全球自然生境正遭受着剧烈干扰，亟需雄心勃勃的保护计划来阻止生物多样性持续减少危机。生物多样性保护爱知目标强调要在2020年对全球17%的土地面积开展保护，而后2020生物多样性保护目标仍在商讨。到底要保护多大面积的全球土地才可以确保各种物种及生态系统得到有效保护是一个亟待解决的问题。

本文确定了全球范围内为保护生物多样性、并满足物种代表性需求所需要保护的最小保护地面积，旨在明确当前全球生物多样性保护区面积还应扩大多少。文章首先获取当前的保护区、关键生物多样性区、生态完整区数据、35561种物种分布数据与所有陆地生态区数据。基于Gurobi线性规划模型，以确保所有保护特征得到有效保护及保护面积最低为约束，划定了为有效保护全球生物多样性应保护的最小保护面积。而后，还测算了保护区未来的受威胁程度与在保护区定居的人数。

结果显示，人类至少应保护全球6400万km2的土地，共占陆表面积的44%。而有超过18亿人口生活在应当实施生态保护的土地上，促进这些地区自治、自觉、公平和可持续地开展生物多样性保护是至关重要的。未来情景土地利用模拟结果显示，到2030年，应被保护地中有130万km2可能会转化为人类集约用地，这一现象值得我们关注。不过，可持续与不可持续的土地利用情景下，栖息地损失量存在着7倍的差异，这说明人类可以通过可持续利用土地的方式避免一场危机。后2020生物多样性框架中已确定的合适目标将极大助力生物多样性保护。

Fig 1. 保护全球陆地生物多样性的最低土地需求 需要新增的保护优先区为绿色部分

关键方法

保护地制图：将保护区（PAs）、关键生物多样性区（KBAs）与生态完整区（ecologically intact areas）合并并移除重叠区得到现有重要保护地。其中，PAs来源于WDPA,只考虑陆地保护区，并移除没有具体空间范围与面积属性的保护区；KBAs来源于World Database of Key Biodiversity Areas；生态完整区来源于Allan et al.（2017）。

物种分布与代表性：陆地哺乳动物、两栖动物、淡水虾蟹分布数据来源于IUCN濒危物种红色名录；鸟类分布数据来源于BirdLife国际鸟类手册；爬行动物来源于Roll et al.(2018)。将已灭绝、可能灭绝及不确定是否存在的物种排除在研究之外。淡水物种分布数据为流域尺度，其他数据分辨率为30×30km。此外，文章还利用了845个陆地生态区空间数据。为了满足被保护区域的物种代表性要求，基于物种分布区面积与被保护比例阈值的对数函数关系为每个物种设定了需要保护的分布面积比例阈值；依据爱知目标将生态区被保护比例阈值设为17%。最后，文章计算了每个物种被保护地保护的面积比例并将其与应被保护比例阈值进行对比，以分析每一个物种的及物种整体的保护缺位情况。

保护优先区扩展：本文追求在最小用地约束下满足各个物种的最低保护率要求。将全球陆地与淡水水域划分为30km×30km的网格，并视面积为保护成本，基于Gurobi模型开展线性规划（具体而言为minimum set problem或者reserve selection problem）。将全球陆地与淡水水域划分为30km×30km的网格，以确定满足物种保护要求的最小土地面积。此外，文章还分别将人类足迹、农业机会成本视为保护成本以探讨研究结果对保护成本选择的敏感性。

未来保护地受威胁识别：利用基于未来土地利用情景模拟得到的土地利用协调数据集（Land Use Harmonisation Dataset V2）识别自然土地覆被在2030年、2050年时相对2015年的转化情况。本文主要考虑SSP1（最可持续路径）、SSP2（中间路径）及SSP3（土地无序变化、最不可持续的路径），并将地类转化结果统计至30km网格尺度，将每个网格的自然土地流失率作为受威胁强度。

保护地居住人口评估:本文使用LandScan的2018年全球人口分布模型来估算居住在保护地内的人口数量（1km×1km），而后基于全球行政区数据库（GADM 2020）统计各个国家（地区）保护地内的居住人口数，并分区域提出政策建议。

Fig 2. 现有保护地（PA、KBA与生态完整区）对物种、生态区的保护覆盖率 A.物种分布区及生态区与保护地重叠率 B.现有保护地对保护目标的完成度 橙色部分为目标已实现比率 灰色部分为未实现比率

编者评述

本文聚焦于保护区规划的难点问题——保护规模阈值划定，基于线性规划的方法，确定了在现有保护基础上还应新增的保护地，并指出全球应至少保护44%的地表面积才能满足生物多样性保护需求。文章为每一个保护特征（物种、生态区）都确定了其应被保护的区域比例，这是一大亮点。此外，文章对保护成本的选择进行了敏感性分析，发现不同的成本替代指标对结果影响很大，这也说明在不同决策导向下，保护区规划的结果会大有不同。与以往拓展保护区研究仅着力于新增保护优先区空间与规模识别不同，本文还进一步探讨了保护区内生活的人口问题，并提出了相应政策指导。

Fig 3. 每个国家（地区）居住在需要保护地区内的人口比例与其需要保护地区占全域的面积比例的双变量映射

Allan, J. R., Possingham, H. P., Atkinson, S. C., et al. (2022). The minimum land area requiring conservation attention to safeguard biodiversity. Science, 376, 1094-1101.

https://doi.org/10.1126/science.abl9127

*第一作者：James R. Allan

*通讯作者：James R. Allan

*第一作者单位：阿姆斯特丹大学生物多样性与生态系统动态研究所（Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics, University of Amsterdam, Amsterdam, Netherlands)

文章转载自：海洋生态大讲堂