《Conservation Biology》：Biodiversity-driven spatial conservation planning to delineate temporally stable regions
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本文提出了一种整合物种分布模型（SDMs）与景观连通性分析的时空叠加保护规划框架。该框架以意大利特有、最古老的蝾螈科分支Salamandrina属为例，识别出能在未来50年保持生态适宜性的稳定核心区域（SCRs），并评估了现有保护地（PAs）对这些区域的覆盖程度。研究发现，现有PAs对SCRs的保护不足，稳定性值普遍较低。为此，作者提出了两种策略来划定当前未受保护、但应优先纳入保护以实现2030年保护30%领土（30×30）目标的区域：一是通过估算缓冲距离来扩大现有PAs边界，二是推断现有PAs之外的稳定区域，即“半世纪稳定拟议保护区”（HCSPPAs）。该方法灵活且基于空间信息，为优先考虑生物多样性保护和加强物种长期保护提供了框架，符合欧盟《2030年生物多样性战略》和全球30×30保护目标。
引言
生物多样性正在以前所未有的速度丧失，这凸显了在气候变化和人为压力下制定有效保护战略的迫切性。保护区（PAs）长期以来是生物多样性保护的基石，但其静态特性在面对动态的气候变化和栖息地改变时，需要评估其在未来全球条件下的有效性。气候庇护所（即受长期气候变化影响相对较小的区域）可以提供稳定的气候条件，对于指导气候变化下PAs的扩展和空间优化日益重要。然而，这些指标往往忽略了可以通过物种分布模型（SDMs）来考虑的物种特异性。目前，许多国家距离“到2030年保护30%的陆地和内陆水域以及海洋和沿海区域”的30×30目标还很远。地理信息系统（GIS）和生态建模技术已成为实现这一目标不可或缺的工具。
本研究设计了一种方法，结合先进的建模和GIS技术，优化利用公开数据进行保护规划及其实际应用。研究以Salamandrina属（蝾螈科最古老的分支）为例，因为它具有重要的保护和生物地理学价值。该属包括两个物种：S. perspicillata（北部眼镜蝾螈）和S. terdigitata（南部眼镜蝾螈），两者都是意大利半岛的特有物种。研究首先评估了当前PA网络在不同生物地理省份对物种栖息地和连通性的保护贡献。其次，概念化并识别了物种的稳定核心区域（SCRs），即预测在所有未来情景下都保持适宜的区域。第三，评估了现有PAs在保护这些SCRs方面的空间效力。第四，定义并划定了半世纪稳定拟议保护区（HCSPPAs），即当前未受保护、但可用于扩展PA网络以达到30%目标，同时通过整合选定物种的栖息地适宜性和连通性来维持长期生态稳定（即50年）的区域。
方法
研究方法概述在中。研究区域为亚平宁山脉，目标物种为S. perspicillata和S. terdigitata。研究整合了气候、土地利用和地形预测因子，通过加权叠加程序生成了高分辨率的SDMs，并使用Circuitscape软件进行了景观连通性建模。
为评估PAs的当前作用，研究从意大利官方保护区清单中获取了PAs的矢量数据，包括国家指定保护区（NDPAs）和Natura 2000网络（N2K）站点。随后提取了每个PA范围内加权适宜性和连通性的平均值，并按物种所在的生物地理区域进行了分析。
为定义栖息地功能和稳定核心区域，研究使用ArcGIS Pro中的适宜性建模器工具，将栖息地适宜性和连通性图层整合，生成名为“栖息地功能”的新图层。该图层反映了适宜且连通区域的综合得分。随后，使用定位器工具，基于栖息地功能图层和空间约束（如区域最小和最大面积、区域间距离等），识别最合适的候选区域。研究采用了两种参数化方法：无距离约束（nodist）和等距离约束（equidist）。这一过程为每个物种和每个时间框架情景（当前+12个未来投影）重复进行，产生了13张不同的地图。将所有输出叠加后，得到最终地图，其中最低值（1）表示仅在13个情景中的1个情景下条件适宜，最高值（13）表示在所有情景下条件都持续适宜的区域，即SCRs。研究还使用GLOBIO 4数据集评估了这些区域未来的土地利用稳定性。
为提出可能的保护区扩展策略，以实现30×30目标，研究采用了两种不同的方法来划定可建立新PAs的区域。第一种是缓冲区方法，即迭代增加现有PA边界周围的缓冲区距离，直到新增区域达到所需的30%。第二种是新地点方法，即将从SCRs过程中得出的功能地图，在定位器工具中独立应用，以模拟从现有或空闲区域进行空间约束的区域增长，从而划定新的HCSPPAs。
结果
PA的当前作用：加权适宜性在亚平宁山脉沿线的PAs中普遍较高。对于S. perspicillata，最适宜的PAs包括卡森蒂诺森林国家公园、沃比亚 conglomerato SAC和辛布鲁尼山自然公园。对于S. terdigitata，最适宜的PAs包括皮琴蒂尼山区域公园和波利诺国家公园。在景观连通性方面，S. perspicillata在亚平宁山脉中部（特别是拉齐奥南部）的PAs中值较高，而S. terdigitata在卡拉布里亚和坎帕尼亚之间相同的PAs中预测有较高的连通性。未来预测表明，PAs可能继续在北部和中部亚平宁山脉保护S. perspicillata的栖息地，但在维持栖息地连通性方面表现不佳。对于S. terdigitata，PAs在保护栖息地和连通性方面表现较差。
稳定核心区域：对于S. perspicillata，无距离约束和等距离约束两种情景下推断出的SCRs存在差异。无距离约束情景识别出两个集群，一个在北部亚平宁山脉，另一个在拉齐奥南部。等距离约束情景则显示出更碎片化、空间分布更均匀的模式。SCRs受到的主要保护来自N2K站点，但覆盖面积小且稳定性值低。国家指定保护区覆盖的SCRs面积较大但数量少。对于S. terdigitata，两种情景下的差异较小。SCRs的空间保护模式与S. perspicillata相似，但受保护地块的频率更高。N2K站点比国家指定保护区更丰富，但国家指定保护区对SCR保护的贡献更大。GLOBIO的未来土地利用预测显示，SCRs位于以森林为主的区域，牧场和耕地的比例很低。
缓冲区扩展策略：将现有PAs边界扩大1公里缓冲区，以保护SCRs，并未改变未缓冲时的一般模式。对于S. perspicillata，等距离约束情景下PAs覆盖的区域面积要大得多。
半世纪稳定拟议保护区：对于S. perspicillata，HCSPPAs在从北部到中部亚平宁山脉形成了相对连续的网络。对于S. terdigitata，主要有6个HCSPPAs，相对稳定，可以均匀地保护该物种的分布范围，并填补了其分布范围内北部和南部纬度区域之间的PA空白。总体而言，对于S. terdigitata，HCSPPAs的面积在北部纬度网格中较大，而对于S. perspicillata，大面积HCSPPAs位于其分布范围的中央区域。GLOBIO的未来土地利用预测显示，HCSPPAs主要位于森林地区，牧场和耕地的比例适中，但在最高排放情景下可能会增加。
讨论
本研究方法基于空间明确的生态建模，通过加权建模程序整合了不同的生态方面。该方法具有实用性，可用于识别一个或多个物种基于栖息地功能的优先区域，并评估其时间稳定性，从而为PA的加强和新地点的指定提供信息。对于目标物种而言，目前的PA网络不足以保护最适宜的区域和关键的生态廊道。事实上，大多数SCRs未受保护。在此背景下，提出的HCSPPAs为引导创建或扩展现有PAs网络提供了一个有价值的框架。
我们的方法侧重于通过识别SCRs来实现长期稳定性，SCRs是一个有价值的工具，可用于确保这些物种的生存。识别SCRs可以指导保护工作，重点关注Salamandrina物种的需求与其他两栖动物需求重叠的区域。因此，识别和保护SCRs不仅有益于Salamandrina物种，也有助于更广泛的两栖动物保护。
尽管我们的框架是用GIS软件开发的，但它可以很容易地在其他统计环境中实现，从而识别能最大化栖息地适宜性和连通性的特定区域。然而，SCRs与当前PAs之间存在显著差距。研究发现，许多SCRs仅被现有PAs部分覆盖。N2K站点提供了一些保护，但往往不足。特别是对于S. terdigitata，未来预测显示现有PAs将不足以保护其栖息地功能。这凸显了扩展PAs或建立能更有效涵盖SCRs的新PAs的迫切需要。
虽然基于已识别SCRs提出的PA扩展提供了实质性益处，但也带来了挑战。实现30×30目标可能受到社会经济和政治因素的限制。优先保护某些区域将是一种更可行的方法，重点是那些在多种情景下预测能保持高栖息地功能的区域。
我们研究的一个局限性是缺乏全面的土地利用预测，这限制了我们明确考虑未来土地利用变化的能力。尽管如此，我们使用GLOBIO 4土地利用数据进行了补充分析，结果表明SCRs和HCSPPAs均以森林区域为主，总体人为影响较低。
保护地球的很大一部分可以保护受威胁和特有物种的关键栖息地，并减轻环境退化影响。保护工作必须优先考虑最佳区域，并采用评估栖息地适宜性和生态连通性的策略。确保PAs形成一个相互连接的网络，而不是孤立的斑块，可以使物种维持遗传多样性、响应不断变化的条件进行迁移，并提高其长期生存前景。30×30方法不仅仅是关于保存土地和海洋的数量，还关乎战略性地保护能够最大化长期生物多样性恢复力的区域。我们的SCR和HCSPPA方法与这一目标一致，为加强保护规划和确保脆弱物种的持续存在提供了一个有价值的框架。
