以下文章来源于EcoLA ，作者陈璇颖
本篇推文源自英属哥伦比亚大学温哥华分校与科罗拉多大学博尔德分校共同发表在Science上的关于模拟陆地保护区的功能连通性与绘制世界上最关键的连通性保护区域的相关研究成果。
摘要：全球政策呼吁连接保护区（PA），以保护动物和基因在不断变化的景观中的流动，但全球保护区网络目前是否支持动物运动，以及连接保护在哪里最为关键，在很大程度上仍然未知。在这项研究中，我们绘制了世界陆地PA的功能连接图，并通过移动哺乳动物的镜头量化了国家PA的连接。我们发现，减少人类足迹可能比增加新的PA更能改善连通性，尽管这两种策略共同实现了效益最大化。全球最重要的哺乳动物集中迁徙区域仍然没有得到保护，其中71%与全球生物多样性优先区域重叠，6%发生在人类改造程度中等至较高的土地上。保护和恢复关键连通区域可以保障保护区的连通性，同时支持其他全球保护优先事项。
目前，对于当前的全球尺度的保护区，减缓生物多样性丧失方面研究不足；全球90%的保护区系统（PAs）存在于人类主导的土地中，使得其在自身规模、生态保护、政策管理等方面收到制约，生境斑块的破碎化加速，限制了生物的迁徙与生存；生物多样性战略计划目标是让全球保护区17%的地区能够形成网络化结构，但目前为止，只有少数研究对PAs的连通性的评估存在，并且没有一个明确测度PA的功能连通性。
该研究为全球中型到大型哺乳动物（不包括南极洲）模拟了陆地保护区的功能连通性，绘制世界上最关键的连通性保护区域。研究评估了每个保护区（PA）的隔离程度，即PA isolation，测度了全球国家内部PA的隔离程度，并进行了排序，并基于生物多样性保护策略（恢复+扩展），评估了减少人类足迹对保护区隔离程度的潜在好处；以及评估了全球哺乳动物的迁徙概率，即Mammal movement probability（MMP），在假设面积越大，物种越多的前提下：基于输出电流密度图（描述从所有源PA到一个目标PA的电流）乘以相应接地PA的面积，用以评估MMP，并基于物种丰度与生境质量成正比：对比了基于面积修正的MMP与基于生境质量修正的MMP的相关性。
该研究使用一个将哺乳动物运动的平均反应（48种哺乳动物中的624个个体）与人类足迹指数（HFI）联系起来的模型，得到全球景观阻力面。然后，应用电路理论，将动物在异质景观中的运动与阻力电路中的电流流动联系起来，以两种不同的方式估计功能连通性（图1）。
图1 工作流程图（从左上角开始，然后按照箭头指向左下角的两个结果：PA隔离度和预测哺乳动物移动概率的全球地图；H=食草动物；ME=混合效应；RE=随机效应）
1 研究方法
本文采用Circuitscape对连接进行建模，这是一个在Julia中实施的开源程序，广泛用于研究和保护规划，该程序依赖于电路理论的原理，将动物在异质景观中的运动流转化为通过电路的电流。
首先，对每个PA的有效阻力进行量化，以获得PA隔离度指数（图2），这是一个已有研究提出的预测基因流的指标。有效阻力是对电路中节点之间所有路径总阻力的测量，反映了每个节点（指每个PA）与所有其他节点隔离的程度。模拟时，向某一保护区输入１安培电流（类比物种数量），其余所有保护区全部接地，计算此保护区与所有剩余保护区之间的电流值。
图2 保护区隔离（PAI）：通过对哺乳动物运动的有效抵抗力来衡量世界陆地PA的分离
其次，绘制电流图，反映了哺乳动物在所有大于35km2的PA之间所有可能的迁徙路线的移动概率（图3）。通过使用观察到的哺乳动物运动模型来创建我们的阻力面；根据代表11种哺乳动物的407个个体的独立GPS数据验证我们的结果；通过验证各食性、体型大于2.4kg以及包含小型PA（<35km2）的模型之间的一致连接模式，本文的分析允许对具有高运动能力的陆生哺乳动物的PA的全球功能连通性进行全面评估。
图3 陆地PAs之间的全球哺乳动物移动概率（MMP）：高MMP描述了集中运动，通常在渗透性较差的土地之间的廊道内，或在大型PA网络内的大块完整土地内（例如亚马逊盆地）；橙色和紫色区域反映了MMP在许多途径中分散的区域；集中流和分散流对连通性都很重要，但对于许多路径，分散区域完全失去连通性的风险较低；黑色区域并非缺乏连通性（图S15），只是相对于全球尺度的低流量区域；编号框突出显示多个景观；框注1：穿过北美西部山区的廊道（如黄石至育空廊道）；框注2：穿越撒哈拉以南非洲卡万戈-赞比西跨界保护区和纳米比亚沿海沙漠的廊道和分散流；框注3：穿越印度尼西亚和马来西亚的热带雨林的廊道（如婆罗洲保护区中心）
2 主要研究结果
本研究量化了每个PA的隔离指数（PAI）（图4），反映了每个PA与所有其他PA节点隔离的程度。PAI与现有的全球连通性指标适度相关（Pearson的r范围从0.32到0.56，图4B)，结果表明，PAI提供了一种新的连通性视图，从哺乳动物穿过自然和人为土地的视角来看，它补充了其他现有全球指标评估连通性的方式。
图4 国家PAI：（A）国家水平的合计PAI；条状图按大洲组织；标有红色的国家拥有连接最紧密的国家PA网络（95%）；AS，亚洲；NA，北美；AF，非洲；EU，欧盟；OC，大洋洲；SA，南美洲；（B）国家PAI与三个现有全球连通性指标的比较
将哺乳动物运动概率90%以上的区域为连通性关键区域（图5）。研究发现，2/3的关键区域目前未受保护，6%的区域位于未受保护的中度至高度改造土地上（HFI≥4，图5A）。此外，大约23%的关键区域未受保护，且位于适合未来农业扩张的土地上（图5B）。改造或即将改造土地上的关键区域是优先保护事项：这些区域虽小但是至关重要的“临界点”，如果进行保护或设法限制进一步改造（例如，通过保护地役权、生态系统服务付费、社区保护或工作用地保护），可以通过人为景观保障连通性方面取得重大成果。
图5 绘制全球关键连接区域（CCA）：（A）完整CCA和修改CCA的当前保护状态；饼图显示了每个大陆中每种CCA类型的比例；（B）CCA未来潜在的保护和威胁状态；如果当前未受保护的CCA与全球安全网（GSN）下优先扩大保护的区域重叠，则会出现潜在的未来保护；在CCA不在GSN范围内（即保持无保护状态）并与预测适合未来农业（Ag）扩张的区域重叠的情况下，对未来的威胁进行了研究
3 结论
研究表明了自然和可渗透的人为土地对保护区之间哺乳动物流动的关键价值，但没有明确将未受保护的自然土地作为潜在的流动来源和目的地。因此，所提出的全球MMP对于了解PA网络之间的连通性模式强度更为有效，并且与本地衍生的连通性研究相结合，能更有效评估需要优先考虑本地连通性保护的位置。
尽管研究模型只使用了哺乳动物运动数据，但它揭示了关键连接区域与旨在保护各种分类群的全球保护优先事项的大量重叠。然而，这些关键连接区域中的大多数目前未受到保护，并面临着未来栖息地的转换。由于这些地区的正式保护可能会因生计或粮食供应需求而受到质疑，因此还需要其他工作用地保护战略来保持连通性。这种策略也为人类提供了实质性的好处（例如授粉服务和害虫控制），可能是一种重要的OECM（其他有效的基于区域的保护措施），因此可能有助于实现全球保护政策目标。
转自：“生态遥感前沿”微信公众号
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