最新科研成果 | 中国西南部城市扩张降低了亚洲象的栖息地适宜性
人类活动对我国西南部亚洲象孤立小种群的影响
地球正处于第六次大规模灭绝事件的早期阶段，大象这样的大型陆地食草动物将特别容易受到影响。大象维持着生态系统的功能，它们的消失会导致连带效应。如果不采取保护行动，一些国家的大象可能会在当地灭绝，这对亚洲象来说尤为可能，亚洲象已从大约95%的历史范围内消失，并从巴基斯坦、爪哇和中国大部分地区灭绝。
由于土地使用的变化和基础设施的发展，剩余的亚洲象种群受到生境损失和破碎化的威胁。栖息地的丧失和破碎化已经导致了大象在老挝、越南和缅甸的大部分地区消失，从而增加了中国西南部大象种群的隔离性，但决定剩余大象栖息地适宜性的人为因素—以及因此这些动物的持久性—还没有得到充分的理解。
作者团队：陈颖、孙亚宽、Luciano Atzeni 等
我们关注的是一个亚洲象种群，大约包括67-99头个体，主要占据云南省的尚勇保护区。研究团队收集了过去20年里尚勇保护区种群内大象的存在记录，将其分为2000-2010年和2011-2020年。
前期的记录包括2000年至2010年期间收集的公开数据，而后期的存在数据来自2010年后的公开记录，遗传捕获-标记-捕获采样，以及红外相机调查。从2015年12月到2016年3月，我们花了4个月的时间寻找覆盖整个研究区域的新鲜粪便样本。我们设置了146台相机，沿着大象使用的小路选择相机的位置，并将相机放置在有大量大象痕迹（脚印、粪便、灌木丛、进食点或睡眠迹象）的地方，尽可能远离人类活动的地方，海拔高度在600米至1700米之间的缓坡。
我们对20个候选变量进行了量化，以评估它们对研究区域内大象存在的影响。选择了在景观和等级层面上的土地利用指标，来描述景观组成和破碎化。这些指标已被用于量化生境破碎化和非洲草原象和其他依赖森林的大型哺乳动物的生境适宜性。
我们选择了1、2、4、8和16公里五个空间尺度的环境变量，以涵盖亚洲象对环境梯度的可能生态反应。我们在选择这些尺度时参考了亚洲象的移动速度和家域大小的信息：在马来西亚半岛和沙巴，被追踪的野象平均每天分别移动1.1公里和1.3-1.8公里，而家域大小的报告差异很大。我们在ArcGIS 10.1版中准备了这5个尺度的环境变量图层，包括海拔（连续）、线性（道路、河流）和点（村庄位置）特征以及土地利用类型。我们使用ArcGIS中的地形分析工具，在海拔信息的基础上计算了坡度。对于每个单元，我们使用圆形窗口计算周围海拔和坡度值的平均值。我们使用ArcGIS中空间分析工具下的点/线密度功能，将这些半径范围内的村庄、道路和河流的密度进行量化。
我们计算了4种潜在的重要土地利用的等级水平（每个土地利用类型）的指标：混交林、草地、耕地和建筑物。为了确定测量每个变量的最佳尺度，我们首先使用R进行了单变量最大熵建模，设置如下：线性和二次函数关系，10000个背景点，最大5000次迭代，收敛阈值为0.00001，25%训练数据，以及默认正则化。我们通过R中的usdm包，用保守的阈值方差膨胀因子3.3，用多重共线性测试来检查最佳尺度候选变量之间的相关性。对于相关的一对，我们保留了AUC分数较高的变量，因为它与大象的存在关系更强。
研究区域显示了2020年中国云南省尚勇保护区周围的保护区、公路、铁路和村庄的分布，以及与老挝人民民主共和国的边界。
我们建立了200个单变量物种分布模型，以比较每个变量在这20年中对大象存在的5个空间尺度的影响。大象的存在对每个变量的规模都很敏感，而且每个十年内和不同十年间的变量的影响是异质的。在这两个十年中，一半以上的环境变量（2000-2010年为60%，2011-2020年为70%）在8或16公里的粗尺度上影响了大象的存在，包括2000-2010年的7个人为变量和2011-2020年的6个与道路、村庄建筑和耕地有关的变量。
表示中国云南尚勇保护区内大象存在和不存在的摄像机位置。2012-2016年，以及2015-2016年收集大象粪便的地点
在这20年中，多尺度模型得出的生境适宜性模式与1公里和8公里尺度的单尺度模型得出的生境适宜性模式存在差异，后者代表了5个尺度中最差和最好的模型配合。1公里单尺度模型的预测确定了研究区西北部和东部的合适片段，在2000年至2010年间这些地方没有发现大象的存在。8公里单尺度模型的预测与这一时期的最佳模型有良好的一致性。
根据曲线下的最高面积，得出每个十年内每个变量的最佳比例。单变量模型的最高值，预测中国云南尚勇大象在2000-2010年和2011-2020年的生境适宜性。
模型分析变量结果表明，这些变量对识别影响大象分布的景观特征具有较高的判别能力。建筑物的覆盖率和聚集程度共同降低了大象存在的概率，道路密度的影响上升成为最有影响的变量。河流密度的加大增加大象存在的概率。大象通常与草原、耕地联系在一起，以及在较小程度上与森林联系在一起。在两个十年的最终模型中，村庄密度和坡度都没有被选为影响因素。
预测生境适宜性的分布在几十年间发生了变化。2000-2010年在勐腊保护区和连接勐腊保护区与尚勇保护区的区域以及尚勇保护区北部的适宜生境，在2011-2020年消失了。相反，原来存在的适宜生境由2个片段组成。一块位于尚勇保护区的东部，另一块则延伸到尚勇保护区的西部和北部更远。
适合的生境数量下降了24%。2000-2010年，预测的适宜生境有71%在保护区内，但在2011-2020年，60%的适宜生境位于保护区外。自2000年以来，尚勇保护区内的大象适宜栖息地减少了76平方公里，而保护区外的适宜栖息地则扩大了67平方公里。
我们相信2011-2020年收集的数据能准确反映大象的存在。我们承认，由于数据集的数量不均，对生境适宜性的预测模式可能存在偏差。因此，我们尝试用空间稀疏度和高斯密度核面的方法来校正十年间的采样偏差。
物种分布模型中使用的尺度影响大象对环境变量的反应，特别是在人为粗尺度变量的情况下测量变量更有可能揭示它们与大象栖息地选择的联系。在探索大象环境关系时，需要对尺度进行优化，这一点在非洲草原象的案例研究中得到了印证，不过最近只有2项关于亚洲象的研究考虑了尺度优化这一因素。8公里和16公里的半径分别覆盖了大约200平方公里和804平方公里的区域，相当于亚洲象通常记录的家庭范围大小，并可能说明大象存在受环境变量影响的粗略尺度。
总的来说，大象的存在受道路密度和粗略测量的建筑物的覆盖和聚集的影响最大。大象避开了道路密度高的地区，道路密度是2011-2020年期间影响大象存在的最重要的变量。
为了确保它们的长期生存能力，尚勇大象需要保持与中国其他种群的联系，但小莫和拉曼高速公路是阻碍尚勇大象迁移到勐腊分保护区的障碍，尽管这些高速公路包含了所谓的野生动物友好型结构。我们没有发现证据表明在2011-2020年期间，大象在勐腊分保护区内出现过，并且在2010年之前大象曾经进入勐腊的地方附近只有2个存在于尚勇保护区东北部的位置，这可能表明对野生动物友好的结构未能促进连接。
在尼泊尔西部，道路的邻近程度同样被认为是决定大象栖息地适宜性的最重要因素，而道路密度对苏门答腊的大象有负面影响。
大象避开建筑物的趋势可能反映了多种因素，但在其他地方的人工夜间照明破坏了哺乳动物的散布和走廊的使用。在我们的研究中，大象主动避开建筑物，这在16公里的范围内也很明显。
此外，大象出现的概率随着草原和森林覆盖率的增加而增加，并随着草原的破碎化而减少。在尼泊尔、斯里兰卡和印度的大象身上也观察到了类似的关系在物种分布模型中，森林覆盖率的贡献很小（4.1%），这可能表明研究区的森林面积对大象没有限制作用。我们的混合森林类别包括原始森林和橡胶种植园，据说后者对大象是有害的。大象出现的概率随着耕地的聚集而增加，正如在不丹观察到的大象情况那样。不丹耕地几乎占据了研究区域的三分之一，并且代表了尚勇保护区大象的一个额外的食物来源，但大象对农田的依赖是人象冲突的一个驱动因素，在中国的大象种群中也有抢夺农作物的报道。中国的大象种群，包括尚勇保护区周边地区。试图防止损害的方法包括 使用威慑物和障碍物，如鞭炮、壕沟、墙壁和电篱笆。实施鼓励大象留在尚勇保护区边界内的措施，如创造森林间隙和人工盐碱地。
为了保护尚勇保护区的大象，应该优先考虑减少建造公路和中国-老挝国际铁路对适宜生境破碎化的影响。我们主张今后在规划道路和建筑时，要在它们与大象核心栖息地之间留出足够的缓冲区（宽度≥8公里）。根据我们的研究结果，没有证据表明对野生动物友好的结构（即立交桥和地下通道）可以减轻现有交通基础设施的障碍效应，可能有必要考虑从中国的其他种群中迁移大象，以提高尚勇保护区种群的遗传变异性和长期生存能力。
目前计划在云南西南部建立的亚洲象国家公园为重新划分尚勇保护区和现有保护区网络的边界提供了机会。应使用稳健的多尺度多变量物种分布模型，以确保所有适合大象的栖息地都得到保护。此外，我们建议不要在紧邻尚勇保护区（或新的国家公园）以外的适合大象栖息的地区进行耕种，以减少大象抢夺农作物的风险，这将使适合大象的栖息地增加66平方公里。这就要求政府为农民提供补偿和替代性的生计选择。
本项目得到了由中国国家林业和草原局资助的第二次全国陆生野生动物调查分支项目 "亚洲象及其他濒危物种种群状况及栖息地适宜性监测"和 "亚洲象栖息地适宜性评估"的支持。
Citation: Chen, Y., L. Atzeni, L. Gibson, Y. Sun, Z. Yang, K. Shi, and D. Dudgeon. 2022. Urbanexpansion and infrastructure development reduce habitat suitability for Asian elephants in southwestern China. Journal of Wildlife Management e22204. https://doi.org/10.1002/jwmg.22204
详情请见文章原文，欢迎交流、指正！
通讯作者：北京林业大学，时坤
邮箱：kunshi@bjfu.edu.cn
