生态连通性在海洋保护区设计中的应用、挑战与前景

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到发表在《全球生态与保护》（Global Ecology and Conservation）期刊上的一项研究，聚焦于生态学中一个关键的概念——海洋生态连通性，并探讨了其在海洋保护区设计中的实际应用情况。这一研究揭示了全球范围内海洋生态系统保护中的一些现实挑战。为助力全球环境治理、并供我国学者了解最新研究动态信息，编译分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。

本文共计5600字，阅读约12分钟

生态连通性常常是指不同生态系统或种群之间的相互联系和交流，使得物种能够在空间上移动、繁殖和维持种群的健康。在海洋环境中，生态连通性对于维护海洋生态系统的健康和功能至关重要。它确保了各种海洋生物能够在其生命周期中在不同海域之间进行迁徙，寻找合适的繁殖和觅食场所。海洋生物的生命周期通常涉及不同的海洋区域，包括产卵、幼年阶段和成年阶段。保持这些区域之间的连通性，有助于维护种群的多样性、稳定性，促进基因流动、交换，对抗气候变化和其他环境压力。因此，在海洋保护区的设计和管理中纳入生态连通性考虑，有助于确保海洋生态系统的完整性和可持续性。

01
海洋保护区中
生态连通性的应用状况

在这篇研究中，研究人员通过对科学和管理文献的全面回顾发现，仅有11%的海洋保护区将生态连通性作为生态标准的考虑因素。这表明在全球范围内，对生态连通性在海洋生态系统保护计划中的实际应用尚存在一定不足。然而，值得注意的是，自2007年以来，对生态连通性的关注逐渐增加，这表明在未来可能有望提高生态连通性在海洋保护区设计中的应用。

在这里面，研究团队特别强调了地理偏差与管理计划的问题。该研究还揭示了在澳大利亚和加利福尼亚地区对生态连通性研究和应用存在明显的地理偏差。这两个地区的共同贡献达到了被考察保护区数量的71%。相较之下，遗传连通性在海洋保护区的管理计划中被较少考虑。这种地理偏差可能影响对全球海洋生态系统的全面保护，需要更广泛的研究和应用。

上图：每个国家分析的海洋保护区（MPA）和MPA网络的数量及总海洋面积（平方千米）。图源：Balbar A C, Metaxas A.

那么，如何增加对生态连通性的认识？为了填补科学研究和实际应用之间的鸿沟，该研究团队提出了四项建议，以使科学家和管理者更好地合作，促进生态连通性在海洋保护区设计中的应用：

-  明确是否优先考虑生态连通性。
-  确定海洋保护区在支持连通性方面的角色。
-  确定连通性的合适空间和时间尺度。
-  提高对连通性模式的区域知识。

摄影：Joys ©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）工作组

02

科学与管理之间的鸿沟

从方法上来看，该文首先从文献的角度，做了一个统计。

图1. (A) 简化版和 (B) 详细版流程图，展示了从同行评议的科学和管理文献中提取关于海洋保护区（MPA）和海洋保护区网络（MPAn）中连通性考虑的信息所采取的步骤。科学数据库包含了186篇研究文章，管理数据库包含了746个MPA和9个MPAn的管理计划。图源：Balbar A C, Metaxas A.

图2. 生态空间连通性类型的分类。加粗的类别在本综述范围内。

自2010年以来，海洋保护区（MPA）中关于生态连通性的科学研究频率显著增加，但其在实际管理中的应用仍存在差距。截至2017年，共有174项相关研究，其中以硬骨鱼类为主要研究对象，但研究地域存在鲜明偏向，以澳大利亚和美国为主。研究表明，11%的MPA在设计中考虑了生态连通性，且这一比例近年来呈上升趋势。

图3. 同行评议文献中关于在海洋保护区使用连通性的研究文章发表频率（n = 174）。使用Web of Science和Scopus进行的检索截至2017年11月23日完成。图源：Balbar A C, Metaxas A.

图4. 在同行评议的科学文献中，用于设计海洋保护区种群连通性的焦点类群。类群按研究工作量降序排列。请注意，每篇文章可能关注超过1个类群（n = 140）。图源：Balbar A C, Metaxas A.

在有关MPA管理的文献中，涉及澳大利亚、加拿大、法国、英国和美国（加利福尼亚和夏威夷）的746个MPAs、以及9个MPAs网络被分析。其中，80%的MPA明确了选择标准，但只有47.7%的MPA有管理计划。连通性作为生态标准的使用率为11%，且近年来呈增长趋势，尤其是在2007年之后。这一情况可能与《生物多样性公约》（CBD）的制定有关。在14项生态标准中，“连通性”的使用频率较低，仅次于“文化重要物种”。澳大利亚是MPA总面积最大的国家，也是科学研究的主要基地。

这项研究揭示了科学研究和管理实践之间在生态连通性应用上的差距。鉴于MPA在维护生物多样性和生态系统服务方面的重要性，科学家和管理者需要加强合作，促进生态学知识更好地融入MPA的设计和管理中。

上图. 在澳大利亚、加拿大、法国、英国和美国（仅加利福尼亚和夏威夷）设计的746个海洋保护区中，使用了14项生态标准。图源：Balbar A C, Metaxas A.

03

在海洋保护区（MPA）设计中
如何考虑海洋生态的连通性？

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，本文的两个核心概念是MPA和MPAn。先解释一下，

MPA（Marine Protected Area）是指海洋保护区，是在海洋环境中划定并受到法律或其他管理措施保护的区域，其目的是保护和维护海洋生态系统、物种多样性以及海洋资源。MPA可以包括海洋公园、自然保护区、国家公园、禁渔区、社区近海保护地等多种形式，旨在实现海洋生态系统的保护与可持续利用。

而MPAn（Marine Protected Area Network）是指由多个MPA组成的大型海洋保护区网络。MPAn的概念强调了通过连接/连通不同的海洋保护区，以形成一个更大的、相互关联的网络，从而提高整体的生态效益、生物多样性保护的成效。MPAn的设计考虑了生态连通性，致力于促进各个保护区之间的相互联系，以支持海洋生物的迁徙、繁殖和生命周期的完成。MPAn的概念反映了对海洋生态系统更全面、更协调的管理方法，以提高保护效果和促进生态平衡。

图5. 海洋保护区设计中种群连通性研究工作的地理分布模式，颜色深浅表示文章数量（n = 148）。在此图中无法呈现的有六篇文章：其中2篇为理论模型，4篇具有国际范围。图源：Balbar A C, Metaxas A.

该文章指出，科学文献中提出了许多关于如何将种群连通性纳入具体MPA和MPAn（大型海洋保护区网络）的设计和自适应管理的建议。设计MPA时是否纳入连通性取决于保护目标，但对于MPAn而言尤为重要。保护目标中重要的连通性包括生物多样性保护、种群持续性、恢复力和渔业管理等。多项研究强调通过MPA和MPAn实现生物种群持续性的手段，特别是面对气候变化时。

目前的MPA的面积、数量和保护水平，可能还不足以确保连通性。未来MPA的优先设立，应基于确保连通性的个体被动和主动传播的数据，并尽力提高MPA对受保护种群或物种的持续性。有时需要在已识别为保护基因多样性、维持产卵鱼群健康以及在现有MPA之间建立跳石的重要区域设立额外的MPA。一些现有的MPAn可能初始布局并非最佳，还得要通过重新划定区域、迁移、或保护相邻栖息地等方式来改善连通性。

文章提供了四条关于在MPA(n)设计中纳入连通性的建议：

5.1. 确定是否将连通性作为生态标准的优先考虑

在设计MPA或MPAn时，应始终考虑连通性，但由于后勤和数据约束，或因其相对于其他生态或社会经济标准的贡献相对较低，可能并不总是实施。因此，第一步是确定是否将连通性作为保护特征纳入。对于某些栖息地、物种和种群结构，应优先考虑连通性。对于具有不同生命周期中使用不同生态系统的物种，应用生态系统管理方法尤为重要。文章还提到，除了连通性考虑外，还应注意保护其他生态指标，二者应相辅相成。

5.2. 确定MPA在支持连通性方面的角色

在设计MPAn时，必须确定每个MPA在支持连通性方面的作用。一些MPA可能包含源和自我补充种群，增强MPAn的连通性和持续性，而网络中的其他MPA则可能充当连接分布广泛物种的跳石或走廊。考虑到这一点，文章提到了一些现有网络中被认为是网络关键的MPA，例如包含源种群、自我补充种群和中央种群的MPA。

5.3. 确定适当的空间和时间尺度

如果要在MPAn的设计中实施连通性，管理单元应根据实际的连通性模式进行定比例。对于具有不同亚群种群的物种，管理单位应代表这些地理差异。物种的传播距离和在网络中的代表性水平可能会影响管理的脆弱性。考虑到这一点，文章指出管理单位的空间尺度应该根据物种的传播能力进行确定，应根据可能和已知的传播，以及物种特定的空间尺度。

5.4. 提高对连通性模式的地区知识

为了科学和管理的应用，有必要增加对连通性模式的分类和地理解析度。文章举了一个例子，比如，以白鲷（white sea bream）为例，通过在地中海岩礁中利用耳石化学研究其传播模式（海湿小编注：耳石是一种硬质结构，位于鱼类的内耳中。这是通过分析鱼类的耳石的化学成分，来了解鱼类的生态和环境历史的一种科学方法），促成了对这一重要沿海物种连通性的一系列研究。这些研究结果，结合其他鱼类的连通性模式，可用于确定在MPAn中保持连通性的最佳大小和间距限制。

对于管理多个栖息地和生态系统的物种，需要考虑多个空间和时间尺度。比如，在斐济的珊瑚礁里，研究人员发现不同物种之间的群体连接有很大的差异，这凸显了需要采取不止一个管理单位的必要性。虽然科学家们曾尝试使用一种叫做耦合的生物物理模型来算出浅海和近海水域中鱼苗传播的量，并确定各地的鱼群可能有的连接性，但在深海中，这个方法行不通。有一研究整理了93种鱼类在两个深度层次的浮游幼鱼生存时间的数据，并建议使用69天的浮游幼鱼生存时间，以确保测量的物种中有75%能够有最小的扩散距离。这种衡量方式利用了目前对多个物种连接性的最佳了解，而且可以随着研究人员获得更多信息而更新。

04

挑战、局限性

在这篇研究的结尾部分，该研究团队也指出了这篇回顾性研究的的挑战和局限性。

在管理文献中找到的资料有限，这制约了对生态标准的分析。管理计划通常包括在MPA中被认为重要的选择标准，这些标准通常是在咨询过程中制定的。如果未纳入“连通性”，那么我们就无法确定：这究竟是因为它没有被视为优先事项呢、还是根本没有被考虑过？不包括“连通性”也可能是因为缺乏数据、对这一过程的理解有限，或者资源有限，可能得到了信息价值分析的支持。

出于实际原因，将研究范围限定在具有先进系统性保护规划的地区，这可能会夸大考虑连通性的MPA的百分比。如果包括全球所有的MPA，这个百分比很可能会低得多。在许多MPA的设计中，没有足够的数据来推断生态连通性。在大范围空间尺度上去评估种群连通性，这对于建立新MPA、以及评估现有MPA来说，都是至关重要的；但，对于大多数物种而言，这方面的信息又是很不足的。人们对生态连通性的理解，在进入21世纪以来一直在扩大，并取得了重大进展。我们已经从“需要更好地了解连通性的空间和时间尺度”，发展到了“测量不同类群在广泛的地区和时间尺度上的连通性”。随着这一领域的不断发展，框架应该被优化，以在MPA设计过程的每一步以及对现有设计的事后评估中引入新信息。

05

连通性融入MPA设计的框架

随着新的海洋保护区（MPA）和海洋保护区网络（MPAn）的设立，评估它们的效果并确保达到保护目标至关重要。

研究人员在规划过程中发现了不同地区在考虑连通性方面存在明显差异。同时，科学家和管理人员在使用的连通性数据类型（景观、生物种群或基因）上也存在较大分歧。科学家向管理人员传达连通性数据时的可访问性和使用的语言构成了这两个领域之间的断层。因此，未来的规划过程应该致力于弥合这些差异，并根据当前的进展、数据可用性和资源情况有针对性地改进各地的情况。例如，大堡礁（GBR）在MPAn设计策略和自适应管理工具方面取得了显著进展。相比之下，加拿大和许多其他数据可用性较低的国家可能只能使用较为简化的工具，比如决策树（Smith和Metaxas，2018）。将适当的工具与地区评估的数据可用性相匹配，以及提高数据和工具对管理人员的可访问性，有助于弥合科学和管理之间已经确定的差距。

在这一框架中，研究人员提出了一套方案，旨在在规划阶段和评估现有MPA和MPAn的连通性时，有效地弥合这一差距。框架清晰地指明了需要传达的信息，并明确了每个阶段两个主体的职责。整体而言，这一框架的入口点并不明确，但在大多数情况下，它自然而然地会从为MPA/MPAn制定保护目标的阶段开始。

上图：描绘了海洋保护区（MPA）及其网络（MPAn）设计和评估中涉及连通性的步骤的框架。蓝色方框表示科学研究和建议相关的步骤，绿色方框表示依赖从业人员采取行动的步骤。箭头表示在科学和管理领域之间传递可用信息的促进作用。图源：Balbar A C, Metaxas A.

思考题 | 举一反三

Q1. 研究表明，只有11%的海洋保护区在设计中考虑了生态连接性。为什么这一关键生态概念在实际管理中的运用相对较低，仅有 11% 的海洋保护区在设计中考虑了生态连通性？这一比例在过去的几年中有何变化趋势？我们是否需要更多的努力来提高对其重要性的认识？

Q2. 科学研究与管理实践的鸿沟如何影响海洋生态保护？正如这篇研究中指出的，在科学文献中，生态连接性的研究显著增加，但在实际管理中的应用仍然不足。那么，这种科学研究与管理实践之间的差距如何影响全球海洋生态系统的长期保护和可持续发展？更具体地说，我们应该如何改进工具和框架，以促进科学家和管理者之间更紧密的合作？

Q3. 生态连通性在提高海洋生态系统韧性方面，生态连通性在海洋保护区中的应用具有怎样的经济和社会潜力？

Q4: 为更好地理解海洋保护区设计中的连通性挑战，我们可以思考以下几个问题：生态连通性为何如此关键？不同地区在规划海洋保护区时为何存在差异？资源限制的情况下，会如何影响国家选择使用不同的设计工具？科学研究和管理之间的差距如何弥合，以实现更有效的海洋生态保护？

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来源 | Balbar A C, Metaxas A.的论文、
IUCN生态连通性保护专家组（CCSG）的资料

编译 | 王芊佳

审核 | 绿茵

排版 | 绿叶

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【本文参考资料】

Balbar A C, Metaxas A. The current application of ecological connectivity in the design of marine protected areas[J]. Global Ecology and Conservation, 2019, 17: e00569.

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