塞拉多（Cerrado）生物群系：原生植被留存格局与保护前景评估——基于栖息地质量与保护区系统的空间分析

《Journal for Nature Conservation》：Cerrado biome: remaining native areas and conservation perspectives

　　

摘要专业翻译 生物多样性的某些组分与依赖于栖息地可用性的环境条件密切相关。因此，植被质量与分布可作为评估生态系统保护价值的有效替代指标。研究人员分析了南美洲稀树草原中残余森林与开放栖息地的分布格局，并重点考察了保护区的作用。该研究路径不依赖物种特异性指标即可应对保护问题，提供了基于栖息地分布的广阔空间视角，可适用于多个生物类群。森林仅占塞拉多（Cerrado）生物群系的11%，开放植被类型占32%，而转为农业用地的区域占47%。在不同影响程度或忽略影响的情况下，残余森林面积至少比开放区域小3倍。保护区在防止土地转化和维持残余栖息地方面发挥关键作用，因为保护区内森林和开放区域的代表性均高于保护区外。开放区域是保存最完好且最连续的生境类型；然而，保护区与整个生物群系之间最大的代表性差异表明，保护区外的受影响程度更高。原生植被范围随各类保护区面积的增加而扩大，包括阻碍土地转化的陡坡区域以及历史上被占用的低地地区。后者包含较少的受影响区域，表明其在减少栖息地开发方面具有更高的有效性。保存最完好的区域位于北部，利益冲突较少，是直接保护工作的理想区域。该研究的讨论阐明了保护规划的关键方面，为全球其他受类似过程影响的环境提供了可借鉴的模型。

论文解读

一、研究背景与问题

稀树草原生态系统约占全球陆地生态系统的三分之一，可能承载着全球受威胁生物多样性的重要份额。然而，这类开放系统在保护优先级设定和公众保护认知中常被低估。与此同时，稀树草原也是全球粮食生产的重要基地，生态保护与经济压力在此形成尖锐冲突。南美洲稀树草原——即塞拉多（Cerrado）生物群系——在全球生物多样性保护和经济中具有重要地位，能够维持高度的物种特有性和生态系统服务。该生物群系横跨巴西、玻利维亚和巴拉圭，其中巴西境内部分是该国农业产业的基石。以粮食生产为驱动的农业扩张是栖息地转化的主要因素，也是导致局部物种灭绝的重要原因。塞拉多的植被类型多样，以草地和稀树草原为主（即开放植被），同时也包含森林等显著不同的植被类型。开放区域的丧失与商品作物种植和牧场扩张密切相关，使其成为巴西退化最严重的地区之一。尽管塞拉多拥有高保护价值的生物类群，但其保护体系存在偏向森林而忽视开放植被类型的问题，尽管森林在生物群系中仅占较小比例。巴西保护区的空间分布历来受地方人口、经济和地缘政治因素影响，导致某些生物多样性丰富的生态区域缺乏任何形式的法律保护。塞拉多的环境保护政策较其他生物群系更为灵活，仅有8.3%的领土被划为保护单元（Conservation Units, CU），其中仅6.5%保持未受干扰状态。现有保护区主要对应地形崎岖、土壤贫瘠或不适于农业的区域，导致公共保护区内塞拉多自然环境和气候变异性代表性不足。大多数关于塞拉多保护的研究针对特定类群进行物种分布建模并评估保护比例，或针对特定保护目标。研究人员采用不同路径，基于景观变化直接影响生态群落组成结构并导致受影响系统中物种丧失的假设，评估塞拉多栖息地的土地利用与土地覆盖变化（Land-use and Land-use Change, LULUC），旨在提供更广阔的视角，描述单一类群研究无法解决的问题，并帮助理解该系统中研究较少的类群可能受到的影响。

二、研究目的与预期

研究人员旨在从物种栖息地维持的广阔视角，绘制塞拉多自然森林和开放质量栖息地的剩余数量图，并了解保护系统能在多大程度上庇护这些栖息地，同时考虑环境对土地转化利用的暴露程度。研究人员假设塞拉多保护优先级的设定历来基于土地农业转化的压力、成本和结构复杂性等因素，保护区域空间化地分布于因土壤条件和崎岖地形等因素而难以农业转化的局部地区。因此，预期保护系统中森林和开放区域的代表性并不能反映生物群系中这些栖息地的实际多样性，而是反映具有抑制转化特征的区域镶嵌体。

三、关键技术与方法

研究区域为巴西塞拉多，面积约200万km2。研究人员使用MapBiomas平台第8版（2022年）的土地利用与土地覆盖图（30 m2分辨率），基于Ribeiro和Walter（1998）的分类体系将数据重分类为三类：森林区域（仅含森林环境）、开放区域（含稀树草原、草地、岩石露头和湿地）以及受影响区域（含牧场、大豆、甘蔗等农业类型）。环境类型图被标准化为9.2 km2的空间分辨率，与陆生脊椎动物分布尺度兼容。研究人员设置了栖息地质量阈值（原生植被占比>40%、60%、80%及100%）和影响阈值（影响面积<60%、40%、20%及0.01%），以40%作为保证物种持续存在的最低比例。使用GTOPO30数字高程模型计算坡度。保护区数据来自国家保护区系统（Sistema Nacional de Unidades de Conserva??o, SNUC）的保护单元（CU）和原住民土地（Indigenous Lands, IL）。通过叠加土地利用类型图与保护区边界，计算各土地利用类型在保护区内外的比例，采用随机化检验比较观测差异与零假设分布，并运用回归分析和协方差分析（ANCOVA）检验土地利用类型比例与保护区面积的关系。

四、研究结果

残余植被分布格局。 考虑原生植被超过40%的单元，残余森林占塞拉多的5%，残余开放区域占39%。在原生植被超过80%的保存完好单元中，残余森林不足1%，而残余开放区域占10%。政府保护区覆盖约265,497 km2，约占塞拉多总面积的13%，其中最大的保护部分包含高质量的开放区域。

农业影响程度评估。 考虑农业影响水平，塞拉多61%的区域单元转化面积低于60%，仅3%无影响。忽略不同程度的影响，受影响区域仍为最大类别，原生森林残余占11%，开放区域残余占32%。

保护区代表性分析。 保护区对残余开放和森林区域比例具有正向效应，保护系统内的比例高于整个生物群系。原住民土地（IL）包含较少的受影响区域，残余开放和森林区域比例高于生物群系总量。开放区域受保护区的效应强于森林区域，在保护系统内的比例高于整个生物群系。残余森林区域在IL中的保留比例差异大于CU。受影响区域在保护区中代表性不足，IL中的效应强于CU。

坡度特征分析。 保护单元（CU）内平均坡度值较高，高于整个塞拉多的平均水平；IL内坡度值低于生物群系平均值。CU和CU+IL显示坡度高估，IL显示坡度低估。

保护区面积与栖息地比例关系。 开放栖息地生态系统存在保护区类别与面积大小的交互作用，残余开放区域比例随IL面积增大而显著增加。森林栖息地不存在此类交互作用，残余森林比例随面积增大而增加，与保护区类别无关。受影响区域存在保护区类别与面积的交互作用，IL内比例随面积增大而更显著下降。

五、讨论与结论

研究证明残余森林面积至少比开放区域小3倍，表明开放区域是塞拉多最连续的原生栖息地。保护区在防止土地转化和维持残余栖息地方面发挥关键作用，开放区域在保护区和整个生物群系之间的代表性差异最大，表明保护区外的受影响程度更高。保护单元（CU）通常包含阻碍栖息地转化的倾斜区域，这些物理限制可能促进了栖息地转化的预防。原住民土地（IL）虽位于平坦区域，但作为历史上被占领且受法律限制的领土，土地管理和转化不可行。IL在遏制自然植被转化方面比CU更有效。森林区域的高质量连续原生植被主要出现在塞拉多内的法定亚马逊地区，部分归因于该区域法律要求更高的保护区比例。开放区域的高质量栖息地集中在北部，该区域历史上受栖息地丧失影响较小，土地成本较低，可促进更大的保护社会经济利益。研究强调，尽管存在普遍偏向森林保护的趋势，开放区域是塞拉多典型植被多样性和自然特征的主要载体，承载着大量特有和受威胁物种。公共保护在维持这些保存完好的开放区域及相关物种方面发挥关键作用。保护区系统虽为主要维持因素，但仍包含受影响比例显著的保护区，较小的保护区主要受更大的人为影响。研究建议扩大公共保护区并增加在低地地区的实施，以保护塞拉多更多的自然环境变异性，并提供气候变化情景下的庇护所。此外，私人保护区（永久保护区和法律保留区）作为补充保护手段至关重要，研究建议扩大原生植被保护法在生物群系中的适用范围，促进私人地产至少30-40%面积的保护，以增强不在公共保护区内的高质量植被覆盖。研究结论表明，开放区域构成塞拉多原生连续和更高质量栖息地的主体，森林占较小比例且主要分布在邻近亚马逊的区域。保护区对维持原生栖息地至关重要，尤其是残余开放区域。原住民土地（IL）在遏制自然植被转化方面优于保护单元（CU）。陡坡可能是抑制CU土地转化的关键因素，而IL是在平坦地区维持原生栖息地的关键因素。然而，塞拉多大部分领土由受影响区域组成，部分位于小型IL和CU内，凸显了恢复措施的重要性。