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题目:基于GIS与Fuzzy的野生植物生境适宜性评价与区划研究——以秦岭地区华中五味子为例

关键词::华中五味子,生境适宜性,GIS,模糊隶属函数,秦岭

  摘要


生境适宜性评价是生物多样性保护的重要组成部分,生物生境的要求和空间分布对生物物种的保护和管理至关重要。一直以来国内外关于生境适宜性评价的研究,主要集中于评价理论、评价模型和方法、生境因子选取、多尺度时空生境适宜性及不同物种等方面。随着GIS技术的不断发展,应用GIS对动植物物种进行生境适宜性评价的研究和应用日益广泛和深入,并且取得了众多可喜的成果,相对于传统的评价方法,GIS在生境适宜性评价方面具有实施高效、节省时间物力、易于空间量化等独特的优势。然而,到目前为止,国内外的研究主要集中在动物物种的生境适宜性评价上,而对植物物种的生境适宜性评价相对较少,尤其是野生植物物种在此方面的研究更为稀少,这使得大多数野生植物物种的适宜生境条件尚未得到明确定义,从而成为对其进行初步保护和管理的主要限制因素。
鉴于此,本研究选取了秦岭地区分布广泛的野生植物——华中五味子(Schisandra sphenanthera Rehd. et Wils.)为研究对象,基于GIS与Fuzzy(模糊数学)构建生境适宜性评价模型对其生境适宜性进行评价和区划研究。目前该植物的适宜生境条件尚未得到明确定义,并且近年来由于其市场需求的增长、掠夺式过度采摘和保护措施不够全面等原因,使得其物种数量急剧下降,因此对其进行生境适宜性评价和区划研究迫在眉睫。
本研究在秦岭地区15个采样地实地采集了野生华中五味子植物样本233份,利用高效液相方法检测其有效成分——五味子酯甲的含量;根据以往对华中五味子的研究及其生长环境的具体情况选取了15个生态环境因子构建其生境适宜性评价指标体系;运用模糊数学中的隶属函数方法求得各个生态环境因子与有效成分之间的隶属关系,即生态环境因子对华中五味子生境适宜性的隶属度;进而应用最大熵模型计算出各个生态环境因子对华中五味子生境适宜性的权重;最后结合GIS与相加模型求得秦岭地区野生华中五味子生境适宜性的空间分布及其对各个生态环境因子的适宜范围。此外,研究选取了秦岭地区以外的3个采样地,采集49份野生华中五味子样本,对所建立的生境适宜性评价模型进行检验。并在此基础上对秦岭地区野生华中五味子的生境适宜性进行区划,进而提出了保护和持续利用秦岭地区华中五味子野生资源的措施和建议。通过研究,得出以下结论:
(1)确定野生华中无味子生境适宜性评价因子的隶属函数,并在空间上对各生态环境因子对野生华中五味子的适宜度进行了量化。
(2)影响秦岭地区野生华中五味子生长的地形因子、气候因子和土壤因子的比重分别为35.52%,33.99%和30.49%,这三类生境适宜性评价因子对华中五味子的生境适宜性所起的影响大致相同。
(3)坡向、生长期平均温度和土壤有机碳含量对野生华中五味子生境适宜性的影响程度分别为27.06%、14.23%和11.46%,表明可照光、生长期平均温度和土壤有机碳含量对秦岭地区野生华中五味子的生长相对于其他因子起更重要的作用。
(4)秦岭地区野生华中五味子生境适宜性区划分为4类:高适宜生境、中适宜生境、低适宜生境和不适宜生境。适宜生境面积占秦岭总面积的70.80%(低、中、高适宜生境面积百分比之和),说明秦岭地区是野生华中五味子的道地产区。高适宜生境主要分布于陕西省南部、甘肃东部和河南西部。
(5)通过GIS技术和Fuzzy构建的野生华中五味子生境适宜性评价模型通过检验同样适用于秦岭地区以外的野生华中五味子生境适宜性评价研究。
本文的独到之处及特色主要表现为:
(1)基于GIS和Fuzzy构建的生境适宜性评价模型为研究尚得出明确生境要求的野生植物的生境适宜性评价提供了一种易量化、可操作、高效的方法。
(2)与其他生境适宜性评价研究相比,本研究构建的模型能够确定野生植物对各生态环境因子的适宜范围,管理保护者可以此为依据更加有针对性和目的性地管理和保护野生植物。
(3)从具体的物种研究角度来看,本研究对野生华中五味子进行生境适宜性评价、区划及适宜生境条件确定,在方法上和理论上填补了野生华中五味子生境适宜性研究的空白。
本研究是对野生植物进行生境适宜性评价和区划研究的有益尝试,为野生华中五味子保护、管理和可持续利用提供了可行性建议和措施,并为今后野生植物生境适宜性的研究提供一定的科学参考。