基于GIS与AHP分析法的单叶蔷薇生态适宜性评价.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:基金项目:国家自然科学基金(编号:);国家重点研发计划课题(编号:Y F D )作者简介:唐雨薇(),女,硕士研究生,主要从事园林植物资源调查与评价.通讯作者:罗乐(),男,副教授,主要从事园林植物种质资源发掘与创新研究.基基于于GG II SS与与AAHH PP分分析析法法的的单单叶叶蔷蔷薇薇生生态态适适宜宜性性评评价价唐雨薇,张晓龙,张雪云,吕佩锋,罗 乐,(北京林业大学 园林学院,北京 ;城乡生态环境北京实验室,北京 ;花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室,北京 ;教育部园林环境工程研究中心,北京 ;林木花卉遗传育种教育部重点实验室,北京 ;国家花卉工程技术研究中心,北京 )摘要:生态适宜性评价可了解自然资源的生态潜力和发展制约因素.根据单叶蔷薇的生物学特性,结合研究区气候资源时空分布特征,以新疆塔城县市(塔城市、托里县、额敏县、裕民县)为研究区域,选取土地利用类型、海拔、年均温度、最冷季度平均温度、年均降雨量、最干月份降水量、土壤p H值、距道路距离、距河流距离个因子作为生态适宜性评价指标,生态适宜性因子权重通过层次分析法(AHP)确定,基于地理信息系统(G I S)对单叶蔷薇的气候生态适宜性及空间分布进行了分析.结果表明:研究区内单叶蔷薇生态适宜性总体良好,极适宜、高适宜区域呈现以塔额盆地为分布的中心,南部山地西南坡有少数分布的特点,极、高、中、低适宜区分别占比 、.采用这种方法,能快速有效地解构单叶蔷薇的野外分布适宜区,为保护单叶蔷薇、增加其栖息地提供依据.关键词:单叶蔷薇;生态适宜性;层次分析法(AH P);地理信息系统(G I S)中图分类号:Q 文献标识码:A文章编号:()E c o l o g i c a l S u i t a b i l i t yE v a l u a t i o no fR o s ap e r s i c aB a s e do nG I Sa n dA H PA n a l y s i sT a n gY u w e i,Z h a n gX i a o l o n g,Z h a n gX u e y u n,L P e i f e n g,L u oL e,(S c h o o l o fL a n d s c a p eA r c h i t e c t u r e,B e i j i n gF o r e s t r yU n i v e r s i t y,B e i j i n g ,C h i n a;B e i j i n gL a b o r a t o r yo fU r b a na n dR u r a lE c o l o g i c a lE n v i r o n m e n t,B e i j i n g ,C h i n a;B e i j i n gK e yL a b o r a t o r yo fO r n a m e n t a lP l a n t sG e r m p l a s mI n n o v a t i o na n dM o l e c u l a rB r e e d i n g,B e i j i n g ,C h i n a;E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fL a n d s c a p eE n v i r o n m e n t o fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n,B e i j i n g ,C h i n a;K e yL a b o r a t o r yo fG e n e t i c sa n dB r e e d i n gi nF o r e s tT r e e s a n dO r n a m e n t a lP l a n t s o fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n,B e i j i n g ,C h i n a;N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rF l o r i c u l t u r e,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ea s s e s s m e n to f e c o l o g i c a l s u i t a b i l i t ya l l o w s t ou n d e r s t a n d t h ee c o l o g i c a l p o t e n t i a l a n dd e v e l o p m e n t c o n s t r a i n t so f n a t u r a l r e s o u r c e s A c c o r d i n g t o t h eb i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fR o s ap e r s i c a,c o m b i n e dw i t ht h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc l i m a t i cr e s o u r c e si nt h es t u d ya r e a,f o u rc o u n t i e sa n dc i t i e s i nT a c h e n g,T o l i,E m i na n dY u m i nc o u n t i e sw e r es e l e c t e da st h es t u d ya r e ai nt h i s s t u d y N i n e f a c t o r s(l a n du s e t y p e s,a l t i t u d e,m e a na n n u a l t e m p e r a t u r e,m e a n t e m p e r a t u r eo f c o l d e s tq u a r t e r,p r e c i p i t a t i o no fd r i e s tm o n t h,a n n u a lp r e c i p i t a t i o n,s o i lp H,d i s t a n c ef r o mr o a da n dd i s t a n c ef r o mr i v e r)a r eu s e da si n d e xt oe v a l u a t ee c o l o g i c a ls u i t a b i l i t y T h ew e i g h t i n go ff a c t o r sf o re c o l o g i c a ls u i t a b i l i t yw a sd e t e r m i n e db yh i e r a r c h i c a l a n a l y s i s(AH P),a n d t h e c l i m a t i c e c o l o g i c a l s u i t a b i l i t ya n ds p a 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期t i a l d i s t r i b u t i o no fRp e r s i c aw e r ea n a l y z e du s i n gag e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m(G I S)T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h eo v e r a l l e c o l o g i c a l s u i t a b i l i t yo fRp e r s i c ai nt h e s t u d ya r e aw a sg o o d,a n d t h ee x t r e m e l ys u i t a b l ea n dh i g h l ys u i t a b l ea r e a s s h o w e dt h ed i s t r i b u t i o n i nt h ec e n t e ro f t h eT a e rb a s i n,w i t hs o m ed i s t r i b u t i o n so nt h es o u t h w e s t s l o p eo f t h es o u t h e r nm o u n t a i n s,a n d o f t h ee x t r e m e,h i g h,m e d i u m,a n d l o ws u i t a b i l i t yz o n e s,r e s p e c t i v e l y T h i sm e t h o dc a nq u i c k l ya n de f f e c t i v e l yd e c o n s t r u c t t h es u i t a b l ea r e a s f o rt h ed i s t r i b u t i o no fRp e r s i c aa n dp r o v i d eab a s i sf o rt h ec o n s e r v a t i o na n d i n c r e a s eo f i t sh a b i t a t K e yw o r d s:R o s ap e r s i c a;e c o l o g i c a l s u i t a b i l i t y;A n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s s(AH P);G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o nS y s t e m(G I S)引言单叶蔷薇(R o s ap e r s i c a)是蔷薇科(R o s a c e a e)蔷薇属多年生落叶丛生灌木,又名小檗叶蔷薇(Rb e r b e r i f o l i a).生境为山坡、荒地等海拔 m的干旱区域,在中国仅分布于新疆北部地区.单叶蔷薇具低矮、单叶、花瓣有红褐色花心等独特性状,可以很好地适应和生存于荒漠地区,是干旱地区维持生态稳定的重要植物资源.全球范围内人类活动(城市化和农业集约化)对生物多样性构成重大威胁,使生物栖息地丧失和破碎化,从而进一步加剧种群规模缩小、物种消亡.单叶蔷薇的地理分布狭窄,生境特化且与人类活动距离较近,容易遭受人为破坏,使得该资源呈现明显减少趋势.年单叶蔷薇被国务院批准的 国家重点保护野生植物名录(第二批)列为国家二级保护植物,加强该资源的保护与研究十分重要.生态适宜性研究利用生态学原理分析研究区域的稳定性和敏感性,了解自然资源的生态潜力和发展制约因素,实现资源的科学开发和利用.在本课题组的野外调研中,塔城县市有着密度较高的自然分布种群,在北疆各地中具有一定的代表性.本文即以该地区为研究区域,在综合考虑单叶蔷薇生长特性的前提下,开展塔城四县市单叶蔷薇的气候生态适宜性评价及区划,以期为单叶蔷薇资源调查、生境保护等方面在市、县域层面提供理论依据和科学指导.研究地区与研究方法 研究区概况塔城市、托里县、额敏县、裕民县为新疆塔城地区所辖三县一市,位于塔城地区西北部,地理范围 N,E,总 面 积 近 k m,总人口 达 万 人(截 至 年末).塔城县市交界处为塔额盆地,以塔额盆地为中心三面环山,吾尔喀夏尔山、塔尔巴哈台山与巴尔鲁克山环绕形成了向西开口的喇叭口地形,该地形利于风速加强而促进水汽输送加大,可以承接更多的水汽,因此塔城地区西北部降水较地区南部及中东部多,地区西北部平均降水日数在 d,最大值出现在托里(d);年平均降水量在 mm,降 水 量 最 大 值 在 裕 民(mm).塔额盆地的物种多样性和生态系统多样性在全疆范围内相对丰富,濒危物种除单叶蔷薇外还有野巴旦杏(P r u n u s l e d e b o u r i a n a)和天山樱桃(P r u n u s t i a n s h a n i c a)等国家二级濒危保护植物.数据来源本研究的数据主要包括海拔、土地利用类型、土壤、年均温度、最冷季度平均温度等.其中,海拔数据 从 地 理 空 间 数 据 云(h t t p:/www g s c l o u d c n/h o m e)下载;土地利用类型数据从中国科学院资源环境科学数据中心(h t t p:/www r e s d c c n)下载;土 壤 数 据 从 世 界 土 壤 数 据 库(h t t p:/wwwf a o o r g)下载;气候数据从世界环境气候网站(h t t p:/www w o r l d c l i m o r g)下载(年);河流、道路数据从全国地理信息资源目录服务系统基础地理数据下载();地图从自然资源部标准地 图 底 图(h t t p:/b z d t c h m n r g o v c n)下载.研究方法利用集优法,参考对单叶蔷薇研究的相应文献,选取个与单叶蔷薇生长发育密切相关的评价因子:土地利用类型、海拔、年均温度、最冷季度平均温度、年均降雨量、最干月份降水量、土壤p H值、距道路距离、距河流距离,对评价因子进行极、高、中、低适宜性打分,再借助G I S空间分析功能,根据评价因子打分结果进行重分类(图),采用层次分析法(AH P)确定评 价因子 的 权 重(表)(当C R 则判断矩阵通过一致性检验.唐雨薇,等:基于G I S与AH P分析法的单叶蔷薇生态适宜性评价园艺与种苗最后一致性检验值C R ,矩阵成立).最后将各评价因子按权重进行叠加,得到单叶蔷薇综合生态适宜性空间分布图(图).表单叶蔷薇生态适宜性评价评价因子低适宜()中适宜()高适宜()极适宜()权重土地利用类型旱地、沼泽地、建设用地、湖泊、水库坑塘灌木林、沙地疏林地、河渠、滩地、裸土地草地、戈壁、盐碱地、裸岩石质地 海拔/m ,),),(,年均温度/,),),),最冷季度平均温度/,)(,年均降雨量/mm ,),),最干月份降水量/mm(,)(,土壤p H值 ,),),距道路距离/m (,(,(,距河流距离/m (,(,(,图单叶蔷薇生态适应性单因子空间分布 结果与分析单叶蔷薇生态适宜性各因子权重由高至低的排序为:最干月份降水量、年均降雨量、最冷季度平均温度、年均温度、距河流距离、土地利用类型、海拔、土壤p H值、距道路距离.其中最干月份降水量、年均降雨量、距河流距离项评价因子的权重即超过.水分为限制我国西北干旱、半干旱地区植物生长发育的主导因子.水分因子对单叶蔷薇的生境适宜性有重要影响:单叶蔷薇的成年植株可以通过大量的地下茎进行无性繁殖,在干旱条件下这种形态发育特征有利于充分利用土壤水分 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期进行生长.而土壤水分的变化主要由地下水埋深决定,塔额盆地向西开的喇叭口地形承接了更多的水汽,四周向中心倾斜的地形有利于地表水汇集和地下水渗入补给,地下水丰富,自然条件的优越决定了该区域适宜单叶蔷薇生长.利用A r c G I S 按权重叠加生态适宜性各因子,得到单叶蔷薇生态适宜性空间分布图(图).通过自然断点法将叠加后的综合生态适宜性分为级(表),极、高、中、低适宜区分别占比 、(表).可以总结单叶蔷薇在研究区内分布有如下特点:县市交界处适宜性高于周边,大致呈现出平原盆地高山地低的特点.极适宜区、高适宜区主要分布于塔额盆地腹地以及南部山区冲积扇,中、低适宜区分布于塔尔巴哈台山、玛依勒山、加依尔山、巴尔鲁克山等山区.区域生境质量以极、高适宜为主,低适宜区域分布比例低,因此总体上看,塔额盆地单叶蔷薇的生态适宜性良好,与张晓龙等预测单叶蔷薇在塔城地区有大面积分布的研究以及与本课题组野外调研结果一致.图单叶蔷薇生态适宜性空间分布表单叶蔷薇生态适宜性综合评价评价因子极适宜面积/k m比率/高适宜面积/k m比率/中适宜面积/k m比率/低适宜面积/k m比率/综合生态适宜性 讨论物种分布模型丰富多样,它们基本的原理都是利用已 知 分 布 点 推 测 其 生 态 位,如B i o c l i m、GMP G I S、C l i m e x、GA R P、E N F A 和M a x E n t 等.然而,物种分布模型一直存在质疑,例如物种分布模型假设的生态位相对保守,物种的生态需求也必须处于相对平衡的状态,物种的迁徙能力也不受人为因素等影响限制.以往的研究曾基于M a x E n t对新疆范围内的单叶蔷薇的潜在分布区进行预测,但对于生态幅较广,且分布于辽阔新疆的单叶蔷薇,基于已知分布点的物种分布模型也许并不能涵盖其适生区域.本研究基于层次分析法,集优法 对单叶蔷薇适生环境的重要生态因子进行排序赋值,试图以物种对重要环境因子的耐受范围为指标绘制出其适生区,期望采用直接的机理性方法 对其生态适宜区进行综合性分析预测,以打破单一生态位模型的局限性.该方法有数据获取简单,计算容易等优点,但该方法也存在着一定的局限性:一是对物种的生态幅等基础研究不足会导致预测范围较实际狭窄,二是采用层次分析法难免有人为主观的因素.因此对物种的生理参数进行进一步研究,以获得更精准的生态幅范围和判断标准,是完善研究的下一步.结论与展望本研究对塔城县市单叶蔷薇的生态适宜性进行评价.研究结论如下:研究区单叶蔷薇生态适宜性 总 体 良 好,极、高、中、低 适 宜 区 分 别 占 比 、.县市交界处适宜性高于周边.本研究利用现有对单叶蔷薇的研究结合地理信息系统预测了单叶蔷薇潜在适宜分布区,可为其保护地的选择、迁地保护的选址、野生资源的采集提供科学参考依据,为因人类活动而逐渐濒危的单叶蔷薇建立保护红线提供理论支持.塔额盆地丰富的地下水汇集可能是单叶蔷薇在研究区具有较好适宜性的主要原因,同时其独特的自然环境也是许多珍稀野生动植物的种质基因库.能否基于生态适宜性区划进一步提取生态源地,对多种生境相似或分布相近的特定物种共同建设保护地或生态安全格局从而达到物种与生态共同保护的目的,可以是未来的研究方向.参考文献:张晓龙,邓童,罗乐,等单叶蔷薇潜在适宜区预测及其渐危机制研究J西北植物学报,():朱金启单叶蔷薇生殖生物学及其繁殖方法研究D乌鲁木齐:新疆农业大学,冯久莹,蔡蕾,贺海洋,等新疆 种野生蔷薇属植物生境调查J林业科学,():何思璇,张典,吴福星,等厦门湾中华白海豚潜在生态廊道识别及人类活动干扰评估J/O L生态学报,():h t t p:/k n s c n k i n e t/k c m s/d e t a i l/Q h t m l(下转第 页)唐亚星,等:不同处理对种黄色花铁线莲种子萌发的影响园艺与种苗科技情报,():杨艺,王娜,马颖杰,等 种铁线莲属植物种子萌发特性J草业科学,():张鸽香,武珊珊我国铁线莲属植物的研究现状及其园林应用方式J安徽农业科学,():张燕,黎斌,李思锋铁线莲属植物分类学及园艺学研究进展J中国野生植物资源,():陶炫妍,夏婷婷,韩哲远,等铁线莲栽培品种观赏特性分析J现代园艺,():宋微,张虎,王磊,等铁线莲P o l i s hS p i r i t 组培快繁体系的建立J分子植物育种,():顾增辉,龙雅宜,张金政应用赤霉素有机溶剂渗入法打破花卉种子休眠和促进萌发J种子,():王非,王金侠,李强,等 GA和I AA处理对种铁线莲种子萌发的影响J草业科学,():孙瑞琦,余伟军,曾黎辉德克萨斯组铃铛铁线莲胚胎挽救及促进种 子 萌 发 技 术 研 究 J福 建 农 业 学 报,():王荷,郝爽,刘燕 种野生花卉种子生物学特性研究J江苏林业科技,():祁生贵,吴学明,苏旭,等青海省东部地区黄花铁线莲种子特征和萌发率的研究J青海草业,():,李世峰,蔡艳飞,李树发,等不同因子对钝萼铁线莲种子萌发的影响J北方园艺,():管开云,李志坚,李景秀,等铁线莲属植物的引种栽培研究初报J云南植物研究,():魏卫东,马欣青海资源植物黄花铁线莲种子萌发特性研究J种子,():林春新,杨利民,宋波,等东北铁线莲种子萌发特性的研究J北方园艺,():高优恒,刘旭蒙药芹叶铁线莲种子萌发特性研究J中国民族医药杂志,():王梦茹,魏岩古尔班通古特沙漠钠猪毛菜种子异型性及其萌发行为研究J草业学报,():周兵,闫小红,杨芳珍,等果皮对不同甜荞和苦荞品种种子萌发特性的影响J井冈山大学学报(自然科学版),():周园梅宽翅菘蓝果皮与萌发时间对土壤种子库及生活史的影响D乌鲁木齐:新疆农业大学,斯琴巴特尔,哈斯巴根,乌日娜,等草麻黄种子发芽生理特性研究J中药材,():佚名大花铁线莲果实J中草药,():温韦华,刘浡洋,施文彬,等 种铁线莲种子萌发特性的研究J种子,():冯晓鹏几种野生铁线莲的种子萌发及邯郸春秋自然物候栽培的研究D邯郸:河北工程大学,高水平,范丙友,刘改秀,等牡丹、芍药种子上胚轴休眠解除效应初步研究J北方园艺,():(上接第 页)贺海洋单叶蔷薇花形态建成与繁殖生物学研究D北京:中国农业大学,国家林业和草原局国家重点保护野生植物名录E B/O L()h t t p:/w w w f o r e s t r y g o v c n 王蕊,汤萃文,李震基于G I S的林地生态适宜性评价:以青藏高原东部迭部益哇沟林区为例J林业科技通讯,():高婧,杨涛,李海燕,等近 a新疆塔城地区不同相态降水时空变化特征J/O L干旱区地理:h t t p:/k n s c n k i n e t/k c m s/d e t a i l/X H t m l 陈丽,李潇然新疆塔额盆地生物多样性现状及其维护功能研究J新疆环境保护,():王庆莉,韩玉江,张利平,等基于G I S的石渠虫草气候生态适宜性区划J应用生态学报,():惠俊爱,张霞,王绍明新疆野生单叶蔷薇生物学特性分析J山东林业科技,():张晓龙,邓童,刘学森,等单叶蔷薇幼苗根系对不同潜水埋深的适应机制J生态学报,():韩丽,周炳江,明亮,等基于AH PG I S统计的溪洛渡镇生态敏感性空间评价J湖北农业科学,():赵思腾,赵学勇,李玉霖,等干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤 系统演变的驱 动 作 用 综 述 J/O L生 态 学 报,():h t t p:/k n s c n k i n e t/k c m s/d e t a i l/Q H t m l 赖铭婕,吴保欢,崔大方基于D I VAG I S的广东适生樱花预测分析J广东园林,():兰朝辉,邬兰,向丽等基于GMP G I S分析芍药的全球生态适宜产区J中药材,():尹子丽,谭慧,陈靖怡,等基于C L I ME X生态软件分析蒙自藜芦的全国适生区J云南中医中药杂志,():张超,陈磊,田呈明,等基于GA R P和M a x E n t的云杉矮槲寄生分布区的预测J北京林业大学学报,():曹向锋,钱国良,胡白石,等采用生态位模型预测黄顶菊在中国的 潜 在 适 生 区 J应 用 生 态 学 报,():李建宇,陈燕婷,郭燕青,等基于M a x E n t预测未来气候条件下钻叶紫菀在中国的潜在适生区J植物保护,():朱耿平,刘国卿,卜文俊,等生态位模型的基本原理及其在生物多样性保护中的应用J生物多样性,():汤峰,张蓬涛,张贵军,等基于生态敏感性和生态系统服务价值的昌黎县生态廊道构建J应 用生态学报,():