中国国家级自然保护区保护陆生脊椎动物的成效与异质性

《Environmental Impact Assessment Review》：Conservation outcomes and heterogeneity of China's national protected areas in conserving terrestrial vertebrates

　　

# 摘要

在全球变化和不断加剧的人为压力下，评估保护区（PAs）相关的生物多样性结果已成为保护科学中的一大挑战。然而，许多以往的评估未能充分考虑到保护区选址的空间偏差以及景观背景的差异。本研究采用了一种整合的反事实框架，结合倾向得分匹配和广义可加模型，对中国国家级保护区的陆生脊椎动物保护效果进行了评估，从而减少了保护区非随机选址带来的偏差。结果显示，国家级保护区的陆生脊椎动物物种丰富度高于匹配的非保护区，且不同分类群之间差异显著。两栖动物在保护区中的空间代表性最低，但相对于匹配的非保护区却表现出最大的生物多样性优势。相比之下，鸟类尽管在保护区中具有较广的覆盖范围，其优势却相对较小。不同保护区类型的生物多样性结果也存在差异：生态系统和野生动物保护区通常表现出积极保护效果，而自然遗迹保护区基于陆生脊椎动物丰富度未显示出明显优势。进一步分析揭示了匹配生物多样性差异与环境条件之间存在显著的非线性关系。这些积极效果随人类足迹的增强而下降，表明人为压力可能限制了保护区内的生物多样性优势。气候条件与受威胁物种生物多样性优势的空间变异相关联。总体而言，我们的研究结果揭示了不同分类群、保护区类型和环境梯度之间保护有效性的显著异质性。这些结果为中国国家级保护区的生物多样性保护效果提供了基于反事实的评估，并强调了未来保护规划中制定物种特异性保护策略和景观尺度管理的重要性。

# 引言

在人类世背景下，尽管经过数十年的保护努力，全球生物多样性丧失尚未从根本上得到减缓，并日益受到多种交互压力的驱动，包括土地利用变化、气候变化、污染和生物入侵（Venter et al., 2016; Jones et al., 2018; Williams et al., 2020）。作为生物多样性保护的核心策略，保护区仍然是国际保护政策的关键。保护区是实现《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》目标——到2030年保护至少30%的全球陆地和海洋区域（"30×30"目标）的关键机制（Li et al., 2024a; Pulido-Chadid et al., 2025; Wu et al., 2025）。然而，尽管保护区的全球范围稳步扩大，生物多样性下降却未能得到实质性逆转（Powers and Jetz, 2019; Williams et al., 2022; Li et al., 2025）。保护区覆盖范围增加与保护效益有限之间的不匹配，引发了对现有保护区实际保护有效性的日益担忧。因此，评估保护区保护有效性日益被认为是生物多样性治理和环境评估的关键组成部分，特别是在保护有效性在不同地区、分类群和管理背景之间存在显著差异的情况下（Di Minin and Toivonen, 2015）。

准确评估保护区保护效果对于理解保护措施是否与可测量的生物多样性差异相关联至关重要。以往研究通常采用森林减少量（Rahman and Islam, 2021）、人为干扰缓解（Meng et al., 2022）或物种保护改善（Geldmann et al., 2013）等指标来评估保护有效性。然而，许多评估仍然依赖静态叠加分析来量化保护区内的物种或关键栖息地数量，而未确定这些结果是否可归因于保护本身（Fuente et al., 2020; González-García et al., 2022）。由于保护区往往建立在地势较高、地形复杂或开发潜力较低的区域，保护区范围内相对较高的生物多样性可能部分反映了人类活动的自然约束，而非与保护措施相关的保护效果（Guo et al., 2018; Asamoah et al., 2021）。此外，生物多样性丰富的区域往往被优先选择保护，这意味着如果不明确考虑选址效应，保护区与非保护区之间的简单比较可能会高估保护优势。为了应对这些混杂影响，反事实方法越来越多地被应用于保护有效性评估中。基于反事实评估原则，这些方法通过构建统计上可比的对照单元来估算在没有保护的情况下可能发生的情况。通过将观测到的保护区与这些环境匹配的对照单元进行比较，反事实方法有效地控制了非随机的选址选择，从而得出了与保护相关的实际生物多样性差异的更严谨可靠的估计（Geldmann et al., 2019; Li et al., 2024b; Cao et al., 2025）。

尽管反事实方法在减少可观察选择偏差方面有所改进，但仍有若干重要的知识空白。以往大多数研究主要集中于估算保护差异，而对复杂社会-生态系统内保护有效性的强语境依赖性关注相对有限（Zhao et al., 2023; Ghasemi et al., 2025）。特别是，沿着人类足迹（HF）强度的梯度，保护效果可能不会保持恒定或线性变化，而是表现出阈值响应或非线性变异（Peng et al., 2021; Shrestha et al., 2021）。人为压力既可能影响保护措施，也可能受保护措施影响，这凸显了对人类足迹与保护有效性之间关系进行谨慎解读的必要性。此外，由于环境敏感性、扩散能力和生态需求的差异，不同物种对保护和周边景观压力的反应可能不同（Cordier et al., 2021; Auliz-Ortiz et al., 2024）。陆生脊椎动物是评估保护区有效性的合适指标，因为它们占据多个营养级，对环境变化表现出相对较高的敏感性，并且广泛用于生物多样性保护评估和政策评估（Pulido-Chadid et al., 2025; Tseng et al., 2025）。这些异质性响应可能会显著影响加速全球变化下保护区的长期有效性和韧性，但它们在广阔空间尺度上的研究仍显不足。

中国为回答这些问题提供了重要的研究背景。作为世界上生物多样性最丰富的国家之一，中国在过去几十年经历了快速的城市化和大规模土地利用变化，在此期间，日益加剧的人为压力与不断扩大的保护需求日益交织（Li and Pimm, 2020; Wang et al., 2025）。近年来，中国逐步建立了以国家公园、自然保护区和生态保护红线为核心的综合保护区体系。尽管如此，国家级保护区仍然是最成熟的保护单元之一，具有相对完整的历史记录和管理信息，为评估长期生物多样性保护效果提供了重要基础。在这种快速变化、以人类活动为主导的景观中，评估国家级保护区的有效性不仅对改善中国的保护规划和管理至关重要，也对为其他正在进行快速环境变化的地区的生物多样性治理提供参考信息，从而为中国当前自然保护区体系空间布局的优化提供基准。此外，脊椎动物分类群之间在生态需求和环境敏感性方面存在显著差异，可能在各分类群之间产生不均匀的保护效果。然而，关于国家尺度上这些异质性保护效果的证据仍然有限。

基于上述知识空白，本研究开发了一种整合反事实推理与非线性建模的分析框架，用于评估中国国家级保护区对陆生脊椎动物的保护效果。与传统的基于覆盖率的评估相比，我们的框架明确控制了选址偏差，并估算了保护区与环境可比非保护区之间陆生脊椎动物物种丰富度的调整后差异。具体而言，我们应用倾向得分匹配（PSM）构建统计上可比的对照单元，并利用广义可加模型（GAMs）表征不同环境条件下匹配生物多样性差异的变异非线性模式，包括人类足迹强度、气候背景和地形因素。本研究旨在回答三个关键问题：(1)在考虑选址偏差后，中国国家级保护区的陆生脊椎动物是否表现出相对于环境可比非保护区的显著保护优势？(2)这些保护优势是否在脊椎动物分类群和保护区管理类型之间呈现系统性差异？(3)保护效果的空间变异如何与人类活动强度和环境条件的梯度相关联？

## 材料与方法

本研究聚焦于中国国家级保护区（PAs），旨在评估其对陆生脊椎动物的保护效果，并考察与保护区和非保护区之间生物多样性差异空间变异相关的环境和人为因素。在本研究中，保护效果被量化为保护区像元与其匹配的非保护区像元之间陆生脊椎动物物种丰富度的差异，采用空间……

## 陆生脊椎动物多样性的空间格局与分类群偏差

中国陆生脊椎动物的物种丰富度表现出显著的空间异质性（图1）。高物种丰富度主要出现在中国南部，特别是湿润的山区地带，而较低的丰富度值分布在西北干旱地区和青藏高原（图1a-d）。受威胁物种的空间分布大致反映了整体丰富度格局，热点区域主要出现在中国南部。然而，受威胁物种……

## 讨论

本研究采用反事实匹配框架评估了中国国家级保护区与环境可比非保护区之间的生物多样性差异。结果表明，在考虑可观察环境差异后，国家级保护区总体上与较高的陆生脊椎动物丰富度相关联。然而，这些生物多样性差异的幅度在不同分类群、保护区类别和环境梯度之间差异显著，表明……

## 结论

本研究为中国国家级保护区与陆生脊椎动物相关的生物多样性效果提供了基于反事实的评估。通过采用反事实框架，本分析超越了传统的基于覆盖率的评估，减少了与保护区非随机选址和环境异质性相关的偏差，从而能够更稳健地比较保护区与环境可比非保护区之间的生物多样性差异。

总体而言，中国国家级……

## CRediT作者贡献声明

李凯：概念构思、数据整理、调查、方法论、资源、软件、验证、可视化、撰写——初稿、撰写——审阅与编辑。吴伟：概念构思、形式分析、资金获取、项目管理、监督、撰写——审阅与编辑。李嘉年：验证、软件、撰写——审阅与编辑。李哲：验证、数据整理、撰写——审阅与编辑。吴宇凡：软件、撰写——审阅与编辑。李林娟：软件。

## 利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本论文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

## 致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：42371276）的资助。

李凯|吴伟|李嘉年|李哲|吴宇凡|李林娟|孙延超
南京农业大学土地管理学院，南京 210095，中国