亚马逊森林砍伐弧区四十年间森林连通性的快速且剧烈下降

《Global Change Biology》：Rapid and Intense Declines of Forest Connectivity in the Amazon Arc of Deforestation Over Four Decades

　　

亚马逊森林砍伐弧区正面临生态功能的悄然衰退。利用四十年高分辨率土地覆盖数据，研究人员揭示了巴西亚马逊地区森林砍伐区域内功能性连通性的急剧下降。通过分析帕拉州、马托格罗索州和朗多尼亚州的40个定向大规模森林景观，研究人员使用图论（graph theory）指标量化了关键生态过程——种子扩散（seed dispersal）、花粉扩散（pollen dispersal）和动物间隙跨越能力（gap-crossing capacity）——的连通性。1990年至2020年间，在高度森林砍伐区域，连通性下降了高达50%，即使考虑了踏脚石（stepping-stones）效应也是如此。同时，几乎所有研究区域的空间模块性（spatial modularity）均增加，部分区域增幅超过25%，反映出景观结构更加分片化。森林斑块距离增加，平均斑块面积急剧缩小，损害了扩散过程及潜在的基因流动（gene flow）。研究结果表明，亚马逊森林目标区域内可能出现空间连通性崩溃，但西部帕拉州区域除外——该区域仍保持较高的连通性和较低的模块性。若不采取紧急的连通性增强策略，即使剩余的森林斑块也可能在功能上被隔离，威胁生物多样性的维持。

**论文解读：亚马逊森林砍伐弧区四十年间森林连通性的快速且剧烈下降**

**研究背景、问题与目的**
巴西亚马逊森林自1970年代大规模开发政策实施以来，经历了广泛的森林砍伐和破碎化。森林破碎化通过隔离斑块、中断连续森林覆盖，破坏了生态连通性。尽管结构连通性（structural connectivity，物理连续性）下降，但功能性连通性（functional connectivity，有机体在景观中移动并维持生态过程的能力）可能仍存续。然而，现有研究多采用任意设定的扩散距离阈值和粗分辨率土地覆盖数据，缺乏基于亚马逊本地物种的经验性扩散信息，导致连通性评估不准确。本研究旨在利用四十年高分辨率土地覆盖数据，结合基于区域物种特征的扩散阈值，评估亚马逊森林砍伐弧区功能性连通性和模块性的长期变化，为保护策略提供依据。论文发表在《Global Change Biology》。

**研究技术方法**
研究人员采用MapBiomas Collection 6的30米分辨率土地覆盖数据，选取位于帕拉州、马托格罗索州和朗多尼亚州的40个大型森林景观（每个样区1,148,000公顷），按森林破碎化程度分为更破碎和较破碎区域。使用FragStat 4.2软件计算斑块结构性指标（欧氏最近邻距离、斑块面积、形状指数）。功能性连通性基于Favretto和Hirota (2026)综合的亚马逊物种经验性扩散阈值：花粉扩散平均最大距离1530米，种子扩散490米，动物间隙跨越能力310米。通过图论框架，在Graphab 2.8软件中计算概率连通性（Probability of Connectivity, PC）和模块性（Modularity, Q）指标，并采用线性混合模型（Linear Mixed Models）进行时空统计分析。

**研究结果**
**3.1 森林斑块的结构属性**
1990年至2020年间，大部分区域森林斑块间平均距离增加。朗多尼亚州增幅最大（>50%），西部马托格罗索州和东部帕拉州分别增加约31%和19%，西部帕拉州相对稳定。所有区域平均斑块面积均下降，朗多尼亚州和东部帕拉州降幅最严重（分别-81%和-76%），西部帕拉州也下降约64%。形状指数在东部帕拉州（+6.18%）和朗多尼亚州（+3.02%）增加，表明斑块几何形状更不规则。森林覆盖率持续下降，东部马托格罗索州最低（至23.19%），西部帕拉州最高（至73.16%），但全部下降。

**3.2 功能性连通性的下降**
对于三个功能距离阈值，概率连通性（PC）在1990年至2010年间显著下降，2010至2020年相对稳定。朗多尼亚州下降最为剧烈，从约50%降至低于5%；东部马托格罗索州当前PC值最低（从约22%降至<2%）；西部帕拉州保持最高值（从约75%降至约45%），但仍有大幅损失。即使考虑踏脚石效应，浓重森林砍伐区域的连通性下降了高达50%。

**3.3 空间模块性的增加**
几乎所有区域的所有距离阈值下模块性均随时间增加，表明景观向更分片化结构转变。东部帕拉州和朗多尼亚州增幅最为显著（超过25%），而西部帕拉州模块性保持低水平且稳定（约4%以下），反映其更连通的景观格局。

**讨论与结论**
研究结果揭示，亚马逊森林砍伐区域的破碎化不仅降低连通性，还积极重组景观为半隔离的功能模块，在此模块内生态过程可能局部维持，但景观尺度上日益解耦。斑块间距增大和面积缩小限制了种子扩散、花粉传递和动物移动，可能导致基因流动减少、遗传多样性下降和局部灭绝风险增加。边缘效应（edge effects）进一步加剧小斑块的功能衰退。区域对比显示，朗多尼亚州和东部帕拉州因农业扩张、道路网络密集而下降最剧；西部帕拉州由于开发较晚仍保留较高连通性。

研究人员指出，当前基于森林覆盖率的保护策略不足以维持功能连通性，因为即使森林覆盖较高，景观也可能已功能破碎。研究结合经验性扩散阈值发现，间隙跨越距离超过150–300米时，多数依赖森林的内部物种难以维持移动，连通性仅由高流动性广布种维持；小斑块（30–40公顷）难以支持大型脊椎动物种子散播者，导致功能过滤（functional filtering），偏向小种子植物和广布性互惠关系。模块性增加与模块间连通性下降结合，降低了景观尺度的恢复力，尤其在朗多尼亚州和东部帕拉州，自然扩散恢复渐趋不可能。

论文研究结论（可视为结论部分）强调：单纯维持森林覆盖不足以保证亚马逊生物多样性和生态系统服务；需要保护和恢复允许扩散过程在现实生物尺度上运作的空间条件。通过将经验性扩散阈值与景观重组的长期变化明确联系，本研究提供了一个框架，识别哪里功能连通性正在丧失、哪些生态过程面临最大风险，以及精准干预在哪里仍可产生不成比例的生态效益。从保护角度，亟需生态廊道、踏脚石网络和辅助自然恢复策略，并将连通性考虑纳入空间规划和环境保护治理，以防止已高度碎片化区域的功能隔离。