稀有和濒危植物物种的潜在分布模型构建与保护缺口识别：以湖北省10种植物为例

稀有濒危植物保护：湖北多目标系统保护规划与气候变化响应研究。该研究整合SDMs-InVEST模型和Marxan规划工具，预测了湖北10种保护植物的潜在分布、栖息地质量和碳储量。结果表明，气候仍是主导分布因素，但人类干扰和栖息地破碎化未来影响加剧，导致核心分布区面积缩减2.6%。通过多时期系统保护规划，识别出武陵山脉走廊、幕阜山脉等4个跨省重点保护区域，提出建立219个规划单元的新自然保护区。该成果为全球30×30土地保护目标和我国双碳战略提供科学支撑。

　　
本研究以湖北省为研究对象，聚焦10种珍稀濒危植物的保护需求，通过集成物种分布模型（SDMs）与生态系统服务评估工具（InVEST），系统分析了当前及未来气候、土地利用变化对物种分布、栖息地质量及碳汇能力的影响，并运用系统保护规划（SCP）方法识别关键保护缺口。研究揭示了多个重要科学发现与政策启示，具体如下：

### 一、研究背景与核心问题
随着全球生态保护压力加剧，中国提出的"双碳"战略与《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》的30%陆地保护目标，对区域生物多样性保护提出了更高要求。湖北省作为中国东部重要的生物多样性热点区域，其西部山地与东部平原生态系统差异显著，但现有保护地分布不均衡，存在保护盲区。研究核心在于如何通过多维度数据融合，科学识别优先保护区域，实现生态保护与气候变化应对的协同。

### 二、方法论创新
研究采用"建模-评估-规划"三位一体的技术路径，突破传统单一模型分析的局限性：
1. **物种分布建模**：整合8种主流SDMs算法，构建包含气候、地形、土壤等54项环境因子的多源数据集，通过加权平均法形成高精度 ensemble 模型。特别引入景观破碎化指数（CLFI）评估栖息地连通性，量化人为干扰（HDI）对保护优先级的动态影响。
2. **生态系统服务评估**：基于InVEST模型，同步计算了2020-2060年全省栖息地质量指数（HQI）与碳储量变化，建立"质量-碳汇"协同评价体系。创新性地将景观格局指数纳入碳汇核算，揭示生态服务空间分异规律。
3. **保护缺口识别**：运用Marxan软件进行跨时期（2020/2030/2060）系统保护规划，通过迭代优化算法确定最优保护单元组合。创新性引入"行政村-公里网格"双尺度分析，解决传统保护规划中空间分辨率不足的问题。

### 三、关键研究发现
1. **气候驱动的物种分布演变**：
- 当前物种核心分布区集中在秦岭-大巴山（海拔500-2000米）及武陵山脉（海拔300-1200米），形成"西多东少"的分布格局。
- 到2060年，受气候变化影响，5种植物潜在分布区扩大（如大豆舟车属扩张率达126.7%），5种收缩（如党参属面积缩减40.5%），整体呈现"两极分化"趋势。

2. **栖息地质量时空分异**：
- 全省平均HQI从0.355提升至0.366，但质量提升集中于西部山地（年均增长0.8%），东部平原因城市化导致质量下降0.3%。
- 景观破碎化指数（CLFI）呈现显著空间异质性：西部高山区CLFI下降0.23（碎片化缓解），东部平原区上升0.18（连通性恶化），过渡带出现"质量提升但碎片加剧"的悖论现象。

3. **碳汇能力与保护需求协同性**：
- 全省碳储量预计从2.11×10^9吨增至2.13×10^9吨，增幅0.3%。但碳汇空间分布呈现"西高东低"格局，西部山地碳储量占全省62%。
- 保护缺口区域与高碳汇区存在显著重叠（叠加度达43%），说明优先保护区域应同时考虑生物多样性与碳中和需求。

4. **跨省域保护缺口识别**：
- 系统规划发现219个需重点保护单元，其中4个关键区域（见下图）具有特殊价值：
- **汉江源头区**（十堰-陕西交界）：保存着秦岭北麓最后的冷杉林种群，缓冲南水北调中线工程生态安全。
- **桐柏山脉**（随州-河南交界）：华中地区植物区系多样性最丰富的区域之一，含17种IUCN红色名录物种。
- **幕阜山区**（湘潭-江西交界）：中国东南部最大连续中亚热带常绿阔叶林系统，维系着长江中游水源涵养功能。
- **武陵山脉**（恩施-重庆交界）：全球仅存的珙桐等孑遗植物基因库，具有跨省域生态廊道建设价值。

### 四、政策启示与实践路径
1. **保护规划优化**：
- 提出"三区联动"保护策略：核心保护区（现有保护区升级）、缓冲带（生态廊道建设）、实验区（农业与林业协同）。
- 新增保护地应优先考虑与现有保护区5公里缓冲区重叠度＞80%的区域，确保生态连通性。

2. **动态监测体系构建**：
- 建立基于SDMs的"气候-土地-物种"三维监测模型，每5年更新一次保护优先级地图。
- 开发景观格局指数（CLFI）动态预警系统，当特定区域CLFI年增幅＞0.05%时触发保护响应机制。

3. **跨部门协同机制**：
- 建议设立"长江中游生态保护协作区"，整合三省（鄂、陕、豫）在桐柏山、武当山等跨省山脉的保护规划。
- 推行"生态银行"制度，将碳汇指标纳入地方政府绩效考核，建立GEP（生态系统生产总值）与GDP的联动补偿机制。

### 五、研究局限与展望
1. **数据分辨率制约**：
- 采用1km网格数据可能低估微地形对珍稀植物（如珙桐）分布的影响，建议后续研究使用0.5km Dem数据并集成LiDAR地形信息。

2. **多物种协同保护机制待完善**：
- 当前研究仅针对植物物种，未来需扩展至哺乳动物（如秦岭羚牛）、两栖类（如大鲵）等关键类群，建立"物种-群落-生态系统"三维保护模型。

3. **长期动态模拟不足**：
- 建议增加至2100年的情景模拟，特别是考虑IPCC 6.0报告中的极端气候事件（如百年一遇干旱/洪涝）对保护规划的影响。

本研究通过多源数据融合与跨时空系统分析，不仅为湖北省30%目标提供了科学依据，更为长江经济带生态安全格局构建提供了可复制的技术范式。研究证实，在"双碳"战略框架下，生态保护与气候变化应对存在协同增效空间，特别是在跨省域山地生态系统的协同管理方面，具有显著的示范价值。