摘要

生态廊道是野生动物迁徙、扩散, 完成生命周期活动的重要通道。斑海豹是渤黄海海洋海岛生态地理区布局的三个国家公园的唯一旗舰物种。亟待识别斑海豹生态廊道以完善相关国家公园海上空间保护规划和管控措施, 降低该物种的局部灭绝风险。

基于2010—2020年开展卫星信标跟踪调查和2023年在长岛开展参与式地理信息调查, 运用生态位模型和阻力模型, 识别了斑海豹在渤黄海尺度的生态廊道, 基于水文分析进一步细化了斑海豹在渤海海峡的生态廊道。结果表明两个尺度的生态廊道都有斑海豹活动历史。在空间分布上, 大尺度廊道与斑海豹季节性迁徙洄游的关键路径吻合, 小尺度廊道符合斑海豹的栖息捕食活动规律。但上述廊道基本未被现有国家级海洋保护地覆盖, 大尺度下渤海海峡廊道被老铁山水道和长山水道的航运热点阻隔, 小尺度下的关键生态廊道可能同时受到养殖区影响。

研究建议根据生态廊道的时空分布, 在国家公园候选区设置季节性核心保护区和外围保护地带, 根据迁徙和活动规律实施动态管控。

生境破碎化是野生动物种群数量减少, 形成地理隔离, 甚至是物种灭绝的重要因素之一。孤立的就地保护措施已经不能满足物种的长效保护需求, 在繁殖地、越冬地、停歇地等重要栖息地之间的生态廊道将为野生动物迁移、扩散留下充足空间。已经设立的三江源国家公园、大熊猫国家公园、东北虎豹国家公园、海南热带雨林国家公园都将生态廊道的保护和建设纳入总体规划, 旨在增强藏羚(Pantholops hodgsoni)、雪豹(Panthera uncia)、大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、东北虎(Panthera tigris altaica)、东北豹(Panthera pardusorientalis)和海南长臂猿(Nomascus hainanus)等旗舰物种生境连通性。斑海豹(Phoca largha)是全国主要旗舰种(伞护种)中仅有的2个海洋物种之一, 也是渤黄海海洋海岛生态地理区唯一的旗舰种与代表性洄游动物。然而自20世纪40年代以来, 斑海豹种群规模减少了近80%, 成为我国国家一级保护动物、易危等级物种。如何在海域中识别并保护好关键生态廊道, 成为斑海豹种群保护以及渤黄海海洋海岛生态地理区以国家公园为主体的自然保护地体系建设的重要挑战。

尺度是生态廊道的重要特征。斑海豹渤黄海生态廊道识别要考虑不同尺度的生态需求与方法的适用性。在渤黄海尺度, 生态廊道需将斑海豹最重要的繁殖地(越冬地)、停歇地连接起来, 保护迁徙洄游生命周期过程。目前流行的建模理论中, 阻力模型最符合斑海豹大尺度生态廊道识别需求, 依托这种理论的方法需明确环境阻力。近来, 越来越多的生态廊道识别研究结合了生态位模型, 将生境适宜度作为判断环境阻力的综合指标。考虑到斑海豹的生境分布格局月际变化很大, 环境阻力应综合生境时空变化信息。另外, 渤海海峡作为斑海豹迁徙洄游的关键节点, 留出斑海豹的活动通道是关键, 然而在该尺度没有明确的源地, 无法应用阻力模型等相关方法进行生态廊道建模。水文分析中基于空间值高低创建线型网络的方法理念, 可以用于探索斑海豹在局地尺度真实生态廊道的识别。

鉴于此, 本研究基于月度潜在生境设计了阻力模型识别斑海豹在渤黄海尺度的生态廊道, 基于水文分析的理念与工具识别斑海豹在渤海海峡的生态廊道, 并通过活动位点与跟踪轨迹验证生态廊道的有效性, 最后分析生态廊道与人类活动的空间关系。本研究旨在为斑海豹种群保护提供支持, 为渤黄海海洋海岛生态地理区以国家公园为主体的自然保护地体系布局管理提供科学依据, 同时希望为海洋生态廊道规划保护提供方法与案例参考。

1   研究区概况

渤黄海海洋海岛生态地理区包括渤海和黄海, 是位于世界最大的陆架浅海温带海洋生态系统, 重要海洋生物的产卵场、育幼场、越冬场和洄游通道, 涉及辽河口、黄河口、长岛三个国家公园候选区。其中辽河口是该区域斑海豹种群最重要的繁殖区, 长岛是斑海豹在渤海与黄海间迁移洄游的关键停歇地, 斑海豹也是该生态地理区唯一的伞护种/旗舰种。另外, 该区域是人类海洋活动的热点区域, 航运和养殖活动可能影响生态廊道的连通性。一方面该海域航运繁忙, 据天津海关统计, 2021年京津冀进出口总值4.44万亿元人民币；另一方面, 渔业养殖历史悠久, 位于渤海海峡的长岛被称为“鲍鱼之乡”“扇贝之乡”“海带之乡”[。

2  研究方法

2.1   阻力模型构建

本研究基于ArcGIS平台采用Linkage Mapper阻力模型识别斑海豹在渤黄海尺度的生态廊道。在之前的研究中, 基于8427条卫星信标跟踪调查数据(详见图 1)与温盐、海底地形等环境数据, 使用生态位模型(BIOMOD2, 4.1.2版本)和Zonation(GUI4.0.0版本)系统保护规划工具来识别了斑海豹的月度潜在生境(10、11月数据缺失)和全年度、全区域保护优先区。其中, 12月、1月、2月既是斑海豹的繁殖季, 也是越冬季, 本研究将以上月份的潜在生境与保护优先区的重叠区域作为建模源地, 这些区域也包括了斑海豹种群的重要停歇地——渤海海峡。其次, 本研究将基于斑海豹全年月度潜在生境得到的累积分布频次图层反转为值0—10的环境阻力图层, 值越大累积分布频次越低、环境阻力越大。建模步骤如下：识别邻近源地；基于成本加权的欧式距离法创建源地网络；计算成本加权距离和最小成本路径, 去除源地内廊道；计算、归一化和镶嵌廊道, 设置廊道截断阈值(经多次建模测试确定为4000000), 其他参数按模型默认设置。

图  1  斑海豹月度卫星信标跟踪位点

2.2   基于水文分析的生态廊道识别

斑海豹主要围绕渤海海峡的岛礁栖息、捕食, 而渤海海峡的岛礁主要分布在长岛管辖海域, 因此本研究聚焦于长岛管辖海域识别斑海豹在渤海海峡尺度栖息、捕食的生态廊道。

本研究于2023年4—5月通过参与式地理信息系统(PGIS)进行了长岛社区调查, 参与调查66人, 收集到斑海豹在长岛海域的目击活动位点100个(详见表 1, 图 2), 结合卫星信标跟踪调查得到的401个斑海豹在长岛海域的活动位点, 进行点密度分析, 按照分位数原则将连续型密度分布重分类为0—10密度等级, 进一步反转为值0—10的环境阻力图层, 值越大活动位点密度越低、环境阻力越大。将基于累积分布频次和密度分析得到环境阻力图层进行模糊叠加, 获得渤海海峡和长岛海域的环境阻力图层。然后通过ArcGIS 10.6的水文分析工具依次按照填洼、流向、流量、设定阈值(>44)、栅格矢量化识别斑海豹在渤海海峡和长岛海域的生态廊道。

表  1  长岛斑海豹目击活动位点

图  2  长岛斑海豹目击活动位点

综合上述主要步骤和方法, 形成了大尺度(渤黄海)与小尺度(渤海海峡)斑海豹生态廊道识别的技术路线, 见图 3。

图  3  斑海豹不同尺度生态廊道识别技术路线图

2.3   生态廊道验证

本研究提取了距离生态廊道5km范围内的斑海豹活动位点(包括卫星信标跟踪的活动位点和社区调查的目击活动位点), 以及6只卫星信标跟踪时间大于1个月的野外救助放归斑海豹活动轨迹, 进一步与两个尺度下的生态廊道叠加分析, 综合判断通过本研究识别出的生态廊道有无斑海豹通过, 是否符合斑海豹的活动规律。

2.4   生态廊道与人类活动的空间分析

建立管理良好的海洋保护地是保护以斑海豹为代表的生物多样性免受海洋利用活动威胁的主要就地保护策略[22—24]。本研究收集中国在渤黄海建立的102个国家级海洋保护地的空间分布数据, 去除交叉重叠面积为51843km2, 包括13个自然保护区(11308km2)、43个海洋公园(包括海洋特别保护区)(5193km2)、46个水产种质资源保护区(38090km2)。

另一方面, 本研究搜集了散货船、集装箱船、油船三大类船舶在2021年的航行位点(船讯网, www.shipxy.com), 得到渤黄海船舶位点共638145个。进而以船舶位点对应的船舶数量作为输入加权特征, 基于Getis-Ord Gi*统计进行航运活动的热点分析, 将Gi_Bin > 1且P < 0.1的点作为显著航运热点[25—26]。同时, 基于2021年高分六号卫星影像产品进行解译, 得到长岛管辖海域养殖区的空间分布, 面积约为316km2, 作者在2021年7月—2022年7月长岛海域现场调查中验证了遥感解译识别出的养殖区范围准确可靠。

在此基础上, 通过ArcGIS叠加分析斑海豹生态廊道与海洋保护地、航运热点以及区域海域养殖区的空间关系, 明确生态廊道在空间上的保护管理活动与海洋利用活动现状。

3  结果与分析

3.1   渤黄海区域尺度生态廊道

根据Linkage Mapper阻力模型的最优选划方案, 斑海豹在渤黄海主要生态廊道共有5条, 廊道间互有交叉重叠, 位于渤海海峡区域的生态廊道呈南北向分布, 其余生态廊道沿岸线分布。其中, 海峡黄海廊道最长, 连接长岛和辽东半岛东岸源地, 路径长度为247km；大连廊道长度次之, 186km, 连接辽东半岛东岸和西岸源地；海峡渤海廊道连接长岛和辽东半岛西岸源地, 路径长度为146km；辽东湾廊道连接辽东湾东部和西部源地, 路径长度为99km；黄海廊道连接辽东半岛东岸源地间的生态廊道, 路径长度为28km(图 4)。同时, 识别出作为备选方案的潜在生态廊道共4条, 其中51%与最佳生态廊道重叠。本研究基于最佳生态廊道进行后续分析。

图  4  斑海豹在渤黄海尺度和渤海海峡尺度的生态廊道

生态廊道1：渤黄海尺度的生态廊道；生态廊道2：渤海海峡尺度的生态廊道；1：辽东湾廊道；2：海峡黄海廊道；3：海峡渤海廊道；4：大连廊道；5：黄海廊道

3.2   渤海海峡尺度生态廊道

基于水文分析识别出斑海豹在该尺度的生态廊道总长200km, 空间上呈东西向分布(图 4), 这些廊道分为两类, 一类是以岛屿为枢纽的生态廊道, 他们与岛屿相连形成整体, 留出了斑海豹从远岛海域至近岛海域再至远岛海域游走的活动通道；另外一类是位于长山水道的生态廊道, 长山水道是斑海豹在长岛活动最为频繁的区域, 但在该区域的生态廊道分为东、西两部分, 未能实现贯通。

3.3   生态廊道验证

本研究在渤黄海尺度识别的生态廊道5km范围内有斑海豹活动位点787个, 并存在其活动轨迹, 其中连接辽东半岛东岸、西岸源地生态廊道基本被活动位点覆盖(图 5)；本研究在渤海海峡尺度识别的生态廊道5km范围内有斑海豹活动位点440个, 并存在其活动轨迹, 生态廊道与斑海豹活动轨迹皆成东西走向, 长山水道区域廊道周围的活动位点最为密集。以上结果表明, 两个尺度识别的生态廊道都有斑海豹活动历史, 适宜斑海豹通过, 特别是渤海海峡尺度识别的生态廊道符合斑海豹东西向游走的活动规律。

图  5  斑海豹的生态廊道、活动位点和卫星信标跟踪轨迹

3.4   生态廊道与人类活动的空间关系

海洋保护地属于有益于保护生态廊道的管理活动, 辽东湾廊道位于自然保护区、水产种质资源保护区范围内, 本研究各尺度识别的其他生态廊道基本未被国家级海洋保护地所覆盖(图 6)。

图  6  斑海豹生态廊道与国家级海洋保护地、航运热点、长岛养殖区的空间分布

热点分析结果表明航运热点集中在老铁山水道、长山水道和港口附近, 在渤黄海尺度上, 位于渤海海峡的两条生态廊道被水道航运热点所阻隔, 辽东半岛东岸的生态廊道被大连港的航运热点所阻隔；在渤海海峡尺度, 长山水道北侧的生态廊道主要受养殖区所阻隔, 南侧的生态廊道主要受航运热点所阻隔。

4、讨论

4.1   海洋生态廊道环境阻力

相比陆地, 海洋系统更为复杂, 是具有混沌和广泛连通特征的非线性系统。然而目前揭示多维环境因子交互作用对海洋动物分布和活动的影响仍存在挑战。生态位模型是一种可以基于物种空间分布数据以及相关环境因子推演物种在整个研究区生境适宜程度的概率模型。因此, 本研究基于月度生境的累积分布频次反映斑海豹在渤黄海的环境阻力, 既实现了环境数据的降维, 又考虑了斑海豹分布随季节而变化的生活史特征, 这种考虑时间纬度的生态位建模方式为以斑海豹为代表的迁徙洄游物种确定环境阻力提供了思路。

4.2   生态廊道构建的尺度性

从长岛管辖海域来看, 本研究在渤黄海尺度和渤海海峡尺度识别的生态廊道在空间分布上并不一致。两个尺度识别的生态廊道周围虽然都分布有斑海豹活动位点, 但从卫星信标跟踪轨迹来看, 显然渤海海峡尺度识别的生态廊道更加符合斑海豹东西走向的活动规律, 也符合渤海海峡水交换和环流特征。在方法上, 阻力模型的构建思路是确定源地之间累积成本(包括路径长度)最低的廊道即为最优廊道。本研究渤海海峡南北两端的源地, 决定了模型识别出南北走向的生态廊道。另一方面, 生态廊道设计的功能目标存在尺度差异。渤黄海尺度生态廊道主要为保障斑海豹在关键生境斑块间完成迁徙洄游的生命周期过程, 时空尺度更大, 模型结果符合斑海豹的迁徙洄游路线, 是未来渤黄海海洋海岛生态地理区国家公园等空间布局选划、优化的重要科学依据；渤海海峡尺度生态廊道属于渤黄海尺度廊道的进一步细化, 对于实现局地尺度上的精细化管理具有重要意义。

4.3   生态廊道就地保护建议

自然保护地是生物多样性保护的基石, 以国家公园为主体的海洋保护地布局建设尤为急。辽东湾北部的生态廊道是本研究唯一被现有海洋保护地覆盖的生态廊道, 但仅有30%位于自然保护区, 其余位于水产种质资源保护区。该保护形式在中办发〔2019〕42号文中被归为自然保护地, 但目前其主要功能不是生物多样性保护。因此, 本研究建议在自然保护地体系的发展建设中重视水产种质资源保护区的作用，未来辽河口国家公园边界范围的选划中考虑辽东湾北部的生态廊道, 或将其设为外围保护地带作为国家公园的补充。每年3月斑海豹开始聚集到长岛, 到5月才逐渐离开。本研究建议未来长岛国家公园在此期间根据该尺度识别的生态廊道和相关生境分布划定斑海豹的季节性核心保护区。另外, 本研究显示长山水道养殖区在空间上与斑海豹在该尺度下的生态廊道重叠。未来应进一步调查研究该区域的“人豹关系”, 根据斑海豹迁徙和活动规律制定动态管控方案。

参考文献：略

来源：国家公园 National Park

题图：斑海豹（顾晓军/摄）

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