欧洲保护区对河流生物多样性保护成效有限：基于1754个无脊椎动物时间序列的大陆尺度分析

《Nature Communications》：Current protected areas provide limited benefits for European river biodiversity

本期推荐：为评估内陆保护区（PAs）对淡水生物多样性的有效性，研究人员分析了1986-2022年间欧洲10国1754个河流无脊椎动物群落时间序列。研究发现，仅当上游集水区有较大比例受保护时，保护区才对低质量群落（EQR≈0.2）产生积极影响，而对中高质量群落作用微弱。这表明当前以陆地生物为目标的保护区设计难以有效保护淡水生态系统，呼吁采取流域尺度的综合管理策略。

　　

河流是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，却也是遭受威胁最严重的生境。尽管全球范围内保护区（Protected Areas, PAs）的数量和面积在不断增长，旨在遏制生物多样性的丧失，但一个关键问题悬而未决：这些主要为保护陆地生物和栖息地而设立的区域，是否能同样有效地保护流淌其中的淡水生命？以往的研究多聚焦于陆地或海洋生态系统，而对淡水生态系统，尤其是河流的保护成效评估，缺乏大陆尺度的系统分析。淡水生态系统虽然只覆盖地球表面的一小部分，却支撑着不成比例的高生物多样性，并且其物种丧失的速度远高于陆地和海洋生态系统。因此，厘清保护区对淡水生物多样性的真实影响，对于实现全球生物多样性保护目标至关重要。

为了回答这个紧迫的问题，一个由多国科学家组成的研究团队在《Nature Communications》上发表了他们的最新研究成果。他们利用一个前所未有的庞大数据库——来自10个欧洲国家、时间跨度长达37年（1986-2022）的1754个河流无脊椎动物群落时间序列数据，进行了一次大陆尺度的严谨评估。无脊椎动物是淡水生态系统的关键组成部分，它们对环境变化，尤其是人类活动导致的水质和栖息地退化非常敏感，因此被广泛用作河流健康的“哨兵”指标。

研究人员采用了一种创新的时空结合的分析方法。他们不仅比较了有上游保护区和无上游保护区站点之间的差异，更重要的是，引入了时间维度，分析了每个站点生物多样性指标随时间的变化速率。这有助于更准确地评估保护区的“净效应”，即判断在保护区设立后，生物多样性的变化趋势是否比没有保护的情况下更好。研究团队还特别考察了四个不同空间尺度的上游区域（1公里、10公里、100公里缓冲区以及整个上游集水区），以探究保护的范围和距离如何影响其效果。此外，他们还深入分析了保护区的覆盖面积、保护区的增加速率、河流大小以及河流初始的生态质量（Ecological Quality Ratio, EQR，一种基于与未受干扰参考群落相似度的指标）对保护成效的调节作用。

主要技术方法概述

本研究的关键技术方法包括：1) 数据整合与标准化：汇集欧洲10国长期河流无脊椎动物监测数据，确保采样方法、季节和分类学分辨率的一致性，并计算生态质量比值（EQR）。2) 时空趋势分析：使用线性模型（含一阶自回归结构）量化每个站点生物多样性（丰度、丰富度、EQR）的年变化率。3) 地理空间分析：利用Protected Planet和Hydrography90m等数据集，界定保护区边界和四个上游空间尺度（1km, 10km, 100km缓冲区及全流域），计算各尺度的保护区覆盖度和年增益率。4) 统计建模：采用线性混合模型（LMM）比较有无保护区（或增益）站点的变化差异；使用广义加性混合模型（GAMM）分析保护区覆盖度/增益与生物多样性变化的关系，并考察初始EQR和河流大小的调节作用。样本来源于各国环境监测网络。

研究结果

保护区现状的整体效果有限

研究发现，从整体上看，拥有上游保护区的站点与没有上游保护区的站点，在无脊椎动物丰度和分类丰富度（Taxon Richness）的变化速率上没有显著差异。在生态质量（EQR）的变化上，虽然在某些小尺度（如1公里和10公里上游）出现了差异，但结果出乎意料：反而是没有保护区的站点EQR改善速率更快。例如，在1公里尺度上，有保护区站点的EQR年增长率为+1.1%，而无保护区站点为+1.9%。这表明，当前欧洲的保护区网络，在整体上并未能显著促进河流无脊椎动物生物多样性的恢复或防止其退化，其保护效果远未达到预期。

保护区覆盖度与增益的积极作用存在于特定条件

尽管整体效果不佳，但深入研究揭示了保护区发挥积极作用的特定情景。对于那些已经有上游保护区的站点，保护区的覆盖面积大小至关重要，但其效果因生态指标和空间尺度而异。分类丰富度的提升主要与站点附近（较小上游尺度，如1公里）的保护区高覆盖度相关，并且这种积极效应在初始生态质量较差（EQR低，如0.2）的河流中最为明显。

相比之下，生态质量（EQR） 的改善则更依赖于更大空间尺度（如整个上游集水区）的保护区覆盖和高覆盖增益。

例如，对于一个初始EQR为0.2（受人类影响严重）的站点，如果其全流域保护区覆盖年增益率达到最高的7.5%，其EQR的年改善速率可从+4.1%飙升至+14%。然而，无脊椎动物的个体数量（丰度） 未在任何尺度上表现出对保护区覆盖或增益的显著响应。

初始生态质量是决定保护成效的关键因素

研究的一个核心发现是，保护区的有效性强烈依赖于河流的初始状态。保护区带来的积极变化（无论是丰富度还是EQR的提升）几乎完全集中在初始生态质量较差的河流群落（例如EQR around 0.2）。对于这些“底子差”的河流，当有大范围的上游保护时，其生物多样性恢复速度显著高于没有保护的情况。然而，对于初始质量中等或较高的河流群落，保护区的效应微乎其微，甚至在某些情况下，保护区的增益反而与略低的生物多样性改善速率相关。研究人员认为，高质量河流本身受人类干扰较小，生物多样性可能已处于稳定高位，改善空间有限；而中等质量河流未能从保护中显著受益，则可能意味着当前以管理陆地栖息地为主的保护区措施，能够缓解部分导致河流退化的压力（如面源污染），但无法有效应对其他在较健康河流中更为突出的压力源，如上游水流改变或气候变化。

研究结论与意义

本研究通过大规模、长期的数据分析，揭示了当前欧洲内陆保护区对河流无脊椎动物生物多样性的保护成效总体上是有限的。这一结论为区域性的个案研究提供了大陆尺度的有力证据。研究强调，保护区的益处并非没有，而是有条件的：它主要惠及那些初始状况差、且其上游集水区有大规模连续保护的河流群落。

这项研究的意义重大而深远。首先，它明确指出，单纯扩大以陆地生物为目标的保护区面积，如“昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架”设定的2030年保护30%陆地的目标，不足以有效扭转淡水生物多样性的丧失趋势。其次，研究为如何提高淡水保护有效性指明了方向：必须转向流域尺度（Catchment-scale） 的综合管理框架。这意味着保护区的设计和管理需要明确整合淡水生态系统的需求，确保保护范围覆盖更广阔、更连续的上游区域和河岸缓冲带，并采取针对性措施解决剩余的压力源。这种“山水林田湖草沙”一体化保护的思路，不仅将惠及淡水生物本身及其提供的生态系统功能（如养分循环），也将通过水陆联结（Aquatic-terrestrial linkages）和陆海联通（Freshwater-marine linkages）惠及相邻的陆地和海洋生态系统。因此，改善淡水保护不仅是水环境问题，更是关乎全球生物多样性曲线扭转（Bend the curve of global biodiversity loss）的关键环节。