高宏偉，周艷秋，滿都呼，付和平,3，李 明，付江鋒

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014109；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011）

嚙齒動(dòng)物廣泛分布于草地生態(tài)系統(tǒng)中，是組成草地生物群落的重要成分，在草地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起到重要的作用。但當(dāng)嚙齒動(dòng)物種群數(shù)量增加至某一閾限，或是發(fā)生種群暴發(fā)式增長時(shí)，就會(huì)對生態(tài)系統(tǒng)造成一定程度的危害，即所謂“鼠害”。主要表現(xiàn)在啃食和儲(chǔ)藏大量優(yōu)質(zhì)牧草、挖土造丘，從而加速草地退化，生境遭到破壞，草地生產(chǎn)力降低，使得草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重影響[1-3]。因此，多年來草地鼠害的成因和預(yù)測預(yù)報(bào)一直備受關(guān)注，嚙齒動(dòng)物群落組成及其動(dòng)態(tài)與草地生態(tài)系統(tǒng)生物和非生物因子的關(guān)系研究，一直以來都是草地生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，在這方面許多學(xué)者做了大量工作，取得了明顯的成績[4-7]。但利用3S技術(shù)[地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)、遙感技術(shù)(Remote Sensing,RS)]探索荒漠嚙齒動(dòng)物群落與植物因子關(guān)系機(jī)理的研究到目前為止并不多見。3S技術(shù)尤其是GIS在生態(tài)學(xué)研究中已被廣泛應(yīng)用[8-11]，可為解決草地生態(tài)學(xué)的一些具體問題，諸如生物群落彼此之間的相關(guān)性，生物群落的分布、動(dòng)態(tài)及隨時(shí)間和環(huán)境因子變化的演替規(guī)律等提供技術(shù)支持[12]。國內(nèi)外學(xué)者將GIS應(yīng)用到嚙齒動(dòng)物相關(guān)研究的主要是區(qū)系分布、模型構(gòu)建、氣候變化對分布區(qū)的影響、繪制一定地理區(qū)域有害嚙齒動(dòng)物分布圖和豐富度估測等[13-16]，真正應(yīng)用GIS結(jié)合棲息地植被因子分析草地鼠害成因，并且通過程序語言推理機(jī)實(shí)現(xiàn)初步預(yù)測的研究相對較少。近年來，我國學(xué)者經(jīng)過對草地嚙齒動(dòng)物群落的研究，針對不同類型草地提出了動(dòng)植物群落關(guān)系適應(yīng)性結(jié)果和區(qū)域性、綜合性防控的策略[10,12]，對指導(dǎo)草地鼠害防治實(shí)踐起到了重要作用。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)科學(xué)的發(fā)展以及在農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域的快速應(yīng)用，草地嚙齒動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究與草地鼠害控制的緊密結(jié)合同樣需要大數(shù)據(jù)應(yīng)用[2]。為此，在基于MapGIS平臺(tái)的阿拉善荒漠區(qū)嚙齒動(dòng)物群落專家系統(tǒng)成功研發(fā)的基礎(chǔ)上，利用多個(gè)數(shù)據(jù)庫形成的嚙齒動(dòng)物群落中種群相對數(shù)量與植物因子動(dòng)態(tài)關(guān)系的推理機(jī)，通過程序設(shè)計(jì)語言VB(Visual Basic)進(jìn)行MapGIS二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)通過環(huán)境中植物因子動(dòng)態(tài)變化對害鼠相對數(shù)量的預(yù)測。這對于草地鼠害控制實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用是一次關(guān)鍵性的嘗試，也是開展動(dòng)物群落專家系統(tǒng)推理機(jī)研究的重要性和意義所在。

阿拉善荒漠區(qū)分布有不同嚙齒動(dòng)物23 種，其中，子午沙鼠(Merionesmeridianus)、三趾跳鼠(Dipus sagitta)、小毛足鼠(Phodopus roborovskii)為不同生境的優(yōu)勢種[1,3]。本研究在多年野外調(diào)查積累數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以阿拉善荒漠區(qū)上述3種優(yōu)勢嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量與植物因子間的作用關(guān)系分析為主線，在采用逐步回歸分析、主成分分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合多項(xiàng)式回歸分析等方法導(dǎo)出生態(tài)模型，借助MapGIS平臺(tái)，利用開墾、輪牧和過牧3種生境中8個(gè)植物因子指標(biāo)與3種優(yōu)勢鼠種數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、3種優(yōu)勢鼠種的圖像信息組成的知識庫系統(tǒng)、3種生境下19種生態(tài)模型組成的模型庫系統(tǒng)構(gòu)成嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量與植物因子動(dòng)態(tài)關(guān)系的推理機(jī)，通過程序設(shè)計(jì)語言VB進(jìn)行MapGIS二次開發(fā)，在專家系統(tǒng)中予以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古阿拉善荒漠區(qū)的總面積為26.98 km2，占自治區(qū)總面積的22.86%。烏蘭布和、巴丹吉林和騰格里三大沙漠橫貫全境。境內(nèi)以風(fēng)沙大、干旱少雨、日照充足、蒸發(fā)強(qiáng)烈為主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)。氣候?yàn)榈湫透咴箨懶詺夂?。海拔?00～1 600 m，冬季嚴(yán)寒干燥，夏季酷熱、干旱少雨、日照強(qiáng)烈，蒸發(fā)量2 900～3 300 mm，年降水量75～215 mm，主要集中在7月－9月。年平均氣溫約為7.2℃，無霜期約156 d，晝夜溫差較大。土壤為淡棕鈣土。草地類型為溫性荒漠，土壤干旱、貧瘠、鹽漬化和沙礫化嚴(yán)重，植被蓋度小，以旱生灌木、半灌木為主，間有少量禾草、豆科牧草，蒺藜科(Zygophyllaceae)、菊科(Compositae)和藜科(Chenopodiaceae)植物為建群植物，伴有檉柳科(Tamaricaceae)、薔薇科(Rosaceae)植物。植被覆蓋度一般僅為1%～20%。草原生態(tài)脆弱，鼠害時(shí)有發(fā)生。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇

研究區(qū)位于阿拉善左旗南部的荒漠區(qū)，地理位置104°10′－105°30′E，37°24′－38°25′N。選擇開墾、輪牧和過牧3種不同的典型生境進(jìn)行長期定位研究(圖1⑨⑩)，樣地具體信息如表1所列。

表1 阿拉善荒漠區(qū)3種不同典型生境Table 1 Three different typical habitats in the Alashan desert area

圖1 阿拉善荒漠區(qū)的調(diào)查樣地圖Figure 1 The sample survey map of the Alashan desert region

1.2.2 動(dòng)物取樣方法

在2008－2013 年每年的4月、7月和10月上旬采用夾日法捕獲不同生境下的嚙齒動(dòng)物，在不同生境類型的調(diào)查地段每次調(diào)查3次重復(fù)，調(diào)查面積設(shè)定為10 hm2，其間布設(shè)3～5條夾線、布放300～500夾、夾距5 m、行距50 m，每次布放24 h，以每種鼠捕獲率作為鼠類種群的相對數(shù)量，樣地間隔大于1 km。采用鐵質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中號板鋏作為捕獲工具，用新鮮的花生米做餌料。6年共布設(shè)鼠鋏70 200個(gè)。對所獲嚙齒動(dòng)物的記錄觀測指標(biāo)包括種名、耳長、體重、性別、體長、尾長、后足長，解剖觀察繁殖狀況及胃容物。

1.2.3 植物取樣方法

植物取樣樣方的選擇遵從隨機(jī)性的原則分兩個(gè)層次進(jìn)行，分別為灌木取樣樣方，重復(fù)3 次，灌木樣方面積為4 m× 4 m；草本取樣樣方，同樣重復(fù)3次，草本樣方面積為1 m ×1 m，分別測量灌木和草本植物的高度(cm)、密度(株·m?2)、蓋度(%)和地上生物量(g·m?2)，共8個(gè)植物因子。灌木樣方設(shè)在動(dòng)物鋏捕樣地中，草本樣方設(shè)于灌木樣方中。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量計(jì)算及應(yīng)用：以百鋏捕獲率作為嚙齒動(dòng)物捕獲率計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，并將其視為嚙齒動(dòng)物種群密度的指標(biāo)，應(yīng)用于嚙齒動(dòng)物群落的定性與定量分析中。指標(biāo)計(jì)算公式如下：

式中：P為百鋏捕獲率，n為捕獲鼠數(shù)，N為布鋏數(shù)，h為布鋏晝夜數(shù)。使用Excel 2013進(jìn)行各數(shù)據(jù)的記錄、匯總與制表。

嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量與植物因子變量的回歸分析：將在開墾、輪牧和過牧3種不同典型生境中2008?2013年每年10月優(yōu)勢植物種采集調(diào)查的灌木和草本兩類植物8個(gè)因子的數(shù)據(jù)及嚙齒動(dòng)物群落數(shù)據(jù)分別作為定量分析中使用的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

對荒漠區(qū)開墾、輪牧和過牧典型生境下灌木植物和草本植物共8個(gè)植物因子與3種優(yōu)勢鼠種子午沙鼠、三趾跳鼠和小毛足鼠的捕獲率，借助于統(tǒng)計(jì)軟件SAS 9.0，首先運(yùn)用逐步回歸分析法，將8個(gè)植物因子與3種優(yōu)勢鼠種的捕獲率關(guān)系進(jìn)行分步篩選，并結(jié)合主成分分析明確主要影響因子；其次進(jìn)行多項(xiàng)式回歸分析，用多元二次回歸方程擬合8個(gè)植物因子與3種優(yōu)勢鼠種捕獲率的函數(shù)模型。存入專家系統(tǒng)不同優(yōu)勢鼠種的模型庫中，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供專家系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)所用。數(shù)據(jù)分析流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)分析流程圖Figure 2 Data analysis flow chart

2 荒漠區(qū)嚙齒動(dòng)物群落專家系統(tǒng)

本研究前期工作在阿拉善荒漠區(qū)以不同的環(huán)境因子如地形、植被、水分、土壤等為依據(jù)，選定了23個(gè)調(diào)查樣地(圖1)，調(diào)查研究區(qū)內(nèi)嚙齒動(dòng)物的群落組成及種類分布。在研究區(qū)23個(gè)樣地中設(shè)置46個(gè)樣方，布放總計(jì)22 270個(gè)鋏日，捕獲嚙齒動(dòng)物723只，主要包括跳鼠科(Dipodidae)的五趾跳鼠(Allactaga sibirica)、三趾跳鼠、長耳跳鼠(Euchoreutes naso)、巨泡五趾跳鼠(Allactaga bullata)，倉鼠科(Cricetidae)的子午沙鼠、小毛足鼠、灰倉鼠(Cricetulusmigratorius)、長尾倉鼠(Cricetulus longicaudatus)等嚙齒動(dòng)物。依據(jù)植被類型調(diào)查記錄、地點(diǎn)記錄與內(nèi)蒙古植被類型第1次草原普查圖信息，經(jīng)對比分析，將本研究所調(diào)查的46個(gè)樣方以不同草地亞類分別劃分為16種生境類型，各種不同生境中嚙齒動(dòng)物捕獲率居于前3位的嚙齒動(dòng)物群落如表2所列。

表2 草地類型及對應(yīng)的嚙齒動(dòng)物群落Table 2 Grassland typesand corresponding rodent communities

以上群落數(shù)據(jù)全部存入專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，然后結(jié)合內(nèi)蒙古不同草地類型矢量圖對應(yīng)存入圖片信息中，構(gòu)成荒漠區(qū)嚙齒動(dòng)物群落專家系統(tǒng)，用以預(yù)測不同生境下嚙齒動(dòng)物群落的空間分布和優(yōu)勢種群或主要危害鼠種。

2.1 專家系統(tǒng)的構(gòu)造及其特點(diǎn)

專家系統(tǒng)(Expert System,ES)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、前景廣闊[17-18]。究其實(shí)質(zhì)和根本為計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，通過模擬人類專家的思維水平在具體的生產(chǎn)生活實(shí)踐中解決困難和問題。智慧來源于知識系統(tǒng)是專家系統(tǒng)最根本的特征，其工作方法為應(yīng)用人類專家的專門知識，利用人類專家經(jīng)驗(yàn)來解決各種非結(jié)構(gòu)化問題。知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、人機(jī)接口、解釋機(jī)、知識獲取機(jī)稱為專家系統(tǒng)的6大要素。依規(guī)模、類型和功能的不同，專家系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)有所差異，均具有透明性、實(shí)用性、啟發(fā)性和靈活性的顯著特點(diǎn)。但無論如何知識庫和推理機(jī)都堪為核心。知識庫是專家系統(tǒng)的倉庫，也是知識積累、交替更新的存放之所，是其質(zhì)量上乘與否的關(guān)鍵，直接決定其質(zhì)量水平。推理機(jī)類似于專家系統(tǒng)的處理器，對所提問題進(jìn)行分析判斷、邏輯計(jì)算或推演歸納，據(jù)已知、推未知、獲新知，其具體過程為利用已知條件或已有信息，對知識庫中的規(guī)則和內(nèi)容反復(fù)進(jìn)行匹配和應(yīng)用，從而獲得新的結(jié)論、積累新的經(jīng)驗(yàn)，直至問題得以解決。推理的效果和效率取決于推理的方式和推理的控制，推理方式即知識的運(yùn)用模式；推理控制為知識的選擇。因此不難得出結(jié)論，推理機(jī)是知識庫實(shí)現(xiàn)其價(jià)值的平臺(tái)，如同專家解決問題的思維方式。

2.2 專家系統(tǒng)的平臺(tái)選擇

專家系統(tǒng)選擇的地理信息系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域[19]。其研究對象為地球表層空間有關(guān)的地理分布數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持下，對所研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、采集、運(yùn)算、管理、分析、顯示和描述。MapGIS官方綠色免費(fèi)版本MapGIS 6.7的二次開發(fā)庫以4種方式提供，且都封裝在多個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(Dynamic Link Library,DLL)中[20-21]，分別為微軟基礎(chǔ)類庫(Microsoft Foundation Class,MFC)、應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface,API)函數(shù)、Activex 控件和Com 組件。利用MapGIS組件平臺(tái)開發(fā)GlS系統(tǒng)的用戶應(yīng)用程序一般過程和具體步驟如下：選擇二次開發(fā)程序設(shè)計(jì)語言，如VB；在待開發(fā)的程序中引用MapGIS的組件；調(diào)用MapGIS組件完成GIS應(yīng)用程序功能并進(jìn)行專屬功能的開發(fā)和設(shè)計(jì)。為此，本專家系統(tǒng)選擇了中地?cái)?shù)碼MapGIS 6.7為開發(fā)平臺(tái)，并借助其對應(yīng)的MapGISSDK 6.7軟件開發(fā)工具包、VB為程序設(shè)計(jì)語言環(huán)境進(jìn)行專家系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 嚙齒動(dòng)物種群數(shù)量與植物因子回歸分析

在開墾、輪牧和過牧3種不同典型生境下，對不同的植物因子和3種嚙齒動(dòng)物捕獲率進(jìn)行逐步回歸分析。設(shè)置顯著性水平為P<0.05，通過4步逐步回歸分析可以篩選出對生境中嚙齒動(dòng)物種群數(shù)量具有顯著影響的因子(表3)。

表3 逐步回歸分析篩選植物因子的結(jié)果Table 3 The results of plant factors screened by stepwise regression analysis

1)在紅砂(Reaumuria soongorica)+戈壁針茅(Stipa gobica)草地，影響三趾跳鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為草本生物量(x4)、灌木密度(x7)、灌木生物量(x8)和草本高度(x1)；影響子午沙鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為草本蓋度(x2)、草本密度(x3)、草本生物量(x4)和灌木生物量(x8)；影響小毛足鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為草本高度(x1)和草本密度(x3)。

2)在蒿類草地，影響三趾跳鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為灌木蓋度(x6)和灌木密度(x7)；影響小毛足鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為草本高度(x1)和灌木密度(x7)。

3)在白刺(Nitraria tangutorum)草地，影響三趾跳鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為草本密度(x3)；影響小毛足鼠種群相對數(shù)量的主要植物因子為草本高度(x1)和草本密度(x3)。

經(jīng)過逐步回歸分析法獲得了影響3種嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量的主要植物因子，在此基礎(chǔ)上采用多項(xiàng)式回歸的方法再進(jìn)行分析(表4)。在紅砂+戈壁針茅草地，得到2個(gè)多項(xiàng)式回歸方程表達(dá)式來描述三趾跳鼠和子午沙鼠的種群相對數(shù)量與植物因子之間的關(guān)系。在蒿類草地，也可得到2個(gè)多項(xiàng)式回歸方程表達(dá)式來描述三趾跳鼠和小毛足鼠的種群相對數(shù)量與植物因子之間的關(guān)系。把上述4個(gè)回歸方程存入系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)庫中，作為推理機(jī)預(yù)測種群數(shù)量的函數(shù)和基礎(chǔ)。

表4 結(jié)合逐步回歸分析的多項(xiàng)式回歸分析的結(jié)果Table 4 Resultsof stepwise regression combined with polynomial regression analysis

3.2 基于主成分和多項(xiàng)式分析的嚙齒動(dòng)物種群數(shù)量與植物因子間關(guān)系

當(dāng)逐步回歸分析顯著性水平達(dá)到P<0.05時(shí)，尚存在動(dòng)植物關(guān)系擬合度不足，也就是說如果出現(xiàn)與嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量關(guān)系緊密的植物因子較少時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型擬合度較低這一現(xiàn)象。因此，本研究采用了主成分分析與多項(xiàng)式回歸相結(jié)合的分析方法，不僅能更加簡化數(shù)據(jù)、探索變量之間的關(guān)系，而且能夠反映輪牧、過牧和開墾3 種不同生境下不同植物因子變量信息的綜合作用，可以構(gòu)建擬合度較高的滿足本研究內(nèi)容的多元非線性模型。

主成分分析結(jié)果(表5)顯示，在紅砂+戈壁針茅草地，有5個(gè)植物變量：x1、x2、x5、x6和x7為主要影響因子，各因子中貢獻(xiàn)率最大的為x2(0.544 7)，最小的為x1(?0.620 4)，5個(gè)因子累計(jì)貢獻(xiàn)率為0.933 2；在蒿類草地，只有4個(gè)植物變量：x1、x2、x6、x7為主要影響因子，各因子中貢獻(xiàn)率最大的為x7(0.792 2)，最小的為x1(?0.615 4)，4個(gè)因子累計(jì)貢獻(xiàn)率為0.959 2；在白刺草地，也有5個(gè)植物變量：x2、x3、x5、x6、x7為主要影響因子，各因子中貢獻(xiàn)率最大的為x7(0.735 3)，最小的為x2(0.563 6)，各因子累計(jì)貢獻(xiàn)率為0.922 0。

表5 不同生境下植物因子變量主成分分析結(jié)果Table 5 The plant factor analysis results by principal components analysis in different habitats

將逐步回歸分析與多項(xiàng)式回歸分析結(jié)合得出的擬合度較低的每個(gè)不同典型生境中嚙齒動(dòng)物的種群相對數(shù)量與主成分分析得到的每個(gè)典型生境主要因子應(yīng)用多項(xiàng)式回歸分析(表6)。在紅砂+戈壁針茅草地，得到小毛足鼠的種群相對數(shù)量與灌木高度、蓋度和密度以及草本高度、蓋度等植物因子的回歸模型。在蒿類草地，得到子午沙鼠的種群相對數(shù)量與灌木蓋度、密度以及草本高度、蓋度等因子的回歸模型。在白刺草地，分別得到三趾跳鼠、子午沙鼠和小毛足鼠3個(gè)種群相對數(shù)量與灌木蓋度、高度和密度以及草本蓋度、密度等因子的回歸模型。將上述5個(gè)回歸模型存入系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)庫中，為應(yīng)用推理機(jī)預(yù)測嚙齒動(dòng)物種群數(shù)量提供基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)。

表6 主成分分析結(jié)合多項(xiàng)式回歸分析結(jié)果Table6 The analysisresultsof principal component combined with polynomial regression

分別利用逐步回歸分析結(jié)合多項(xiàng)式回歸分析(a)和主成分分析結(jié)合多項(xiàng)式回歸分析(b)兩種方法對嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量與植物因子變量之間的關(guān)系進(jìn)行定量分析，在紅砂+戈壁針茅、蒿類、白刺3種不同類型草地生境中，得到3種優(yōu)勢嚙齒動(dòng)物的回歸模型：

紅砂+戈壁針茅草地生境：

(1)三趾跳鼠(a 方法)：Y=1.247 8?0.036 4x8?0.007 2x7+0.091 3x4?0.242 0x1+0.000 1x8×x8+0.014 8x7×x8?0.030 0x7×x7?0.000 8x4×x8?0.011 3x4×x7?0.000 1x4×x4+0.003 6x1×x8+0.094 8x1×x7? 0.002 0x1×x4+ 0.001 6x1×x1；

(2)子午沙鼠(a 方法)：Y=4.481 2?0.129 8x8?0.404 2x4?0.042 9x3+4.145 3x2+0.000 2x8×x8+0.001 5x4×x8+0.007 3x4×x4+0.003 8x3×x8+0.001 3x3×x4?0.000 1x3×x3?0.002 6x2×x8?0.115 6x2×x4? 0.010 1x2×x3+ 0.249 8x2×x2；

(3)小毛足鼠(b方法)：Y=4.028 3?2.604 3x1?0.416 2x2?0.190 4x5+0.543 9x6+ 1.778 5x7+0.026 6x1×x1?0.138 7x2×x1?0.009 5x2×x2+0.080 7x5×x1+0.019 5x5×x2?0.004 4x5×x5?0.000 8x6×x1+0.069 8x6×x2+0.033 0x6×x6+1.224 0x7×x1?0.939 7x7×x2?0.233 4x7×x5+0.129 8x7×x6+ 0.880 3x7×x7.

蒿類草地生境：

(1)三趾跳鼠(a 方法)：Y=0.021 8+0.016 6x6+2.533 3x7+ 0.011 6x6×x6? 0.427 5x7×x6? 0.1718x7×x7；

(2)子午沙鼠(b方法)：Y=1.944 6+1.102 1x1?0.301 8x2?0.262 5x6+23.570 2x7? 0.369 4x8+0.032 8x1×x1+0.302 2x2×x1+0.177 8x2×x2+0.660 0x6×x1?0.225 2x6×x2?0.004 2x6×x6?12.791 4x7×x1；

(3)小毛足鼠(a 方法)：Y=1.390 4?0.157 5x1?2.690 5x7+ 0.003 6x1×x1+ 0.216 8x1×x7+ 0.208 2x7×x7.

白刺草地生境：

(1)三趾跳鼠(b方法)：Y= ? 24.074 6 + 0.678 4x2?0.078 3x3?0.636 9x5+47.264 8x7?0.131 2x2×x2+0.009 0x3×x2?0.032 7x5×x2+0.002 8x5×x3?0.008 4x5×x5+0.256 4x6×x2+0.001 6x6×x3+0.006 0x6×x5+0.013 5x6×x6?12.404 5x7×x2?0.013 4x7×x3?1.141 5x7×x5+1.051 1x7×x6?2.421 4x7×x7；

(2)子午沙鼠(b方法)：Y= ? 31.748 8 + 10.069 6x2?0.088 8x3+ 1.126 0x5?0.262 6x6+ 36.852 7x7?0.202 5x2×x2+0.018 5x3×x2?0.000 1x3×x3+0.011 3x5×x2+0.002 5x5×x3?0.011 6x5×x5?0.546 9x6×x2+0.006 1x6×x3?0.001 4x6×x5+0.027 4x6×x6?15.417 1x7×x2?0.071 3x7×x3?0.771 3x7×x5? 0.495 1x7×x6+ 29.248 3x7×x7；

(3)小毛足鼠(b方法)：Y=29.643 6?5.593 8x1?0.045 8x3?0.610 4x5?54.088 7x7+ 1.678 7x8?0.304 6x1×x1?0.000 8x3×x1?0.000 1x3×x3+0.122 5x5×x1? 0.000 1x5×x3.

式中：Y為嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量；x1、x2、x3、x4分別為草本高度(cm)、蓋度(%)、密度(株·m?2)、地上生物量(g·m?2)；x5、x6、x7、x8分 別 為 灌 木 高 度(cm)、蓋度(%)、密度(株·m?2)、地上生物量(g·m?2)。

4 專家系統(tǒng)中推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)

阿拉善荒漠區(qū)嚙齒動(dòng)物群落專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由地理信息系統(tǒng)平臺(tái)MapGIS和程序設(shè)計(jì)語言VB以及上述多個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成，通過推理機(jī)實(shí)現(xiàn)可視化。其程序代碼見附錄。

通過以上程序的運(yùn)行，專家系統(tǒng)顯示結(jié)果如圖3所示。以紅砂+戈壁針茅草地生境為例，在輪牧條件下三趾跳鼠、子午沙鼠和小毛足鼠的種群相對數(shù)量分別為1.20%、4.80%和4.20%。實(shí)地驗(yàn)證調(diào)查與程序的運(yùn)行結(jié)果一致。

圖3 專家系統(tǒng)分析結(jié)果界面Figure 3 Expert system analysis result interface

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

目前，基于3S技術(shù)對嚙齒動(dòng)物種群和群落分布、危害控制等方面進(jìn)行的相關(guān)研究已經(jīng)取得了明顯的成果[22-25]。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于嚙齒動(dòng)物生態(tài)學(xué)及其危害控制已經(jīng)在逐步成為現(xiàn)實(shí)[2]。阿拉善荒漠區(qū)嚙齒動(dòng)物群落專家系統(tǒng)已經(jīng)具備了大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的雛形，其核心內(nèi)容為知識庫和推理機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)各部分組件構(gòu)成完備齊全、結(jié)構(gòu)合理，地理信息系統(tǒng)平臺(tái)MapGIS、程序設(shè)計(jì)語言VB與各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，尤其是充分發(fā)揮MapGIS強(qiáng)大的地理信息系統(tǒng)功能，能夠?qū)⑸鷳B(tài)學(xué)中具體問題直觀地顯示出來，實(shí)現(xiàn)理論預(yù)測的可視化，為多部門的實(shí)際應(yīng)用提供方便、快捷、直觀的科學(xué)依據(jù)。本研究以紅砂+戈壁針茅生境中逐步回歸分析結(jié)合多項(xiàng)式回歸分析方法，三趾跳鼠危害預(yù)測和管理推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了說明，并將運(yùn)行結(jié)果以直觀圖的形式直接提供給用戶。本研究借助MapGIS平臺(tái)，利用VB程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行嚙齒動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究與應(yīng)用，以期便于掌握和預(yù)測不同環(huán)境因素影響下生物群落中不同嚙齒動(dòng)物優(yōu)勢種相對數(shù)量的動(dòng)態(tài)趨勢，對于預(yù)防和控制草原鼠害的發(fā)生具有重要意義和作用。但是較人工智能應(yīng)用技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的大數(shù)據(jù)專家系統(tǒng)還有不小的差距，大數(shù)據(jù)使得動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究正在進(jìn)入全面感知時(shí)代，大數(shù)據(jù)專家系統(tǒng)可以根據(jù)多學(xué)科專家提供的經(jīng)驗(yàn)和知識模擬人類專家的決策過程，從而進(jìn)行推導(dǎo)和判斷，能夠解決人類專家難以及時(shí)處理的復(fù)雜問題。預(yù)測是大數(shù)據(jù)專家系統(tǒng)應(yīng)用的重要標(biāo)志，不遠(yuǎn)的將來對于草地嚙齒動(dòng)物種群和群落動(dòng)態(tài)變化以及草地鼠害控制的精準(zhǔn)預(yù)測預(yù)警而言，必將結(jié)合嚙齒動(dòng)物種群和群落、植物群落、土壤、氣象、植被分布TM 影像圖(Thematic Mapper)、地形圖、動(dòng)植物圖片、智能芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、紅外相機(jī)、無人機(jī)拍攝、3S技術(shù)等數(shù)據(jù)資料，借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)可以優(yōu)化專業(yè)研究與農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)投入，優(yōu)化專業(yè)研究與農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐布局[2]，更有利于研究對象與生產(chǎn)實(shí)踐的目標(biāo)對接，成為生物災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測與防控的有效技術(shù)手段。

5.2 結(jié)論

本研究以阿拉善荒漠區(qū)多年野外嚙齒動(dòng)物和植物群落調(diào)查積累數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以荒漠區(qū)鼠害預(yù)測預(yù)報(bào)為目的，在研發(fā)阿拉善荒漠區(qū)嚙齒動(dòng)物群落專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，借助MapGIS平臺(tái)，利用開墾、輪牧和過牧3種生境中8個(gè)植物因子指標(biāo)與子午沙鼠、三趾跳鼠和小毛足鼠3種優(yōu)勢鼠種數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、3種優(yōu)勢鼠種的圖像信息組成的知識庫系統(tǒng)、3種生境下19種生態(tài)模型組成的模型庫系統(tǒng)構(gòu)成嚙齒動(dòng)物種群相對數(shù)量與植物因子動(dòng)態(tài)關(guān)系的推理機(jī)，通過程序設(shè)計(jì)語言VB進(jìn)行MapGIS二次開發(fā)，在專家系統(tǒng)中予以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，可以初步應(yīng)用于植物因子數(shù)據(jù)預(yù)測短期內(nèi)主要害鼠的鼠種和密度，可為荒漠區(qū)短期鼠害應(yīng)急防控提供參考依據(jù)。