全球干旱地区的自然栖息地对城市扩张的响应
简讯：
近几十年来，全球城市得到了迅速扩张，严重影响了脆弱的自然栖息地，其中就包含干旱地区。这严重威胁着联合国可持续发展目标的实现。全球干旱地区的自然栖息地占全球土地面积的40%，承载了28%的濒危物种。然而，鲜有研究对全球干旱地区的自然栖息地对城市扩张的响应深入探究。因此，作者从多尺度量化了全球城市扩张直接和间接造成的自然栖息地质量损失。直接损失是指自然栖息地转变为城市建成区，间接损失则定义为城市扩张区域10公里范围内的直接损失。研究发现，1992-2016年的城市扩张直接导致干旱地区自然栖息地的平均质量下降了0.8%，而间接损失是其10-15倍。全球范围内，近六成的受威胁物种在城市扩张中收到了间接影响。本文由地理科学学部何春阳教授团队发表于期刊Nature Sustainability。
1. 研究背景：
涵盖全球40%土地和30%人口的干旱地区的生态环境较为脆弱，是全球可持续发展的关键区域之一。几十年来，全球干旱地区经历了剧烈的城市扩张，威胁着生态系统的完整性。城市扩张既以转变自然地表为城市建成区的方式直接损害栖息地，也通过扩张区域的噪音、空气和水污染等形式间接损害自然栖息地。然而已有研究大多集注意力于城市扩张的直接影响，而忽略了其他形式的间接影响。为此，同时评估干旱地区城市扩张过程对自然栖息地的直接和间接影响具有重要科学意义。
本文利用栖息地质量指数量化城市扩张对全球干旱地区的自然栖息地的影响。该指数假定愈高的栖息地质量能承载更丰富的物种，常用于估量栖息地保护物种持续的能力。本文将自然栖息地被开发为城市建成区定义为直接影响，将城市扩张区域对周围栖息地（最大有效距离为10公里）的干扰定义为间接影响。
本文的主要研究内容包括：
（1）从全球、4种亚型、14个生物群落和467个生态区四种尺度出发，基于栖息地质量指数评估了全球干旱地区1992年自然栖息地的质量；
（2）分析了全球干旱地区1992-2016年的城市扩张过程；
（3）评估了城市扩张过对干旱地区自然栖息地的直接和间接影响，并讨论了栖息地质量损失对受威胁物种的影响。
2. 研究方法：
如图1，实验获取了1992和2016年的土地覆盖数据，用以提取自然栖息地范围，以及估算研究时段的土地变化动态。之后借助道路集、干旱地区边界等辅助数据计算多尺度的栖息地质量指数，并据此评估了全球干旱地区1992年自然栖息地的质量，计算方式见图2。最后，研究以生态区为基本单元，根据栖息地质量的损失，利用空间自相关分析，确定了受到城市扩张严重影响的自然栖息地热点，分析了1992-2016年在全球、亚型、生物群落和生态区范围内由城市扩张引起的栖息地质量变化情况。
图1：实验的整体流程。
图2：栖息地质量指数的计算方式。
3. 研究结果：
（1）1992年干旱地区自然栖息地的质量
全球干旱地区中，低质量生态区的自然栖息地面积最大（近1700万平方公里），占全部面积的34%。4种亚型中，超干旱区域的低质量自然栖息地面积最大，为1000万平方公里，占61%。从生物群落出发，低质量干旱栖息地以沙漠和旱生灌木丛为主，占比达90%。低质量的自然栖息地的物种丰富度通常较低，但不意味着保护价值低。
图3：1992年干旱地区自然栖息地的格局。
（2）1992-2016年干旱地区城市的扩张情况
全球干旱地区的城市面积从1992年的9.46万km2增加到了2016年的23.04万km2，年均增长率约为3.78%，是同时段全球城市面积年均增长率的1.09倍。全球干旱地区的城市面积的占全球比例增加了 0.2%。而干燥型亚湿润区的城市扩张速度最快，城市面积的占比增加了0.35%。各生物群区中，红树林群区城市扩张速度最快，占比增加了1.8%，约为旱区平均城市扩张速度的8倍。
图4：全球干旱地区1992-2016年城市扩张过程。
（3）城市扩张对干旱地区自然栖息地的影响
全球干旱地区1992-2016年城市扩张导致平均自然栖息地质量从0.3981下降到0.3951，下降了0.76%。干燥型亚湿润区是城影响最严重的区域，自然栖息地质量损失了0.93%，是平均损失的1.22倍。各生物群落中，红树林群区城市扩张对自然栖息地的影响最严重，自然栖息地损失了5.5%，是损失的6.6倍。研究还识别了8个城市扩张影响自然栖息地的热点地区。这些地区的城市扩张导致栖息地质量平均损失6.8%，是平均损失的9倍。
图5：全球干旱地区1992-2016年城市扩张对自然栖息地的影响。
（4）间接影响远大于直接影响
全球干旱地区城市扩张导致自然栖息地质量间接损失了0.71%，直接损失了0.05%，间接影响是直接影响的近14倍。在不同亚型旱区，城市扩张导致栖息地质量间接损失0.24% - 0.81%，直接损失0.02% - 0.07%，间接影响是直接影响的10 - 17倍。在各生物群落中，城市扩张对自然栖息地的间接影响也都大于直接影响。其中，热带亚热带针叶林群区的直接影响和间接影响的差距最大，达42倍。在各热点地区，城市扩张平均导致栖息地质量间接损失6.26%，直接损失0.55%，间接影响是直接影响的12倍。
图6：全球干旱地区1992-2016年城市扩张对自然栖息地的影响。
4. 研究意义：
尽管全球干旱地区城市扩张导致的栖息地质量损失较小（0.78%），但是它影响了全球60%的受威胁物种。研究发现，全球干旱地区的城市扩张间接影响了1463种受威胁物种，占全球受威胁物种总数的53%。研究建议关注城市扩张过程对自然栖息地和生物多样性的间接影响，合理规划城市发展，提高城市内部土地利用效率，发展高密度城市。还可以建立绿色隔离带，减缓城市扩张对自然环境的不利影响。
引用格式：
Ren, Q., He, C., Huang, Q. et al. Impacts of urban expansion on natural habitats in global drylands. Nat Sustain 5, 869–878 (2022). https://doi.org/10.1038/s41893-022-00930-8
转自：“科研圈内人”微信公众号
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