潦河中源段水生条背萤生境适宜性评价

摘要 水生条背萤是河湖湿地生态系统中珍稀物种之一，了解栖息地分布及其与环境因子的关系并进行生境适宜性评价是恢复生物多样性和栖息地保护的重要途径。根据2019年6—7月对江西潦河流域的萤火虫野外调查记录，以条背萤成虫个体分布点和生境变量数据为驱动，建立MaxEnt模型对潦河中源段水生条背萤精细尺度生境适宜性进行分析评价。研究发现：土地利用类型、水源距离、居民区距离是条背萤适宜生境分布的主要限制因素；适宜的土地利用类型为溪流、河滩湿地、水田，且与稳定水源距离应保持在0～110 m、与居民区距离应大于140 m、与道路距离大于50 m为适宜；潦河中源段河岸带条背萤适宜栖息地面积为1.93 km2，约占河岸带研究区域的16%，其中最适宜区面积仅为0.17 km2，沿河流呈“一带多岛”的分布格局。研究不仅提供了萤火虫在潦河中源段的分布现状，也为萤火虫分布与生境因子的关系提供了一个重要科学依据。

关键词 水生条背萤；生境适宜性；最大熵模型；GIS地理信息系统

中图分类号 X 174  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）03-0052-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.03.012

Habitat Suitability Assessment of the Firefly in Zhongyuan Township of Liaohe River

ZHANG Jie， WANG Kai， ZHANG Yi et al

（College of Water Conservancy and Ecological Engineering， Nanchang Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi 330099）

Abstract As one of the indicators for the wetland ecosystem， firefly habitat distribution and suitability evaluation could be used for biodiversity and habitat protection. Based on the field survey records of fireflies in Liaohe River Basin in Jiangxi Province from June to July， 2019， the MaxEnt model was then established to analyze and evaluate the habitat suitability. The results indicated that land use type， water source distance and residential area distance were the main limiting factors of the suitable habitat distribution. The suitable land use types are stream， river beach wetland and paddy field by which should be kept in 0-110 m distance from stable water source， greater than 140 m distance from residential area and 50 m distance from road. The total suitable habitat area in Zhongyuan township of Liaohe River was 1.93 km2 in where the most suitable area was only 0.17 km2 and the distribution pattern of “one belt and many islands” was presented along the river. This study not only provides the distribution status of fireflies in Zhongyuan township of Liaohe River， but also provides an important scientific basis for the relationship between the distribution of fireflies and habitat factors.

Key words Firefly；Habitat suitability；MaxEnt model；GIS geographic information system

基金项目 江西省教育厅项目（GJJ180927）;江西省千人计划（jxsq-2019201021）;国家自然基金项目（51769015）;江西省研究生创新基金项目（YC2020-S628，YC2020-S631）。

作者简介 张洁（1980—），女，江西南昌人，副教授，硕士生导师，从事生态水利环境保护研究。

收稿日期 2022-03-22；修回日期 2022-04-16

物种的实际分布及种群结构受自然环境条件、种间及种类相互作用以及人为活动干扰等因素影响往往表现为复杂多样［1］。河岸带区域作为陆地生态系统和水生态系统的交互界面，具有明显的环境因子、生态过程和动植物群落梯度，维持了较高的生物多样性，同时提供了众多珍稀动植物生存必需的生境条件［2］。近年来，在自然因素（气候、水文情势、河道形态、岸滩结构等）和人为因素（城镇扩张、农业种植、工程建设强干扰等）的交互作用下，河岸带成为受威胁最严重的物种栖息地［3］。

当前，能够综合反映河岸带环境多维“生态位”影响的水生生物栖息地已成为环境监测与评价、水生生物多样性保护、河湖生态模型研究中的重点与热点［4-5］，其中，水生萤火虫受生态系统的传输介质、水体物质与岸坡植被以及生境结构影响，对水污染、光污染、基质污染都非常的敏感，具有非常重要的生态环境指示作用［6-7］。目前针对萤火虫栖息地环境调查［8］、栖息地选择［9］、生境适宜性［10］等生态学研究逐渐受到重视。MaxEnt生境适宜性评价模型［11］可以量化各环境因子对该自然环境中所有分布点位置的约束，即可得出该物种的生态位需求，已被广泛用于物种分布预测及生境评价［12-13］。

潦河中源段是鄱阳湖流域“五河源区”之一，属于典型的丘陵河流湿地生态系统，其间河谷平原分布广泛，是萤火虫潜在适宜栖息场所。根据2019年6—7月对潦河流域的萤火虫野外调查记录，以水生条背萤成虫个体分布点数据和生境变量数据为驱动，建立MaxEnt模型对潦河中源段水生条背萤精细尺度生境适宜性进行分析评价，分析影响水生条背萤分布的主要环境因素，以及环境因子的适宜性曲线，并预测潦河中源段水生条背萤适宜生境地潜在分布。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

潦河中源段为北潦河上游发源地之一，位于江西省西北部，属于亚热带湿润季风气候，年平均气温14～15 ℃。河道水量受季节影响显著，降水集中在春末及夏季，此时径流量较大，流速0.3～1.5 m/s，雨季过后，河道逐渐进入枯水期，枯水期径流主要依靠山地森林植被涵养的水源补给，此时径流有限。通过前期对潦河中源段水质进行检测分析，月平均水质均能达到地表水Ⅱ类水标准，整个河段水质条件较好。受山地河谷地形限制，居民建筑多沿河分布，水田耕地是该地区河岸带中主要土地覆盖类型，植被覆盖度较高。尽管潦河中源段拥有较高的生物多样性，生态环境总体质量较好，但近些年，该地区大力发展乡村旅游业，带来人口的急剧增加，以及建筑、道路、农业用地等快速扩张，导致河岸带中原生自然生境消失，物种直接暴露在高度威胁之下。

1.2 萤火虫监测

根据研究区域地形条件、植被覆盖类型及人为影响等因素，结合以往研究报道的水生条背萤生境特征［14］，在水生条背萤可能分布的区域布置5条固定样线，每条样线尽可能地穿越多种地形和植被覆盖类型，样线总长度为11 km。2019年6—7月，对每条样线进行重复观测，观测时间从傍晚天黑开始，持续2～3 h，统计条背萤出现数量，并使用麦哲伦探险家610全球定位系统记录地理坐标。

为了避免模型的过度拟合，在ArcGIS10.2中对条背萤成虫出现点生成50 m半径的家域缓冲区，随机保留相互重叠缓冲区中一个，其余剔除。最终获得36个有效条背萤分布点数据。

1.3 环境变量数据

根据研究区域、物种分类、模型分辨率、数据可用性和变量之间的相关性，现有模型在用于分析环境变量的数据和类型选取上存在一定差异，通常包括气候、地形地貌、植被覆盖、人为干扰等［11，15］。在该研究中，根据前期对潦河中源段萤火虫栖息地现场调研及文献查阅，选择土地利用类型、居民区距离、水源距离、道路距离、海拔、坡度、坡向7个环境变量。

于2019年7月3—6日，使用大疆Manic2无人机获得8 400张研究区域倾斜影像图片，使用Pix4D Mapper软件进行图像处理，获得研究区域空间分辨率为0.5 m/pixel的高分辨率正射影像地图DOM和数字地表模型DSM。使用ArcGIS10.2对正射影像进行图像配准及定义投影坐标系，采用目视解译与监督分类方法，将区域土地利用类型划分为水田耕地、河滩湿地、河流水域、居民建筑、道路、林地、草地、裸地8个类型；利用ArcGIS10.2中空间分析工具分别提取居民区、水源、道路以及海拔、坡度、坡向信息图层，由距离制图功能，得到各距离因子图层。最后利用ArcGIS10.1将所有环境因子图层的坐标统一为GS1984 UTM ZONE50N，像元大小统一为0.5 m×0.5 m，并转化为MaxEnt3.4.1 软件要求的ASCII格式。

1.4 模型构建

研究采用Phillips等［11］开发的MaxEnt3.4.1软件对潦河中源段河岸带条背萤成虫期的生境范围和适宜性进行模拟。将CSV格式的条背萤分布点数据和ASCII格式的环境数据分别导入MaxEnt软件中，环境因子中土地利用类型设置为分类变量，居民区距离、水源距离、道路距离、海拔、坡度、坡向因子设置为连续变量。模型将从条背萤出现点数据中随机选取75%的条背萤出现点数据作为模型训练集，25%的数据模型测试集，选择刀切法（jackknife）测定各变量的权重，并创建每个环境变量的响应曲线，分析模型中各环境变量的相对重要性及其对萤火虫栖息地适宜性的影响，模型最终预测得到的是物种出现的综合概率值。将模型预测输出的ASCII文件导入ArcGIS10.2中，使用系统工具中转换工具，将ASCII文件转换为浮点型栅格文件显示，并根据专家经验法［16-17］，按4个等级对条背萤分布图进行重分类，分别为高适宜区（0.7～1.0）;次适宜区（0.4～<0.7）；低适宜区（0.2～<0.4）；非适宜区（0～<0.2），最后得到潦河中源段条背萤生境适宜性分布图。

MaxEnt模型软件提供了自检验功能，能够生成基于“刀切法”检验的受试者工作特征曲线ROC对模型预测结果进行检验，依据ROC曲线与横坐标围成的面积即AUC值作为评估模型验证和预测能力的衡量指标，AUC值越大表明预测效果越好［18］，已在物种潜在分布预测及生境适宜性评价方面得到了广泛的应用。

2 结果

2.1 模型表现评估

图3为MaxEnt模型输出的ROC曲线，由图3可知，训练数据集和验证数据集的AUC值为0.940和0.910，表明模型输出与试验数据拟合良好，能够较为准确地反映研究区域内的水栖萤火虫条背萤栖息地质量现状。