风能开发改变受威胁的、分布区狭窄的北方森林鸣禽Bicknell's Thrush繁殖栖息地：生物多样性信息空间规划机遇的证据

《Biological Conservation》：Wind energy development alters breeding habitat of the Bicknell's Thrush, a threatened range-restricted boreal songbird: evidence for opportunities in biodiversity-informed spatial planning

　　

风能开发改变受威胁的、分布区狭窄的北方森林鸣禽Bicknell's Thrush繁殖栖息地：生物多样性信息空间规划机遇的证据

• 这是首个评估风电场对Bicknell's Thrush繁殖栖息地影响的研究。
• 最高优先级的繁殖栖息地承受了最大的影响。
• 风电场减少了大型栖息地斑块（habitat patch）并简化了栖息地结构（habitat structure）。
• 可在实现类似能源产出（energy production）的同时降低生态影响。
• 高分辨率栖息地数据（high-resolution habitat data）能够改进风电场选址（siting）决策。

一、研究背景

人类活动驱动的景观开发已成为全球生态系统转变的主要驱动力，导致栖息地丧失、退化与破碎化，可能加速局地种群衰退、阻断基因流并限制物种响应气候变化的分布调整能力。稀有狭域物种的丧失可显著改变生态过程，因此防止此类鸟类进一步衰退成为优先保护目标。比氏鸫（Bicknell's Thrush, Catharus bicknelli）是一种全球易危（Vulnerable）、在加拿大列为受威胁（Threatened）的北方森林候鸟，北美森林雀形目中繁殖区最小者之一，其繁殖栖息地以高海拔香脂冷杉（Abies balsamea）林为主，是这些脆弱亚高山林生态系统生态完整性的良好指示种。加拿大拥有该物种约95%的全球繁殖区，其中近75%位于魁北克省，承担着巨大的全球保护责任。然而，山顶森林因高风速而成为风电场选址的首选区域，与繁殖栖息地形成显著空间重叠，使可再生能源开发与物种保护的协调成为重要挑战。

二、研究内容、结论与意义

研究人员以魁北克省Beaupré领地（Seigneurie de Beaupré，约1592 km²）为研究区，该区域是加拿大最大的风电场集群之一，包含已运行的North风电场（364 MW）及规划中的South、East、West风电场（合计1600 MW）。研究基于Tremblay等构建的高分辨率栖息地占用模型，评估风电场开发对比氏鸫繁殖栖息地的影响，并探索将物种特异性占用概率与风能潜力空间数据整合，以识别可最小化对高优先级栖息地影响的权衡区域。研究得出两项核心结论：风能开发相对于其在景观中的占比，对繁殖栖息地产生了不成比例的影响；风能潜力与占用概率之间存在明确的空间权衡。其意义在于证明通过生物多样性信息的空间规划，可在实现类似能源产出的同时显著降低生态影响。

三、研究方法概要

基于Tremblay等构建的10 m分辨率栖息地占用模型（habitat occupancy model）与Beaupré领地数据，以海拔、林冠高度、林下覆盖度、香脂冷杉比例预测繁殖期出现概率，按保护阈值（特异性0.95）与缓解阈值（敏感度与特异度0.80）划分栖息地类别；以逆向距离加权插值（inverse distance weighting, IDW）重建North风电场开发前出现概率，经留一法交叉验证（leave-one-out cross-validation, LOOCV）优化参数（β=1.85，nmax=14，RMSE=0.0506）；基于landscapemetrics R包计算破碎度、连通性与异质性指数（landscape metrics），斑块按八邻域规则（Queen's case）划分；构建三维约束空间（constraint space），整合风能潜力（Global Wind Atlas v4.0，阈值8 m·s^-1）、栖息地优先级与局部栖息地聚集度（约13.7 ha，对应雌性无线电遥测95%固定核home-range），加权合成三种情景后逐像元排序、逐级累进分配，并以全局Moran's I指数（Global Moran's I）验证风资源空间自相关。

四、研究结果

3.1 North风电场栖息地重建

LOOCV优化显示β（idp）=1.85、nmax=14时交叉验证RMSE最低（0.0506）。重建范围内49.8%像元达到缓解阈值（329 ha），17.0%达到保护阈值（170 ha），证实该风电场开发前存在大面积高优先级繁殖栖息地。

3.2 风能开发对Bicknell's Thrush栖息地的影响

景观格局指数表明，开发减少了栖息地总量并退化了栖息地格局，保护类比缓解区受影响更严重：缓解区总面积下降11.1%、平均斑块面积下降10.4%；保护区总面积下降17.1%、平均斑块面积下降14.4%。反映大斑块与内部完整性的指标损失最大：总核心面积（TCA）下降24%与44.3%，最大斑块指数（LPI）下降72%与79%，有效网格尺寸（MESH）下降71.5%与84.9%。分风电场看，影响主要由North风电场驱动（占各合计指标总变化的57.1%），West次之（34.8%），East（5.1%）与South（3%）较小。面积加权斑块规模分布向小斑块明显偏移：缓解区μw由98.1降至31.5 ha（?68%），保护区由44.2降至8.1 ha（?82%）。

3.3 识别低影响空间配置

约束空间排序产生0–1适宜性连续评分。验证显示风资源空间自相关显著（Global Moran's I=0.763，Monte Carlo置换检验p=0.001）；上十分位风速像元中99.99%具备完整八邻域，形成74个连续斑块（中位21.3 ha，最大1324 ha），表明像元排序不会导致不真实的分配模式。各情景累积栖息地损失随迭代增加：开发导向情景损失最早（缓解区迭代232 ha、保护类迭代328 ha）；保护导向情景损失最迟（缓解区迭代8仅1 ha，保护类迭代15损失434 ha）；参考情景（50–50）居中，保护类损失在迭代8前保持为零，对应理论可用开发面积——即现有四个风电场总面积（3691 ha）的8倍，且该开发水平下格局变化相对有限，主要由缓解类栖息地变化驱动。

五、讨论部分总结

讨论指出，风电场开发的主导过程并非大量制造新生破碎化斑块，而是缩减现有斑块、简化栖息地结构：斑块数量未明显增加，最大斑块指数与面积加权平均斑块规模大幅下降，斑块面积（AREA_CV）与形状（SHAPE_CV）变异度下降，表明大斑块贡献减弱、斑块更小更同质，且保护类始终更重。从种群视角，斑块缩小可能提高局地灭绝概率，保护类斑块进一步缩小更可能伴随高风险。North风电场在物种分布模型可用之前建成，凸显了早期整合高分辨率栖息地信息的价值；后续三个项目在要求纳入物种特异性生态信息的新监管框架下评估，影响份额相对较小。研究还表明，平衡情景下景观可容纳8倍于现有风电场总面积的开发量而对保护类影响有限，证实通过生物多样性信息空间规划可大幅降低生态影响；即便在开发导向情景下，第三次迭代（11073 ha）仅损失保护类栖息地28 ha。作者同时指出局限：目前缺乏跨繁殖范围验证的最小栖息地斑块阈值（home-range不应解读为最小适居面积）；选址还受社会可接受性、景观、林地驯鹿（Rangifer tarandus caribou）等多目标约束；本研究仅考虑栖息地改变一条影响路径，未涵盖碰撞致死、行为响应、屏障效应、噪声与湍流等；等效面积分配属保守简化，因其要求整个开发区位（含道路）均处于高风区，而实际仅需风机位需高风资源，故机会估计偏保守，反而强化了主要结论。

六、研究结论（翻译）

① 这是首个评估风电场对Bicknell's Thrush繁殖栖息地影响的研究；② 最高优先级的繁殖栖息地承受了最大的影响；③ 风电场减少了大型栖息地斑块并简化了栖息地结构；④ 可在实现类似能源产出的同时达成更低的生态影响；⑤ 高分辨率栖息地数据能够改进风电场的选址决策。