《The Journal of Wildlife Management》:Representation of potential species ranges under future climate scenarios by a collaborative conservation plan
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保护规划必须考虑气候变迁,以在当下和未来有效地保护物种。研究人员分析了美国东南部一张合作保护优先地图在多种可能未来气候下保护物种的能力。研究人员利用生态位模型预测数据集,该数据集针对南阿巴拉契亚地区263种受关注森林依赖陆生脊椎动物,在4种共享社会经济路径(S
保护规划必须考虑气候变迁,以在当下和未来有效地保护物种。研究人员分析了美国东南部一张合作保护优先地图在多种可能未来气候下保护物种的能力。研究人员利用生态位模型预测数据集,该数据集针对南阿巴拉契亚地区263种受关注森林依赖陆生脊椎动物,在4种共享社会经济路径(SSP)的未来气候情景下,计算了未来3个十年(2021–2030、2031–2040、2041–2050)的预测结果。研究人员将这些预测与该保护计划相叠加,以判断该优先地图能否成功代表森林依赖物种的潜在未来分布区,即那些有森林覆盖、气候适宜且可达的位置。结果表明,保护优先区在捕捉对物种而言预测重要的区域方面存在差异。对于数据集中的所有物种而言,最高和高优先区域在代表物种区域方面的表现优于随机选择的优先区域。然而,在另外2种保护策略的背景下,研究人员发现最高优先区域能够增加对地理稀有物种未来重要区域的代表性。识别东南地区在气候变化下对物种重要的区域,对于指导未来的保护工作十分必要。
气候变化正通过物种范围迁移和栖息地丧失等途径影响生物多样性。历史上,保护区选址往往偏向于高海拔和低质量土壤等不易被开发的地段,使得保护区系统在代表生物多样性,尤其是稀有物种方面有时不如随机选择区域。随着保护规划的现代化,越来越多的机构采用多目标协作方式制定空间明确的优先保护地图,例如“东南保护蓝图”(Southeast Conservation Blueprint),该图由超过650个组织合作编制,利用Zonation软件将自然和文化指标整合为从高到低的五个优先级别。然而,这类协作规划地图能否在气候变化情景下代表物种未来的潜在分布区,尚缺乏系统性评估。因此,研究人员以中央和南阿巴拉契亚的阿巴拉契亚子区域为案例,评估东南保护蓝图对森林依赖物种未来分布区的代表性,以验证现代保护计划的有效性。
研究人员利用最大熵模型(MaxEnt)生态位建模方法,基于1961–1990年基线气候与全球生物多样性信息机构(GBIF)的物种出现记录,为263种森林依赖、陆生、受关注脊椎动物建立气候适宜性模型,并将模型投影到2021–2030、2031–2040和2041–2050三个未来时期。未来气候数据来自第六次耦合模式比较计划(CMIP6)中13个全球气候模型(GCM)的集合,覆盖4种共享社会经济路径(SSP1、SSP2、SSP3、SSP5)。为降低生态位模型过度预测的倾向,研究人员叠加了土地利用协调数据集(LUH2)预测的土地利用变化,将未来分布范围限制在有森林覆盖的区域,并利用扩散核模拟物种在十年尺度上的可达性,从而得到兼具气候适宜、森林覆盖和扩散可达的潜在分布区。随后,将预测分布区与蓝图各优先级区域叠加,采用线性回归比较每个物种在整个区域内的适宜面积比例与优先区内的适宜面积比例,以1:1斜率线作为随机选择基准线,通过斜率和截距的偏离判断优先区是否优于随机选择,以及是否偏向常见或稀有物种。此外,还分别基于Nolte PLACES土地价格数据和稀有性加权丰富度构建了最便宜土地策略和稀有性焦点策略作为比较基准。
最高与高优先区域总体优于随机选择:在SSP3情景的2031–2040时期示例中,最高优先区域的回归斜率为1.24(95%置信区间[CI]=1.20–1.27),截距为0.04(95% CI=0.02–0.05);高优先区域斜率为1.30(95% CI=1.29–1.31),截距为0.009(95% CI=0.005–0.013)。正截距表明这些区域捕获的物种适宜区域多于随机预期,但斜率大于1则显示其相对更偏向地理分布广泛的常见物种。该模式在4种SSP和3个时期中基本稳定,最高和高优先区域均表现出显著正截距,且斜率大多大于1,仅在SSP1下最高优先区域的斜率未显著偏离1。
中优先区域受限于地理稀有物种:中优先区域的回归斜率稳定在1.26左右,但截距为负(例如SSP3下截距为-0.01,95% CI=-0.018至-0.009),说明该级别对常见物种覆盖良好,却系统性地遗漏地理稀有物种。这一结论在不同气候情景和时期中均保持一致。
优先连接区域覆盖效果最差:优先连接区域在蓝图中被设计为连通重要保护区的走廊而非独立保护单元。回归结果显示,大多数情景下其斜率约为0.96(95% CI=0.95–0.98),不显著偏离1,但截距为负(SSP3下为-0.02,95% CI=-0.026至-0.011),表明这些区域对所有物种的代表性均不如随机选择,对地理稀有物种尤为不利;SSP3下斜率小于1的情况则与土地利用变化更剧烈有关。
基准策略比较:作为对照,最便宜土地策略产生的斜率为1.67(95% CI=1.62–1.72),截距为-0.07(95% CI=-0.088至-0.048),明显偏向常见物种并严重忽略稀有物种,整体劣于蓝图最高优先区域。稀有性加权丰富度策略则产生正截距0.15(95% CI=0.118–0.191),高于蓝图最高优先区域,斜率接近1.29,表明以稀有物种为重点的选址可以在不过多牺牲常见物种的前提下更大程度提升对稀有物种的代表性,但其结果变异性更大。
讨论与结论:总体而言,东南保护蓝图优先区域对未来物种分布区的代表性接近于随机选择的期望水平,但最高和高优先区域稳定地优于随机选择,且在不同气候情景间具有稳健性。然而,斜率普遍大于1说明协作规划仍需加强对地理稀有物种的针对性关注。稀有性加权丰富度策略的比较表明,若在蓝图制定中更明确地考虑稀有物种权重,可能提高物种保护成效。中优先和优先连接区域虽然在回归中表现不佳,但可能在物种扩散连通性方面具有功能价值,其保护意义不能仅据此否定。研究人员同时指出局限性:MaxEnt模型假定物种-气候关系不变,可能高估适宜面积;未纳入种间相互作用、遗传差异和食性等因素;且研究仅涵盖陆生脊椎动物。未来研究可引入更精细的建模、更丰富的生态过程和更长时间尺度的情景。管理方面,鉴于时间和资金有限,协作保护规划应优先考虑地理稀有物种,并借助蓝图年度更新机制和结构化评估保持规划适应性。研究人员认为,识别东南地区在气候驱动下对物种重要的区域,是指导未来保护工作的关键环节。