摘要

生態(tài)廊道是野生動(dòng)物遷徙、擴(kuò)散, 完成生命周期活動(dòng)的重要通道。斑海豹是渤黃海海洋海島生態(tài)地理區(qū)布局的三個(gè)國(guó)家公園的唯一旗艦物種。亟待識(shí)別斑海豹生態(tài)廊道以完善相關(guān)國(guó)家公園海上空間保護(hù)規(guī)劃和管控措施, 降低該物種的局部滅絕風(fēng)險(xiǎn)。

基于2010—2020年開(kāi)展衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤調(diào)查和2023年在長(zhǎng)島開(kāi)展參與式地理信息調(diào)查, 運(yùn)用生態(tài)位模型和阻力模型, 識(shí)別了斑海豹在渤黃海尺度的生態(tài)廊道, 基于水文分析進(jìn)一步細(xì)化了斑海豹在渤海海峽的生態(tài)廊道。結(jié)果表明兩個(gè)尺度的生態(tài)廊道都有斑海豹活動(dòng)歷史。在空間分布上, 大尺度廊道與斑海豹季節(jié)性遷徙洄游的關(guān)鍵路徑吻合, 小尺度廊道符合斑海豹的棲息捕食活動(dòng)規(guī)律。但上述廊道基本未被現(xiàn)有國(guó)家級(jí)海洋保護(hù)地覆蓋, 大尺度下渤海海峽廊道被老鐵山水道和長(zhǎng)山水道的航運(yùn)熱點(diǎn)阻隔, 小尺度下的關(guān)鍵生態(tài)廊道可能同時(shí)受到養(yǎng)殖區(qū)影響。

研究建議根據(jù)生態(tài)廊道的時(shí)空分布, 在國(guó)家公園候選區(qū)設(shè)置季節(jié)性核心保護(hù)區(qū)和外圍保護(hù)地帶, 根據(jù)遷徙和活動(dòng)規(guī)律實(shí)施動(dòng)態(tài)管控。

生境破碎化是野生動(dòng)物種群數(shù)量減少, 形成地理隔離, 甚至是物種滅絕的重要因素之一。孤立的就地保護(hù)措施已經(jīng)不能滿足物種的長(zhǎng)效保護(hù)需求, 在繁殖地、越冬地、停歇地等重要棲息地之間的生態(tài)廊道將為野生動(dòng)物遷移、擴(kuò)散留下充足空間。已經(jīng)設(shè)立的三江源國(guó)家公園、大熊貓國(guó)家公園、東北虎豹國(guó)家公園、海南熱帶雨林國(guó)家公園都將生態(tài)廊道的保護(hù)和建設(shè)納入總體規(guī)劃, 旨在增強(qiáng)藏羚(Pantholops hodgsoni)、雪豹(Panthera uncia)、大熊貓(Ailuropoda melanoleuca)、東北虎(Panthera tigris altaica)、東北豹(Panthera pardusorientalis)和海南長(zhǎng)臂猿(Nomascus hainanus)等旗艦物種生境連通性。斑海豹(Phoca largha)是全國(guó)主要旗艦種(傘護(hù)種)中僅有的2個(gè)海洋物種之一, 也是渤黃海海洋海島生態(tài)地理區(qū)唯一的旗艦種與代表性洄游動(dòng)物。然而自20世紀(jì)40年代以來(lái), 斑海豹種群規(guī)模減少了近80%, 成為我國(guó)國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物、易危等級(jí)物種。如何在海域中識(shí)別并保護(hù)好關(guān)鍵生態(tài)廊道, 成為斑海豹種群保護(hù)以及渤黃海海洋海島生態(tài)地理區(qū)以國(guó)家公園為主體的自然保護(hù)地體系建設(shè)的重要挑戰(zhàn)。

尺度是生態(tài)廊道的重要特征。斑海豹渤黃海生態(tài)廊道識(shí)別要考慮不同尺度的生態(tài)需求與方法的適用性。在渤黃海尺度, 生態(tài)廊道需將斑海豹最重要的繁殖地(越冬地)、停歇地連接起來(lái), 保護(hù)遷徙洄游生命周期過(guò)程。目前流行的建模理論中, 阻力模型最符合斑海豹大尺度生態(tài)廊道識(shí)別需求, 依托這種理論的方法需明確環(huán)境阻力。近來(lái), 越來(lái)越多的生態(tài)廊道識(shí)別研究結(jié)合了生態(tài)位模型, 將生境適宜度作為判斷環(huán)境阻力的綜合指標(biāo)。考慮到斑海豹的生境分布格局月際變化很大, 環(huán)境阻力應(yīng)綜合生境時(shí)空變化信息。另外, 渤海海峽作為斑海豹遷徙洄游的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn), 留出斑海豹的活動(dòng)通道是關(guān)鍵, 然而在該尺度沒(méi)有明確的源地, 無(wú)法應(yīng)用阻力模型等相關(guān)方法進(jìn)行生態(tài)廊道建模。水文分析中基于空間值高低創(chuàng)建線型網(wǎng)絡(luò)的方法理念, 可以用于探索斑海豹在局地尺度真實(shí)生態(tài)廊道的識(shí)別。

鑒于此, 本研究基于月度潛在生境設(shè)計(jì)了阻力模型識(shí)別斑海豹在渤黃海尺度的生態(tài)廊道, 基于水文分析的理念與工具識(shí)別斑海豹在渤海海峽的生態(tài)廊道, 并通過(guò)活動(dòng)位點(diǎn)與跟蹤軌跡驗(yàn)證生態(tài)廊道的有效性, 最后分析生態(tài)廊道與人類活動(dòng)的空間關(guān)系。本研究旨在為斑海豹種群保護(hù)提供支持, 為渤黃海海洋海島生態(tài)地理區(qū)以國(guó)家公園為主體的自然保護(hù)地體系布局管理提供科學(xué)依據(jù), 同時(shí)希望為海洋生態(tài)廊道規(guī)劃保護(hù)提供方法與案例參考。

1   研究區(qū)概況

渤黃海海洋海島生態(tài)地理區(qū)包括渤海和黃海, 是位于世界最大的陸架淺海溫帶海洋生態(tài)系統(tǒng), 重要海洋生物的產(chǎn)卵場(chǎng)、育幼場(chǎng)、越冬場(chǎng)和洄游通道, 涉及遼河口、黃河口、長(zhǎng)島三個(gè)國(guó)家公園候選區(qū)。其中遼河口是該區(qū)域斑海豹種群最重要的繁殖區(qū), 長(zhǎng)島是斑海豹在渤海與黃海間遷移洄游的關(guān)鍵停歇地, 斑海豹也是該生態(tài)地理區(qū)唯一的傘護(hù)種/旗艦種。另外, 該區(qū)域是人類海洋活動(dòng)的熱點(diǎn)區(qū)域, 航運(yùn)和養(yǎng)殖活動(dòng)可能影響生態(tài)廊道的連通性。一方面該海域航運(yùn)繁忙, 據(jù)天津海關(guān)統(tǒng)計(jì), 2021年京津冀進(jìn)出口總值4.44萬(wàn)億元人民幣；另一方面, 漁業(yè)養(yǎng)殖歷史悠久, 位于渤海海峽的長(zhǎng)島被稱為“鮑魚(yú)之鄉(xiāng)”“扇貝之鄉(xiāng)”“海帶之鄉(xiāng)”[。

2  研究方法

2.1   阻力模型構(gòu)建

本研究基于ArcGIS平臺(tái)采用Linkage Mapper阻力模型識(shí)別斑海豹在渤黃海尺度的生態(tài)廊道。在之前的研究中, 基于8427條衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤調(diào)查數(shù)據(jù)(詳見(jiàn)圖 1)與溫鹽、海底地形等環(huán)境數(shù)據(jù), 使用生態(tài)位模型(BIOMOD2, 4.1.2版本)和Zonation(GUI4.0.0版本)系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃工具來(lái)識(shí)別了斑海豹的月度潛在生境(10、11月數(shù)據(jù)缺失)和全年度、全區(qū)域保護(hù)優(yōu)先區(qū)。其中, 12月、1月、2月既是斑海豹的繁殖季, 也是越冬季, 本研究將以上月份的潛在生境與保護(hù)優(yōu)先區(qū)的重疊區(qū)域作為建模源地, 這些區(qū)域也包括了斑海豹種群的重要停歇地——渤海海峽。其次, 本研究將基于斑海豹全年月度潛在生境得到的累積分布頻次圖層反轉(zhuǎn)為值0—10的環(huán)境阻力圖層, 值越大累積分布頻次越低、環(huán)境阻力越大。建模步驟如下：識(shí)別鄰近源地；基于成本加權(quán)的歐式距離法創(chuàng)建源地網(wǎng)絡(luò)；計(jì)算成本加權(quán)距離和最小成本路徑, 去除源地內(nèi)廊道；計(jì)算、歸一化和鑲嵌廊道, 設(shè)置廊道截?cái)嚅撝?經(jīng)多次建模測(cè)試確定為4000000), 其他參數(shù)按模型默認(rèn)設(shè)置。

圖  1  斑海豹月度衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤位點(diǎn)

2.2   基于水文分析的生態(tài)廊道識(shí)別

斑海豹主要圍繞渤海海峽的島礁棲息、捕食, 而渤海海峽的島礁主要分布在長(zhǎng)島管轄海域, 因此本研究聚焦于長(zhǎng)島管轄海域識(shí)別斑海豹在渤海海峽尺度棲息、捕食的生態(tài)廊道。

本研究于2023年4—5月通過(guò)參與式地理信息系統(tǒng)(PGIS)進(jìn)行了長(zhǎng)島社區(qū)調(diào)查, 參與調(diào)查66人, 收集到斑海豹在長(zhǎng)島海域的目擊活動(dòng)位點(diǎn)100個(gè)(詳見(jiàn)表 1, 圖 2), 結(jié)合衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤調(diào)查得到的401個(gè)斑海豹在長(zhǎng)島海域的活動(dòng)位點(diǎn), 進(jìn)行點(diǎn)密度分析, 按照分位數(shù)原則將連續(xù)型密度分布重分類為0—10密度等級(jí), 進(jìn)一步反轉(zhuǎn)為值0—10的環(huán)境阻力圖層, 值越大活動(dòng)位點(diǎn)密度越低、環(huán)境阻力越大。將基于累積分布頻次和密度分析得到環(huán)境阻力圖層進(jìn)行模糊疊加, 獲得渤海海峽和長(zhǎng)島海域的環(huán)境阻力圖層。然后通過(guò)ArcGIS 10.6的水文分析工具依次按照填洼、流向、流量、設(shè)定閾值(>44)、柵格矢量化識(shí)別斑海豹在渤海海峽和長(zhǎng)島海域的生態(tài)廊道。

表  1  長(zhǎng)島斑海豹目擊活動(dòng)位點(diǎn)

圖  2  長(zhǎng)島斑海豹目擊活動(dòng)位點(diǎn)

綜合上述主要步驟和方法, 形成了大尺度(渤黃海)與小尺度(渤海海峽)斑海豹生態(tài)廊道識(shí)別的技術(shù)路線, 見(jiàn)圖 3。

圖  3  斑海豹不同尺度生態(tài)廊道識(shí)別技術(shù)路線圖

2.3   生態(tài)廊道驗(yàn)證

本研究提取了距離生態(tài)廊道5km范圍內(nèi)的斑海豹活動(dòng)位點(diǎn)(包括衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤的活動(dòng)位點(diǎn)和社區(qū)調(diào)查的目擊活動(dòng)位點(diǎn)), 以及6只衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤時(shí)間大于1個(gè)月的野外救助放歸斑海豹活動(dòng)軌跡, 進(jìn)一步與兩個(gè)尺度下的生態(tài)廊道疊加分析, 綜合判斷通過(guò)本研究識(shí)別出的生態(tài)廊道有無(wú)斑海豹通過(guò), 是否符合斑海豹的活動(dòng)規(guī)律。

2.4   生態(tài)廊道與人類活動(dòng)的空間分析

建立管理良好的海洋保護(hù)地是保護(hù)以斑海豹為代表的生物多樣性免受海洋利用活動(dòng)威脅的主要就地保護(hù)策略[22—24]。本研究收集中國(guó)在渤黃海建立的102個(gè)國(guó)家級(jí)海洋保護(hù)地的空間分布數(shù)據(jù), 去除交叉重疊面積為51843km2, 包括13個(gè)自然保護(hù)區(qū)(11308km2)、43個(gè)海洋公園(包括海洋特別保護(hù)區(qū))(5193km2)、46個(gè)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(38090km2)。

另一方面, 本研究搜集了散貨船、集裝箱船、油船三大類船舶在2021年的航行位點(diǎn)(船訊網(wǎng), www.shipxy.com), 得到渤黃海船舶位點(diǎn)共638145個(gè)。進(jìn)而以船舶位點(diǎn)對(duì)應(yīng)的船舶數(shù)量作為輸入加權(quán)特征, 基于Getis-Ord Gi*統(tǒng)計(jì)進(jìn)行航運(yùn)活動(dòng)的熱點(diǎn)分析, 將Gi_Bin > 1且P < 0.1的點(diǎn)作為顯著航運(yùn)熱點(diǎn)[25—26]。同時(shí), 基于2021年高分六號(hào)衛(wèi)星影像產(chǎn)品進(jìn)行解譯, 得到長(zhǎng)島管轄海域養(yǎng)殖區(qū)的空間分布, 面積約為316km2, 作者在2021年7月—2022年7月長(zhǎng)島海域現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中驗(yàn)證了遙感解譯識(shí)別出的養(yǎng)殖區(qū)范圍準(zhǔn)確可靠。

在此基礎(chǔ)上, 通過(guò)ArcGIS疊加分析斑海豹生態(tài)廊道與海洋保護(hù)地、航運(yùn)熱點(diǎn)以及區(qū)域海域養(yǎng)殖區(qū)的空間關(guān)系, 明確生態(tài)廊道在空間上的保護(hù)管理活動(dòng)與海洋利用活動(dòng)現(xiàn)狀。

3  結(jié)果與分析

3.1   渤黃海區(qū)域尺度生態(tài)廊道

根據(jù)Linkage Mapper阻力模型的最優(yōu)選劃方案, 斑海豹在渤黃海主要生態(tài)廊道共有5條, 廊道間互有交叉重疊, 位于渤海海峽區(qū)域的生態(tài)廊道呈南北向分布, 其余生態(tài)廊道沿岸線分布。其中, 海峽黃海廊道最長(zhǎng), 連接長(zhǎng)島和遼東半島東岸源地, 路徑長(zhǎng)度為247km；大連廊道長(zhǎng)度次之, 186km, 連接遼東半島東岸和西岸源地；海峽渤海廊道連接長(zhǎng)島和遼東半島西岸源地, 路徑長(zhǎng)度為146km；遼東灣廊道連接遼東灣東部和西部源地, 路徑長(zhǎng)度為99km；黃海廊道連接遼東半島東岸源地間的生態(tài)廊道, 路徑長(zhǎng)度為28km(圖 4)。同時(shí), 識(shí)別出作為備選方案的潛在生態(tài)廊道共4條, 其中51%與最佳生態(tài)廊道重疊。本研究基于最佳生態(tài)廊道進(jìn)行后續(xù)分析。

圖  4  斑海豹在渤黃海尺度和渤海海峽尺度的生態(tài)廊道

生態(tài)廊道1：渤黃海尺度的生態(tài)廊道；生態(tài)廊道2：渤海海峽尺度的生態(tài)廊道；1：遼東灣廊道；2：海峽黃海廊道；3：海峽渤海廊道；4：大連廊道；5：黃海廊道

3.2   渤海海峽尺度生態(tài)廊道

基于水文分析識(shí)別出斑海豹在該尺度的生態(tài)廊道總長(zhǎng)200km, 空間上呈東西向分布(圖 4), 這些廊道分為兩類, 一類是以島嶼為樞紐的生態(tài)廊道, 他們與島嶼相連形成整體, 留出了斑海豹從遠(yuǎn)島海域至近島海域再至遠(yuǎn)島海域游走的活動(dòng)通道；另外一類是位于長(zhǎng)山水道的生態(tài)廊道, 長(zhǎng)山水道是斑海豹在長(zhǎng)島活動(dòng)最為頻繁的區(qū)域, 但在該區(qū)域的生態(tài)廊道分為東、西兩部分, 未能實(shí)現(xiàn)貫通。

3.3   生態(tài)廊道驗(yàn)證

本研究在渤黃海尺度識(shí)別的生態(tài)廊道5km范圍內(nèi)有斑海豹活動(dòng)位點(diǎn)787個(gè), 并存在其活動(dòng)軌跡, 其中連接遼東半島東岸、西岸源地生態(tài)廊道基本被活動(dòng)位點(diǎn)覆蓋(圖 5)；本研究在渤海海峽尺度識(shí)別的生態(tài)廊道5km范圍內(nèi)有斑海豹活動(dòng)位點(diǎn)440個(gè), 并存在其活動(dòng)軌跡, 生態(tài)廊道與斑海豹活動(dòng)軌跡皆成東西走向, 長(zhǎng)山水道區(qū)域廊道周圍的活動(dòng)位點(diǎn)最為密集。以上結(jié)果表明, 兩個(gè)尺度識(shí)別的生態(tài)廊道都有斑海豹活動(dòng)歷史, 適宜斑海豹通過(guò), 特別是渤海海峽尺度識(shí)別的生態(tài)廊道符合斑海豹東西向游走的活動(dòng)規(guī)律。

圖  5  斑海豹的生態(tài)廊道、活動(dòng)位點(diǎn)和衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤軌跡

3.4   生態(tài)廊道與人類活動(dòng)的空間關(guān)系

海洋保護(hù)地屬于有益于保護(hù)生態(tài)廊道的管理活動(dòng), 遼東灣廊道位于自然保護(hù)區(qū)、水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi), 本研究各尺度識(shí)別的其他生態(tài)廊道基本未被國(guó)家級(jí)海洋保護(hù)地所覆蓋(圖 6)。

圖  6  斑海豹生態(tài)廊道與國(guó)家級(jí)海洋保護(hù)地、航運(yùn)熱點(diǎn)、長(zhǎng)島養(yǎng)殖區(qū)的空間分布

熱點(diǎn)分析結(jié)果表明航運(yùn)熱點(diǎn)集中在老鐵山水道、長(zhǎng)山水道和港口附近, 在渤黃海尺度上, 位于渤海海峽的兩條生態(tài)廊道被水道航運(yùn)熱點(diǎn)所阻隔, 遼東半島東岸的生態(tài)廊道被大連港的航運(yùn)熱點(diǎn)所阻隔；在渤海海峽尺度, 長(zhǎng)山水道北側(cè)的生態(tài)廊道主要受養(yǎng)殖區(qū)所阻隔, 南側(cè)的生態(tài)廊道主要受航運(yùn)熱點(diǎn)所阻隔。

4、討論

4.1   海洋生態(tài)廊道環(huán)境阻力

相比陸地, 海洋系統(tǒng)更為復(fù)雜, 是具有混沌和廣泛連通特征的非線性系統(tǒng)。然而目前揭示多維環(huán)境因子交互作用對(duì)海洋動(dòng)物分布和活動(dòng)的影響仍存在挑戰(zhàn)。生態(tài)位模型是一種可以基于物種空間分布數(shù)據(jù)以及相關(guān)環(huán)境因子推演物種在整個(gè)研究區(qū)生境適宜程度的概率模型。因此, 本研究基于月度生境的累積分布頻次反映斑海豹在渤黃海的環(huán)境阻力, 既實(shí)現(xiàn)了環(huán)境數(shù)據(jù)的降維, 又考慮了斑海豹分布隨季節(jié)而變化的生活史特征, 這種考慮時(shí)間緯度的生態(tài)位建模方式為以斑海豹為代表的遷徙洄游物種確定環(huán)境阻力提供了思路。

4.2   生態(tài)廊道構(gòu)建的尺度性

從長(zhǎng)島管轄海域來(lái)看, 本研究在渤黃海尺度和渤海海峽尺度識(shí)別的生態(tài)廊道在空間分布上并不一致。兩個(gè)尺度識(shí)別的生態(tài)廊道周圍雖然都分布有斑海豹活動(dòng)位點(diǎn), 但從衛(wèi)星信標(biāo)跟蹤軌跡來(lái)看, 顯然渤海海峽尺度識(shí)別的生態(tài)廊道更加符合斑海豹東西走向的活動(dòng)規(guī)律, 也符合渤海海峽水交換和環(huán)流特征。在方法上, 阻力模型的構(gòu)建思路是確定源地之間累積成本(包括路徑長(zhǎng)度)最低的廊道即為最優(yōu)廊道。本研究渤海海峽南北兩端的源地, 決定了模型識(shí)別出南北走向的生態(tài)廊道。另一方面, 生態(tài)廊道設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)存在尺度差異。渤黃海尺度生態(tài)廊道主要為保障斑海豹在關(guān)鍵生境斑塊間完成遷徙洄游的生命周期過(guò)程, 時(shí)空尺度更大, 模型結(jié)果符合斑海豹的遷徙洄游路線, 是未來(lái)渤黃海海洋海島生態(tài)地理區(qū)國(guó)家公園等空間布局選劃、優(yōu)化的重要科學(xué)依據(jù)；渤海海峽尺度生態(tài)廊道屬于渤黃海尺度廊道的進(jìn)一步細(xì)化, 對(duì)于實(shí)現(xiàn)局地尺度上的精細(xì)化管理具有重要意義。

4.3   生態(tài)廊道就地保護(hù)建議

自然保護(hù)地是生物多樣性保護(hù)的基石, 以國(guó)家公園為主體的海洋保護(hù)地布局建設(shè)尤為急。遼東灣北部的生態(tài)廊道是本研究唯一被現(xiàn)有海洋保護(hù)地覆蓋的生態(tài)廊道, 但僅有30%位于自然保護(hù)區(qū), 其余位于水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)。該保護(hù)形式在中辦發(fā)〔2019〕42號(hào)文中被歸為自然保護(hù)地, 但目前其主要功能不是生物多樣性保護(hù)。因此, 本研究建議在自然保護(hù)地體系的發(fā)展建設(shè)中重視水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的作用，未來(lái)遼河口國(guó)家公園邊界范圍的選劃中考慮遼東灣北部的生態(tài)廊道, 或?qū)⑵湓O(shè)為外圍保護(hù)地帶作為國(guó)家公園的補(bǔ)充。每年3月斑海豹開(kāi)始聚集到長(zhǎng)島, 到5月才逐漸離開(kāi)。本研究建議未來(lái)長(zhǎng)島國(guó)家公園在此期間根據(jù)該尺度識(shí)別的生態(tài)廊道和相關(guān)生境分布劃定斑海豹的季節(jié)性核心保護(hù)區(qū)。另外, 本研究顯示長(zhǎng)山水道養(yǎng)殖區(qū)在空間上與斑海豹在該尺度下的生態(tài)廊道重疊。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步調(diào)查研究該區(qū)域的“人豹關(guān)系”, 根據(jù)斑海豹遷徙和活動(dòng)規(guī)律制定動(dòng)態(tài)管控方案。

參考文獻(xiàn)：略

來(lái)源：國(guó)家公園 National Park

題圖：斑海豹（顧曉軍/攝）

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