青藏高原珍稀瀕危哺乳動(dòng)物保護(hù)優(yōu)先區(qū)評(píng)價(jià)與空缺分析

黃 萍，徐衛(wèi)華，范馨悅，韓 梅

（1. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

生物多樣性對(duì)于人類福祉與生態(tài)安全具有重要作用。由于氣候變化、人口增長和環(huán)境污染等因素的影響，物種的滅絕速度已達(dá)背景滅絕速度的100～1 000 倍[1-2]。建立自然保護(hù)地是阻止生物多樣性喪失最有效的方法，截至2018 年，我國已經(jīng)建立了1.18 萬個(gè)自然保護(hù)地，約占陸域面積的18%[3]，達(dá)到了“愛知目標(biāo)11”提出的到2020 年自然保護(hù)地覆蓋17%陸域面積的目標(biāo)[4]，但由于我國自然保護(hù)地建立初期是自下而上建立、以搶救性保護(hù)區(qū)為主，缺乏系統(tǒng)規(guī)劃[5-6]，保護(hù)與發(fā)展矛盾突出，嚴(yán)重制約了我國自然保護(hù)地的有效性，生物多樣性仍然存在保護(hù)空缺[6-7]?！?020 年后全球生物多樣性框架》[7]提出保護(hù)至少30%的地球，因此急需擴(kuò)建自然保護(hù)地網(wǎng)絡(luò)以加強(qiáng)對(duì)我國生物多樣性的就地保護(hù)，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)生物多樣性特別重要的領(lǐng)域。

系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃（systematic conservation planning,SCP）是保護(hù)優(yōu)先區(qū)確定中較為常用的方法，通過考慮保護(hù)區(qū)大小、連通性、邊界長度以及建立保護(hù)區(qū)所需社會(huì)和經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物多樣性保護(hù)目標(biāo)和保護(hù)成本最小化[8]。隨著研究的發(fā)展，系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃軟件也越來越多，MARXAN、C-Plan 和Zonation 等軟件是系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃最常用的決策支持工具[9-12]，通常與保護(hù)空缺分析（A geographic approach to protection of biological diversity， GAP）相結(jié)合，評(píng)估現(xiàn)有自然保護(hù)地對(duì)生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的保護(hù)空缺，為自然保護(hù)地建設(shè)提供重要信息，已在全球和區(qū)域尺度上得到了廣泛應(yīng)用[8,12-15]。

哺乳動(dòng)物是自然保護(hù)地建設(shè)的主要保護(hù)對(duì)象之一，對(duì)哺乳動(dòng)物的保護(hù)也能對(duì)其他類群的物種起到傘護(hù)作用[16-17]。我國作為世界上哺乳動(dòng)物多樣性最豐富的國家[17]，已經(jīng)建立了以哺乳動(dòng)物為主要保護(hù)對(duì)象的大熊貓國家公園、東北虎豹國家公園及羌塘、可可西里和阿爾金山等國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)[18-18]，但目前約56%的哺乳動(dòng)物未受到較好保護(hù)[18]，自然保護(hù)地覆蓋的保護(hù)關(guān)鍵區(qū)域比例仍舊較低[3]，其建設(shè)仍然需要加強(qiáng)對(duì)哺乳動(dòng)物的關(guān)注。因此，本文以珍稀瀕危哺乳動(dòng)物為研究對(duì)象，采用系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃中應(yīng)用最廣泛的MARXAN 軟件，進(jìn)行保護(hù)優(yōu)先區(qū)評(píng)價(jià)，并結(jié)合空缺分析方法評(píng)估了哺乳動(dòng)物的保護(hù)效果，提出了自然保護(hù)地規(guī)劃的建議，以期為青藏高原自然保護(hù)體系的優(yōu)化整合提供參考。

1 研究區(qū)域

青藏高原是世界上海拔最高、最大的高原，被稱為“地球第三極” “世界屋脊” “亞洲水塔”，是我國乃至整個(gè)亞洲的生態(tài)安全屏障。其獨(dú)特的氣候條件以及復(fù)雜的地理環(huán)境形成了獨(dú)特生物多樣性，擁有維管植物14 634 種、脊椎動(dòng)物1 763 種[19]，中國42%的有蹄類物種在此棲息是中國珍稀瀕危哺乳動(dòng)物集中分布的地區(qū)之一[20]，也是全球生物多樣性最豐富的地區(qū)之一。為保護(hù)青藏高原的生物多樣性，已經(jīng)建立了大量的自然保護(hù)地，約占全國陸地自然保護(hù)區(qū)面積的57%[21]，但是很多物種仍未得到充分保護(hù)[22-23]。

2 動(dòng)物保護(hù)效果評(píng)估

本研究通過收集分布在青藏高原的珍稀瀕危哺乳動(dòng)物名錄以及空間分布數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃軟件MARXAN 評(píng)價(jià)了青藏高原珍稀瀕危哺乳動(dòng)物的保護(hù)優(yōu)先區(qū)域，同時(shí)基于空缺分析方法評(píng)估了青藏高原現(xiàn)有自然保護(hù)地對(duì)哺乳動(dòng)物及其保護(hù)優(yōu)先區(qū)的保護(hù)效果。

2.1 物種篩選

青藏高原重點(diǎn)保護(hù)哺乳動(dòng)物主要根據(jù)以下原則篩選：1）2021 年《國家重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物名錄》中的國家一級(jí)以及國家二級(jí)保護(hù)物種；2）2021 年《中國生物多樣性紅色名錄》中的極危、瀕危和易危等級(jí)的哺乳動(dòng)物；3）2021 年《IUCN 紅色名錄》中的極危、瀕危和易危等級(jí)的哺乳動(dòng)物；4）主要分布在青藏高原。根據(jù)物種篩選原則，最終篩選的哺乳動(dòng)物一共有83 種，極危、瀕危和易危物種分別有16 種、28 種和20 種，還有國家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)物種19 種。

2.2 保護(hù)優(yōu)先區(qū)域

為了確定未來自然保護(hù)地網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建的重要區(qū)域，本研究在評(píng)估每個(gè)物種空間分布的基礎(chǔ)上，利用MARXAN 軟件確定保護(hù)優(yōu)先區(qū)域。物種的空間分布圖來自IUCN[24]，并利用蔣志剛等[25]的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。由于空間分布圖中存在不適宜的棲息地，因此基于物種對(duì)生態(tài)系統(tǒng)類型與海拔的生態(tài)需求細(xì)化了每個(gè)物種的空間分布，僅保留有適宜生態(tài)系統(tǒng)類型與海拔的重疊區(qū)域作為最終的棲息地，各物種對(duì)海拔和植被的需求來自于《IUCN 紅色名錄》以及相關(guān)研究[24-25]。

由于哺乳動(dòng)物在青藏高原分布不均勻，為避免MARXAN 軟件算法傾向于選擇數(shù)據(jù)豐富區(qū)域的問題[26]，本文通過劃分子區(qū)域的方式進(jìn)行不可替代性分析，參考國家公園空間布局的生態(tài)地理分區(qū)，將青藏高原分為7 個(gè)子區(qū)域，分別為昆侖山-柴達(dá)木盆地荒漠區(qū)、祁連山針葉林高寒草甸區(qū)、羌塘高原高寒草原區(qū)、青藏三江源高寒草原草甸區(qū)、青藏高原東部森林高寒草甸區(qū)、喜馬拉雅山地森林灌叢草原區(qū)和南橫斷山針葉林區(qū)。

根據(jù)以下步驟確定保護(hù)優(yōu)先區(qū)域：1）規(guī)劃單元以及成本設(shè)置：將青藏高原劃分為113 145 個(gè)5 km×5 km 的網(wǎng)格作為規(guī)劃單元，利用人類足跡指數(shù)作為每個(gè)規(guī)劃單元的保護(hù)成本。人類足跡指數(shù)采用VENTER et al[27]利用2009 年人類對(duì)環(huán)境直接或間接壓力的8 個(gè)變量通過人類足跡框架計(jì)算得出，可以反映區(qū)域之間成本的差異[8]。2）物種的保護(hù)目標(biāo)：將物種分布范圍按照面積大小等分為3 份，即分布范圍最狹窄、中間分布和分布范圍最廣，將物種的保護(hù)目標(biāo)分別設(shè)定為70%、50%和30%[28]。3）MARXAN 運(yùn)行：設(shè)置軟件的迭代次數(shù)1 000 000，保持其余參數(shù)不變的情況下不斷修正邊界長度（boundary length modifier）進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)算100 次。根據(jù)不可替代性值確定保護(hù)優(yōu)先區(qū)域，一級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)域和二級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)域分別占整個(gè)研究區(qū)域面積的30%和10%，一級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)與提出的到2030 年保護(hù)30%地球的目標(biāo)相一致。

2.3 保護(hù)空缺

通過空缺分析可以對(duì)保護(hù)的有效性進(jìn)行更普遍的評(píng)估[15]?？杖狈治霰硎緸槲锓N、保護(hù)優(yōu)先區(qū)受自然保護(hù)地覆蓋的百分比與設(shè)定的保護(hù)目標(biāo)之間的差距，這也是衡量保護(hù)效果的指標(biāo)。保護(hù)優(yōu)先區(qū)域未受到自然保護(hù)地覆蓋的區(qū)域稱為保護(hù)空缺區(qū)域。對(duì)于物種而言，如果物種分布范圍受自然保護(hù)區(qū)的覆蓋比例滿足保護(hù)目標(biāo)，則認(rèn)為保護(hù)效果好；未達(dá)到保護(hù)目標(biāo)，則表示物種存在保護(hù)空缺[29]。

物種的地理范圍大小與滅絕風(fēng)險(xiǎn)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系[30]，使用相同的保護(hù)目標(biāo)來評(píng)估物種的保護(hù)效果會(huì)導(dǎo)致偏差。因此我們根據(jù)物種的分布范圍為每一個(gè)物種制定了具體的保護(hù)目標(biāo)。具體方法為：根據(jù)分布范圍將青藏高原重要保護(hù)哺乳動(dòng)物分為三等分，將分布范圍最廣（前1/3）的物種的保護(hù)目標(biāo)定為17%；分布范圍最狹窄（后1/3）的物種的保護(hù)目標(biāo)設(shè)定為30%（17%、30%的目標(biāo)對(duì)應(yīng)與2020 年、2030 年的生物多樣性保護(hù)目標(biāo)[7,31]）,分布范圍居中的物種的保護(hù)目標(biāo)通過在2 個(gè)極端值之間進(jìn)行線性插值來計(jì)算保護(hù)目標(biāo)[13,18-18]。

本研究涉及的自然保護(hù)地共有607 個(gè)，見圖1a。自然保護(hù)地的數(shù)據(jù)主要來源于國家林業(yè)和草原局。包括2 個(gè)國家公園（大熊貓國家公園和三江源國家公園）、251 個(gè)自然保護(hù)區(qū)、120 個(gè)森林公園、93 個(gè)風(fēng)景名勝區(qū)、76 個(gè)濕地公園、50 個(gè)地質(zhì)公園和15 個(gè)沙漠公園，其中國家公園和自然保護(hù)區(qū)是我國最嚴(yán)格的自然保護(hù)地類型，是生物多樣性的主要保護(hù)方式。本研究分別討論了所有自然保護(hù)地以及僅考慮國家公園和自然保護(hù)區(qū)2 種情況下對(duì)哺乳動(dòng)物的覆蓋程度。所有自然保護(hù)地的面積為94.5 萬km2，國家公園和自然保護(hù)區(qū)的面積為88.3 萬km2（扣除重疊面積），分別占青藏高原面積的34%和32%。

3 結(jié)果與分析

3.1 保護(hù)優(yōu)先區(qū)

青藏高原的哺乳動(dòng)物保護(hù)優(yōu)先區(qū)主要分布在喜馬拉雅山地東部、橫斷山南段、青藏高原東部、羌塘高原和三江源的西北部、昆侖山-柴達(dá)木盆地荒漠中部區(qū)域，在珠峰區(qū)域、昆侖山西北部、祁連山西南部等區(qū)域也有部分分布，見圖1b。如喜馬拉雅東部是青藏高原生物多樣性最豐富的地區(qū)之一，青藏高原東部的岷山、邛崍山系等區(qū)域是第三紀(jì)孑遺動(dòng)物—大熊貓（Ailuropoda melanoleuca）的主要分布區(qū)，羌塘高原和三江源是白唇鹿(Przewalskium albirostris)、野牦牛(Bos mutus)藏原羚(Procapra picticaudata)等特有有蹄類物種的主要分布區(qū)，均具有較高的生物多樣性保護(hù)價(jià)值。

3.2 保護(hù)空缺

3.2.1 保護(hù)優(yōu)先區(qū)保護(hù)效果 整體看來，青藏高原自然保護(hù)地分別保護(hù)了51.5%和48.1%的一級(jí)、二級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)，不同生態(tài)地理區(qū)對(duì)保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的覆蓋程度具有顯著差異，見圖1 和圖2。青藏三江源高寒草原草甸區(qū)以及羌塘高原高寒草原區(qū)內(nèi)保護(hù)優(yōu)先區(qū)的保護(hù)比例高，一級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)的保護(hù)比例分別為81.5%和77.5%，二級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)的保護(hù)比例分別為43.8%和71.2%，而南橫斷山針葉林區(qū)、祁連山針葉林高寒草甸區(qū)以及馬拉雅山地森林灌叢草原區(qū)的保護(hù)優(yōu)先區(qū)都存在70%以上的保護(hù)空缺區(qū)，見圖1。當(dāng)僅考慮嚴(yán)格自然保護(hù)地對(duì)優(yōu)先區(qū)域的保護(hù)效果時(shí)，祁連山針葉林高寒草甸區(qū)、青藏高原東部森林高寒草甸區(qū)以及南橫斷山針葉林區(qū)存在更大的保護(hù)空缺, 見圖2。

圖1 青藏高原自然保護(hù)地和哺乳動(dòng)物保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的空間分布

圖2 自然保護(hù)地對(duì)保護(hù)優(yōu)先區(qū)的覆蓋比例

3.2.2 哺乳動(dòng)物保護(hù)效果 青藏高原96.4%的珍稀瀕危哺乳動(dòng)物被自然保護(hù)地覆蓋，平均保護(hù)比例為30.7%。83 個(gè)物種中，有61.5%的物種達(dá)到了保護(hù)目標(biāo)，34.9%未達(dá)到保護(hù)目標(biāo)，3.6%的物種未受到任何自然保護(hù)地的保護(hù)。保護(hù)級(jí)別高的物種比保護(hù)級(jí)別低的物種的保護(hù)效果好，極危物種的保護(hù)效果最好，瀕危物種次之，易危物種保護(hù)效果較差，其平均保護(hù)比例分別為32.4%、30.2%和26.5%。國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物的保護(hù)效果優(yōu)于國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物，其平均保護(hù)比例分別為32.8%、28.6%。如果僅考慮國家公園和自然保護(hù)區(qū)對(duì)哺乳動(dòng)物的保護(hù)效果，物種的平均保護(hù)比例為26.2%，達(dá)到保護(hù)目標(biāo)的物種為47.0%，對(duì)珍稀瀕危哺乳動(dòng)物的保護(hù)差距進(jìn)一步擴(kuò)大，見圖3。根據(jù)空缺分析，青藏高原對(duì)哺乳動(dòng)物的保護(hù)仍然存在較大的空缺，尤其是保護(hù)級(jí)別較低的瀕危、易危和國家二級(jí)保護(hù)物種。

圖3 自然保護(hù)地對(duì)哺乳動(dòng)物的覆蓋比例

3.3 保護(hù)規(guī)劃

建議根據(jù)保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的結(jié)果，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估進(jìn)行自然保護(hù)地規(guī)劃。將大面積的具有完整生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)優(yōu)先區(qū)納入國家公園（圖4 的A、B、C 區(qū)域）。A 區(qū)域位于橫斷山南部針葉林區(qū)，具有完整、原始的常綠闊葉林、熱帶雨林和寒溫性針葉林等生態(tài)系統(tǒng)，擁有世界最長的怒江大峽谷，也是怒江金絲猴、戴帽葉猴等珍稀瀕危物種的分布區(qū)。B 區(qū)域位于喜馬拉雅山東部，具有完整的山地?zé)釒?、亞熱帶、溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)，且雅魯藏布大峽谷是地球上最大、最深的峽谷，具有極高的景觀價(jià)值。C 區(qū)域位于羌塘高原，保存有完整的高寒荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)，也是世界上湖泊數(shù)量最多、湖面最高的高原內(nèi)陸湖區(qū)，分布有野牦牛等大型特有有蹄類物種。此外，將未受到現(xiàn)有自然保護(hù)地保護(hù)的物種保護(hù)優(yōu)先區(qū)域優(yōu)先考慮納入到自然保護(hù)區(qū)，主要包括南橫斷山東部、昆侖山西北部以及柴達(dá)木西北部（圖4 的D、E、F 區(qū)域）。

圖4 保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的空缺區(qū)域以及自然保護(hù)地規(guī)劃區(qū)域

4 討論

4.1 與已有保護(hù)優(yōu)先區(qū)研究結(jié)果的異同

文章基于重要保護(hù)哺乳動(dòng)物探討了青藏高原的保護(hù)優(yōu)先區(qū)域，由于考慮了保護(hù)成本以及不同生態(tài)地理區(qū)之間的差異，這與之前的研究存在一定的差異。其中藏東南、橫斷山南部和川西北山地等保護(hù)優(yōu)先區(qū)域與全球優(yōu)先區(qū)域的結(jié)果保持一致，同時(shí)也是我國《中國生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略與行動(dòng)計(jì)劃(2011—2030 年)》[32]、青藏高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[33]以及生物多樣性[34]的優(yōu)先保護(hù)區(qū)域。本文還確定了青藏高原西北部的高寒草原-荒漠區(qū)域?yàn)橹匾溉閯?dòng)物的優(yōu)先保護(hù)區(qū)域，這部分區(qū)域擁有我國最大的自然保護(hù)區(qū)群，包含羌塘、可可西里和阿爾金山等國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是藏羚羊、野牦牛、藏野驢和野駱駝等特有哺乳動(dòng)物的重要分布區(qū)，因此將這部分區(qū)域納入保護(hù)優(yōu)先區(qū)對(duì)青藏高原的生物多樣性保護(hù)十分重要。

4.2 保護(hù)建議

青藏高原的自然保護(hù)地面積占研究區(qū)面積的34%，但是仍然有48.5%的一級(jí)保護(hù)優(yōu)先區(qū)域沒有受到保護(hù)，38.5%的物種未達(dá)到保護(hù)目標(biāo)，未受保護(hù)的區(qū)域主要位于青藏高原的東部、東南部。青藏高原中西部地區(qū)的自然保護(hù)地相對(duì)較大且完整，有效保護(hù)了這部分區(qū)域的物種；而在喜馬拉雅東部、橫斷山南部和川西山系等區(qū)域，自然保護(hù)地覆蓋率較低、孤島化嚴(yán)重，對(duì)生物多樣性的保護(hù)不足，因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)青藏高原東部以及東南部的自然保護(hù)地建設(shè)。

建議基于保護(hù)優(yōu)先區(qū)的結(jié)果進(jìn)行自然保護(hù)地的優(yōu)化與調(diào)整。首先，調(diào)整部分自然保護(hù)地的保護(hù)等級(jí)與分布范圍。森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)等自然公園有效的提高了哺乳動(dòng)物的保護(hù)效果（圖3），將涉及保護(hù)優(yōu)先區(qū)域的森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)等保護(hù)等級(jí)較低的自然保護(hù)地類型優(yōu)先考慮升級(jí)為自然保護(hù)區(qū)。其次，建議在生態(tài)系統(tǒng)完整的保護(hù)優(yōu)先區(qū)考慮建立國家公園，如圖4 的三江并流區(qū)域、喜馬拉雅東部和羌塘高原。同時(shí)，氣候變化可能是未來生物多樣性的主要威脅[35]，而青藏高原是氣候變化最敏感的地區(qū)之一，給物種保護(hù)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此建議在青藏高原東部以及南橫斷山等自然保護(hù)地覆蓋率較低的區(qū)域建立自然保護(hù)區(qū)群，加強(qiáng)保護(hù)地之間的連接性，為氣候變化下物種的遷移提供廊道。最后，對(duì)于分布較散、無法納入自然保護(hù)地的珍稀瀕危哺乳動(dòng)物的關(guān)鍵區(qū)域劃入生態(tài)保護(hù)紅線來實(shí)現(xiàn)保護(hù)目標(biāo)。