新疆保护区网络扩建的多目标空间优先化

《Biology》：Multi-Objective Spatial Prioritisation for Protected-Area Network Expansion in Xinjiang, China

　　

在正确的位置建立保护区（Protected Areas, PAs）对于实现昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架（Kunming–Montreal Global Biodiversity Framework, GBF）的30%目标至关重要，然而现有保护区网络往往与保护需求不一致。研究人员采用系统保护规划（systematic conservation planning），在生物多样性、景观连通性、生态系统服务及其整合四个目标下识别新疆的优先区域，通过最小化综合人为压力成本，同时满足定量代表性目标；并将连通性纳入优先排序，通过评估斑块对整体景观连通性的贡献进行排序。四个方案各自覆盖新疆30%的面积，但在区域19.76%的面积上重叠，且没有任何单一目标能完全满足所有目标。现有保护区网络与这些优先区域的一致性较差；其面积仅有47.10–51.25%位于优先区域内，而77.22–79.06%的优先区域位于现有保护区之外，导致狭域物种如伊犁鼠兔（Ochotona iliensis）几乎未得到保护（仅0.10%被保护）。大多数额外优先区域是与现有保护区相邻的扩展区，少数大型斑块对连通性的贡献不成比例。因此，研究人员提出一个分层路径：扩建现有保护区，保障高连通性桥梁，通过地面调查细化小斑块，并在社区参与和财政转移支持下，通过恢复人类改造景观中的小斑块作为补充。

**一、研究背景与意义**
土地利用变化导致栖息地丧失、破碎化和退化，是生物多样性损失的主要驱动因素。保护区（Protected Areas, PAs）被视为缓解人类压力对生物多样性和生态系统服务负面影响的核心策略。尽管到2020年全球受保护土地已超过17%，但仍不足以遏制生物多样性丧失。昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架（Kunming–Montreal Global Biodiversity Framework, GBF）目标3要求到2030年有效保护至少30%的陆地和海洋（30×30目标）。然而，现有保护区网络常与保护需求空间错配，历史指定偏向偏远、高海拔和低干扰区域，导致受威胁物种覆盖不足。因此，需要在统一空间框架中协调多个保护目标并考虑连通性。新疆是中国最大的省级行政区，拥有广阔的荒野和独特的干旱及山地生物多样性，但近年来农业、采矿、能源和交通建设导致景观破碎化，而现有保护区网络代表性不足。为此，研究人员基于系统保护规划在新疆识别多目标优先区，旨在为保护区网络扩建提供科学依据。

**二、研究内容与结论**
研究人员设定了四个保护目标：生物多样性、景观连通性、生态系统服务及综合目标，通过最小集优化方法，在满足定量代表性目标并最小化综合人为压力成本的前提下，分别识别优先区。结果显示，四个方案各覆盖新疆30%的面积，但仅在19.76%的区域重叠，单一目标无法同时满足所有目标。现有保护区网络与优先区错配严重：仅47.10–51.25%的现有PA面积位于优先区内，而77.22–79.06%的优先区位于现有PA之外，导致伊犁鼠兔（Ochotona iliensis）等狭域物种几乎未受保护（0.10%被保护）。因此，研究人员提出分层扩建路径：优先扩建现有保护区，连接高连通性桥梁，再通过地面调查细化小斑块，并在社区参与和财政转移支持下恢复人类改造景观中的小斑块。该研究为新疆乃至全球保护区布局优化提供了系统框架和多目标决策支持。

**三、关键技术方法**
研究区域为新疆（约1.66×10⁶ km²）。PA边界数据来自国家林业和草原局、关键生物多样性区域（Key Biodiversity Areas）数据库和世界保护区数据库（WDPA）。生物多样性特征采用物种栖息地面积（Area of Habitat, AOH），数据源于IUCN红色名录与BirdLife International；景观连通性基于ESA CCI土地覆盖图，使用Omniscape电路理论模型；生态系统服务采用中国2020年30 m分辨率数据集（土壤保持、防风固沙、产水量、净初级生产力）。构建了区域人为压力指数（Regional Anthropogenic Pressure Index, RAPI）作为保护成本，使用R语言prioritizr包求解最小集覆盖问题，并施加边界惩罚以减少破碎化；连通性重要性用概率连通性（PC）和dPC计算；最后通过敏感性分析检验稳健性。

**四、研究结果**
**3.1 无PA情景下的优先区及其与现有保护区的空间错配**
研究在不考虑现有PA的情景下求解四个目标，发现现有PA仅覆盖新疆13.49%，远低于30%目标，且大部分物种和生态系统目标未达标。四个优先区方案均达到各自目标，但单目标方案无法满足其他目标。三个单目标方案优先区重叠面积约3.22×10⁵ km²，占新疆19.76%。优先区集中分布在南部的塔里木盆地和昆仑-阿尔金山，天山山脉得到优先较少。与现有PA比较，只有47.10–51.25%的PA面积落在优先区内，同时77.22–79.06%的优先区位于现有PA之外，表明保护缺口巨大。

**3.2 有PA情景下的新建、扩展和桥接区**
锁定现有PA后，额外优先区同样集中在南部。根据与现有PA的毗邻数量，将额外优先区分为新建（0个毗邻）、扩展（1个毗邻）和桥接（≥2个毗邻）三类。扩展区在生物多样性、连通性和综合目标方案中占主导（41.94%–55.09%），而生态系统服务方案中桥接区占56.81%。新建区仅占11.48–25.10%。现有PA有70.12%位于荒野区域，而生物多样性和综合目标方案的额外优先区有约30%位于改造区域，说明需要通过灵活的管理类别在人类主导景观中开展保护。

**3.3 不同目标下关键物种的覆盖**
选取8种关键物种（如雪豹、野生双峰驼、伊犁鼠兔、白头硬尾鸭等）评估保护效果。现有PA未能满足其中4个物种的目标，尤其伊犁鼠兔仅0.10%的AOH被保护。在四个有PA方案中，生物多样性和综合目标方案满足所有8个物种的目标，而景观连通性和生态系统服务方案使狭域物种几乎未受保护（伊犁鼠兔AOH覆盖仅0.58%和0.29%），表明确保生物多样性目标必须纳入物种代表性要求。

**3.4 保护网络中单个优先斑块的连通性重要性**
针对综合-有PA方案的189个斑块，基于dPC值排序。在10、30和100 km扩散距离下，只有3–4个最大斑块贡献超过10%的连通性，覆盖方案面积近一半（约2.48–2.54×10⁵ km²）；大多数斑块（56.08–81.48%）的dPC低于0.1%。随扩散距离增加，斑块的主导连通组分从自身面积（intra）转向踏脚石（flux）和连接器（connector），说明应根据物种扩散能力区别安排大型与小型斑块。

**五、讨论与结论**
讨论指出，不同目标优先区的错配主要由低成本地区（南部）的趋同选择引起，而现有PA偏向低干扰区域加剧了保护缺口。研究人员建议采用分层路径：先扩建现有PA，再保护高连通性桥梁，最后通过地面调查优化小斑块。在人类主导景观中，需要结合IUCN管理类别V/VI和其他有效的区域保护措施（OECMs），并强调社区参与和财政转移机制的作用。研究存在数据年限不一致、分类群覆盖不全等局限，但敏感性分析表明结论稳健。最终结论可概括为：研究人员探讨了新疆保护区优先区域的空间重叠和错配，强调了多目标在区域保护行动中的重要性；结果证明新疆超过70%的优先区域未受保护，许多现有PA区位欠佳；为解决此问题，识别了现有PA之外的优先区域，探索了多种优化PA网络策略（建立新PA、恢复或再野化保护热点、原住民参与、降低人类足迹、区域成本分担和财政转移）；结果确认保护更多地点能增加区域连通性；基于单个斑块对整体连通性贡献及相关经济成本，建议在荒野和完整区域保护大型斑块，同时在改造区域恢复小型斑块；未来的保护工作需考虑土地利用政策，并平衡保护成本与效率。