《FACETS》：Evaluating transboundary connectivity to support cross-border conservation between Canada and the United States
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本文通过构建首个300米高分辨率无缝跨境连通性地图，创新性地将加拿大多物种连通性模型扩展至美国全境。研究采用自然度方法和全向电路理论模型，识别出多个关键跨境生态廊道，揭示仅有19.23%的连通性热点受到严格保护。通过麋鹿跨境迁徙数据和SARS-CoV-2在白尾鹿中的传播案例，验证了模型在野生动物移动预测和人畜共患病监测中的应用价值，为跨境保护规划提供了科学基准。
Abstract
景观连通性被认为是维持生物多样性的关键因素。随着连通性被纳入国际保护协议指标，开发适用于国家尺度的评估方法成为迫切需求。加拿大与美国共享漫长陆地边界，但跨境连通性评估长期受数据不一致和制度差异制约。本研究将已发表的加拿大多物种连通性模型扩展至美国，生成覆盖两国的无缝高分辨率全向连通性地图。结果显示跨境区域存在多条显著动物移动廊道，仅约20%的连通性热点位于保护区内。该地图在识别野生动物移动关键区域和人畜共患病传播路径方面展现出应用潜力，为支持加美跨境保护提供了新工具。
Introduction
人为土地利用转型是生物多样性丧失的主要驱动因素。连通景观能促进个体和基因交流，从而增强生态系统完整性。多物种连通性建模存在上游法和下游法两种主流方法，其中基于自然覆盖度的上游自然度方法能有效预测多种物种的功能连通性。Pither等人开发的300米分辨率加拿大连通性模型是首个能同时支持国家和区域保护规划的全境无缝地图。
野生动物活动不受国界限制，加美边境地区连通性对物种管理、土地评估和疾病监测具有重要意义。尽管存在黄石到育空等跨境保护倡议，但现有北美连通性模型分辨率较低。本研究通过扩展Pither等人的工作，构建300米分辨率跨境连通性地图，重点解决三个科学问题：跨境保护地覆盖度、野生动物移动预测能力、人畜共患病传播关联性。
Methods
Constructing a cost surface for the USA
美国成本表面构建严格遵循加拿大模型方法，采用四等级成本赋值体系。15个土地覆盖层包含人为和自然要素，其中夜光数据采用NOAA-VIIRS 2016年数据，林业层通过识别2000-2021年采伐迹地并区分早期和晚期再生林。所有数据统一重采样至300米分辨率，并利用墨西哥北部数据构建缓冲带。
Connectivity analyses (USA)
采用全域全向电路理论方法，通过Circuitscape软件进行四方向电流密度计算。将美国划分为15个重叠图块，平均面积170万平方公里，缓冲带宽度为图块边长的20%。对拼接异常区域进行二次计算，最终与加拿大地图无缝整合生成两国连通性地图。
Case study #1: transboundary protected and conserved areas
定义边境100公里缓冲带内电流密度值前5%为连通性热点。分别使用加拿大保护地数据库和美国PAD-US数据，计算不同IUCN类别保护地的热点覆盖比例。同时分析原住民管理土地对连通性热点的贡献。
Case study #2: transboundary wildlife movement
采用Movebank提供的14只跨境移动马鹿GPS数据，构建动态布朗桥运动模型。通过线性回归分析95%利用分布概率与电流密度的关系，验证模型对实际野生动物移动的预测能力。
Case study #3: disease surveillance
利用安大略省和魁北克省10个SARS-CoV-2阳性白尾鹿点位，比较阳性点与随机点在不同缓冲半径下的平均电流密度差异。通过逐步扩大分析范围，验证连通性对疾病传播路径的指示作用。
Results
Predicted areas of high current density within the USA
美国西部连通性整体高于东部，阿巴拉契亚山脉和落基山脉沿线呈现显著高电流密度带。五大湖南部的锈带地区、科罗拉多州落基山脉链显示低连通性特征。
Transboundary connectivity
识别出多个跨境关键廊道：阿拉斯加-育空边境连续廊道、喀斯喀特山脉和落基山脉西段廊道、苏必利尔湖西侧的箭头区域、苏圣玛丽地区和千岛群岛等瓶颈区域。这些廊道多受自然屏障约束形成电流集聚。
Case study #1: transboundary protected and conserved areas
严格保护地仅覆盖19.23%的连通性热点，包含所有类别保护地后覆盖度提升至45.67%。原住民管理土地额外贡献5.12%的热点覆盖，凸显其在跨境保护中的重要作用。
Case study #2: transboundary wildlife movement
马鹿利用概率与电流密度呈显著正相关，回归系数达0.76。跨境移动个体主要沿蒙大拿-阿尔伯塔-不列颠哥伦比亚边境的高电流密度带活动，与黄石到育空走廊高度重合。
Case study #3: disease surveillance
SARS-CoV-2阳性点位电流密度较随机点平均高5.8%，在10公里缓冲区内差异达23.5%。阳性点电流密度随分析范围扩大而下降的趋势表明病毒传播与局部连通性密切相关。
Discussion
Transboundary protected areas
跨境保护需兼顾生态需求与社区发展。自然屏障和人为开发限制了边境地区的连通选择，五大湖区域等关键廊道面临严重碎片化威胁。IUCN 5-6类保护地对热点覆盖的显著贡献提示应加强多种保护形式的协同。
Wildlife movement
模型成功预测了黄石到育空区域的马鹿移动路径，证实其支持大尺度景观保护的潜力。东部森林狼等物种的跨境恢复可借鉴该模型的廊道识别功能，通过多利益相关方协作提升保护效能。
Disease surveillance
连通性可能促进病原体跨境传播，SARS-CoV-2在白尾鹿中的空间分布模式验证了模型在疾病监测中的应用价值。当前野生动物疾病数据共享机制不足制约了深入研究，建立类似Movebank的疾病数据库将显著提升防控效率。
Comparison to other studies
相较北美现有千米级模型，本研究的300米分辨率能识别更精细的生态瓶颈，特别是在人类活动密集的东西部地区。与东部灰狼专用模型的空间一致性进一步验证了其普适性。
Potential limitations and future research
数据时效性和国家间分类差异可能影响模型精度。未来需通过多类群移动数据和疾病传播案例系统验证模型，并整合气候变化和土地利用变化情景。
Conclusion
本研究构建的首个加美跨境高分辨率连通性地图，为实现30×30等国际保护目标提供了科学基础。模型在保护地规划、野生动物管理和疾病监测方面的多元应用，展示了连通性研究在应对生物多样性丧失和气候变化中的核心价值。
