鲨鱼在气候变化和人类活动等因素的影响下面临着种群衰退的风险,开展鲨鱼保护优先区研究是鲨鱼保护行动的重要工作.将气候速度引入鲨鱼保护优先区的识别过程,旨在阐明中国周边海域鲨鱼现状保护成效和保护空缺,并预测气候速度影响下的鲨鱼保护优先区空间格局及其变化趋势.以集成物种分布模型模拟的 146 种鲨鱼栖息地作为保护对象,以 2015 年至2100 年两种气候变化情景下的气候速度作为保护的机会成本,基于系统保护规划理论模拟现状和未来情景下的鲨鱼保护优先区选址方案.研究结果表明:(1)长江口以南至台湾海峡和北部湾近岸海域为鲨鱼多样性分布的主要区域,台湾海峡区域亦为珍稀濒危物种的重要分布区;(2)在两种气候情景下,南海中南部将面临较高的气候变化风险,而长江口以南至珠江口的近岸海域气候速度均相对较低,提示了这些区域或能成为气候变化影响下的生物避难所;(3)现有保护区仅保护了 1.33%的海域和不到 4%的鲨鱼物种,尚存在较大的保护空缺.当保护海域比例提升至 10%时,可覆盖绝大多数鲨鱼物种.而当比例提升至 30%时,珍稀濒危物种的栖息地将得到有效保护;(4)气候变化影响下保护优先区选址将发生不同程度的变化,尤其是在中国南海区域,如在保护规划时兼顾气候速度,可在满足相似保护目标的前提下减少保护优先区内 25%以上的气候压力,以使其具有较强的应对气候变化潜力.

基于系统保护规划的理论和方法,以长江流域湿地为研究区,构建了基于气候、地貌分异的湿地生态地理综合分类单元,并将其作为宏观尺度湿地生态系统保护目标,同时考虑以湿地鸟类为代表的物种保目标,依托Marxan系统保护规划工具,确定了长江流域湿地保护具有不可替代性的优先保护格局.该格局能以最小的社会经济和土地资源代价最大程度的保护湿地生物多样性,对比现有湿地保护格局,最终确定了游离于现有保护体系外的湿地保护空缺.研究结果表明:长江流域源区和长江三角洲地区的湿地保护体系完善,无需新建保护区;金沙江流域湿地保护空缺主要分布在现有保护区周围,可以适当扩充保护区外围或调整边界;嘉陵江流域和长江上游干流流域的保护空缺严重,大面积集中在重庆西北部,乌江流域的贵州省习水县北部湖泊湿地存在保护空缺,这些区域建议适当新建保护区或者保护小区;长江中下游湿地保护空缺主要分布在湖北、湖南、江西与安徽境内的沿江湖泊湿地,建议建立湿地公园及合理进行河流岸坡修复.研究结果可为长江流域湿地保护体系调整、保护规划制定提供参考依据,从宏观层面上为长江流域湿地统筹保护及合理开发利用提供科学依据.

黄河流域湿地为我国生物多样性维持提供了重要生境.本研究基于黄河流域气候分区、地貌单元及湿地遥感数据,构建黄河流域生态地理综合湿地分类系统.在系统保护规划理论框架下,将湿地气候-地貌分类单元作为生态系统层次保护对象,结合黄河流域鸟类分布范围作为物种层次的保护对象,设定30％湿地优化目标,将公路、铁路、城镇、农村居民点、水坝等作为度量因子创建黄河流域保护代价图层,并利用系统保护规划工具——Marxan软件构建黄河流域湿地保护优化格局,识别湿地保护空缺.结果表明:黄河流域大部分沼泽湿地集中在黄河上游区域,目前源区保护区覆盖面积大,在内蒙古、甘肃及四川部分区域一些稀有湿地类型游离在保护体系外;黄河中游湿地类型以河道和河滩湿地类型为主,保护覆盖率极低,保护空缺严重,经优化保护网络体系后,保护成效可分别得到29.1％、37.6％的提升.黄河下游湿地主要集中在黄河三角洲区域,目前保护体系完整,保护空缺面积极小.总体上,黄河流域中游河流湿地的保护空缺比例最高,亟需重视.本研究基于湿地保护格局优化结果分区分析黄河流域湿地保护模式,为黄河流域湿地的保护规划管理提供了科学性建议,从宏观层面上为黄河流域水生态保护奠定了基石.

选择831种西南地区重要保护物种为指示物种,分析指示物种空间分布特征,基于系统保护规划理论应用MARXAN模型评估西南生物多样性保护优先格局,确定优先保护区域,在最小保护成本条件下达到最优化的保护效果.结果表明:生物多样性保护优先区面积89.88× 104 km2,占西南研究区面积的37％;保护优先区内除鸟类外其他类别栖息地面积均超过各自栖息地面积50％,其中94％指示物种栖息地面积比例超过60％;GAP分析发现,保护优先区同国家级自然保护区存在空间分布不匹配的现象;建议在原有国家级自然保护区基础上优先扩充保护区范围,并借助国家公园建设等政策适当建立新的自然保护体系.

如何充分利用有限的资源更好地保护生物多样性一直都是保护地管理所追求的目标.整合保护对象、优化保护地的空间布局、有效识别国家公园优先保护区域是当前中国国家公园体制建设的主要任务.本研究以浙江丽水为例,采用生态模型评估了该区域关键生态系统服务(固碳释氧、水文调节、水资源、土壤保持)的空间分布格局,同时运用MaxEnt模型模拟了37种濒危物种适宜栖息地分布的空间格局.在此基础上,将关键生态系统服务和濒危物种作为保护对象,通过系统保护规划模型MARXAN,在0.4 km×0.4 km规划网格上计算丽水各规划单元的生态保护不可替代性指数,并结合当地管理需求,综合识别了国家公园优先保护区域.结果 表明:2005-2015年间,研究区生态系统固碳量为0.05 kgC· m-2 ·a-1,释氧量为0.13 kg O2·m-2·a-1,水文调节量为83.25亿m3·a-1,水资源量为803 mm·a-1,土壤保持量为95.53 t·hm-2·a-1;不同土地利用类型的不可替代性指数显著不同,森林为50～100,河流和水库为60～ 100,园地为30～50,耕地为15 ～35,住宅用地为0～25,优先保护区域占研究区面积的11.8％.本研究结合生物多样性和生态系统服务的系统保护规划思路,能够为保护地网络优化布局和国家公园优先保护区域的确定提供有用的框架和技术支撑,有助于提升我国建设以国家公园为主体的自然保护体系的整体有效性.

有效识别生态保护空间对维护区域生物多样性,提升生态系统服务具有重要作用.考虑山水林田湖草系统保护战略需求以及既往弹性生态保护研究不足,基于可持续发展目标下生态保护概念内涵,系统解析弹性生态保护空间的内在要求;立足生态系统服务视角,以沿海特色发展区——广东省茂名市为研究区,在考虑传统重要生态功能的基础上,基于区域特点选取气候调节功能、粮食供给功能、生物保护功能、水源涵养功能、土壤保护功能5项生态系统服务作为保护对象;通过改进的MARXAN模型提取弹性生态保护空间,并对相关结果的有效性进行了验证.研究结果表明:①茂名市各项生态系统服务空间分布存在差异,综合生态系统服务高值区主要分布在北部山区,低值区主要集中在南部城镇建设区;②考虑限制条件和保护成本的系统保护规划方法在生态保护空间划定上具有一定优势,系统保护规划结果与生态保护红线重叠面积1505.02 km2,占生态保护红线面积的83.43％,其余区域主要由林草地类、园地类、耕地类组成,占比分别为45.92％、19.71％、22.24％;③在未来生态保护建设中,应针对系统保护规划内生态红线核心区、一般保护区、基本农田区分别开展生态保护加强管理、生态系统服务综合提升、生态农业建设等多样化整治策略.

燕山地区地处太行山生物多样性保护优先区,紧邻人口密集的京津冀城市群,拥有很高的鸟类物种多样性.为探讨燕山地区的鸟类生境状况与保护效益,本研究以当地40种国家重点保护鸟类为指示物种,利用物种分布模型和Marxan系统保护规划模型进行了保护空缺分析与保护策略优化.研究发现,在燕山地区的鸟类生境中,森林的面积最大(6 537 km2),连贯性最强,而湿地仅有345 km2,占总面积之比为3.3％,且在景观格局中各斑块之间分散程度高.目前燕山地区国家级自然保护区所保护的94.6％为森林与草地生境,湿地生境面积极少.物种分布模型预测重点保护鸟类多样性高的地区偏向于湿地生境,与湖泊的距离因子在模拟过程中贡献度最大.通过Marxan模型分析获得需要优先保护的生物多样性热点区的面积为2 442 km2,比目前保护区面积提高了 6倍.热点区内生境类型更加平均,湿地在受保护区域中的生境面积占比提高至7.9％.新规划的热点区中指示物种平均受保护比例由1.2％上升至33.6％,提高了 28倍.本研究显示,燕山地区的国家级自然保护区呈现较大的保护空缺,新规划的热点区可为未来燕山地区的国家公园建设和保护规划提供重要依据.

当前以"山水林田湖草沙一体化保护与修复"为代表的国土空间生态修复工程已在全国范围内陆续开展,但相关规划的理论和方法支撑仍较为薄弱,如何确定合理的保护修复目标,并对生态保护与修复格局进行整合优化,是实现山水林田湖草沙一体化保护与修复规划需要解决的关键问题.基于系统保护规划理论和方法,初步构建了基于"目标-成本-效益"协同优化的一体化保护修复规划构架,以大兴安岭中段嫩江-哈拉哈河源头区为例,依托空间优化模型(Marxan)对一体化保护修复格局进行了优化模拟,结果表明:(1)绰尔河流域的生态系统保护优先级最高,其次是哈拉哈河流域和洮儿河流域,最后是霍林河流域.当预算不足时,优先保护绰尔河流域可以最大限度的提升研究区内的生态系统服务功能;(2)当优化目标低于50％,优化格局中以林地保护和草地保护为主,需要修复格局规模较小,当优化目标比例超过50％,需要采取生态修复的面积明显增加.随着优化目标比例的提升,优化格局所需面积越来越大,优化后区域中各类生态系统服务功能均有所提高;(3)依据目标-成本-效益曲线,60％的保护修复水平(即1980-2020年退化损失的生态系统服务的60％)为最高效的保护修复目标,所需生态保护修复总成本为50.6亿,但产生的生态效益可达为66.4亿;(4)60％目标水平下,需要林地、草地和湿地保护面积分别为20400.27 km2、11919.45 km2和25.23 km2;林地、草地和湿地修复面积分别为272.18 km2、1695.23 km2和3.71 km2,分别占1980-2020年期间林地、草地和河湖湿地退化消失比例40.9％、23.5％和6.3％.本研究提出的一体化生态保护修复格局整合优化方法可以确定不同目标和成本约束下,获取最佳综合生态效益的生态保护与修复实施策略和优化布局,为山水林田湖草沙一体化生态保护修复规划相关理论和方法提供一定的科学支撑.