历史影像显示，在陡峭的山脉中，悬崖成为了生物多样性的避难所

《Global Ecology and Conservation》：Historical imagery reveals cliffs as refugia for biodiversity in steep mountains

土地覆盖变化与生物多样性关系研究：基于西班牙Pyrenees山脉国家森林公园百年影像分析，采用三维模型与重复摄影技术，揭示森林扩张与草地减少趋势，发现岩石栖息地作为关键生物多样性避难所。研究通过两步法（先分析土地覆盖动态，再评估植物多样性影响）量化地形因素对植被演替的影响，指出海拔、坡度及边界-面积比是主要驱动变量，同时验证了历史影像在陡峭地形监测中的独特价值。

　　本研究聚焦于欧洲南部的一个国家公园——奥尔德萨和蒙特佩尔多国家公园（OMPNP），通过分析过去一个世纪的景观变化及其对生物多样性的影响，探讨了受保护区域在自然恢复过程中可能面临的生态挑战。该研究采用了一种两步方法，首先利用历史照片和现代遥感影像进行对比，以评估不同土地覆盖类型的演变趋势；其次结合植物群落调查数据，分析这些变化如何影响生物多样性的丰富度和某些具有保护价值的物种的存在。研究强调了在地形复杂区域中，传统的二维地图可能低估了某些关键景观的面积和生态价值，特别是陡峭地形中的岩石地貌，这些区域往往成为生物多样性的避难所。

### 1. 研究背景与意义

山脉在全球生物多样性中占据着重要地位，被认为是生态系统多样性的热点区域。它们通常由半自然生态系统构成，其中自然和人为干扰因素长期共存并相互作用。随着一些高收入国家如欧洲在经济和社会发展过程中经历了农业和放牧活动的减少，以及受保护区域的设立，这些变化对土地覆盖格局产生了深远影响。例如，传统农业活动的衰退导致了曾经被耕作的田地逐渐被密集的灌木或森林取代，这在欧洲和地中海山区尤为明显。然而，受保护区域虽然在一定程度上减少了人类活动对生物多样性的直接破坏，但它们仍然会经历土地覆盖的变化，特别是在自然恢复的过程中。因此，了解这些变化对生物多样性的影响对于制定有效的保护策略至关重要。

在这一背景下，研究者们利用历史照片和现代遥感技术相结合的方法，对OMPNP的景观变化进行了深入分析。由于传统二维地图无法准确反映陡峭地形的真实面积，研究采用了三维地形模型来更精确地估算土地覆盖的变化。此外，历史照片提供了独特的视角，它们不仅能够揭示长期变化的趋势，还能反映某些特定地形（如悬崖）在生态恢复过程中的稳定性。研究结果表明，虽然自然恢复过程在某些区域促进了生物多样性的增加，但同时也对一些开放性土地覆盖类型（如草地）造成了不利影响，这些类型往往是受保护物种的重要栖息地。

### 2. 研究方法与数据来源

本研究的核心方法是重复摄影（repeat photography）技术，结合三维建模和植物群落调查数据。研究者们选取了18对跨越100年的历史照片和现代影像，这些照片覆盖了公园内五个山谷，包括从河谷到山顶的广泛海拔梯度。通过使用WSL Monoplotting Tool软件，研究者们能够将这些照片与数字地形模型（DTM）进行匹配，从而提取出精确的空间信息。该软件通过模拟摄影几何条件（collinearity condition）和计算每个图像点的实际坐标，为土地覆盖变化的定量分析提供了基础。

在数据处理过程中，研究者们首先设定了地面控制点（GCPs），用于校正历史照片与现代影像之间的空间偏差。接着，通过手动划分土地覆盖类型，并结合三维模型的地形数据（如海拔、坡度、边界-面积比等），对不同土地覆盖类型的变化进行了详细分析。为了更准确地评估这些变化对生物多样性的影响，研究还整合了过去几十年内进行的1108次植物调查数据。这些数据包括了22,196个植物记录，涵盖了1086种维管植物，占研究区域植物种类的73%。通过对这些数据的分析，研究者们能够估算不同土地覆盖类型对生物多样性各组成部分（如丰富度、特有性、脆弱性等）的贡献。

此外，研究还采用了逻辑回归分析，以评估土地覆盖变化的概率与地形因素之间的关系。研究发现，海拔、边界-面积比和坡度对土地覆盖变化具有显著影响，而地形朝向（aspect）则影响较小。这表明，在高海拔地区，由于人类活动的限制和植物生命周期的差异，土地覆盖的变化相对缓慢。而在低海拔、坡度较缓的区域，由于更容易受到人为干扰和自然扩张的影响，土地覆盖变化更为显著。同时，岩石地貌（如悬崖）因其独特的地形特征和相对稳定的状态，被证明是生物多样性的重要避难所。

### 3. 研究结果与分析

研究结果显示，过去一个世纪内，OMPNP的土地覆盖格局发生了显著变化。总体趋势是向更高级的演替阶段发展，其中森林成为最大的赢家，而草地、灌木地和稀疏森林则经历了不同程度的减少。这些变化在一定程度上反映了农业和放牧活动的衰退，以及自然恢复过程对生态系统的影响。然而，这种变化并非均匀发生，而是受到地形特征的显著影响。例如，高海拔地区由于地形陡峭和人类活动的限制，土地覆盖变化较少；而低海拔、坡度较缓的区域则更容易发生土地覆盖类型转换。

值得注意的是，岩石地貌（包括岩石露头、碎石坡和陡峭悬崖）在土地覆盖变化中表现出极高的稳定性。这些区域虽然在传统二维地图中被低估，但在三维模型中却占据了重要比例。研究发现，岩石地貌不仅具有较高的生物多样性，还承载了大量特有物种和分布范围受限的植物。这表明，岩石地貌在长期保护中可能扮演着至关重要的角色，尤其是在应对气候变化和生态系统退化时。相比之下，草地和灌木地由于其较高的生态脆弱性，更容易受到自然恢复过程的影响，从而导致某些受保护物种的消失。

此外，研究还发现，不同土地覆盖类型对植物群落的丰富度和特有性具有不同的贡献。草地虽然在丰富度上排名靠前，但在特有性和分布范围受限的物种比例上较低。相比之下，岩石地貌和灌木地则在特有性和分布范围受限的物种方面表现出更高的比例。这表明，岩石地貌在保护生物多样性方面具有独特的优势，而草地和灌木地则需要更多的关注和保护措施，以防止其生态功能的丧失。

### 4. 研究的意义与建议

本研究的发现对受保护区域的管理和生物多样性保护具有重要的指导意义。首先，它强调了在地形复杂区域中，传统的二维地图可能无法准确反映土地覆盖的真实情况，因此需要采用三维建模技术来更全面地评估生态系统的变化。其次，研究指出，岩石地貌在自然恢复过程中表现出极高的稳定性，是生物多样性的重要避难所，尤其是在气候变化加剧的背景下，这些区域可能成为某些物种的长期栖息地。

此外，研究还提出了几种具体的管理建议。例如，为了减少森林扩张对草地和灌木地的影响，可以考虑通过人为干预（如森林密度的降低和人工创造森林空隙）来维持景观的多样性。这种做法不仅可以提高水循环效率，还能降低火灾风险。同时，研究建议在岩石地貌中进行有针对性的管理，以保护其独特的生态功能。这包括对岩石地貌中特有植物的监测和保护，以及在特定区域实施受控的燃烧策略，以维持生态系统的平衡。

最后，研究还强调了公众参与和公民科学在保护工作中的重要性。历史照片的收集和分析不仅依赖于专业研究者，还离不开公众的贡献。例如，一些历史照片是由游客和登山者拍摄的，这些照片提供了独特的视角和丰富的数据。因此，鼓励公众参与土地覆盖和生物多样性的监测，不仅有助于数据的获取，还能提高公众对保护工作的认识和参与度。此外，结合现代技术（如无人机）进行更精确的监测，能够进一步提高对受保护区域生态变化的理解，并为未来的保护策略提供科学依据。

综上所述，本研究不仅揭示了受保护区域在自然恢复过程中的生态变化，还为生物多样性保护提供了新的思路和方法。通过结合历史影像、三维建模和植物调查数据，研究者们能够更全面地评估土地覆盖变化对生态系统的影响，并为制定有效的保护策略提供了科学支持。在未来，随着技术的不断发展和公众参与的增加，这种研究方法有望在更广泛的地理范围内得到应用，为全球范围内的生物多样性保护做出更大的贡献。