基于GIS和Maxent模型的白唇鹿(Cervus albirostris)潛在適宜生境及保護(hù)GAP分析

唐中海,羅華林,王建華,劉家林,游章強(qiáng),*

1 綿陽師范學(xué)院生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,綿陽 621000

2 四川省甘孜州白玉縣林業(yè)和草原局白玉縣自然保護(hù)區(qū)服務(wù)中心,甘孜 627150

生物多樣性保護(hù)與氣候變化的應(yīng)對是當(dāng)今兩大全球性熱點(diǎn)環(huán)境問題[1]。氣候被認(rèn)為是在區(qū)域和全球尺度影響生物多樣性的重要因子,氣候變暖已經(jīng)導(dǎo)致全球許多野生動(dòng)物面臨嚴(yán)重的生存危機(jī)[2]。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化委員會(Inter-Government Panel on Climate Change,IPCC)評估分析,在20世紀(jì),全球平均氣溫上升了0.85℃,并且還將持續(xù)變暖[3]。為適應(yīng)全球氣候變暖,許多野生動(dòng)物向高海拔與或高緯度區(qū)域遷徙[4—5],而僅少部分物種通過調(diào)節(jié)自身物候停留在原分布區(qū)內(nèi)[6]。通過模型模擬預(yù)測野生動(dòng)物在全球氣候變暖背景下未來潛在適宜生境分布格局與變化趨勢,了解物種對全球氣候變暖的適應(yīng)對策,對制定生物多樣性保護(hù)與管理策略具有非常重要的作用與意義[7]。

物種分布模型(Species Distribution Models SDMs)可以根據(jù)生物氣候及其他環(huán)境因子模擬預(yù)測物種的潛在地理分布[8],因此在野生動(dòng)植物生境分布研究中得到廣泛應(yīng)用。其中最大熵模型(maximum entropy modeling, Maxent)是基于環(huán)境變量及物種出現(xiàn)點(diǎn)位,通過機(jī)器學(xué)習(xí)和根據(jù)最大熵原理對物種地理分布進(jìn)行模擬預(yù)測的物種分布模型[9]。由于該模型可以在物種分布位點(diǎn)和環(huán)境變量之間相關(guān)不明確的情況下模擬預(yù)測物種潛在適宜生境分布,并以概率的形式反映物種對生境的偏好程度等優(yōu)點(diǎn),該模型自推出至今,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于潛在適宜生境分布的模擬預(yù)測[10—12]。

保護(hù)空白分析(Protection gap analysis,GAP)是將物種的棲息地評估、潛在適宜生境范圍與保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)或優(yōu)先保護(hù)區(qū)域等空間信息進(jìn)行交集分析,提供研究區(qū)域的物種組成、物種分布、當(dāng)前的保護(hù)狀態(tài)及保護(hù)空缺[13]。GAP分析強(qiáng)調(diào)每一物種在已有的保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)中都得到保護(hù),而未出現(xiàn)的物種分布區(qū)就是空缺區(qū)域[14]。該方法廣泛應(yīng)用于物種保護(hù)和自然保護(hù)區(qū)建設(shè)規(guī)劃。

白唇鹿(Cervusalbirostris),別名“白鼻鹿”、“黃鹿”、“巖鹿”、“紅鹿”,是中國特有鹿種之一,僅分布于青藏高原及其周邊區(qū)域的甘肅、青海、四川、云南和西藏境內(nèi)3500—5500m海拔區(qū)域[15]。白唇鹿屬國家I級重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物,在中國生物多樣性紅色名錄中將其列為瀕危(EN)物種[16],被世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)列為易危(VU)物種[17]。由于白唇鹿種群數(shù)量較小,分布區(qū)域環(huán)境特殊,研究難度很大。目前對白唇鹿的研究主要集中在形態(tài)特征、繁殖、生境選擇、食性及腸道菌群特征等[15—18]?；谏餁夂?WorldClim data v2.1)對白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布模擬預(yù)測并進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)評價(jià)還未見相關(guān)報(bào)道。本研究基于最大熵模型模擬預(yù)測在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5兩種氣候變化情況下,白唇鹿在2040(2021—2040年)年和2100(2081—2100年)年潛在適宜生境,探討全球氣候變化對白唇鹿分布格局的影響,揭示白唇鹿對全球氣候變暖的適應(yīng)對策,并開展白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的保護(hù)評價(jià),對在全球氣候變暖背景下白唇鹿的管理與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。本研究旨在解決以下問題：(1)分析影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布的主要環(huán)境因子；(2)模擬預(yù)測在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5兩種氣候變化情況下,白唇鹿在2040和2100年的潛在適宜生境分布格局及變化趨勢；(3)分析全球氣候變暖情況下白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的保護(hù)狀態(tài)。通過本研究以期了解該物種對全球氣候變暖的適應(yīng)對策及潛在適宜生境的保護(hù)情況,為該物種的管理與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 研究區(qū)域概況

青藏高原被譽(yù)為“世界第三極”,是生物多樣性的敏感區(qū)域[19],植被類型以高寒草甸和高寒草原為主[20]。近年來,研究發(fā)現(xiàn)氣候變化和人類活動(dòng)對青藏高原的影響越來越明顯,隨著全球氣候變化的加劇,1960—2006年期間,青藏高原平均氣溫升高約0.03—0.05℃,年平均降水變化不顯著[21]。由于青藏高原的生態(tài)脆弱性、對氣候變化的敏感性以及不斷加劇的人類活動(dòng),該地區(qū)面臨嚴(yán)峻的退化演替形勢[22]。祁連山位于青藏高原東北緣,橫跨甘肅和青海兩省,是青藏、內(nèi)蒙古、黃土高原的分界線,在自然氣候分區(qū)上起著非常重要的作用。祁連山脈位于季風(fēng)區(qū)、非季風(fēng)區(qū)和青藏高原區(qū)三大氣候區(qū)的交匯處,降水量呈自東向西的遞減趨勢,山區(qū)多于平原,年均降水量30—600mm左右[23]。祁連山的中、東段屬大陸性半干旱高山草原氣候,西段屬大陸性干旱荒漠氣候。獨(dú)特的地理環(huán)境和氣候條件孕育了森林、草原、濕地、荒漠等生態(tài)系統(tǒng)。白唇鹿主要分布于青藏高原東緣及其毗鄰區(qū)域和祁連山中西段區(qū)域。這兩個(gè)區(qū)域都是全球氣候變化敏感區(qū)域,開展?jié)撛谶m宜生境模擬分析,能為在全球氣候變化對生物多樣性影響與日俱增的情況下,深入探究白唇鹿及其他野生動(dòng)物對高原環(huán)境的適應(yīng)提供重要理論依據(jù)。

1.2 白唇鹿分布數(shù)據(jù)

本研究共獲得491個(gè)白唇鹿分布位點(diǎn)數(shù)據(jù)。其中來源于文獻(xiàn)記錄的分布點(diǎn)372個(gè),文獻(xiàn)資料包括《中國哺乳動(dòng)物分布》[24]、《中國白唇鹿》[25],《中國哺乳動(dòng)物多樣性及地理分布》[26]；野外調(diào)查記錄的分布點(diǎn)119個(gè),為本研究組在2009—2020年期間在西藏工布江達(dá)、四川察青松多白唇鹿國家級自然保護(hù)區(qū)和甘肅祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)的野外調(diào)查記錄。根據(jù)Maxent模型對物種分布數(shù)據(jù)格式要求,將分布位點(diǎn)數(shù)據(jù)保存為CSV格式以滿足Maxent模型運(yùn)算需求。

1.3 環(huán)境數(shù)據(jù)獲取

研究表明植被類型、人為干擾和地形因子是影響白唇鹿夏季生境選擇的關(guān)鍵因子[27],因此本研究選擇了包含以上環(huán)境因子和生物氣候因子變量共26個(gè),其中生物氣候變量19個(gè),地形變量3個(gè),到河流距離變量1個(gè),到湖泊距離變量1個(gè),歸一化植被指數(shù)變量1個(gè),植被類型變量1個(gè)。

生物氣候數(shù)據(jù)來自WorldClim數(shù)據(jù)庫(WorldClim v2.1)(https://www.worldclim.org/)。生物氣候數(shù)據(jù)2.1版中的社會共享經(jīng)濟(jì)路徑(SSPs)比2.0版中濃度路徑(representative concentration pathways, RCPs)的起始點(diǎn)更高,預(yù)測情景更加平緩,更接近未來氣候變化真實(shí)值[28]。生物氣候數(shù)據(jù)2.1版是基于5種社會共享經(jīng)濟(jì)路徑(SSP1- 5)模擬了全球未來80年內(nèi)氣候變化情況,其中SSP1是模擬基于全球所有國家于2020年加入以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略(SPAs: shared policy assumptions)條件下全球氣候變化情況,該模式下社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對全球氣候變化影響最??；SSP5則相反,是模擬全球社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式未能在2020年實(shí)現(xiàn)以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的情況下全球氣候變化情況,該模式下社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對全球氣候變化影響最明顯。本研究中我們選擇了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式對全球氣候變化影響最小(SSP1)和最明顯(SSP5)的生物氣候數(shù)據(jù)(GCM: BCC-CSM2-MR, 分辨率為2.5min)用于模擬白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布格局與變化。選擇2040(2021—2040)年期間的模擬情況作為當(dāng)前白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布格局,選擇2100年的模擬作為未來白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布格局,旨在模擬兩種不同社會共享經(jīng)濟(jì)模式下,比較分析在未來80年期間全球氣候變化對白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的影響及保護(hù)狀況。地形數(shù)據(jù)包括海拔(Elevation)、坡度(Slope)和坡向(Aspect),三個(gè)地形變量都是利用ArcGIS(v 10.8)從中國數(shù)字高程(DEM)提取。中國數(shù)字高程數(shù)據(jù)來自NASA (http://srtm.csi.cgiar.org/, SRTM30, version 2.1)。中國河流、湖泊和植被類型數(shù)據(jù)來自資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。人類足跡指數(shù)數(shù)據(jù)來自社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和應(yīng)用中心(Socioeconomic Data and Applications Center, SEDAC)(https://sedac.ciesin.columbia.edu/)。中國國家生態(tài)屏障區(qū)數(shù)據(jù)來自(http://geodoi.ac.cn/),中國自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)來自(https://www.resdc.cn/)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用ArcGIS(v 10.8)將所有環(huán)境數(shù)據(jù)的地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)分別統(tǒng)一設(shè)置為GCS_WGS_1984和WGS_1984_UTM_Zone_48N,并以四川、甘肅、青海、西藏和云南行政區(qū)域范圍(數(shù)據(jù)來源：http://www.resdc.cn/)為掩膜進(jìn)行提取,并對提取后所有環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)一重采樣(分辨率設(shè)置30″)。利用ArcPy腳本對每個(gè)生物氣候數(shù)據(jù)圖層19波段提取分析(將每個(gè)波段提取為單個(gè)數(shù)據(jù)圖層),然后對所有環(huán)境圖層進(jìn)行多值到點(diǎn)數(shù)據(jù)提取,獲得在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5兩種情況下2040和2100年期間4個(gè)模型(SSP1- 2.6 2040; SSP1- 2.6 2100; SSP5- 8.5 2040和SSP5.8.5 2100)中白唇鹿每個(gè)分布位點(diǎn)的環(huán)境變量值。利用Pearson相關(guān)分析和主成分分析分別對每個(gè)模型中白唇鹿分布位點(diǎn)的環(huán)境變量進(jìn)行共線性分析。同一模型中,若兩個(gè)環(huán)境變量的相關(guān)系數(shù)絕對值大于或等于0.8,則只保留特征向量值較大的變量,經(jīng)篩選后獲得4個(gè)模型運(yùn)行所需要的環(huán)境變量共11個(gè)(表1)。

表1 環(huán)境環(huán)境因子篩選

1.5 預(yù)測模型參數(shù)設(shè)置及GAP分析

將白唇鹿分布位點(diǎn)數(shù)據(jù)(CSV格式)和環(huán)境數(shù)據(jù)(ASCII格式)導(dǎo)入Maxent模型(v 3.4.1)[29]構(gòu)建白唇鹿分布模型。在程序主頁面中勾選構(gòu)建反應(yīng)曲線(Create response curves),刀切法檢測環(huán)境變化的重要性(Do Jacknife to measure variable importance)和邏輯斯蒂輸出(Logistic)三個(gè)選項(xiàng)。在設(shè)置菜單中勾選隨機(jī)種子選項(xiàng),并將隨機(jī)測試百分比設(shè)置為0.25,模型重復(fù)運(yùn)行次數(shù)設(shè)置為10,重復(fù)運(yùn)行類型選擇Bootstrap,閥值規(guī)則選擇最大訓(xùn)練敏感度和特異度法(Maximum training sensitivity plus specificity, MaxSS),其余參數(shù)選擇默認(rèn)設(shè)置。利用受試者工作特征曲線下面積(Area under the receiving operator curve, AUC)評價(jià)模型優(yōu)劣,采用刀切法(Jacknife)檢驗(yàn)環(huán)境因子的重要性。

選擇測試AUC(TEST AUC)值最大的模型結(jié)果用于白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布分析。將所選擇模型結(jié)果的ASC格式進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)化并定義坐標(biāo)系統(tǒng)后(地理坐標(biāo)統(tǒng)一設(shè)置為：GCS_WGS_1984和投影坐標(biāo)統(tǒng)一設(shè)置為：WGS_1984_UTM_Zone_48N),利用ArcGIS重分類工具對白唇鹿?jié)撛谶m宜生境進(jìn)行重分類分析。將白唇鹿?jié)撛谶m宜生境按0—0.25,0.25—0.50,0.50—0.75,0.75—1進(jìn)行分類。在重分類過程中我們將0—0.25設(shè)為NoData,并定義不適宜生境類別,0.25—0.50定義為低適宜生境類別,0.50—0.75定義為中適宜生境類別,0.75—1.00定義為高適宜生境類別。利用ArcGIS空間分析工具計(jì)算低、中、高適宜等級潛在生境的面積與質(zhì)心,并以低、中、高適宜生境圖層為掩膜,提取中國行政范圍的數(shù)字高程圖層到適宜生境范圍,計(jì)算適宜生境的平均分布海拔。

潛在適應(yīng)生境保護(hù)空白(GAP)面積的計(jì)算采用如下方法。首先,利用ArcGIS(v 10.8)對中國國家生態(tài)屏障區(qū)數(shù)據(jù)和中國自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)(國家級自然保護(hù)區(qū)和地方級自然保護(hù)區(qū))圖層進(jìn)行矢量化后分別計(jì)算面積。其次,將每個(gè)模型模擬的白唇鹿?jié)撛谶m宜生境圖層重分類后的數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化后分別計(jì)算面積。然后,以每個(gè)模型模擬的白唇鹿低、中和高潛在適宜生境圖層為“輸入要素”,分別以中國國家生態(tài)屏障區(qū)數(shù)據(jù)和中國國家級自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)和地方級自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)為“輸出要素”進(jìn)行裁剪,裁剪結(jié)果圖層的面積分別為三個(gè)等級潛在適宜生境范圍在三個(gè)“輸出要素類”圖層中的面積。三個(gè)等級潛在適宜生境面積減去裁剪結(jié)果圖層的面積即為白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的保護(hù)空白面積。

2 結(jié)果

2.1 模型檢驗(yàn)評價(jià)與環(huán)境因子重要性分析

Maxent模型結(jié)果表明,模型的AUC平均值為0.95±0.01(Mean±SD)。根據(jù)Phillips等對模型自身評價(jià)依據(jù)[29],本研究中模型運(yùn)行結(jié)果中的AUC值較為接近1,表明模型擬合程度較高。刀切法檢驗(yàn)結(jié)果表明,在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5氣候變化情況下,植被類型和海拔都是影響白唇鹿在2040和2100年的潛在適宜生境分布的關(guān)鍵環(huán)境因子。在SSP1- 2.6氣候變化情況下,在2040年(2021—2040年)期間,影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布的關(guān)鍵生物氣候因子是最暖季均溫(Mean temperature of the warmest quarter, Bio_10)；在2100年(2081—2100年)期間,影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布的關(guān)鍵氣候因子是最熱月最高氣溫(Max. temperature of the warmest month, Bio_5)。在SSP5- 8.5氣候變化情況下,在2040年對白唇鹿?jié)撛谶m宜生境影響最大的氣候因子是最熱月最高氣溫(Max. temperature of the warmest month, Bio_5)；在2100年對白唇鹿?jié)撛谶m宜生境影響最大的氣候因子是最暖季均溫(Bio_10)。

2.2 潛在適宜生境分布格局與面積

模型模擬結(jié)果表明,在SSP1- 2.6氣候變化情況下,從2040到2100年,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布格局變化較為明顯的區(qū)域主要集中在青海中東部和西藏南部(圖1),低、中和高適宜生境面積均在不同程度上有所下降,其中高適宜生境面積下降了26.65%(表2)。

在SSP5- 8.5氣候變化情況下,從2040年和2100年,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境分布格局變化明顯的區(qū)域主要集中在西藏南部和青海、四川與青海三省交界區(qū)域(圖1),低、中和高適宜生境面積大小均在不同程度上有所下降,其中高適宜生境面積下降了16.75%(表2)。

圖1 不同氣候變化情況下白唇鹿總潛在適宜生境分布格局

2.3 潛在適宜生境質(zhì)心與平均海拔

為了探討白唇鹿對全球氣候變暖的適應(yīng)對策,分析了在未來80年內(nèi),兩種氣候變化情況下,白唇鹿?jié)撛诘?、中、高適宜生境在水平和垂直方向的變化情況。結(jié)果表明,在兩種共享社會經(jīng)濟(jì)模式影響下,白唇鹿低、中、高適宜潛在生境的質(zhì)心向高緯度移動(dòng)(圖2),平均海拔變化有升有降(表2)。白唇鹿低適宜生境質(zhì)心向西北移動(dòng)了0.28km,平均海拔下降了236m；中適宜生境質(zhì)心向西北移動(dòng)了0.60km,平均海拔下降了181m；高適宜生境質(zhì)心向西北移動(dòng)了0.78km,平均海拔上升了59m(表2)。在SSP5- 8.5氣候變化情況下,從2040到2100年,白唇鹿低適宜生境質(zhì)心向東南移動(dòng)了0.13km,平均海拔變化不明顯；中適宜生境質(zhì)心向東北移動(dòng)了0.33km,平均海拔上升了54m；高適宜生境質(zhì)心向東北移動(dòng)了1.05km,平均海拔變化不明顯(表2)。

圖2 白唇鹿?jié)撛谶m宜生境質(zhì)心

表2 白唇鹿?jié)撛谶m宜生境面積、平均海拔與GAP分析結(jié)果

2.4 潛在適宜生境GAP分析

為了評價(jià)在全球氣候變暖情況下潛在適宜生境的保護(hù)狀態(tài),我們分別分析了白唇鹿?jié)撛谶m宜生境位于現(xiàn)有保護(hù)地(中國生態(tài)屏障區(qū)、中國國家級和地方級自然保護(hù)區(qū))的情況。總體而言,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的保護(hù)空白面積比例較大(表2)。在SSP1- 2.6氣候變化情況下,白唇鹿2040年的低、中、高潛在適宜生境位于中國國家生態(tài)屏障區(qū)之外的面積比例平均值為45.15%,位于國家級自然保護(hù)區(qū)之外的面積比例平均值為83.14%,位于地方級自然保護(hù)區(qū)外的面積比例平均值為95.60%；與2040年比較,白唇鹿2100年的低、中、高潛在適宜生境位于中國國家生態(tài)屏障區(qū)、國家級自然保護(hù)區(qū)和地方級自然保護(hù)區(qū)的面積比例都明顯下降。在SSP5- 8.5氣候變化情況下,白唇鹿2040年的低、中、高潛在適宜生境位于中國國家生態(tài)屏障區(qū)之外的面積比例平均值為53.92%,位于國家級自然保護(hù)區(qū)之外的面積比例平均值為85.25%,位于地方級自然保護(hù)區(qū)外面積比例平均值為95.92%；與2040年比較,白唇鹿2100年的低、中、高潛在適宜生境位于中國國家生態(tài)屏障區(qū)、國家級自然保護(hù)區(qū)和地方級自然保護(hù)區(qū)的面積比例略有上升。

3 討論

3.1 影響潛在適宜生境的環(huán)境因素

本研究結(jié)果表明植被類型、海拔、最暖季均溫和最熱月最高溫是影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的關(guān)鍵環(huán)境因子,這與游章強(qiáng)等[27]發(fā)現(xiàn)植被類型和海拔是影響白唇鹿夏季生境選擇的關(guān)鍵環(huán)境因子的研究結(jié)果相似。研究表明植被類型是影響鹿科動(dòng)物潛在適應(yīng)生境的關(guān)鍵環(huán)境因素,李鑫澤等研究發(fā)現(xiàn)植被類型是影響馬鹿(Cervuselaphus)、東北梅花鹿(Cervusnippon)和駝鹿(Alcesalces)潛在適宜生境的關(guān)鍵環(huán)境因素[30]。白唇鹿的喜食植物主要為禾本科和莎草科植物[15,27],這些食物資源主要分布在高寒草甸和高山灌叢生境,這兩類生境有明顯的海拔分布,因此,食物資源的特殊類型和分布格局導(dǎo)致植被類型和海拔成為影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的關(guān)鍵因子。溫度是影響生物生存和分布的重要環(huán)境因子,其直接影響有機(jī)體的體溫,體溫的高低又決定了動(dòng)物的新陳代謝過程的強(qiáng)度和特點(diǎn)以及有機(jī)體的生長和發(fā)育速度、繁殖、行為、數(shù)量和分布等[31]。在最適溫度范圍內(nèi),動(dòng)物生存壓力較小,而在最適溫度之外動(dòng)物的生存壓力增加,故動(dòng)物趨向于最適溫度范圍,而遠(yuǎn)離最高溫度范圍。最暖季均溫體現(xiàn)了動(dòng)物對最適溫度的適應(yīng),而最熱月最高溫則體現(xiàn)了動(dòng)物對最高溫度的耐受性。因此最暖季均溫和最熱月最高溫是影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的關(guān)鍵環(huán)境因子。

在所有生物氣候因子中,最暖季均溫和最熱月最高溫是影響白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的主要?dú)夂蛞蜃?這可能與青藏高原氣候特點(diǎn)相關(guān)。青藏高原被譽(yù)為世界“第三極”,平均海拔4000m,青藏高原地區(qū)是近百年來全球增暖最顯著的區(qū)域[32],大部分地區(qū)年均溫度在0℃以下[33],最熱月平均溫度5.5—13.6℃[34]。因此,在20世紀(jì),盡管全球平均氣溫上升了0.85℃[3],青藏高原冷季氣溫上升仍然不會超出其年平均溫度,對該區(qū)域的野生動(dòng)物影響不明顯。然而,在暖季,尤其是在最熱月期間,受全球氣候變暖的影響,最高溫繼續(xù)升高將超出該區(qū)野生動(dòng)物的高溫耐受范圍,從而威脅到該區(qū)域內(nèi)的生物多樣性。

3.2 潛在適宜生境分布格局與面積

向高海拔或高緯度遷徙是野生動(dòng)物對全球氣候變暖適應(yīng)的主要策略[7],然而大多野生動(dòng)物在向高海拔或高緯度區(qū)域遷徙過程中,都面臨生境喪失的危機(jī)[35]。本研究中,在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5兩種氣候變化情況下,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境的分布格局從2040到2100年均有明顯的變化,且主要發(fā)生在三江(金沙江、瀾滄江和怒江)并流區(qū)域以及青海、四川和甘肅交界區(qū)域,認(rèn)為這可能是白唇鹿的遷徙受三江和人類活動(dòng)干擾影響所致。三江不但河面寬且流量大,受地型陡峭的影響流速快[36],成為野生動(dòng)物遷徙中不可逾越的障礙[37]。在適應(yīng)全球氣候變暖的遷徙中,受三江水體的阻礙,白唇鹿在三江區(qū)域及其鄰近區(qū)域的遷徙將必然受阻,呈現(xiàn)出往返遷徙的現(xiàn)象。在青海、四川和甘肅交界帶區(qū)域內(nèi),白唇鹿?jié)撛谶m宜生境變化明顯可能是受交通道路和城市分布相對集中,海拔相對較低,植被分布連續(xù)性較低等因素的影響。

在SSP1和SSP5兩種氣候變化情況下,從2040年到2100年期,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境面積下降的最高比例達(dá)到26.65%。白唇鹿?jié)撛谶m宜生境面積下降可能與受全球氣候變暖情況以及白唇鹿向高海拔和高緯度區(qū)域遷徙適應(yīng)策略有關(guān)。研究表明,在全球山地區(qū)域中,青藏高原屬“倒金字塔(Inverse pyramid)”山型,當(dāng)海拔超過3000米以后,山體陸地表面積將急速下降[35]。如在察青松多保護(hù)區(qū)內(nèi),地形以高山峽谷為主[38],受該區(qū)域的山形特征影響,隨著海拔上升,其陸地表面下降,白唇鹿可用生境面積隨之下降。另一方面,在全球氣候變暖背景下,動(dòng)物的遷徙速度快于植被的擴(kuò)散速度[39],白唇鹿向高海拔高緯度區(qū)域遷徙適應(yīng)過程中,雖然能回避全球氣候變暖的影響,但受植被擴(kuò)散滯后的影響,適宜生境面積也將下降。

3.3 潛在適宜生境保護(hù)GAP分析

利用物種模型模擬預(yù)測物種潛在適宜生境分布現(xiàn)狀,能為物種管理與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù),然而不能對物種潛在適宜生境保護(hù)狀態(tài)進(jìn)行評估。本研究結(jié)果表明在全球氣候變暖影響下,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境處于現(xiàn)有保護(hù)地范圍的比例仍然較低。在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5氣候變化情況下,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境位于現(xiàn)有保護(hù)地的范圍中的比例都變化(表2),表明在全球氣候變暖和人類活動(dòng)的干擾影響的情況下,現(xiàn)有保護(hù)措施在白唇鹿適應(yīng)全球氣候變暖和人類活動(dòng)干擾起到了積極的作用。然而,在SSP1- 2.6氣候變化情況下,超過一半的潛在適宜生境位于中國國家生態(tài)屏障區(qū)內(nèi),盡管在SSP5- 8.5氣候變化情況下略有下降。截至2018年,我國保護(hù)區(qū)面積已經(jīng)覆蓋了國土面積的18%,超過了2020愛知生物多樣性的目標(biāo)11所擬定的17%的覆蓋目標(biāo)[40]。然而,在SSP1- 2.6和SSP5- 8.5兩種氣候變化影響下,白唇鹿?jié)撛谶m宜生境位于國家級自然保護(hù)區(qū)的面積比例都低于2020愛知生物多樣性目標(biāo)11所擬定17%。這表明,我國在生物多樣性保護(hù)中,盡管在生態(tài)屏障區(qū)和保護(hù)地建設(shè)方面提前實(shí)現(xiàn)了愛知生物多樣性目標(biāo)2020中關(guān)于保護(hù)地建設(shè)目標(biāo),在某些物種的保護(hù)力度仍然還有待提高。