黃河流域瀕危物種保護熱點區與保護空缺識別

任月恒, 朱彥鵬,*, 付夢娣, 聞 丞, 張明海, 于勝祥, 江建平, 李俊生

1 中國環境科學研究院, 北京 100012 2 昆明市朱雀鳥類研究所, 昆明 650233 3 北京鏡朗生態科技有限公司, 北京 100094 4 東北林業大學, 哈爾濱 150040 5 中國科學院植物研究所, 北京 100093 6 中國科學院成都生物研究所, 成都 610041

黃河是中國第二大河,全長5464 km,發源于青藏高原,流經內蒙古高原、黃土高原和黃淮海平原,注入渤海,水面落差4480 m。黃河流域總面積795000 km2,處于中緯度地帶,主要跨越暖溫帶、中溫帶和高原氣候區三個氣候區劃[1],涉及三江源草原草甸濕地生態功能區、甘南黃河重要水源補給生態功能區、祁連山冰川與水源涵養生態功能區、黃土高原丘陵溝壑水土保持生態功能區等6個重點生態功能區[2],以及羌塘三江源區、西鄂爾多斯賀蘭山陰山區、六盤山子午嶺區、太行山區等7個陸域生物多樣性保護優先區域[3],生態系統和生物多樣性保護的意義重大。黃河流域生態保護和高質量發展已上升為國家重大戰略[4],保護黃河流域的生物多樣性被列為了全國生態保護的重要內容[5—6]。

識別生物多樣性熱點區是生物多樣性就地保護中的常用方法,為在成本有限的情況下制定保護決策發揮重要作用[7—9]。在熱點區的基礎上,結合現有保護地分布,識別保護空缺,能夠指導自然保護地體系的建立和完善[10—11]。在識別熱點區時,可通過選取瀕危種、受威脅物種等具有特殊意義的物種,替代區域的物種豐富度確定熱點區[8,12]。同時納入多個生物類群進行熱點區識別,較單一類群能增加熱點區的代表性[12—13]。此外,由于在不同的自然地理區域中,氣候條件差異較大,生態系統、植被和生物物種組成具有較明顯的差異,按照自然地理區分別進行熱點區識別,可將這些特征綜合考慮在內[8],并降低空間尺度對熱點區分析的影響[14],從而增加熱點區識別的實用性。

目前,能夠從整個黃河流域的角度提供生物多樣性保護支撐的研究較少,且限于根據鳥類分布識別出熱點區,如郭云等以濕地和水鳥為主要保護對象,運用系統保護規劃的方法,識別出黃河流域濕地的優先保護格局及保護空缺[15],尚缺乏對其他生物類群分布熱點區的研究。本研究以瀕危維管植物和陸生脊椎動物為研究對象,綜合多來源的分布數據,運用物種分布模型模擬出分布區,進一步疊加分析,結合自然地理區劃,識別出熱點區,并結合國家級自然保護區和國家公園體制試點區的分布情況,識別保護空缺,為保護黃河流域生物多樣性、推進黃河流域生態保護和高質量發展提供參考。

1 研究方法

1.1 物種分布信息獲取

以維管植物和陸生脊椎動物作為研究類群,選取極危、瀕危物種或旗艦物種作為研究物種,包括26種在世界自然保護聯盟(IUCN)紅色名錄(https://www.iucnredlist.org/)或中國高等植物受威脅物種名錄[16]中評級為極危(CR)或瀕危(EN)的植物物種,44種在IUCN紅色名錄或中國脊椎動物紅色名錄[17]中評級為CR或EN的脊椎動物物種(包括19種哺乳類,19種鳥類和5種兩棲類),以及旗艦物種大熊貓(Aliuropodamelanoleuca),共70種。

以《中國生物物種名錄》2000版(http://www.sp2000.org.cn/)以及權威的著作和文獻[18—20],作為物種分類的主要依據,綜合物種信息數據庫、專業志書、權威文獻、標本記錄、公眾記錄、新聞報道等多種數據來源,收集各物種的分類信息、分布點所在行政區域、分布點經緯度坐標、記錄時間、數量、威脅因素、瀕危程度等信息,獲取黃河流域上述物種的分布數據集。對于未提供經緯度坐標但有小地名的分布信息,通過在衛星地圖上根據小地名和該物種的棲息地特征識別出坐標。對物種分布數據的可靠性進行驗證,排除錯認、錯記、錯填地點等情況。

1.2 空間分布模擬

對于非狹域分布的物種,運用最大熵模型Maxent[21—22],基于物種分布點數據和環境因子數據,批量進行物種分布模擬,獲取物種的潛在棲息地。模型模擬所需的環境因子包括worldclim 2.0氣候數據(http://worldclim.org/version2,包含19個生物氣候因子,以及各月的氣溫均值、最高溫、最低溫、降水、水蒸氣壓、太陽輻射以及風速)、地形數據、地表覆蓋數據、植被覆蓋度數據等(表1),在ArcGIS 10.6中將坐標系統一為WGS84,將柵格分辨率統一為5 km,并轉化為asc格式。模型輸出格式選擇為logistic,其余采用模型默認參數。模擬時先運用所有因子運行1次,根據各因子的貢獻率、各物種棲息地選擇影響因素的已有相關研究結果、環境因子的相關性等,對各物種選取6—25個因子進行第二次運行,每個物種運行5—10次。對模型運行結果進行逐個審校,對于AUC值不及0.85、與已知分布出入較明顯的結果進行重新核實、運算。將結果中的ASC格式文件導入ArcGIS 10.6中,轉換成柵格(tif)格式,分辨率為5 km,并按照訓練集數據的敏感性和特異性之和最大時的邏輯閾值進行重分類,柵格的值高于閾值的地區為適宜該物種分布的潛在棲息地[23]。狹域分布的物種,如華山新麥草(Psathyrostachyshuashanica)、斑子麻黃(Ephedrarhytidosperma)等,直接通過其分布點信息及其生境,勾劃出分布地。

1.3 保護熱點區及空缺識別

在ArcGIS 10.6中,將70個指示種的潛在棲息地進行疊加,獲取黃河流域瀕危物種豐度空間分布情況。以物種數量從高到低的順序,按照占總面積10%(國家級自然保護區占國土面積的比例[24])、20%(接近全國各類陸域自然保護地占國土總面積比例[25])和50%(“自然需要一半”倡議[26—27])的原則,將物種保護價值劃分為極重要、重要、較重要、一般4個等級。參考中國自然區劃[28—29],將黃河流域分為青藏高寒區、西北干旱半干旱區和東部季風區3個主要的自然地理區域,獲取物種保護價值在各個地理區域的空間分布情況,并在各個自然地理區域內,按照相同的方法,劃分4個層級。將現有國家級自然保護區和國家公園(試點)的分布情況與物種保護價值空間分布情況疊加,分析保護空缺情況。

2 結果與分析

根據瀕危物種潛在棲息地疊加結果(圖1),黃河流域瀕危物種分布主要呈現出南高北低、集中于山地的特征,分布熱點集中在偏南的秦嶺一帶。不同物種類群的豐度空間分布有所不同,瀕危維管植物和哺乳動物主要分布在秦嶺、隴中高原、六盤山、子午嶺、呂梁山以及太行山一帶,瀕危哺乳動物的集中分布區域還出現在祁連山、松潘高原一帶。瀕危鳥類則集中分布于松潘高原、河套平原和黃河中下游沿線各重要濕地,以及青藏高原-秦嶺-黃土高原交匯處的山地。瀕危兩棲動物集中分布在秦嶺和黃河中下游交界處一帶。

圖1 黃河流域瀕危物種豐度空間分布Fig.1 Distribution of endangered species richness in Yellow River basin

圖2 黃河流域物種保護價值和國家級自然保護區與國家公園(試點)空間分布Fig.2 Distribution of biodiversity conservation value and nature reserves and national parks (pilot area) in Yellow River Basin

由圖2可以看出,將物種保護價值極重要區作為黃河流域生物多樣性的熱點區,根據保護價值計算結果,熱點區分布在秦嶺區域、太行山區域、子午嶺-六盤山區域、隴中高原以及松潘高原。

黃河流域現有國家公園(試點)3個,國家級自然保護區53個,面積共81350 km2,占黃河流域總面積的10.24%。將物種保護價值空間分布圖和現有國家級自然保護區、國家公園(試點)疊加發現(圖2),國家級自然保護區和國家公園(試點)共覆蓋了熱點區面積的12.45%,仍存在較為明顯的空缺。

將分自然地理區域計算的物種保護價值結果(圖3),與未考慮分區的結果進行對比發現,秦嶺、太行山區、子午嶺-六盤山、隴中高原和松潘高原仍為熱點區,分區之后,增加了西北干旱半干旱區的祁連山東麓、賀蘭山以及河套平原的濕地為熱點區。將該結果和現有國家級自然保護區、國家公園(試點)疊加發現,國家級保護地共覆蓋了熱點區的13.89%,依然存在空缺區域。

圖3 黃河流域各自然地理區域物種保護價值空間分布Fig.3 Distribution of biodiversity conservation value in different geographical regions in Yellow River Basin

3 討論

3.1 黃河流域生物多樣性熱點區分布與保護空缺

根據圖3中的結果,黃河流域瀕危物種主要集中分布于秦嶺、太行山區、子午嶺-六盤山、隴中高原、松潘高原、祁連山和賀蘭山,這些區域普遍具有地處自然地理區域分界線、地形較為復雜、生態系統較為多樣的特征。整體上,黃河流域瀕危物種分布呈現出集中于山地的特征,原因可能與黃河流域歷史上人類活動強度大[30]、較低海拔的黃淮海平原地區以及黃土高原地區多被開發有關[31]。熱點區中的濕地集中在河套平原一帶,在黃河中下游較少,但在各類群分別進行疊加分析時,黃河中下游的濕地是瀕危鳥類分布的熱點區,因為這些濕地位于東亞-澳大利西亞遷飛路線上,為水鳥提供了重要的棲息地[32]。

將黃河流域分為3個自然地理區域分別進行熱點區分析,相較于未進行自然地理分區,西北干旱半干旱區的熱點區明顯增加,并呈現出集中于水源分布的特征。原因與該區域相較其他區域氣候干旱、較為寒冷,物種多樣性不及其他水熱條件相對較好的區域有關,以黃河流域為整體進行研究時,難以體現出該區域的物種保護價值。

現有的國家級自然保護區和國家公園(試點),覆蓋了超過10%的熱點區,并在主要的熱點區所處的山脈或高原上基本均有分布,但仍存在保護空缺區域,包括青藏高寒區的拉脊山、松潘高原南部,東部季風區的六盤山南部、子午嶺南部等。盡管這些區域或其附近都建立有保護區,但覆蓋范圍有限,熱點區的大部分面積仍然在保護區之外。

此外,黃河流域7個生物多樣性保護優先區域覆蓋了熱點區面積的46.44%,6個重點生態功能區覆蓋了熱點區面積的33.22%,兩者共覆蓋了熱點區面積的61.01%,極大地補充了現有自然保護地覆蓋率的空缺,但在秦嶺西北部至隴中高原、拉脊山一帶,以及鄂爾多斯高原湖泊一帶仍然存在空缺區域。

3.2 保護建議

建議在進行黃河流域生態保護和高質量發展規劃時,將秦嶺、太行山區、子午嶺-六盤山、隴中高原至松潘高原、祁連山、賀蘭山和沿黃濕地等熱點區,作為重點開展生物多樣性保護工作的區域；并結合黃河流域生物多樣性熱點區和保護空缺區域的分布情況,以及自然保護地整合優化工作,對黃河流域現有自然保護地體系進行適當優化調整,以各生物多樣性熱點區所在的山脈和高原以及沿黃各重要濕地為重點區域,梳理現有各級別、各類型保護地分布及其保護工作開展情況,對于位于熱點區的自然保護地,需要進一步加強管理；對于保護價值高的非國家級保護地,可以考慮晉升其級別；保護價值高的自然公園可以考慮調整為自然保護區；在難以建立設立保護區的熱點區,可通過劃入生態保護紅線的方式加以保護。

針對黃河流域三個自然地理區域的特征和熱點區分析結果,提出如下就地保護建議:①在青藏高寒區的隴中高原和松潘高原一帶加強保護地的建設,可以考慮整合優化現有自然保護地,形成保護地網絡；對于現有本底資料不清的熱點區,如拉脊山一帶,建議組織開展生物多樣性調查工作。②在西北干旱半干旱區一帶,加強對鄂爾多斯高原湖泊的保護,這些湖泊是遺鷗(Ichthyaetusrelictus)等瀕危物種重要繁殖地或潛在繁殖地[33],目前尚有部分繁殖地未受保護地覆蓋[34]。③在東部季風區,將豹(Pantherapardus)作為旗艦物種,目前豹的部分棲息地位于保護區外,面臨退化和破碎化的風險,易受到人為干擾影響[35],急需加強調查,對現有的太行山區至子午嶺、六盤山、秦嶺這些主要分布地,進行系統的保護規劃,強化就地保護措施,如對現有保護地進行擴建升級、規劃生態廊道等；對于黃河中下游平原區域,可以將大鴇(Otistarda)、青頭潛鴨(Aythyabaeri)作為重點關注物種,沿黃濕地和農田是這些瀕危物種的重要棲息地[36—37],應強化就地保護。

另外,通過本次對于不同生物類群、不同自然地理區域的物種保護價值的研究結果發現,當在一個較大尺度的區域中,僅考慮單一生物類群的多樣性,不能很好的反映出生物多樣性豐富的區域；但與此同時,將所有保護對象疊加識別熱點區,會忽略掉一些對于某一類群生物重要的區域,如本研究中對鳥類重要的黃河中下游濕地。此外,若未按自然地理區域劃分識別熱點區,會使得各不同氣候地理條件下的重要區域的保護價值不能很好的體現,從而忽略掉在中小尺度上較為重要的區域。因此,在進行生物多樣性保護規劃實踐中,考慮自然地理區域劃分,并綜合多類群疊加和單一生物類群的熱點區分析結果進行統籌考慮,可能會更好滿足生物多樣性就地保護的需求。