跨领域附带效益与协同效益在淡水与陆地生物多样性保护规划中的应用

《Journal of Applied Ecology》：Cross-realm incidental and cobenefits in freshwater and terrestrial biodiversity conservation planning

　　

淡水物种面临的威胁比陆地物种更大；然而，针对淡水物种的保护努力远落后于陆地生态系统。传统上，保护规划通常独立针对陆地与淡水领域实施，忽视了它们之间潜在的附带保护效益（incidental conservation benefits）和协同效益（cobenefits）。研究人员建立了三江并流区（Three Parallel Rivers Region）的陆地与淡水物种数据集，使用Biomod2预测其分布，应用Marxan Connect识别各分类群的优先保护区（priority conservation areas，PCAs），并评估了它们的附带保护效益和协同效益。陆地PCAs集中于山间河谷（如高黎贡山和苍山），而淡水PCAs沿四条主要河流和湖泊聚集。尽管不可替代性（irreplaceability）的相关性较低（r = 0.34–0.45, p < 0.001）且空间相似性有限（Jaccard = 0.35–0.43），两种PCA类型均产生了附带效益和协同效益。每种PCA在其自身领域保护了≥80%的物种和52%的面积，同时附带覆盖另一领域的≥79%的物种和42%的面积。值得注意的是，陆地PCAs保护了更多的淡水物种，而淡水PCAs为陆地物种覆盖了更大的面积。重要的是，最大的跨领域协同效益由TS–FS PCAs实现，其对陆地物种（88.35%和62.02%）和淡水物种（81.71%和56.77%）均提供了最高的覆盖率，并表现出强烈的协同关系（y = 0.24x^1.31, R² = 0.85），同时重叠的PCAs保护了分类群间最高比例的物种数量（80.45%–91.28%）和面积（46.25%–63.04%）。综合与应用。单领域规划可以产生跨领域协同效益，展示了综合保护策略的强大潜力。将这些协同效益融入跨领域规划是推进‘30 × 30’生物多样性目标的关键。

研究背景包括淡水物种面临比陆地物种更严峻的威胁，但保护努力长期滞后于陆地生态系统。全球保护优先考虑陆地，导致淡水物种在保护区中的代表性显著不足。传统保护规划多限于单一领域（陆地、淡水或海洋），忽略了领域间的相互依赖和生态连接，而针对单一领域的保护行动可能对其他领域产生附带或协同效益。然而，跨领域协同效益与权衡在保护框架中尚未充分探索，阻碍了“30×30”全球生物多样性目标的实现。
针对上述问题，研究人员在三江并流区（Three Parallel Rivers Region，TPRR）开展了研究，这是一个生物多样性丰富且淡水的关键区域，但缺乏淡水保护规划。研究者旨在量化陆地和淡水规划之间的附带保护效益和协同效益，为跨领域保护策略提供证据。主要发现包括：单领域规划可以实现跨领域协同，且重叠的陆地和淡水优先保护区（PCAs）提供了最高的协同效益。论文发表在《Journal of Applied Ecology》。
主要关键技术方法包括：研究人员整合了来自全球生物多样性信息设施（GBIF）、IUCN、鱼类数据库等多来源的物种分布数据（1950–2023年），经过时空清洗和密度削减后，获得10,059种陆地物种（TS）和549种淡水物种（FS）的记录。环境变量涉及气候、土壤、地形、水文、资源及人类干扰等，通过VIF和Spearman相关分析筛选。使用Biomod2集成模型（含GLM、RF、MaxEnt等5种算法）预测物种潜在分布，以TSS阈值二值化并用200 km或基于鱼类游泳能力计算的缓冲范围限制分布范围。采用Marxan Connect识别PCAs，以集水区（catchment）为规划单元，整合多维度连通性数据（陆地：自然植被；淡水：侧向、纵向和垂向连通性），设置物种特异性保护目标（基于受威胁、特有、保护等级和分布范围），并选择前30%区域作为PCAs。通过Spearman相关、Jaccard相似性、物种和面积覆盖率及回归模型分析协同效益。
研究结果保留了原文每个小标题及其内容：
**3.1 陆地与淡水物种空间分布格局（Spatial distribution patterns of TS and FS）**：通过物种分布数据和Biomod2预测，研究人员发现陆地物种主要集中在高黎贡山、苍山等山脉和河流谷地；淡水物种聚集在四条主要河流和湖泊。陆地物种的平均分布范围（3299.70 km2）显著大于淡水物种（827.83 km2），表明栖息地连通性和障碍差异导致了不同分布特征。
**3.2 陆地和淡水优先保护区分布格局（Distribution patterns of terrestrial and freshwater PCAs）**：通过Marxan Connect识别，陆地PCAs集中于山谷（高黎贡山、苍山）及湖泊周围；淡水PCAs沿主要河流上游和湖泊聚集。空间相似性较低（Jaccard系数0.35–0.43），与不可替代性的弱至中等正相关一致（Spearman r = 0.34–0.45），反映了栖息地可用性限制和连通性需求差异。
**3.3 陆地和淡水规划之间的协同效益（Cobenefits between terrestrial and freshwater planning）**：
- **3.3.1 不可替代性相关性与PCAs空间相似性**：不可替代性相关系数在0.34–0.45之间（p < 0.001），TP与淡水分类群呈中等相关，TA与淡水分类群呈弱相关。Jaccard相似性低（0.35–0.43），TA与FP及FA的相似性最低。
- **3.3.2 附带保护效益**：陆地PCAs对淡水物种的物种数量覆盖率更高（84.21%对比淡水PCAs对陆地物种的80.03%），而淡水PCAs对陆地物种的面积覆盖率更高（55.99%对比陆地PCAs对淡水物种的53.25%）。植物PCAs的附带效益高于动物PCAs。
- **3.3.3 陆地和淡水规划的协同效益**：单领域规划产生跨领域协同效益，陆地PCAs的协同效益整体高于淡水PCAs。TS–FS PCAs实现了最高的物种和面积覆盖率（88.35%和62.02%对81.71%和56.77%），并呈现指数增长型协同关系（y = 0.24x^1.31, R2 = 0.85）。TA–FS PCAs的协同效益最低，呈近线性关系。
- **3.3.4 共同保护物种的数量和面积**：重叠的陆地和淡水PCAs覆盖了75.57%–85.61%的物种数量和42.12%–51.85%的面积，对淡水动物的覆盖面最大（88.59%物种，57.30%面积）。
讨论部分指出，单领域规划可以产生显著跨领域附带效益，但淡水PCAs对陆地物种的面积覆盖更有效，而陆地PCAs对淡水物种的物种数量覆盖更优，这源于规划目标差异。协同效益分析显示，综合所有物种的规划（TS–FS PCAs）产生最大协同，而分离动物和植物的规划协同较低。重叠PCAs为跨领域整合提供了机会。研究建议将核心河流湖泊区域纳入保护区，并优先选择高协同效益的重叠区域。
研究结论部分翻译如下：保护规划传统上聚焦于陆地或淡水领域，忽视了它们之间的附带效益和协同效益。本研究通过识别两个领域的多场景PCAs并评估其附带效益和协同效益，弥补了这一空白。这些PCAs的空间格局显示出独特且互补的特征：陆地PCAs集中于山区和深切谷地，而淡水PCAs沿平行河流、河岸带及湖泊周围分布。尽管不可替代性相关性和空间重叠度较低，两者均提供了显著的附带保护效益——物种数量覆盖率超过79%，面积覆盖率超过42%。其中，淡水物种从陆地PCAs中获得的附带效益高于陆地物种从淡水PCAs中获得的附带效益，而在面积方面则相反。值得注意的是，单领域规划产生了积极的跨领域协同效益，总体而言陆地PCAs的协同效益大于淡水PCAs。跨领域之间，指数增长关系（例如TS–FS PCAs：y = 0.24x^1.31, R2 = 0.85）显示了强烈的协同效应，而近线性关系产生了更均衡的结果。此外，重叠的PCAs为保护两个领域的物种提供了机会。当前对特定领域保护的关注强调了需要跨领域规划以最大化协同效益。我们的发现为跨领域规划实现全球‘30 × 30’生物多样性目标和提升保护区网络有效性提供了理论基础。