生态环境保护在丝绸之路经济带核心区——中国新疆的绿色发展中占据重要地位；古尔班通古特沙漠边缘的荒漠林在防风固沙、遏制沙源中起着举足轻重的作用，是维系沙漠边缘城市整体生态环境安全的前沿保护地带和天然生态屏障，具有重要的生态、生产和经济价值。近年来，荒漠林鼠害持续高发，严重危害着荒漠林的健康生长，导致生物结皮层退化，荒漠化加剧，生态环境持续恶化(梁倩玲等，2015；冯文武，2014)。古尔班通古特沙漠边缘的荒漠林中最主要的害鼠大沙鼠(Rhombomys opimus)具有繁殖能力强，食量大，成群聚集，危害性强等特点。持续大面积的大沙鼠灾害可引起荒漠林灌木植被的枯死，致使古尔班通古特沙漠南部的荒漠林区荒漠化进程加快，严重影响周围城市的生态环境安全，同时大沙鼠引起的鼠疫对人类的健康也会造成极大危害(赵天飙等，2005；Randall et al., 2000；Kausrud et al., 2007)。

新疆鼠害发生区多在人烟稀少、交通不便的荒漠林、荒漠草原，危害面积大，鼠洞数量多，且有地表植被覆盖的遮挡。在新疆鼠害调查中还缺少开展鼠害与区域地形关系的研究数据，单一地进行鼠洞调查，无法根据研究区地形分布特征采用针对性地的防治措施，导致鼠害防治措施单一，效率低下；且根据以往的研究结合野外实地调查数据、研究区历年大沙鼠调查数据，并咨询相关领域专家，发现此研究区鼠洞具有带状分布特征，且其分布与地形有着密不可分的关系，明确鼠害分布特征与地形间的关系可显著提高鼠害调查及防治的效率(马涛等，2018)。以往的鼠害调查研究大多应用地面数据或卫星遥感影像进行鼠洞统计或鼠荒地研究，很少有利用无人机遥感获取超高分辨率影像配合数字高程模型(DEM)数据分析动植物分布与地形间相关关系的研究；而且传统人工地面调查监测方法费时费力，资金投入巨大，调查周期长，很难快速高效、全方面地分析鼠害发生与地形间的关系(康淑红，2015；倪亦非，2007)，尤其是在人迹罕至的沙漠地区调查难度更大(黄建文等，2004)。虽然利用卫星遥感影像较易获取研究区的地形情况，但其较低的时间分辨率与空间分辨率致使获取地面鼠洞信息具有一定的难度，严重影响了鼠害调查的实时性、灵活性；而无人机遥感能够灵活的获取多尺度、多时相的地面观测数据，可有效地弥补卫星光学遥感和有人机航空摄影的缺陷，成为新型遥感重要的手段之一，可以更好地运用于新疆鼠害调查研究中。

国内外也已开展大量针对动植物与地形的相关关系研究，李丽丽等(2011)借助GIS和S-PLUS软件，利用广义可加模型(GAM)于7—8月对影响蝗虫分布的地形因子进行了研究。钱全(2010)通过提取喜马拉雅旱獭(Marmata himalayana)鼠疫自然疫源地的环境变量(地形、土地覆盖、植被指数、气象因素)，探讨了鼠疫的空间分布格局，并建立鼠疫传播的空间预测模型。虽然有大量学者的研究为动植物与地形的相关关系提供持续研究依据，但针对新疆鼠洞空间分布与危害区地形间相关关系的研究甚少。本文基于无人机低空遥感监测平台对新疆古尔班通古特沙漠南缘典型荒漠林大沙鼠鼠害区域进行航拍；应用ArcGIS空间分析、空间统计模块，对无人机低空遥感影像进行处理分析，探讨新疆古尔班通古特沙漠南缘典型荒漠林大沙鼠鼠洞分布与区域地形的关系。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于新疆维吾尔自治区古尔班通古特沙漠南缘的荒漠林大沙鼠典型危害区，该区大沙鼠鼠害严重。植被多为梭梭(Haloxylon ammodendron)、柽柳(Tamarix chinensis)、蛇麻黄(Ephedra sp.)、盐爪爪(Kalidium foliatum)等。固定沙丘的植被覆盖度为40%~50%，半固定沙丘植被覆盖度为15%~25%。此次航拍的研究区面积为2.4 km×1.5 km，中心地理坐标为44.413°N、87.857°E(图 1)。

1.2 航拍数据采集

本文应用固定翼航摄无人机对研究区进行低空航拍作业。航拍传感器为索尼NEX7相机，其有效分辨率可满足鼠洞航拍需求，质量也可满足固定翼无人机载重要求。

确立飞行任务、方案与提取鼠洞所需的地面分辨率之后，于2015年10月12日进行航拍，航拍选择风力较小、天气晴朗、光线较好的正午时刻，以确保飞行器飞行姿态稳定，减小影像阴影，获得高质量的航片。航拍空间分辨率为0.024 m，共获取1 632张单幅影像。航片航向重叠率控制在60%~65%，旁向重叠率控制在30%~35%。利用航拍软件将研究区的单幅照片进行影像拼接，并进行航拍数据预处理获得数字真正射影像(TDOM\GSD：2.4 cm)和数字高程模型(DEM\GSD：1 m)影像如图 2(温阿敏等，2018)。

1.3 鼠洞分布与地形相关关系

本文以无人机航拍影像提取的空间分辨率1 m的DEM数据为数据源，依据林业调查中各指标体系的分级标准，应用ArcGIS软件分别提取研究区的坡向、坡度、高程、地形起伏度等地形因子(张三亮等，2008；施大钊，1985)。将研究区分为8个不同的坡向及无明显方位的无坡向，并将其归为阳坡、阴坡和无坡向3类(表 1)。将提取的研究区坡度分为平坡、缓坡、斜坡、陡坡、急坡、险坡6类(表 2)。

除此之外，海拔、高程也是影响荒漠林大沙鼠鼠洞分布与危害程度的一个重要因素，因为随着海拔、高程升高，沙漠边缘的近地表大气温度、湿度都会有变化。根据测区海拔特点及大沙鼠空间分布特点，将本研究区的海拔分为7个等级(表 3)。

地形起伏度在宏观上反映了研究区地形的起伏状况。文中设置领域大小为1×1，计算测区内海拔的最大值和最小值，然后对其求差值即可得地形起伏度。地形起伏度是指影像中所有栅格高程最大值与最小值的差，公式可表示为：

$ {\rm{R}}{{\rm{F}}_\mathit{i}} = {H_{{\rm{max}}}} - {H_{{\rm{min}}}}。$

式中：RF_i指研究区域内的地形起伏度，H_max是最大高程值(m)，H_min指最小高程值(m)。

将提取的各地形因子与研究区鼠害情况进行叠加、统计，用来进一步分析、探讨荒漠林大沙鼠鼠洞在不同地形地貌特征的空间分布特征。

2 结果与分析

对研究区整幅影像进行目视解译并统计分析，共发现鼠洞43 125个(图 3)，沿等高线呈带状分布。利用分辨率为1 m的DEM数据对坡度坡向进行分级，生成坡度坡向分级图(图 4)(温阿敏，2018)。

图 4表明，研究区内的坡度起伏多跟随沙丘起伏变化，坡度最大的区域也是沙丘最高的区域；坡向分级图说明该研究区沙丘走向多为南北走向，坡面多朝向东或西的方向。对研究区海拔及地形起伏度进行分类，生成海拔分级图、地形起伏度分级图(图 5、图 6)。

图 5说明，研究区海拔由北向南增加，而海拔最高点也多位沙丘顶部。随后对本研究区的几种地形因素进行综合分析统计(表 4)。

从表 4可见，坡向的中值为146.82°，说明研究区主要坡向为东南坡。坡度的中值为4.93°，且最大坡度为29.17°，说明研究区大多属平滑坡，有少量陡坡。海拔的中值和均值较相近，海拔变化不大，地形起伏度也较小。将提取的各地形因子分级图与研究区鼠洞密度数据叠加，提取每个鼠洞密度点所对应的地形因子数值，进一步分析、探讨荒漠林大沙鼠鼠洞空间分布的地形地貌特征。将提取的鼠洞与统计的东南、南、西南、西、西北、北、东北、东及无坡向的9个坡向进行叠加统计，分析不同坡向的鼠洞密度及危害分布情况(图 7)。

由图 7可知，研究区鼠害主要分布在东坡及东北坡，约占鼠洞总数量的50.7%，其余的鼠洞主要分布在西、西南坡向。为进一步分析荒漠林大沙鼠鼠洞在坡向整体格局上的发生和分布规律，将研究区大沙鼠鼠洞信息在阴坡、阳坡的分布进行了统计(图 8)。表明大沙鼠鼠洞主要分布在阴坡，约占研究区鼠洞总数的61.2%；在阳坡鼠洞分布相对较少(35.7%)；无坡向地区大沙鼠鼠洞很少。这说明，今后进行荒漠林大沙鼠鼠洞调查、监测与防治时，应以阴坡为重点。

荒漠林大沙鼠分布与坡度也存在联系，统计发现(图 9)，实验区约89.7%的大沙鼠鼠洞主要分布在平坡(0°~5°)、缓坡(5°~15°)，且鼠害程度也较强；在15°~25°的斜坡，大沙鼠也有少量分布，但相对很少，只占10.2%；而在坡度大于25°的陡坡、急坡及险坡地区，没有大沙鼠鼠洞分布。

通过将海拔与大沙鼠鼠洞分布叠加(图 10)分析可知，随海拔(相对高程)增高，大沙鼠鼠洞数量及危害程度逐渐升高，随后逐渐降低。在海拔为432.5~435 m(相对高程为2.5~5 m)梯度下，荒漠林大沙鼠鼠洞最多，占全部鼠洞的53.8%，且鼠害危害呈现猖獗状态。在430~432.5 m(相对高程为0~2.5 m)和435~437.5 m(相对高程为5~7.5 m)2个海拔级，鼠害也较严重。在437.5~440 m的海拔(相对高程为7.5~10 m)，鼠洞分布较少，而随着海拔升到440 m(相对高程大于10)后，基本无大沙鼠分布。

通过将不同地形起伏度与大沙鼠鼠洞分布叠加(图 11)，发现随地形起伏度增大，鼠洞分布及危害程度先升高后逐渐降低，尤其是在0.1~0.25 m的地形起伏度范围内分布最多(占34.7%)，在0~0.1 m和0.25~0.40 m时分布相对较多。

3 讨论

在以往大沙鼠鼠害调查中，数据主要源于传统人工地面调查及少量卫星遥感调查。该研究区内大沙鼠鼠害危害面积大、些许鼠洞洞口还隐藏于盐爪爪、白刺(Nitraria tangutorum)、柽柳等植物根部，地面植被遮挡较多。传统调查方法的速度和效果并不理想，无法满足当前基层单位实时鼠害调查的需求。而无人机低空遥感以其众多优势可对研究区内大沙鼠鼠洞进行快速低空航拍，可极大提高研究区内鼠害调查速度。

笔者于2015年10月12日利用无人机对新疆古尔班通古特沙漠南缘的荒漠林大沙鼠典型鼠害区进行航拍作业，获取空间分辨率为0.024 m的超高空间分辨率TDOM影像与空间分辨率为1 m的DEM影像。分别从坡向、坡度、高程、地形起伏度4个方面分析地形与鼠洞分布的关系，发现该研究区内鼠洞呈明显的带状分布，地势平坦处鼠洞数量明显少于坡地上。据陈文思等(2016)及郭胜利等(2003)对地形和植被的关系研究，说明地形影响着太阳辐射能量积累和土壤水分再分布，因此分析研究区地形对荒漠林植被的生存、生长及大沙鼠繁殖、危害来说具有重要意义。

3.1 坡向与鼠洞分布的关系

本研究区内大沙鼠鼠洞主要分布在东坡及东北坡，约占鼠洞总量的50.7%。将研究区鼠洞分为阴坡、阳坡统计后，发现鼠洞主要分布在阴坡，约占61.2%，说明光照对大沙鼠生存影响较大。李兴升(2003)研究发现，布氏田鼠(Microtus brandti)和长爪沙鼠(Meriones unguiculatus)在自然环境中可能以光周期作为一种信号, 当环境温度降低、食物质量变劣时, 采取降低体质量以减少绝对能量需求的策略而适应环境。由于大沙鼠危害区在沙漠边缘，夏、秋季节气温及地面温度较高，因此大沙鼠常选择背阴洞口出入，以避免阳光直射洞口增加洞内温度；而相反方向的洞口不被风沙掩埋，保证洞系通风良好，降低洞内温度，利于大沙鼠度过炎热季节，适应荒漠林极端生存环境。

3.2 坡度与鼠洞分布的关系

荒漠林大沙鼠鼠洞的分布与坡度也有不可或缺的关系，统计发现研究区内约89.7%的鼠洞主要分布在平坡、缓坡地带，且鼠害危害程度也较强。大沙鼠是以“家庭”和复杂集群洞系为单位的群居性鼠种，对栖息地地形地貌要求非常严格，需有沙丘、土岗或开扩地以便于瞭望和个体间的相互联系。大沙鼠在荒漠林地区打洞筑穴时，通常选择土质疏松等易于挖掘但不易被填埋的区域，以增加鼠洞安全度。因此本研究区大沙鼠喜欢在有坡度的沙丘上挖巢。

3.3 高程与鼠洞分布的关系

将鼠洞分布图与高程图叠加分析后，发现在海拔为432.5~435 m(高程在2.5~5 m)梯度下，大沙鼠鼠洞最多，占鼠洞总数的53.8%，且鼠害危害处于猖獗状态。随海拔(高程)增高，鼠洞数量及危害程度先升高后逐渐降低。说明大沙鼠洞口一般位于坡地中下部，也说明高程是影响荒漠林大沙鼠鼠洞分布与危害情况的一个重要因素。因为随着海拔(高程)增加，大气温度、湿度及地下水位都会有变化，对动物种群的分布与繁殖都有重要影响，因此其空间分布随高程发生一定规律的变化。

3.4 地形起伏度与鼠洞分布的关系

地形起伏度是描述研究区宏观地形特征的指标，分析地形起伏度与荒漠林大沙鼠鼠洞特征的关系，可进一步了解鼠洞空间分布规律。统计发现，大沙鼠在研究区洞穴选址时，更倾向于地形起伏度较小的平缓地带。随地形起伏度增大，鼠洞分布及危害程度先升高后逐渐降低，在0.1~0.25 m的地形起伏度范围内分布最多。

在鼠害防治过程中可根据鼠洞的带状空间分布特征以及其群居特征，对研究区进行针对性药物防治，减少大面积药物防治造成的巨额费用与生物毒素累积等。在布设弓形铗、平板铗、高原鼠兔铗等工具防治鼠害时也可根据其空间分布趋势进行布设，提高鼠害防治效率。

4 结论

本文通过对无人机低空遥感航拍获得的新疆古尔班通古特沙漠南缘荒漠林研究区超高分辨率TDOM数据及DEM数据的统计分析，了解了研究区不同地形因子对大沙鼠鼠洞空间分布的影响。研究区沙丘主要为南北走向，荒漠林大沙鼠鼠洞的空间分布与区域地形地貌密不可分，主要分布于阴坡、平坡和缓坡、地形起伏度在0.1~0.25 m内、海拔在430~437.5 m、高程在0~7.5 m内的区域。本文研究结果能为新疆草原、林业鼠害的大范围调查及药物和生物防治提供新的思路。