挪威的半自然栖息地、红色名录植物及荒废现象:模式与优先级筛选方法

《Ecological Indicators》:Semi-natural habitats, red-listed plants and abandonment in Norway: patterns and a screening approach for prioritization

【字体: 时间:2025年10月23日 来源:Ecological Indicators 7.4

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  农业废弃地半自然生态系统与濒危植物物种分布及植被变化趋势研究,结合空间分析与NDVI时间序列,发现仅3.7%的废弃地包含此类生态系统,但支持大量濒危物种,NDVI显示弱但积极的植被变化趋势,强调需加强测绘和针对性保护措施。

  农业土地的荒废正日益影响欧洲的农村和低强度农业区域,引发对其对生物多样性影响的担忧。虽然一些物种可能因减少的人类干扰而受益,但许多生活在半自然生态系统中的物种依赖传统的农业管理以维持其生态完整性。本研究探讨了挪威荒废的农业土地是否包含可能保存重要濒危植物种群的半自然生态系统,以及继续放弃农业管理是否会进一步威胁这些生物多样性丰富的生态系统。通过使用关于荒废农田、半自然生态系统类型和物种观测的空间数据,我们识别了具有保护价值的区域,并评估了这些区域对濒危物种的支持程度。此外,我们还使用NDVI数据(2017–2024)进行时间序列分析,以评估荒废是否导致了可检测的生态演替。我们还分析了荒废的空间分布及其与活跃农田的接近度,以理解荒废的区域模式。研究结果表明,只有极小比例(3.7%)的荒废农业土地与已知的半自然生态系统类型重叠,但这些区域支持了大量濒危植物物种。NDVI分析揭示了普遍较弱但正向的绿化趋势,表明在大多数栖息地类型中,生态演替尚未达到统计显著性。因此,我们的方法提出了一种潜在的方法,用于将有限的管理资源分配到关键区域。目前,半自然生态系统的数量可能被低估,这是因为有限且耗时的测绘活动。这些发现强调了需要更广泛的测绘和有针对性的保护工作,并突显了荒废在生物多样性丰富的半自然生态系统类型中的潜在威胁。

农业长期以来被视为影响生物多样性最重要的活动之一,常因推动物种减少而受到批评。然而,这一广义的叙述往往忽视了这样一个现实:某些由农业实践创建和维持的土地覆盖类型可以支持甚至增强生物多样性。一些物种和生态系统直接依赖农业管理生存和发展,这突显了将农业实践与生态保护相结合的重要性。农业与自然之间的这种双重关系强调了其复杂性。

农业在生物多样性中的更细致理解的重要组成部分是半自然土地的贡献,这些土地由人类活动塑造,农业实践以影响土地覆盖的方式促进生物多样性。在挪威,这样的景观包括北方苔原、半自然草地(在挪威的生态系统类型红名单中被归类为脆弱)和沿海苔原(被归类为濒危)。挪威和欧洲的半自然生态系统因农业实践的变化,尤其是在二战后,当肥沃地区大规模集约化,而低生产力或偏远地区开始荒废时,变得稀少。挪威的半自然草地可能覆盖大约1%的陆地面积。这些生态系统类型作为栖息地的重要性在挪威的物种红名单中得到了体现,其中2,752个受威胁物种中有798个(29%)与半自然土地类型相关。此外,自1800年以来记录的107个已灭绝物种中有47个也与这些景观有关。

欧洲的许多地区目前正在经历活跃农民数量的持续下降。在这些地区,理解农业管理与依赖管理的栖息地类型和物种之间的平衡变得尤为重要。许多这些地区是山区,活跃农民数量的下降尤为关键,因为农民在管理景观中扮演了重要角色。此外,虽然一些地区也可能受到集约化的影响,但所讨论的地区更常具有低强度生产系统,这些系统需要特定于地点、劳动密集型实践(例如,季节性割草和生物量移除、低密度轮牧)由于其较小规模、偏远和独特的生态价值。这使得由非本地农业企业(例如,保护机构)进行管理变得困难,因为存在访问限制、成本和需要持续性的因素。在挪威,例如,放牧活动具有经济价值,并有助于肉类和奶制品生产,以及国家粮食自给率。然而,结构性挑战和低利润继续威胁这些地区的农业。因此,假设农业将在未来继续管理这些生态系统类型的观念正在变得脆弱。同时,与农业无关的管理资源也十分有限。

尽管它们的重要性,半自然生态系统正面临来自土地荒废的越来越多的威胁,气候变化可能加剧这些压力。生物多样性丰富的生态系统类型在不再活跃耕作的土地上可能因继续管理的终止而面临生态价值下降的风险,尽管植被类型的过度生长速度因植被类型和当地条件而异。目前,主要的障碍是实践和空间上的,例如在国家范围内对半自然栖息地的不均匀测绘,荒废农业用地的登记与栖息地清单未一致连接,以及红名单物种的地理和时间分布不均。这些信息缺口使得难以确定荒废的半自然栖息地,评估当前状况,并优先考虑管理区域,即使底层生态过程已被充分研究。因此,特别是在那些预计演替迅速进行的地点,识别这些荒废的农业用地、评估逆转不利趋势的潜力以及定义管理策略以保护其生物多样性变得尤为重要。

为了解决这些知识缺口,一种方法是使用基于卫星的植被指数来跟踪生态变化。对归一化植被指数(NDVI)数据的时间序列分析可以提供关于植被变化的见解,通过检测荒废后植被的绿色度、生产力和结构的变化。这种遥感工具可以补充实地测绘,并在广泛的地理尺度上突出生态过渡的早期迹象。

本研究的目的是调查挪威荒废农业用地中半自然生态系统类型和红名单维管植物物种的范围,并评估农业管理的持续终止对它们保护的威胁。通过结合荒废农田、生态系统类型和物种观测的空间数据,以及使用Sentinel-2影像进行植被变化的时间序列分析,我们研究了生态变化的模式。我们还探讨了荒废区域与活跃农业中心之间的接近度,提供关于土地利用变化的区域差异和基于农业的持续管理潜力的见解。我们的发现旨在为讨论如何定位、管理和保护半自然生态系统类型做出贡献,特别是在经历农业衰退的景观中。这项研究对于挪威的农村和山区以及整个欧洲来说尤为重要,因为农业用地的荒废正在重塑生态系统,并挑战传统的保护和土地利用策略。

本研究的数据和方法部分详细介绍了数据来源和准备过程。我们使用了关于可能不再使用的农业用地的国家数据集,该数据集通过链接三个来源构建:(i)AR5,即1:5000比例尺的国家资源地图(将农业多边形分类为完全耕作土地、表层耕作土地和内陆牧场),(ii)农业财产登记,以及(iii)生产补贴申请登记。AR5将土地的状态(非当前使用)进行分类,因此即使未被积极管理,只要符合AR5的测绘类别,土地可能仍被映射为农业用地。关于细节度,补贴信息是在农业财产/农业企业层面记录的,而不是在每个单独的田块上,而AR5提供了田块/地块的几何形状。当AR5农业多边形位于未支付生产补贴的财产上时,可以推断出“未使用”的迹象。因此,该数据集支持田块级的可视化,但它没有将管理状态分配到每个补贴财产内的田块,建议在地点级决策时进行本地验证。

由于统一的空间图层仅从2020年开始可用,我们限制分析时间为2020至2024年的连续五年。尽管生产补贴数据在2020年前存在,但较早的记录与地理参考的农业资源多边形没有一致连接,因此无法支持全国范围的空间分析。我们通过年度数据集的空间交叉来识别2020至2024年间预计不再使用的农业用地。这确保了分析聚焦于一致“假设为荒废”的区域,应允许生态效应具体归因于持续的荒废。

第二个数据源包括从《自然类型–DN–手册13》中获取的半自然栖息地类型的空间数据。该手册定义了56种对生物多样性特别重要的栖息地类型,并提供了标准化的栖息地测绘指南。该手册描述了进行栖息地调查的方法,并提供了评估生物多样性数据质量的建议。对于本分析,从《手册13》中提取了10种半自然栖息地类型的空间数据。这些生态系统的数据收集始于1999年,产生的数据集从挪威环境局的测绘服务中获得,并通过ArcGIS-Rest服务访问,该服务托管在ArcGIS Server平台上。

此外,本研究还纳入了从《挪威自然(NiN)系统》中获取的陆地自然类型的空间数据。该数据集此前以“自然类型–挪威环境局指南”的名称发布,提供了基于挪威环境局官方测绘指令的生态系统类型。NiN数据的测绘始于2017年,在本研究中,从NiN数据集中提取了12种选定的半自然生态系统类型的空间数据。NiN数据库还提供了覆盖图层,指示哪些区域已被测绘。值得注意的是,挪威仍有一些区域尚未测绘和记录。因此,可能还有额外的半自然生态系统类型存在于景观中,但尚未被现有数据集捕获。这一限制对于荒废或较少被调查的区域尤为重要,这些区域可能存在半自然栖息地,以及它们支持的任何红名单物种,但仍未被记录。

NiN测绘涵盖 infield 和 outfield 地区,但北方/沿海苔原和沼泽/湿地复合体通常是 outfield,而半自然草地可能出现在两者之中。由于我们的荒废土地图层是 infield 基础(AR5),预计与 outfield 主导的 NiN 类型有限重叠,并应相应解释。这与挪威的定义和实践一致,其中 outfield 包括大部分森林、高山放牧区和沼泽区。同样,沿海苔原是 outfield 系统,尽管其特征由放牧和燃烧塑造。

为确保对 HB13 和 NiN 中半自然生态系统类型的解释和分析的一致性,原始类别被整合成统一的分类方案。表1展示了选定的 HB13 和 NiN 生态系统类型,并显示了基于共享生态属性的分组方案。这种方法标准化了两个数据源中的命名惯例,导致本研究中包含的六种主要的半自然生态系统类型:(i)北方苔原,(ii)沿海苔原,(iii)半自然沿海草地,(iv)半自然草地,(v)半自然沼泽,以及(vi)半自然湿地。

除了来自 DN 手册13 的数据外,本研究还包括来自《挪威自然(NiN)系统》的陆地自然类型的空间数据。该数据集此前以“自然类型–挪威环境局指南”的名称发布,提供了基于挪威环境局官方测绘指令的生态系统类型。NiN数据的测绘始于2017年,在本研究中,从NiN数据集中提取了12种选定的半自然生态系统类型的空间数据。NiN数据库还提供了覆盖图层,指示哪些区域已被测绘。值得注意的是,挪威仍有一些区域尚未测绘和记录。因此,可能还有额外的半自然生态系统类型存在于景观中,但尚未被现有数据集捕获。这一限制对于荒废或较少被调查的区域尤为重要,这些区域可能存在半自然栖息地,以及它们支持的任何红名单物种,但仍未被记录。

NiN测绘涵盖 infield 和 outfield 地区,但北方/沿海苔原和沼泽/湿地复合体通常是 outfield,而半自然草地可能出现在两者之中。由于我们的荒废土地图层是 infield 基础(AR5),预计与 outfield 主导的 NiN 类型有限重叠,并应相应解释。这与挪威的定义和实践一致,其中 outfield 包括大部分森林、高山放牧区和沼泽区。同样,沿海苔原是 outfield 系统,尽管其特征由放牧和燃烧塑造。

为了确保对 HB13 和 NiN 中半自然生态系统类型的解释和分析的一致性,原始类别被整合成统一的分类方案。表1展示了选定的 HB13 和 NiN 生态系统类型,并显示了基于共享生态属性的分组方案。这种方法标准化了两个数据源中的命名惯例,导致本研究中包含的六种主要的半自然生态系统类型:(i)北方苔原,(ii)沿海苔原,(iii)半自然沿海草地,(iv)半自然草地,(v)半自然沼泽,以及(vi)半自然湿地。

除了来自 DN 手册13 的数据外,本研究还包括来自《挪威自然(NiN)系统》的陆地自然类型的空间数据。该数据集此前以“自然类型–挪威环境局指南”的名称发布,提供了基于挪威环境局官方测绘指令的生态系统类型。NiN数据的测绘始于2017年,在本研究中,从NiN数据集中提取了12种选定的半自然生态系统类型的空间数据。NiN数据库还提供了覆盖图层,指示哪些区域已被测绘。值得注意的是,挪威仍有一些区域尚未测绘和记录。因此,可能还有额外的半自然生态系统类型存在于景观中,但尚未被现有数据集捕获。这一限制对于荒废或较少被调查的区域尤为重要,这些区域可能存在半自然栖息地,以及它们支持的任何红名单物种,但仍未被记录。

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除了来自 DN 手册13 的数据外,本研究还包括来自《挪威自然(NiN)系统》的陆地自然类型的空间数据。该数据集此前以“自然类型–挪威环境局指南”的名称发布,提供了基于挪威环境局官方测绘指令的生态系统类型。NiN数据的测绘始于2017年,在本研究中,从NiN数据集中提取了12种选定的半自然生态系统类型的空间数据。NiN数据库还提供了覆盖图层,指示哪些区域已被测绘。值得注意的是,挪威仍有一些区域尚未测绘和记录。因此,可能还有额外的半自然生态系统类型存在于景观中,但尚未被现有数据集捕获。这一限制对于荒废或较少被调查的区域尤为重要,这些区域可能存在半自然栖息地,以及它们支持的任何红名单物种,但仍未被记录。

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NiN测绘涵盖 infield 和 outfield 地区,但北方/沿海苔原和沼泽/湿地复合体通常是 outfield,而半自然草地可能出现在两者之中。由于我们的荒废土地图层是 infield 基础(AR5),预计与 outfield 主导的 NiN 类型有限重叠,并应相应解释。这与挪威的定义和实践一致,其中 outfield 包括大部分森林、高山放牧区和沼泽区。同样,沿海苔原是 outfield 系统,尽管其特征由放牧和燃烧塑造。

为了确保对 HB13 和 NiN 中半自然生态系统类型的解释和分析的一致性,原始类别被整合成统一的分类方案。表1展示了选定的 HB13 和 NiN 生态系统类型,并显示了基于共享生态属性的分组方案。这种方法标准化了两个数据源中的命名惯例,导致本研究中包含的六种主要的半自然生态系统类型:(i)北方苔原,(ii)沿海苔原,(iii)半自然沿海草地,(iv)半自然草地,(v)半自然沼泽,以及(vi)半自然湿地。

除了来自 DN 手册13 的数据外,本研究还包括来自《挪威自然(NiN)系统》的陆地自然类型的空间数据。该数据集此前以“自然类型–挪威环境局指南”的名称发布,提供了基于挪威环境局官方测绘指令的生态系统类型。NiN数据的测绘始于2017年,在本研究中,从NiN数据集中提取了12种选定的半自然生态系统类型的空间数据。NiN数据库还提供了覆盖图层,指示哪些区域已被测绘。值得注意的是,挪威仍有一些区域尚未测绘和记录。因此,可能还有额外的半自然生态系统类型存在于景观中,但尚未被现有数据集捕获。这一限制对于荒废或较少被调查的区域尤为重要,这些区域可能存在半自然栖息地,以及它们支持的任何红名单物种,但仍未被记录。

NiN测绘涵盖 infield 和 outfield 地区,但北方/沿海苔原和沼泽/湿地复合体通常是 outfield,而半自然草地可能出现在两者之中。由于我们的荒废土地图层是 infield 基础(AR5),预计与 outfield 主导的 NiN 类型有限重叠,并应相应解释。这与挪威的定义和实践一致,其中 outfield 包括大部分森林、高山放牧区和沼泽区。同样,沿海苔原是 outfield 系统,尽管其特征由放牧和燃烧塑造。

为了确保对 HB13 和 NiN 中半自然生态系统类型的解释和分析的一致性,原始类别被整合成统一的分类方案。表1展示了选定的 HB13 和 NiN 生态系统类型,并显示了基于共享生态属性的分组方案。这种方法标准化了两个数据源中的命名惯例,导致本研究中包含的六种主要的半自然生态系统类型:(i)北方苔原,(ii)沿海苔原,(iii)半自然沿海草地,(iv)半自然草地,(v)半自然沼泽,以及(vi)半自然湿地。

除了来自 DN 手册13 的数据外,本研究还包括来自《挪威自然(NiN)系统》的陆地自然类型的空间数据。该数据集此前以“自然类型–挪威环境局指南”的名称发布,提供了基于 Norwegian 环境局官方测绘指令的生态系统类型。NiN数据的测绘始于2017年,在本研究中,从NiN数据集中提取了12种选定的半自然生态系统类型的空间数据。NiN数据库还提供了覆盖图层,指示哪些区域已被测绘。值得注意的是,挪威仍有一些区域尚未测绘和记录。因此,可能还有额外的半自然生态系统类型存在于景观中,但尚未被现有数据集捕获。这一限制对于荒废或较少被调查的区域尤为重要,这些区域可能存在半自然栖息地,以及它们支持的任何红名单物种,但仍未被记录。

NiN测绘涵盖 infield 和 outfield 地区,但北方/沿海苔原和沼泽/湿地复合体通常是 outfield,而半自然草地可能出现在两者之中。由于我们的荒废土地图层是 infield 基础(AR5),预计与 outfield 主导的 NiN 类型有限重叠,并应相应解释。这与挪威的定义和实践一致,其中 outfield 包括大部分森林、高山放牧区和沼泽区。同样,沿海苔原是 outfield 系统,尽管其特征由放牧和燃烧塑造。

为了确保对 HB13 和 NiN 中半自然生态系统类型的解释和分析的一致性,原始类别被整合成统一的分类方案。表1展示了选定的 HB13 和 NiN 生态系统类型,并显示了基于共享生态属性的分组方案。这种方法标准化了两个数据源中的命名惯例,导致本研究中包含的六种主要的半自然生态系统类型:(i)北方苔原,(ii)沿海苔原,(iii)半自然沿海草地,(iv)半自然草地,(v
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