全球气候变化背景下秦巴山地朱鹮适生区变化研究

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朱鹮是我国Ι级重点保护动物,曾经濒临灭绝,但在科学的保护措施下种群数量得到明显提升,而与之伴随的种群密度增加、分布范围扩展都对维护朱鹮种群规模和确定保护区范围带来新的挑战,因此有必要研究和分析其主要生存的秦巴山地内潜在适宜栖息地分布,并对未来分布变化进行预测,为朱鹮这一宝贵物种的就地保护和异地保护提供理论支撑。通过筛选朱鹮2010~2020年有效分布数据、选择与朱鹮分布有关的环境变量,包含世界气候数据库19个生物气候因子变量、距湿地距离、距水田距离、距林地距离、距居民区距离、海拔、坡度、坡向、距主要道路距离以及NDVI共28个变量,通过皮尔逊自相关分析筛选去除自相关性大的环境变量,基于Maxent模型确定影响朱鹮适宜栖息地分布的主导环境变量,选择贡献率>1的环境变量制成当前朱鹮潜在适宜栖息地分布图,模型结果的测试数据AUC达到0.989,训练数据AUC达到0.987,模型构建理想。分析朱鹮潜在适生区的地理分布和各种主导因子最适范围,并基于景观格局指数分析其适生区生态景观质量。研究气候变化下未来朱鹮适宜栖息地分布的变化,基于CMIP6气候模式下未来三个时期ssp126、ssp245、ssp585三种排放路径共9种情景数据,模型运行结果的训练集和测试集AUC值均达到0.90,得到未来朱鹮适宜栖息地分布图,分析其分布地理范围及面积变化、质心迁移规律以及生态景观质量变化。通过人类影响下具有Allee效应的非自治种群演化模型,基于朱鹮景观斑块数指数预测2080年三种排放路径下秦巴山地对朱鹮生态承载力,并分析不同路径下的朱鹮种群随时间的演化模式。本文得到结论有下:(1)当前朱鹮适宜栖息地的分布:秦巴山区朱鹮核心适生区(0.6<HSI<1),面积为512km~2,占整个研究区的0.19%,平均斑块面积为2.16km~2,景观格局最佳;高适宜区(0.3<HSI<0.6),面积2737km~2,占比0.89%,平均斑块面积为1.75km~2,其破碎化程度较高;一般适宜区(0.1<HSI<0.3),面积6452km~2,占比2.1%,平均斑块面积为2.33km~2,景观聚集度较高。当前朱鹮的潜在分布区适宜度以陕西省南部秦岭南麓的洋县为中心向四周呈辐射状递减,并在河南、四川内发现具有适宜度的区域。(2)影响朱鹮分布的主要因素及其贡献率:通过模型结果的Jackknife图像发现,最干燥季度降雨、降水季节性变化、距林地距离对朱鹮分布Max Ent建模具有最高的贡献率和重要度,是朱鹮栖息地选择的主导因子,贡献率分别达到28.2%、23.5%、21.3%,重要度分别达到28.1%、30.1%、38.4%;另外距水田距离、距居民区距离也有一定影响,贡献率分别为14.8、8.1%;而海拔、距主要道路距离、年降雨量、植被归一化指数对朱鹮栖息地选择的影响程度较低;并且发现朱鹮适宜生存的海拔最适高度降到200m左右。(3)未来气候变化下朱鹮的分布变化:预测到2080年,ssp126、ssp245两种排放路径下朱鹮适宜栖息地的面积增加,分别达到10130km~2、10533km~2,而在ssp585路径下面积减少,为9754km~2,但无论哪种排放情景,核心适生区和高适生区的面积都将减少。三种排放路径下2040年朱鹮适生区质心都会向南偏移,而在2041年到2080年,其适生区会不同程度的向东北方向偏移,并且经向位移更大。随着排放路径的等级升高,朱鹮未来适宜栖息地的破碎化程度加剧。(4)朱鹮种群多样性的动力学预测:朱鹮种群的演化可能存在迁移信贷(immigration credit),由于保护手段的有效实施,朱鹮种群规模在未来继续增长并在很长的一段时间后达到最终的生态平衡。温室气体含量的小幅升高有利于朱鹮种群的增长,预测在ssp245中端排放路径,即本世纪末气温增长3℃的情景下秦巴山朱鹮适生区将在未来有更大的生境承载力,达到平衡的时间也更长。
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