气候变化与土地利用变化下栖息地脆弱性监测的景观可持续性指标:四种哺乳动物案例研究

【字体: 时间:2025年05月14日 来源:Environmental and Sustainability Indicators 5.4

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  为评估气候变化与土地利用变化对物种栖息地的协同影响,研究人员基于 BIOMOD 框架,利用五种物种分布模型(SDMs)对四种哺乳动物展开研究。发现部分物种栖息地收缩、碎片化加剧,该研究为生物多样性保护提供了关键指标与方向。

  全球气候变暖与人类活动的双重压力下,物种栖息地正经历前所未有的威胁。当前多数研究聚焦单一气候因子对物种分布的影响,而气候变化与土地利用变化的协同作用如何重塑栖息地格局、不同物种的响应差异等关键科学问题仍待解答。特别是山地特有物种和大型草食动物,因其迁移能力有限和生态位狭窄,对环境变化更为敏感,现有保护地网络也面临着因物种分布_shift 而有效性下降的挑战。在此背景下,伊朗研究人员针对东北山区的四种哺乳动物 —— 野山羊(Bezoar ibex)、盘羊(Urial sheep)、阿富汗鼠兔(Afghan pika)和草兔(Tolai hare),开展了气候变化与土地利用变化下的栖息地脆弱性评估研究,相关成果发表于《Environmental and Sustainability Indicators》,为理解生物多样性对全球变化的响应机制提供了重要实证。
研究团队综合运用物种分布模型(SDMs)与景观生态学方法,核心技术包括:①基于 BIOMOD 框架集成五种 SDMs 模型(广义加性模型 GAM、广义线性模型 GLM、广义提升模型 GBM、最大熵模型 MaxEnt、随机森林 RF),预测当前(现状)和 2050 年两种气候情景(SSP3-6.0 和 SSP5-8.5)下的栖息地适宜区;②通过景观 metrics(斑块面积、斑块数量、欧氏最近邻距离 ENN、分裂指数 SI)量化栖息地结构变化;③分析栖息地重心的海拔和纬度迁移趋势;④评估现有保护地(PAs)对当前及未来栖息地的覆盖效率。研究数据涵盖物种分布点、土地覆盖(Globio4 数据库)、气候变量(WorldClim 的 19 个生物气候因子,筛选出年均温 BIO1、温度季节性 BIO4、年降水 BIO12、降水季节性 BIO15)及地形数据,样本处理中通过 R 软件的‘sp’包剔除空间自相关点。

3.1 SDM 分析揭示物种栖息地收缩与迁移模式


模型预测显示,当前四种物种的适宜栖息地占比差异显著(野山羊 16.5%、盘羊 22%、阿富汗鼠兔 20%、草兔 47.5%)。至 2050 年,在 SSP5-8.5 高排放情景下,野山羊、盘羊和阿富汗鼠兔的适宜栖息地面积将减少 8%-16.3%,其中盘羊损失最严重(69.5%),而草兔的栖息地收缩幅度较小(32.4%-43%)。值得注意的是,草兔呈现明显的纬度迁移趋势,其栖息地重心向高纬度扩张,而前三者则向高海拔迁移,尤以阿富汗鼠兔和野山羊的海拔上移幅度显著(ANOVA 检验 P<0.05)。变量重要性分析表明,地形坡度对野山羊和盘羊的栖息地适宜性影响最大(贡献率超 49%),年均温则是阿富汗鼠兔和草兔的关键驱动因子。

3.2 景观结构变化凸显物种脆弱性分异


景观 metrics 分析显示,野山羊、盘羊和阿富汗鼠兔的栖息地斑块数量和总面积显著减少,欧氏最近邻距离(ENN)增大,分裂指数(SI)上升,表明其栖息地趋向破碎化和孤立化。与之相反,草兔的 ENN 值下降(除 MIROC 模型的 SSP5-8.5 情景外),暗示其栖息地连通性可能改善。这一差异与物种生态位宽度密切相关:草兔作为广布种,通过占据新生适宜区维持连通性,而特化物种因依赖有限的高海拔栖息地,面临更高的局部灭绝风险。

4. 讨论:气候变化响应的物种特异性与保护启示


研究证实,气候变化与土地利用变化的协同作用显著改变栖息地的数量、质量和空间格局,且物种响应呈现高度特异性。山地特有物种(如阿富汗鼠兔)和大型草食动物(如野山羊、盘羊)因迁移受限和生态位狭窄,成为气候变化的 “敏感指示种”,其栖息地碎片化可能加剧种群衰退。反观草兔等广适物种,虽能通过纬度迁移缓解压力,但仍面临低海拔栖息地丧失的威胁。

现有保护地网络对野山羊和盘羊的当前栖息地保护率较高(24.7%-28.8%),但对阿富汗鼠兔和草兔的覆盖不足(11.3%-17.1%),且未来保护效力随物种分布迁移呈下降趋势(阿富汗鼠兔除外,因其未来栖息地与现有高海拔保护地重叠)。研究强调,需优先采取三项保护策略:①扩展保护地至未来气候适宜区,尤其是高海拔 “气候避难所”;②构建跨海拔梯度的生态廊道,提升栖息地连通性;③调整保护优先级,关注非狩猎物种和小型哺乳动物的保护需求。

本研究首次整合 SDMs 与景观 metrics,系统量化了多重环境压力下的栖息地脆弱性,为生物多样性保护提供了 “预测 - 评估 - 干预” 的完整框架。其核心价值在于揭示了物种响应差异的驱动机制,强调景观生态学指标在监测气候变化影响中的不可替代性,并为保护地网络的动态优化提供了科学依据。未来研究可进一步纳入物种迁徙行为和种群遗传数据,以更全面评估气候变化对生物多样性的长期威胁。

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