《Ecosphere》：Predicted habitat use for reintroduced grizzly bears in the transboundary North Cascades ecosystem
编辑推荐：
灰熊（Ursus arctos）曾经在华盛顿州（美国）和不列颠哥伦比亚省（加拿大）的北喀斯喀特跨界地区数量众多；然而，如今仅存少数。为了支持正在进行的再引入评估，研究人员使用了基于北落基山脉运动模型的模拟，来预测北喀斯喀特地区早期再引入阶段一个小型创始灰熊群体
灰熊（Ursus arctos）曾经在华盛顿州（美国）和不列颠哥伦比亚省（加拿大）的北喀斯喀特跨界地区数量众多；然而，如今仅存少数。为了支持正在进行的再引入评估，研究人员使用了基于北落基山脉运动模型的模拟，来预测北喀斯喀特地区早期再引入阶段一个小型创始灰熊群体的栖息地利用。这些模拟基于个体特定的选择和运动参数，在空间显式景观上表示运动。研究人员首先在不列颠哥伦比亚省海岸山脉的斯阔米什-利卢埃特（Squamish-Lillooet）、麦吉尔瓦里山脉（McGillvary Mountains）和北斯坦-纳哈特拉奇（North Stein-Nahatlatch）地区的三个邻近灰熊种群中评估了预测性能。在应用了基于海拔的校准后，预测的栖息地利用与73头佩戴项圈灰熊的GPS定位数据显示出高度一致。在种群-性别亚组中，斯皮尔曼秩相关系数（ρ）≥0.95，其中69.2%–83.3%的定位落在前五个栖息地类别（覆盖50%的栖息地地图）中，17.1%–36.2%落在最高类别（代表10%）。总体而言，24.5%和77.9%的定位分别落在最高类别和前五个类别中。季节性验证显示，从5月到夏末或秋季的预测性能最强。对北喀斯喀特地区的模型预测表明，早期再引入期间的栖息地利用可能集中在生态系统沿美加边境的中部和北部山区。这些地图可在尚无本地熊数据的北喀斯喀特跨界地区指导恢复规划。
**研究背景与问题**
灰熊（Ursus arctos）在北美西部曾广泛分布，但近几个世纪因迫害、市场狩猎和栖息地丧失，在包括美国北喀斯喀特生态系统（NCE）在内的大部分原有区域灭绝。NCE是美国鱼类和野生动物管理局（USFWS）划定的六个恢复区之一，但灰熊已基本消失：美国部分最后一次确认死亡在1967年，最后一次确认目击在1996年；加拿大部分估计仅存六只个体。为恢复该物种，美国和加拿大历经数十年努力，包括美国机构的环境影响声明及加拿大第一民族政府主导的联合行动。然而，由于缺乏本地灰熊的移动数据，早期恢复规划面临空间预测困难。本研究旨在利用现有运动模型预测再引入初期的栖息地利用，展示如何在没有本地数据的情况下指导再引入策略，论文发表在《Ecosphere》。
**研究方法**
研究人员基于北大陆分水岭生态系统（NCDE）65头灰熊（46雌19雄）的GPS定位数据，构建了个体步选择函数（iSSF）模型，包含七个协变量：归一化植被指数（NDVI）、地形崎岖度、森林边缘距离与密度、河岸区密度、建筑物密度及到安全栖息地（距道路>500 m的公共、州或部落土地）距离。利用这些模型生成传导表面，并在空间显式景观中进行步进式个体模拟，每步根据选择概率随机选取候选步，每迭代运行5000步，雌性100次迭代、雄性242次迭代，迭代起点随机选自验证区或NCE释放点。验证数据来自不列颠哥伦比亚省海岸山脉的三个邻近种群：斯阔米什-利卢埃特（SL）、麦吉尔瓦里山脉（MM）和北斯坦-纳哈特拉奇（NSN），共73头熊（2005–2020年，200,221个GPS定位）。通过基于海拔的后处理校准（缩放因子σ=2.05）修正低海拔区域预测偏差，以斯皮尔曼秩相关系数（ρ）和定位类别分布评估性能。
**研究结果**
- **验证位点分析**：未校准前，模拟在河流山谷（如利卢埃特河、布里奇河、斯坦河）附近产生较高预测栖息地利用，低海拔区域存在过度预测。校准后，低海拔河谷类别降低，中海拔区域类别升高，空间格局与实测更吻合。
- **海拔校准**：通过迭代优化，选择σ=2.05使累积性能分数最高。校准后，低海拔区域对预测的贡献减少，中高海拔区域贡献增加，显著改善了与GPS定位海拔分布的一致性。
- **预测性能**：校准前，SL和MM的ρ较高（0.84–0.94），但NSN较低（ρ=0.49）。校准后，所有种群-性别组合的ρ≥0.99（除MM雄性ρ=0.95），定位在最高类别（代表10%景观）占比17.1%–36.2%，在前五类别（代表50%景观）占比69.2%–83.3%。季节验证显示，5月至夏末或秋季性能最强，雌性在10–11月略降，雄性在5月及9–10月下降，可能与季节性食物（如浆果、白皮松种子）和冬眠期有关。
- **NCE预测栖息地地图**：模拟显示，预测栖息地利用集中在美国北喀斯喀特国家公园高海拔区域及加拿大跨界保护区，沿美加边境的中部和北部山区。校准后，低海拔河谷（如斯卡吉特河、索克河、梅索河、贝克湖、奇兰湖）类别降低，但整体空间格局稳健。
**讨论与结论**
讨论指出，NCDE模型为预测初期空间利用提供了可靠基础，但低海拔区域因环境域不匹配需校准，验证后校准显著提升性能，表明此类区域的人类影响（道路、建筑、农业、娱乐）是重要限制因素。主要道路（如不列颠哥伦比亚5号公路、美国2号公路）可能成为屏障，限制早期扩散，影响长期连通性。预测地图可支持释放点选择、连通性期望及人熊共存规划，但应注意局限性：模型基于定居个体行为，未包含探索性运动、社会行为、死亡率和季节性资源变化，因此预测不代表绝对存在，尤其在低海拔人类活动区。恢复将因灰熊慢速繁殖（雌性首次繁殖约6.5岁，每3年产1–3崽）和短距离扩散（雄性30–67 km，雌性10–14 km）而持续数十年。
**结论**：如果恢复成功并建立定居种群，未来可利用本地数据开发NCE特定模型，但当前框架展示了如何为数据匮乏区域提供早期预测。短期内，预测地图指出再引入灰熊预期高利用区域，用于指导恢复规划（如释放区优选、冲突缓解），但不应视为具体位置或扩张速率的确定性预测。尽管存在不确定性，这些结果及时支持了早期规划与适应性管理。
