将火烧概率纳入林地驯鹿(woodland caribou)栖息地恢复的空间优先排序中

《Restoration Ecology》：Incorporating burn probability into spatial prioritization of woodland caribou habitat restoration

　　

摘要：栖息地干扰是加拿大林地驯鹿(Rangifer tarandus)种群下降的主要驱动因素。栖息地恢复是林地驯鹿恢复长期成功的关键组成部分；然而在资源有限的情况下，针对恢复投入能产生最大效益的区域至关重要。加拿大日益严重的火(fire)干扰机制威胁到近期恢复区域的再次扰动，从而限制恢复成效。本研究评估了哪些林地驯鹿种群(herd)范围内集中了最高比例的高优先级恢复单元，以及纳入火烧概率(burn probability)如何改变优先级区域。研究人员应用了空间显式(spatially explicit)、基于Landsat的森林状况、结构、干扰及火烧概率地图到一个恢复优先排序框架中，分别在纳入和不纳入火烧概率两种情形下评估恢复优先级。研究发现，将火烧概率纳入恢复优先排序使所考虑的恢复单元中22%的相对排序发生改变。对于部分种群，高优先级区域集中度发生显著变化，例如Calendar种群在忽略火烧概率时有49%的恢复单元被划分为高优先级，而在考虑火烧概率时仅为25%。研究结果表明干扰概率可如何在确定恢复区域时纳入考量，并证明了中分辨率(medium-resolution)卫星数据产品可用于为栖息地恢复优先级提供信息。

论文发表在《Restoration Ecology》。该研究背景在于：栖息地干扰是加拿大濒危林地驯鹿（woodland caribou，Rangifer tarandus）种群下降的主要驱动因素，线性干扰（道路、地震测线等）与采伐、火干扰等导致森林破碎化，增强捕食者（狼Canis lupus）移动效率并产生干扰介导的似然竞争（apparent competition，早期演替生境利于驼鹿Alces alces、白尾鹿Odocoileus virginianus等猎物物种增长，进而抬升狼数量并增加对驯鹿的捕食），从而造成种群衰退。栖息地恢复（如植树等主动恢复）是长期管理的关键，但资源有限，需空间上优先安排高收益区域；同时气候变化下火干扰（wildfire）强度与频率上升，若恢复区域在植被恢复到对驯鹿有益的高龄林前被火烧（stand-replacing fire），则恢复投资失效。既有恢复优先排序框架多未显式纳入自然干扰再次发生的概率（如火烧概率burn probability），因此研究人员开展此项研究，目的是在不列颠哥伦比亚省（BC）林地驯鹿范围内，利用中分辨率Landsat衍生产品量化可恢复区域，评估种群尺度恢复潜力，并检验纳入未来火烧概率如何改变恢复优先级空间格局。研究结论表明：仅通过植树类恢复不足以使北方（Boreal）生态型达到65%未干扰栖息地阈值；纳入火烧概率使全样本22%恢复单元优先级排序改变，部分种群高优先级单元比例显著下降（如Calendar种群从49%降至25%）或上升（如Chinchaga种群从5%升至13%），火烧概率提供了原有指标未涵盖的空间信息；该方法可提升恢复决策的长期稳健性。该研究意义在于将干扰概率层与Landsat系列空间产品整合进生态恢复优先排序框架，为管理者在气候—火干扰强化背景下配置有限恢复资源提供了可复制思路。

研究人员采用的主要关键技术方法如下：研究区为BC省55个林地驯鹿种群范围，按生态型划分为Boreal、Southern Mountain（再分Southern、Central、Northern三组）、Northern Mountain三类；空间单元采用5 km × 5 km格网作为恢复单元（restoration unit），仅保留含≥5 ha可恢复（restorable）森林面积的单元；可恢复区域定义为：森林土地覆被（land cover）上1985–2023年C2C（Composite2Change）检测到的森林采伐（forest harvesting）不涉及（法定需重植故不视为候选），火干扰后>20年未恢复到乔木类的火扰区、未铺装森林资源道路（缓冲8 m）、地震测线（seismic line）等线性扰动（anthropogenic disturbance）按生态型分别缓冲（Boreal与Northern为500 m，Southern Mountain为50 m）以定义扰动影响区，自然火扰不缓冲；Landsat衍生数据包包括：Maltman等加拿大森林年龄数据集（forest age，0–150年，30 m）、Hermosilla等C2C年际干扰检测层（区分fire与harvest）、Mulverhill等未来火烧概率层（burn probability，SSP2-4.5情景，2020–2100，30 m，基于历史stand-replacing fire与气候—地形—植被变量建模）、Hermosilla等年度土地覆被产品（12类，30 m）、Wulder等森林掩膜（forested area，含曾为森林且预期回归乔木的状态）；其他矢量层包括BC综合道路、人类累积扰动、BC Parks保护区、有林限制的有蹄类越冬范围（ungulate winter range）、Southern Mountain关键栖息地（critical habitat，联邦SARA划定）与Boreal核心栖息地（core habitat，BC省划定）；优先指数S = F ×（E* × O × P × H × C），其中F为单元内火烧概率均值（2020–2100平均 forested像素值），E*为归一化恢复效率（未扰动栖息地增益／恢复面积，考虑缓冲重叠），O为>80年森林面积占比（old forest），P为保护区森林占比，H为核心／关键栖息地森林占比，C为针叶林（coniferous）森林占比；按生态型内分位数划为5级优先级（5最高）；分别在含F与不含F下计算并比较排序变化。

结果部分保留小标题及结论如下：

Disturbed and Restorable Area（扰动与可恢复面积）：Boreal生态型72%森林面积受1985–2023年某类扰动影响，高于65%未扰动阈值，其中23%森林面积可通过植树恢复；Southern Mountain各组扰动森林占比25–29%，可恢复7–12%；Northern Mountain为19%扰动、8%可恢复；各生态型内种群间差异明显，如Chinchaga（Boreal）达83%扰动，George Mountain（Southern Mountain）47%，Carcross（Northern Mountain）仅5%扰动。说明仅植树恢复无法单靠自身使多数Boreal种群达标。

Restoration Priority without Burn Probability（未纳入火烧概率时的恢复优先级）：Boreal、Southern Mountain Central与Southern组在各单元优先级得分上变异较大；Boreal中Calendar种群49%单元为优先级5（最高），Maxhamish为22%，Chinchaga仅5%；Northern生态型各种群高优先级占比差异小（Thutade最高10%，多数3–5%，Liard plateau无优先级5）；Southern Mountain Central组Quinette最高27%，Narraway 17%，Scott与Redrock-Prairie Creek无优先级5；Southern Mountain Northern与Southern组内种间高优先级占比差异中等（5–15%）。

Impacts of Burn Probability on Restoration Priority（火烧概率对恢复优先级的影响）：火烧概率与基准优先指数相关性低，说明提供独立信息；全样本22%单元优先级改变±1级，83%原优先级5单元在含F后仍为5，降级者95%落到4级，升级到5者98%原属4级；Boreal中29%单元变级，Calendar从高优先级占比49%（117单元）降至25%（60单元），Chinchaga从5%（33单元）升至13%（83单元），使高优先级在各种群间更均衡（多数10–27%）；Southern Mountain Northern组28%单元变级，Telkwa从13%（40单元）升至22%（60单元），Chase从16%（91单元）降至12%（68单元）；Southern Mountain Southern组仅16%单元变级，Purcells Central从6%（18单元）升至9%（53单元），Barkerville从8%（13单元）降至6%（9单元）；跨两级变级极少（Southern Mountain Northern为1%单元），降两级单元火烧概率均值约49%，升两级约16%；Northern与Boreal变两级<1%。

讨论部分总结翻译研究结论如下：对于多数生态型，仅靠植树类栖息地恢复不足以维持驯鹿所需的广阔未扰动栖息地，尤其Boreal生态型因非森林扰动面积大、火扰频繁、采伐缓冲宽泛导致大量森林计为扰动，需辅以非植树措施（如延长采伐轮伐期、加强保护地效力）；Southern Mountain区大部分扰动为采伐（法定重植但可再采伐），其长期栖息地价值受限，需更强保护（如旧生长林战略审查中旧生林保护、有蹄类越冬区“禁止采伐”类工具更有效）。火烧概率纳入会改变优先级空间格局：Northern与Boreal因整体火烧概率高或其内变异大，且基准优先级较均匀（Southern Mountain Northern）或分布偏斜（Boreal），火概率引入产生明显重新排序；Southern Mountain Southern因基准优先级本身变异大且火概率总体较低，影响较小；跨两级变级的单元多位于高平均火概率生态型中极低火概率“避难所”，值得单独关注。研究未模拟火严重度（severity），保守假设所有火为stand-replacing并致种植树全死亡；未显式建模未来采伐概率（用保护区代理）、昆虫暴发等；成本仅用效率近似而未细化异质恢复开支；优先指数未纳入种群数量与趋势（留给管理层叠合决策）；格网平均火概率可能掩盖单元内微避难所／高险区；部分生态型缺核心／关键栖息地图层（Northern Mountain）；extirpated种群（如Purcells South、South Selkirks）虽具高生态优先级但不一定适合当前资金投入。总体而言，研究证明Landsat系列空间产品与火烧概率可操作性地整合进恢复优先排序，在强化火干扰前景下提升恢复决策的长期有效性。