計算5 次，隨機選取20%的點用于模型驗證，其他參數采用模型默認值，以5 次計算結果的均值作為棲息地適宜度指數（habitat suitability index，HSI），并在ArcGIS10.2 中作進一步分析。

根據受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC）下面積（area under curve，AUC）對MaxEnt 模型的精度進行評價，AUC 取值范圍為0～1.0，值越大表示模型預測效果越好。小于0.5 模型預測失敗，0.7～0.8 較準確，0.8～0.9 很準確，0.9 ～1.0 極 準 確[15]。利 用MaxEnt 模 型 自 帶 的Jackknife 檢驗AUC 來表征環境因子的重要性。

2 結果

2.1 川金絲猴適宜棲息地分布

結果表明，棲息地預測模型AUC 值為0.862（圖2），符合評價要求。將模型中的HSI 重新劃分為3 類棲息地：不適宜作為棲息地的區域（HSI＜0.12）、次適宜棲息地（0.12～0.42）、適宜棲息地（HSI＞0.42）（圖3）。模型預測的川金絲猴適宜棲息地面積約為17.6km2，占保護區總面積的11.0%；次適宜棲息地面積約為33.2km2，占保護區總面積的20.7%；不適宜棲息地面積約為109.67km2，占保護區總面積的68.3%。

圖2 川金絲猴生境預測結果ROC 驗證曲線

圖3 川金絲猴適宜棲息地分布

2.2 川金絲猴棲息地適宜性與環境因子關系

分析發現，貢獻率排名前三的環境因子為海拔、居民點密度和距道路距離，三者的總貢獻率達84.12%；置換重要值排名前三的環境因子則是海拔、居民點密度和距道路距離，累積值達89.91%（表1；圖4）。AUC 的Jackknife 檢驗顯示（圖4）：海拔、距公路距離、距河流距離、植被類型對模型影響較大。綜上所述，白河國家級自然保護區川金絲猴棲息地質量，主要受到海拔、居民點密度、距道路距離、距河流距離、植被類型五個環境因子影響。

通過圖4 可以發現川金絲猴對不同環境因子具有偏好性。川金絲猴適宜棲息地偏好于海拔在1 900～3 000m 的生境，其中，生境適宜性在海拔2 500m 左右達到最高，海拔過高或過低的區域都不適宜川金絲猴分布（圖5A）；川金絲猴生境適宜性與居民點密度呈負相關關系(圖5B)，隨著居民點密度的增加川金絲猴生境適宜性降低；對于距公路距離，其最適宜公路距離指數為0.02，注意到最高點兩側的曲線的下降都較為平緩(圖5C)，表明在距離公路一定范圍的條件下，適宜川金絲猴分布；川金絲猴對靠近河流的生境有明顯偏好(圖5D)。川金絲猴喜好在坡向為0 和300（即北和西北方向）（圖5E），坡度平緩（圖5F）的生境活動。針闊混交林是川金絲猴經常利用的生境（圖5G）。

表1 環境因子貢獻率和置換重要值

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圖5 生境適應性對重要環境因子的響應

3 討論與建議

根據模型預測，海拔是決定白河國家級自然保護區川金絲猴棲息地適宜性的最重要環境變量。預測的適宜棲息地（HSI＞0.12）局限于1 900～3 000m的海拔范圍內。這一結果與其他地區對川金絲猴的研究結果較為接近，如青木川自然保護區海拔范圍為1 400～3 400m[22]。歷史上川金絲猴普遍分布在較溫暖、較濕潤的地區和較低海拔地區[23]。由于低海拔區域農業發展和人口增多，川金絲猴逐漸退縮到人難以到達的高海拔地區[23]。將居民點密度、距道路距離兩個人為干擾因子用于模型中，均表明了人類活動對川金絲猴棲息地選擇的重要影響。這一結果與前人研究結論基本一致，表明人類居住的海拔和密度是確定適宜棲息地的最重要因素[24]。有研究表明，川金絲猴的分布與人類活動中心變量之間存在負相關[23]。綜合研究結果，川金絲猴偏好于海拔1 900～3 000m 的生境，遠離居民點，并且對道路保持一定距離，靠近河流的生境，地勢平緩，偏北坡方向有明顯喜好，對落葉闊葉林有明顯的偏好。同時保護區的緩沖區和實驗區具有川金絲猴喜好的海拔、植被等環境因子，在日常維護中應重點關注。

基于研究結果，提出以下棲息地保護管理建議：（1）以上坪地、下坪地等區域為重點，定期開展巡護監測，盡可能減少人類活動對棲息地的破壞；（2）根據川金絲猴的分布和棲息地質量適當調整保護區現有的功能區劃；（3）保護區管理部門可利用紅外相機、無人機等觀測方法，準確掌握保護區內川金絲猴的實際分布和活動規律等信息，因地制宜的制定川金絲猴的保護策略。