李彬彬：大熊猫已经是明星物种了，我的投入是浪费资源吗？
The following article is from 云山保护 Author 和云山一起保护长臂猿
7月7日，云山邀请了李彬彬带来《半球计划下的特有物种保护》讲座，探讨了以下具体问题：
1. 什么是半球计划下的生物多样性保护？
2. 我为什么还要研究大熊猫？
3. 放牧如何成为大熊猫保护的新威胁？
4. 如何在地识别熊猫生物个体？
以下是讲座的文字版内容。
第一部分
半球计划下的生物多样性保护
2020年，这是非常重要的一年，之前我们称之为生物多样性的超级年。因为本身这一年会有很多重要会议来决定我们2020年之后的计划以及全球的协作。但是因为新冠肺炎，2020年要举办的一些会议没有进行，但这反而是个非常好的一个契机，让我们重新反思生活多样性与人类的关系。
为什么生物多样性保护重要？这跟生物多样性是什么以及生物多样性的作用相关。最传统的分类方式把生物多样性分为生态系统多样性、物种多样性、遗传多样性这三类。在当前物种消失的大背景下，生物灭绝速度是背景灭绝速率的100~1000倍，我们面临着第6次大灭绝的风险。
如图，保护行动大体分为三类，第一类是传统的严格保护制度，禁止或限制利用这片地区的自然资源。保护地类型属于第一类，应该算是生物多样性保护中的基石，因为它起到一个很好的缓冲作用。
第二类是生态系统服务补偿，通过直接的经济补偿来帮助当地社区减少利用自然资源。
第三类是间接的保护行动，其中包括ICDP，即综合保护与发展项目，它通过帮助社区发展替代经济来进行保护。替代经济包括中草药种植、生态旅游等。
2020年是爱知计划应该达成的一年，它的目标是保护17%陆地生态系统，10%海洋生态系统。这张图显示的是现在不同国家的保护比例，中国已经超过17%达到18%，但是包括美国和欧洲的不少地方，都还没有达标。现在全球的保护比例在14%~15%左右，大概是2000万平方公里。
整体来说，这个目标没办法在2020年达到。那2020年之后下一个10年的目标是什么？有很多研究组和机构提出了不同的目标，有人提出在2030年前保护30%，2040年前保护40%，2050年前保护50%；也有人直接提出我们需要保护半个地球。其中最著名的就是Wilson，他提出Half-Earth这个概念，通过科学研究和验证，他认为保护50%的地球可以保证85%左右的物种可以更好地长期生存。
那么我们如何保护50%的地球？
我们的一个研究想要探讨通过荒野保护来达到半球计划是否可行。保护荒野比较容易，因为人口密度低，相对来说土地争夺问题不严重，也不会大面积影响耕地。那么通过荒野保护可以达到目标吗？
这张图显示的是现有的保护地，黄色部分是荒野地区，荒野地区和现有的保护地加在一起的总面积是51.9%，也就差不多是半个地球。假如我们通过已经有的保护地，再扩增对于荒野的保护，能不能保护好物种？
假如保护地是随意分布在地球上的，那么保护也是随机的；但如果我们合理建立保护地，就应该有高于保护地比例的物种被保护。这张图对比了现有的14%左右的保护比例，和通过荒野达到50%的保护比例，蓝色点代表的是不同分布区的物种保护比例，蓝色线代表的是14%的保护比例。可以看到哺乳类、鸟类、两栖类的大部分蓝色点都高于14%，这意味着现有的保护地能比较有效地保护物种。但假如通过保护荒野达到50%这条线时，我们会发现不管分布区大小都低于这条随机的线。这说明通过荒野保护，并不能很好地保护物种。很多时候我们需要保护的不是荒野地区，而恰恰是人类和物种争夺最严重的地区。所以最容易走的这条路，经过验证其实是不可行的。
下一个问题是我们要在哪里保护，怎么样保护，以及如何提高保护的成效。
第二部分
我为什么还要研究熊猫
我们回到中国来看这个事情。在国家公园还没有完全成为一个正式体系时，中国最主要的保护地类型是自然保护区，最早的自然保护区是1956年在鼎湖山成立的。自然保护区的发展大概分成三个时期，一个是比较缓慢的时期，一个是从1993年开始的快速增长时期，以及在2007、2008年左右进入的缓慢时期。其中最容易保护且面积最大的，还是在人口比较稀少的西部，比如西藏、青海、新疆等。
除了这些地方，西南山地也是保护区集中分布的地方，这就说到了熊猫。
我刚开始做研究的时候就在想，已经有这么多前辈、同行、公众都在关注熊猫，再为熊猫付出会不会是浪费资源？当时我就想用一个项目去验证我到底该不该在熊猫这条路上继续往下走。
其实熊猫的保护级别已经降级了，从原来的濒危降到了易危，最近的一次调查显示现有的大熊猫大概在2000只左右。每10年会有一次全国性的大熊猫普查，这个普查非常详细，把熊猫栖息地以及潜在栖息地分成每两平方公里构成的一个网络，每两平方公里都有人去寻找熊猫存在与否的痕迹。迄今为止，一共有67个保护区是为熊猫建立的，其中28个是国家级的，保护了大概56%的熊猫栖息地，这个保护及投入比例是非常大的。
这张图显示了熊猫的历史分布，最北端到了北京，南端已经到了东南亚并延伸出去。但是目前只分布在我国的6个山系，从最北部的秦岭到岷山、邛崃山、大小相岭、凉山，它的分布区非常有限，那么怎样去验证保护一个物种有没有意义呢？
对于保护生物的人来说，保护物种最重要的不是圈养个体，而是保护其野外栖息地。熊猫的栖息地里还存在什么物种呢？我们做了一个分析，去看了看中国特有的哺乳类、鸟类、两栖类都分布在哪里。
第一排的图颜色越暖，代表这个地方分布的物种数越多，我们把颜色最深、物种分布最丰富的5%地区在第二排中用红色标出，这些地方就被称为特有物种分布中心，包括哺乳类，鸟类和两栖类。我们把这三类同时叠加在一起就得到了最后一张图。红色意味着它对于三类物种都是重要的，黄色是任意两类，绿色是其中一类。我们会发现这些红色和黄色的地区集中在横断山脉、青藏高原的东缘地区。
我们再把熊猫的分布区进行叠加，会发现熊猫栖息地里面25%的面积都跟红色重合，60%和黄色重合，13%和绿色重合，一共有96%的熊猫分布区都是中国森林特有物种分布中心。这些特有物种包括了70%的中国特有森林鸟类，70%的特有哺乳类和31%的特有两栖类。因此，熊猫是一个非常有效的伞户物种。保护区中除了一个物种没有受到有效的保护以外，其他所有同域分布的特有物种都受到了熊猫保护区的保护，保护区起到了非常重要的作用。
我们在中国的特有物种中定义了两类物种。一类是IUCN定义的受威胁的物种；另外一类是不受威胁，但它的分布区由于海拔限制或者是森林分布的原因，小于2万平方公里。2万平方公里是IUCN制定其可不可以被判定为受威胁的标准之一。我们认为这些由于栖息地丧失的非受威胁物种（NT，LC），即使是没有被IUCN评定为受威胁物种，也应该被列为保护优先物种。我们定义了一个指标，叫做保护空缺。如果物种分布没有受到充分的保护，我们认为这是个空缺物种。
空缺物种分布最多的地区，集中在四川，云南，南岭，海南。这暴露出几个问题，第一，保护地分布不应该是均匀的，物种分布比较多的地方，需要受到的保护比例就要更大。第二，南岭的保护区确实建设在对的地方，但这些保护区面积太小，所以要扩张保护地面积以减少保护空缺。第三，目前的保护目标大多集中在哺乳类和鸟类，而海南是两栖类分布非常集中的一个地区，很多保护区的保护目标没有包括两栖类或者其他爬行类，会导致一些地方出现大面积的空缺。
第三部分
放牧作为一种新的威胁
回到大熊猫，对于一个物种来说，我们经常会去分析它的保护威胁有哪些，对于大熊猫来说曾经有森林砍伐、农田、水电建设、挖矿、道路、居民点、气候变化以及这些因素导致的栖息地破碎化。
我国的一些政策比如退耕还林和天然林禁伐等，已经减少了伐木、农田对于栖息地的威胁。道路方面，就如同云南一样，四川甘肃陕西很多山区建高速，要么通过桥，要么通过隧道，这既可以提高交通的效率，也可以减少对地表植被的破坏。这种基础建设能够恢复栖息地的一些连通性。
现在反而是之前没有注意到的一些威胁成为了最主要的威胁，比如放牧。第3次和第4次大熊猫调查都发现，放牧已经超越伐木、农田和道路建设成为分布最广泛的人类干扰，超过1/3的调查样线或样方都发现了放牧的干扰。从右边这张图中可以发现放牧的干扰不是集中在某一个山系的，而是从北到南都受到影响。
放牧对于大熊猫影响是什么？其在近些年来快速增长的原因是什么？有没有什么解决方法？
很多人刚开始知道我可能都跟王朗这个地方相关，这也确实是我最早研究放牧问题的地方。王朗是国家级保护区，成立于1963年，它是最早为熊猫成立的4个保护区之一，位于岷山山系，绵阳市平武县。王朗三面都被其他保护地所保护，唯一一面没有受到保护的，就是白马藏族乡，只有一条沿着河沟的路可以进入王朗，所有居民点都分布在河沟两边。
我们当时用了竹子样方、保护区20年监测数据、野外调查、GPS项圈追踪和社会经济学调查等方法来研究放牧问题。
先看竹子样方。放牧对竹子的影响有两种衡量方式，一种是看每个样方里大约有多大面积被啃食了；另一种是看每一根竹子大概有多少比例的叶子被啃食了。通过这两种方法可以看竹子受影响的程度。图中颜色越深表示受影响的程度越深。就这两个指标来说，如果两种家畜都存在的话，啃食的影响非常大。假如只有牛或者只有马的时候，马对于竹子的啃食要比牛更严重。
接着考虑竹子的更新问题。竹子在每一年生长期结束的时候，就可以长到跟成竹一样高，甚至更高，直径跟成竹也是一样的。但是在有放牧影响时，不管是竹笋还是成竹的高度都降低了，也就是说家畜不光吃竹叶，也吃竹竿和竹笋；另外，竹径和新抽出来的竹笋明显变细，这意味着家畜可能影响了竹子的更新，它的叶子减少，光合作用减弱，导致其更新也受到影响。
另外竹子的抽笋率只达到了原来的1/5左右，在样方里，大概42%的竹子没有抽出新的竹笋，这意味着竹林受到了非常大的干扰。最直接的对比是2004年和2014年我们在同一个地区进行观测，发现原来郁郁葱葱，而10年后这些竹子都变成了光杆司令。
竹子作为熊猫最主要的食物，占到了它饮食比例的96%。家畜导致的食物减少对于熊猫有没有影响？我们分析了保护区20年的监测数据。但是保护区的监测也有一个问题：不能保证每一年的工作量都是一致的，在工作量少的时候，观测到的点自然也会少，但这个时候不能说是熊猫受到的影响有变化，而是保护区的巡护减少了，所以我们需要拿其它的一些观测点作矫正。
我们看到大熊猫的减少程度远远高于其他物种的变化。在牛的分布区里，熊猫基地利用变化减少了71%，而在马的分布区里减少了65%，我们发现熊猫去了一些海拔更高更陡峭的地区，而一些比较平缓的河谷则被家畜所利用。
另外我们利用物种分布模型重新拟合了分布区的变化，发现栖息地的净损失率达到了1/3。通过验证，我们发现大部分退化或是消失的栖息地，确实是牛马活动强烈的区域。
简单进行总结：啃食会使竹子退化，干扰竹子的更新，逼迫熊猫迁到更高更陡的地区，导致1/3的栖息地退化甚至消失。假如有一种物种需要我们先行赶出的话，那就是马。
为什么近些年来放牧成为一个主要的威胁因素？这里面涉及到几个政策和外部冲击：1998年天然林禁伐，大部分白马藏族乡的老乡之前靠砍木头为生；2000年退耕还林，所以他们虽然不主要依靠农业，但很多的农田也被退回去了；1999-2002年，WWF和欧盟的社区发展项目ICDP，为了缓解当地社区和保护区之间的矛盾，帮他们找到可替代生计，发展了生态旅游。旅游鼓励了牵马这项活动，因为游客来了，总是让他走也不行，那就骑着马带着溜达溜达；2004-2005年开始进行水电建设，这一方面造成了道路的破坏，另一方面导致被淹没区的居民进行搬迁，一部分搬迁到了离王朗最近的村子，一部分向下搬；2008年汶川地震，道路受到影响，同时旅游业又受到重创。在以上因素的影响下，很多人开始养牛马，或者扩增牛马。
我们想了很多替代生计，包括年轻人出去打工。但是打工不会完全占用他们在地的时间，比如他们出去打工6-9个月，回来3-6个月。他们在当地可能还要做一些事情，这是中国人勤劳的本质。另外，很多地方推广旅游，但是旅游相对来说也是季节性比较强，而且不会占用所有的时间。劳动力从砍木头、种田中释放出来，再加上所得到的经济补偿，他们自然而然转向另一种自然资源利用形式放牧。
对于这个地区来说，大型食肉兽的缺失使放牧的成本非常低，这会不会影响他们的生计选择？我们用来进行对照的是印度。机缘巧合，我们去了印度。印度有很多老虎，在老虎保护地周边也存在很大的人兽冲突问题。把牛放进保护区是非常普遍的现象，尤其是传统的家养牛。所以当时我们看了家畜损失率对于当地居民养牛的影响，这类似于我们在王朗的分析。
这一部分显示的是印度和中国的对照，印度是红色，中国是黑色。从统计意义上看，在中国家畜损失其实没有太大的影响，而印度是显著的负向影响。在中国，家畜损失率低鼓励了当地居民去养牛和马。
在印度很有意思的一点是，他们渐渐从市场里找到了一个解决途径。他们除了传统的牛，现在正养一种新型的牛，新型牛的产奶量特别高。在印度人们不吃牛肉，主要是喝牛奶，牛奶是最主要的收入来源。同时因为这些新型牛不是本地的，它们适应不了印度的高温，只要牛走了多于一公里之后，产奶量会急剧下降，所以当地社区把牛当宝贝一样养在了圈舍里面。
我们分析其收益和成本。新型牛的净收入是传统牛的7倍，而新型牛被捕食的概率只有传统牛的46%。这是通过市场来实现双赢的方式。所以我们在想，在中国是否也有类似的方法，可以解决我们的人兽冲突。
仔细去看，在中国，不光是四川，云南的一些地方也有在山区、林区放牧的情况。这种放牧的规模比较小，不像在草原生态系统里有上百只，可能只有几只、十几只的规模；其人力投入比较少，很多都是散养，可能一两个月上山一次去喂一喂，吆喝一下；其成本很低，每年每头牛投入大概只有40元，对于很多人来说这几乎是无本万利的。但同时这种放牧的问题是高死亡率，因为这是非常粗放的管理方式。仔细去看家畜的数量增长，除了养殖大户可以达到稳定的增长以外，大部分人几年都只有那几头，没有稳定的现金流。
看这张图可以发现，在白马藏族乡，参与户数最多的其实是运输行业，也就是我们说的off-farm jobs。接着是放牧，参与放牧的户数并不少，但也不是最多的，其年收入也不是最高的，收入比较高的主要是养殖大户。很多养殖户可能就只有几头，没办法变成稳定的现金流，对于他们来说放牧牛和马其实就是一个变相的银行。
在这种情况下，改变放牧这件事影响最大的其实不是贫穷的人，而是富裕的人。放牧需要有起始资金才可以开始，只有存储量大时，才有高增长率，才能变现。养殖大户更早开始也更富裕，他们通过放牧得到的收入也更高，而富裕的人放牧不与其他生计相冲突，还可以雇人来照看牛马，也并不存在劳力投入的问题。同时我们认为放牧有可能会在未来慢慢减少，主要的限制因素是牛马的高死亡率以及年轻劳动力不愿意从事放牧行业，他们更愿意从事容易赚钱、增长率高的行业。这还涉及到林权的问题，砍伐受到强力的法律约束，但是林下活动是一个模糊的地区。
当问牧民是否愿意转产时，我们发现很多人是愿意的。这些人主要是拥有牛马数量很少的人，他们觉得虽然一个月就去照看牛马一两次，但也是对于劳动力的束缚，如果有更好的、挣钱更多的方式，当然愿意去干其他的。
怎么样可以让这些人改变呢？一次性的补偿是他们特别排斥或者不愿意去选的，但一次性的补偿又是我们保护干预中最常使用的。因为对于政府或是很多机构，一次性补偿最容易看到短期效果。但很多人没有金钱管理能力，一次性补偿后直接把钱花完了，长期行为没有变化。
这涉及保护生物学上的概念，conditionality，约束性，就是说补偿或利益应该建立在遵守协议之上。一次性的补偿没办法进行约束，而长期的补偿方式，一直有约束力在。其实居民也偏好长期补偿，因为他们需要有人帮忙维持现金流。
另外还可以通过市场解决。例如减少放牧量的同时提高单位的收益，这需要借助于新型技术，例如耳标系统去约束牧民遵守相应的养殖方式。但前提是要有比较严格的监管体系，有政府部门之间的协作和市场的管理。现在我们在平武做的事，县政府也有投入，所以我们也在观察问题会不会得到有效解决。
放牧不光分布在王朗这一个地方，而是分布在整个熊猫栖息地，后来几年我们关注应该怎样在整个熊猫栖息地解决放牧问题。熊猫国家保护公园的面积非常大，分布在不同山系，里面有大概12万居民。白马乡原来并不在保护地范围内，但现在在保护地范围内了；原来我们认为是合法的事情，现在要怎样规定，来减少对保护地居民的影响。我们从最北边的岷山，到邛崃山，到大小相岭，再到凉山，都选了相应的点来看这个问题。
我们关注不同的放牧类型对于大熊猫的影响。因为大熊猫是伞户物种，我们也在调查其他的大型兽类、小型兽类、鸟类。我们也针对不同社区进行调查。这里面涉及到很多少数民族，例如藏族、羌族、白马藏族、彝族，他们对于放牧或者家畜的依赖性可能是不一样的。根据不同的片区提出适应性的管理计划，同时进行约束和更新，可能是解决熊猫栖息地放牧问题的一种更好的方式。
第四部分
在地识别熊猫生物个体
在我们研究的过程中还有一个问题很有意思。我们到一个保护区，经常会问在地人员这里有多少只熊猫。在地人员会说根据上次大熊猫全国调查，或者根据某个机构调查，我们保护区里有多少只。我们发现这是一个很多物种保护都存在的问题，就是实地保护的人并不清楚自己保护区到底有多少只保护目标，他们要依赖于外界的力量来回答这个问题。而进行保护措施及时性调整的人是在地的这些人，他们没办法回答这个问题可能会导致保护措施和保护成效有时间上的差异。
我们就在想怎么做到在地的个体识别。最开始是通过咬节法进行个体识别，熊猫的粪便里全是竹子，咬节是看熊猫咬下去的片段，这具有个体差异性。但是这存在很大的问题，熊猫吃的是竹竿还是竹叶，是不是处在繁殖季节都会影响准确率。因为繁殖季节熊猫会聚集在一起，这个时候进行个体识别就很困难。
还有利用粪便DNA来进行鉴别。但同时也存在问题，这要求捡到新鲜的粪便，同时其分析成本很高，可以做这个的实验室又比较少，所以基本上都是依赖于外界进行DNA识别。
所以这两种方法一个是准确率不高，一个是成本很高，但是可获得的信息又比较少。那有没有第三种方法？
后来我们想到足迹作为个体鉴别的特征，这有点像人的指纹。最开始这个方法其实是我们的合作者在非洲想到的，当时他们用戴项圈的方法做黑犀牛的研究，但是项圈是损伤性的个体追踪，因为要麻醉动物，还要更换项圈，那会儿的项圈还没办法自动脱落，有一些动物在慢慢长大的过程中出现了外伤；同时反复麻醉导致了雌性的生育率下降。想要保护一个物种，是想让它更好的繁殖，这种追踪方式导致它的生育率下降，是事与愿违的。后来他们发现他们的向导可以根据足迹辨认个体。这个传统的技能帮助了科学研究，他们利用图像识别和模型来进行个体识别，把传统的方式变成了可重复的科学研究的方式。
看这张图，熊猫前掌的有正常的五指，但它还会多出一个趾垫，这个趾叫做伪拇指，是假的第6趾，这其实是腕骨中的一块骨头特化出来的。这个特征带给熊猫的好处是可以对握，灵长类可以对握，但是大部分的哺乳类动物都不可以。对握的好处是可以更好地使用工具、操作物体，当这个特征留在地面上时，足迹的复杂性更高了，复杂性越高带来的信息越多。
最开始我们在圈养条件下收集已知个体的足迹，来进行算法开发，有的时候大家觉得跟熊猫打交道很开心，但熊猫并不配合，我们把四十几只熊猫足迹收集起来花费了很长时间。我们这套算法定义了7个中心点，我们没有使用边缘点的原因是熊猫所在的山地环境比较复杂，介质会有些变化，可能是雪、土或是沙子，相对来说它的边缘会有变化，但是它的中心位置基本上是重心所在的位置，所以变化并不大。通过确定这几个点，这个算法可以自动产生128个变量。
我们分析这些变量后发现有一些变量的组合可以很好地进行个体区分。每一个个体收集6个足迹，6个足迹可以提供个体内的差异。因为不是每一个足迹在个体内都是一样的，我们要考虑个体间以及个体内的差异，如果个体间的差异大于个体内的差异，同时知道其置信区间，我们就可以判断这是两个不同的个体；但假如它的置信区间相重合，意味着在统计意义上，这两个足迹链属于同一个个体，通过这样两两对照，我们就可以把足迹链跟个体相联系，建立树状图。
之后进行验证，先是模型内自我验证，准确率大概是90%；再进行野外数据收集，应用准确率也达到90%。之后尝试用有限的足迹量进行应用，因为足迹应当是同一只前足，6个足迹至少要走24步，在野外很难追踪到这么长的足迹链。我们用三个足迹去验证发现也可以达到89%的准确率。
足迹还可以进行性别鉴定。大熊猫在雌雄鉴别上比较难，尤其在野外，虽然个体间会有一些差异，但是它不会有明显的大小、颜色差异。而单一的足迹可以达到85%的鉴别准确率，用一条足迹链可以达到95%。
做熊猫个体鉴别最终要回归到真正在地做保护的人。我们现在在研发手机APP，能直接通过手机拍照进行数据采集并结合算法识别，判断监测到的是已知的个体还是新的个体。同时有很多人在国家公园旅游，公众如果不懂生物多样性，可能就是看看山看看水，看看植物挺绿的，识别不了物种；但假如告诉公众这里可能会有熊猫的足迹，足迹长什么样子，公众可能会有更深度的旅游经历，也可以调动公众来做数据收集，这种方式可以让大众更好地参与保护。
这一部分是我们想继续推进的。我们和美国统计学公司SAS的JMP软件合作，并把软件免费提供给所有在地保护的人使用，希望能够低费高效地保护物种。
我们现在在关注的是生物多样性和健康的关系，包括放牧会不会对人兽共患病产生影响等。可惜今年由于疫情的影响，研究不太好进行，我也被迫来大理进行远程工作，也恰巧来到这里给大家做分享。但我觉得也挺好的，因为疫情大家考虑的事情多了很多，包括生物多样性和物种保护之间的关系，生物多样性和人类之间的关系，生物多样性和公共健康的关系等等。所以我觉得2020年还是一个超级年，从我们合作的一些国际项目来看，大家都在提生物多样性的保护和人类健康的关系。栖息地的保护是最早最有效的防止疾病大爆发的方式，而且费用会更低。我们在做的很多事情，在地的物种保护，其实都是利用不同的方式，保留原生状态，维护其相互制约的关系，约束病菌产生溢出效果，减少对人类社会正常运行的影响。很有幸跟大家分享这些。
编辑：薏仁
审核：李彬彬
排版：菲菲
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