Overlooked risks and opportunities in groundwatersheds of the world’s protected areas
by Xander Huggins et al.
Nature Sustainability, 2023
Article
内容概要
保护区是保护生物多样性、维持生态系统服务及提升人类福祉的关键手段。包括昆明-蒙特利尔生物多样性框架在内的生物多样性全球倡议往往追求扩大保护区面积或者增强保护区连通性，而这些都是侧重于控制土地利用的“地面”过程，却忽视了保护区周围地区的人类活动干扰通过地下水影响保护区这一情况。
本文基于水文分析方法绘制了世界保护区的地下水流域图，并基于此评估了其对生物多样性保护的潜在影响。结果显示，85%具有地下水依赖生态系统（Groundwater-dependent ecosystems, GDEs）的保护区所关联的地下水流域没有得到充分地保护，即地下水流域的部分区域位于保护区外。一半保护区的地下水流域的空间范围大部分（＞50%）位于保护区的边界之外。这些发现凸显了保护区关联地下水流域缺乏保护对保护区的广泛潜在风险，强调了实施基于地下水流域的保护和管理措施的必要性。明确保护区关联地下水流域的范围有利于增强保护区连通性，而对地下水流域的保护和管理可以较大程度地避免保护区中依赖地下水的生态系统受到外部威胁。
Fig 1. 全球保护区及保护区内地下水依赖生态系统(GDEs) a.GDEs的类型与不同类型的同时分布 b.不同GDE类型的面积比例 c.保护区的空间分布 d.GDE在不同保护区类型中的面积比例 e.不同GDE类型中不同保护区类型的面积比例
关键方法
地下水流域划分：主要参考地表流域划分的方法，并对其进行简单修正以适配地下水流域划分。采用开源平台Whitebox Geospatial的水文分析工具箱，以8领域确定水流流向，并基于地下水水位高程开展流域划分。水位高程是地表流域划分时所用“高程”指标的替代，通过水位深度减去地表高程得到。本文中流域水流的汇水点为保护区内的地下水依赖生态系统（GDEs）。地下水位（潜水）数据来自于全球潜水水位数据集，由月水位依据月天数加权平均得到。
Fig 2. 保护区与地下水流域概念图
GDEs识别：文章通过识别依赖地下水的生态系统（GDEs）来确定保护区对地下水流域的依赖性。主要识别了三类GDEs:(1)将植物根系深度达到地下水位深度的栅格确定为陆地GDEs;(2)将现有数据库所识别的依赖地下水的湿地和湖泊识别为lentic GDEs;(3)将常年稳定性河流识别为lotic GDEs。
地下水流域与保护区的关联：文章将每个GDE栅格所属的流域作为GDE所属保护区的关联流域。如果同一个流域同时关联两个保护区，为了避免重复统计，将流域上游栅格分配给上游保护区，而下游栅格分配给下游保护区。
RGS与UGR：相对地下水流域面积（RGS）是一个生态水文指数，由总地下水流域面积除以地下水依赖生态系统面积得到；流域保护不足率（UGR）是一个社会水文指数，由保护不足地下水流域面积除以总地下水流域面积得到。
Fig 3. GDEs识别、RGS &UGR的计算方法
编者评述
目前的保护区侧重于对陆地的保护和地表土地利用的限制，而本文则聚焦于地下水流域，基于水文分析识别了保护区关联的地下水流域，并揭示了当前保护行为对地下水流域保护的缺位。文章指出，农业活动、采矿、抽取地下水等行为会对地下水造成影响，而受影响地下水又可能进一步对其关联保护区的生态系统造成损害，人们应当重视对保护区关联的地下水流域的保护。考虑到数据限制及研究尺度较大，本文划分地下水流域的方法较为简化，如作者在讨论中所言，若开展小尺度研究可以进一步完善该方法，以提高精细化程度。
Fig 4. 世界保护区内的地下水流域及RGS指标 a.各保护区的RGS b.不同干旱类型区的RGS c-e. 地下水流域范围、GDEs及保护区局部展示
Fig 5. 地下水流域对保护的影响 a.未充分保护的保护区关联地下水流域的人类改造指数 b. UGR与人类改造梯度之间关系的四象限图 c. 各生态区的UGR与人类改造梯度
Huggins, X., Gleeson T., Serrano D., et al. (2023) Overlooked risks and opportunities in groundwatersheds of the world’s protected areas. Nature Sustainability.
https://doi.org/10.1038/s41893-023-01086-9
*第一作者：Xander Huggins
*通讯作者：Xander Huggins
*第一作者单位：维多利亚大学土木工程系（Department of Civil Engineering, University of Victoria, Victoria, British Columbia, Canada)
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撰稿丨DoraGeomon
审核丨Geoffery, &GeoDuo
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