Climate change threatens giant panda protection in the 21st century

שינויי אקלים מאיימים על הגנת פנדות ענק במאה ה -21

12 בדצמבר 2014

מילות מפתח: אינטראקציה ביוטית, שינוי אקלים, יעילות השימור, מדיניות שימור, בתי גידול של פנדה ענקית

תַקצִיר
יותר ויותר מכירים כי אינטראקציות ביוטיות יכולות למלא תפקיד משמעותי בעיצוב תפוצת המינים. כדי להעריך את יעילות השימור של עתודות הפנדה הענקיות (Ailuropoda melanoleuca)  באקלים משתנה, שילבנו משתנים ביוטיים (זמינות מזון) ואביוטיים (אקלימיים וגיאוגרפיים) כדי להקרין את השינויים הפוטנציאליים של תפוצה ואיכות בתי גידול ענקיים של פנדה באמצעות תרחישי האקלים האחרונים של IPCC-CMIP5 .

התוצאות שלנו הציעו כי שינויי אקלים ישפיעו לרעה על פנדות ענק באמצעות הכחדה של בתי גידול, בכך: (1) 52.9-71.3% מבתי הגידול הנוכחיים עלולים ללכת לאיבוד; (2) בתי הגידול הענקיים של הפנדה יכולים להיות מקוטעים ומבודדים יותר; וגם (3) גם כמות ואיכות בתי הגידול בשמורות הפנדה הענקיות הנוכחיות עשויות להתכווץ באופן משמעותי, וכ -20% מהשמורות עלולות לאבד את כל ייצוג בתי הגידול במאה זו. בנוסף, מצאנו כי שינויי אקלים ידרשו יותר ויותר להעביר אוכלוסיות קטנות של פנדות מדרום-מערב לחלק הצפון-מערבי של תחום התפוצה הנוכחי כדי להבטיח את כדאיות האוכלוסייה. התוצאות שלנו מצביעות על הצורך בשינוי מיידי במדיניות השימור הנוכחית ובגיבוש תוכניות הסתגלות לשימור פנדות ענק באקלים משתנה.

1. הקדמה

שינויי אקלים מהירים זכו להכרה רחבה כאיום חמור על המגוון הביולוגי וצפויים לקיים אינטראקציה עם גורמים סביבתיים אחרים, מה שיוביל לשינויים בהפצת המינים, בתולדות החיים, בהרכבים קהילתיים ובפונקציות של המערכת האקולוגית (Thuiller, 2007; Bellard et al., 2012 ; דייויס ואח ‘, 2014). שינויי אקלים עשויים להגדיל את הסיכון להכחדה של מינים שכבר נמצאים בסכנת הכחדה וכבר מאוימים על ידי אוכלוסיות קטנות, מגוון גנטי נמוך, התמחות בתי גידול או טווח גאוגרפי מוגבל (Moritz et al., 2008; Fordham et al., 2013). רוב המינים הנמצאים בסכנת הכחדה הם מינים המוגבלים לבתי גידול מוגבלים, פחות סובלניים פיזיולוגית לשינוי סביבתי ופחות מסוגלים לנדוד / להתפזר כדי לעקוב אחר שינויי האקלים (Svenning and Skov, 2004; Maclean and Wilson, 2011). אתגר מרכזי בתכנון השימור עבור מינים אלה, בפרט, הוא לשלב את ההשפעות על שינויי האקלים באסטרטגיות לשימור המינים (Araújo and Rahbek, 2006; Willis and Bhagwat, 2009; Strange et al., 2011).

תחום דוגמנות הפצת המינים פיתח גישות דוגמנות חזקות ומתוחכמות יותר ויותר יכול להסביר את הטווחים הדינמיים של בתי גידול למינים. מודלים רבים של חלוקת מינים (SDM), כולל גישות מעטפת מבוססות-תהליכים וביו-אקלים, נעשה שימוש נרחב כדי לחקור את ההשפעות של שינויי האקלים על טווחי המינים (Thuiller et al., 2009). למרות שמודלים מבוססי-תהליכים מסוימים יכולים לשלב בהצלחה דינמיקות פיזור ומטא-אוכלוסין בתחזיות של טווחים גיאוגרפיים של מינים (אנדרסון ואח ‘, 2009; פורדהאם ואח’, 2013), רוב המודלים הקיימים כיום מורכבים מדי בפרמטריזציה אימות במודל ויישום (פירסון ודוסון, 2003). למודלי המעטפת הביו אקלימיים יש מגבלות שונות (כמו הנחת שיווי משקל, הנחה של דגימה מלאה של נישת מינים, והכללה לא מספקת של הסתגלות, התפתחות ופיזור), הם עדיין משמשים חוקרים רבים (Hannah et al., 2002 ; האנטלי ואח ‘, 2010; אראוג’ו ופיטרסון, 2012). עם הבנה טובה של טכניקות העיצוב בחירה קפדנית של משתני הסבר ואימות מודלים ובדיקות מתאימים, מודלים אלה עדיין יכולים לספק מידע חשוב על ההשפעה הפוטנציאלית של שינויי האקלים על תזוזות טווחי מינים, ולעזור ליידע את החלטות השימור באקלים משתנה ( Hijmans and Graham, 2006; Araújo and Peterson, 2012).

מרבית ה- SDM מסתמכים מאוד על נתונים אקלימיים כמשתנים מנבאים מבלי לקחת בחשבון כל אינטראקציה ביוטית, כגון תחרות עם מינים אחרים או אנשים אחרים, טורפים ושינויים בזמינות המזון (Preston et al., 2008). עם זאת, חוקרים אחדים הציעו כי אינטראקציות ביוטיות אלה עשויות להיות קריטיות לשיפור כוח הניבוי של SDM (Miska ו- Araújo, 2007; Preston et al., 2008; Boulangeat et al., 2012), במיוחד אלה על פני רמות טרופיות (Vander Putten et al., 2010; Barbet-Massin and Jiguet, 2011). ידוע כי שינויי אקלים עשויים לשנות את האינטראקציות הביוטי, ולהשפיע על התפלגות המינים באופן ישיר ועקיף. לכן, חייבים לכלול אינטראקציות ביוטיות ב- SDM לצורך חיזוי השפעות ארוכות טווח על שינויי אקלים, כגון תזוזה של מינים, במיוחד עבור מינים עם הרגלי האכלה מיוחדים (Bateman et al., 2012).

הפנדה הענקית (Ailuropoda melanoleuca), המין הקיים היחיד של שושלת הפנדה (Zhao et al., 2012) ואחד המינים הנמצאים בסכנת הכחדה בעולם, חי כיום בשישה רכסי הרים מבודדים במחוזות סצ’ואן, שאאנשי וגאנסו בדרום -מרכז סין. תפוצתו הנוכחית צומצמה לפחות מ -1% מהטווח ההיסטורי שלה (Loucks et al., 2001). הסכנה נובעת בעיקר מפעילות אנתרופוגנית, כמו ציד והרס בית גידול במהלך 3000 השנים האחרונות (Zhao et al., 2012). השפעה זו מחמירה על ידי המגבלות הביולוגיות של המין, כולל התמחות תזונתית, שיעורי רבייה נמוכים וזרימת גנים מוגבלת (Liu et al., 1999; Lv et al., 2001). הפנדה הענקית הייתה פעם חיה טורפת גדולה, לאחר מליון שנות אבולוציה והסתגלות לשינוי סביבתי היא התפתחה בהדרגה למין מיוחד, 99% מהתזונה שלה מורכבת כעת מבמבוק פשוט (Zhao et al., 2012). בעשורים האחרונים, ממשלת סין וכמה ארגוני שימור יישמו תוכניות מחקר ושימור רבות שמטרתן למנוע הכחדה ולקדם התאוששות אוכלוסיות של פנדות ענק. לדוגמא, הוקמו למעלה מ -60 שמורות טבע המיועדות לשמורות פנדה ענקיות בתחום המינים הנוכחי (Hu et al., 2011). כתוצאה מכל מאמצי השימור הללו, אוכלוסיית הפנדות הענקית בטבע התאוששה בהתמדה מ- 1114 בשנות השמונים עד 1596 כיום (מינהל יערות המדינה, 2006).עם זאת, האוכלוסייה נחשבת לפגיעה לאקלים החם והיבש שילך ויתגבר כצפוי להתרחש במאה זו (Liu et al., 2004; Wang et al., 2010). שינויי אקלים עשויים לצמצם משמעותית את שטח בתי הגידול הענקיים של הפנדה (Songer et al., 2012; Fan et al., 2014) וגם את אספקת המזון (Tuanmu et al., 2013) בשמורות הפנדות, ולסכן את יעילותם השמירה על אוכלוסיות פנדה ענקיות בעתיד.

מטרת מחקר זה היא לבצע את ההערכה המקיפה ביותר עד כה על השפעות שינויי האקלים על תפוצתם העתידית של פנדות ענק. כאן, בהתבסס על סקר השטח המקיף על פנדות ענק ותחזיות האקלים העדכניות ביותר, השתמשנו במשתנים אביוטיים (אקלימיים וגאוגרפיים) וגם במשתנים ביוטיים (זמינות במבוק) על מודלים ביו-אקלים כדי להקרין את השינויים האפשריים בפיזור המרחבי ובאיכותם של פנדה ענקית. בתי גידול במאה זו והעריכו את המשמעות של שינויים אלה על יעילות השימור של שמורות הפנדה הענקיות.

1. חומרים ושיטות

2.1 אזור הלימוד והנתונים

מאגר המידע ששימש במחקר נערך במהלך הסקר הלאומי השלישי על פנדות הענק (מינהל יערות המדינה, 2006). סקר רחב היקף זה נערך באמצעות 11,174 טרנסקטים, ששטחם 57 מחוזות בשישה רכסי הרים – קווינלינג, מינשן, קיונגגליישן, דאקסיאנגלינג, שיאוקסיאנגלינג וליאנגשאן, הממוקמים במחוזות סצ’ואן, שאנשי וגאנסו בסין. נתונים אלה כוללים נקודות נוכחות של פנדות ענק כפי שאותתו גללים, שרידי הזנה וטביעות רגליים (N = 10,000), מפת תפוצה דיגיטלית של במבוק וגבולות שמורות הטבע. הטרנסקטים נבחרו במפה טופוגרפית של 1: 50,000 או 1: 100,000, וטרנסקטור אחד הוצב ל 800 דונם באזורי מפתח ואחד ל 2400 דונם באזורים אחרים. הטרנסקטים התרחבו מגבהים נמוכים לגבוהים במורדות ההרים, תוך התחשבות בהתפלגותם של מיני במבוק ובתי הגידול הענקיים של הפנדה על פי רשומות קודמות. לאורך כל טרנסקטור הוקמו ונחקרו לא פחות מארבע חלקות של 20 מ ’20 מ’. מפת הבמבוק הורכבה מ -16 מיני במבוק (לוח A1) התורמים ליותר מ 99% מהתזונה של הפנדה הענקית. זה הצליח להסביר מעל 95% משטח התפוצה של כל מיני הבמבוק בבתי הגידול הענקיים של הפנדה (מינהל יערות המדינה, 2006). התפלגות מיני הבמבוק ממופה על מפה טופוגרפית של 1: 50,000 על סמך סקר השטח האינטנסיבי לייצור קובץ צורה. מפת חלוקת במבוק זו הוסבה אז לרשת נוכחות של קילומטר כדי להיות תואמת לנתונים אחרים. לבסוף, בחרנו באופן אקראי רשתות שונות מטווח התפוצה שלהן כנקודות נוכחות לכל אחד מ -16 מיני הבמבוק. בסך הכל נבחרו 5981 נקודות נוכחות ושימשו לחקר הקשר בין מיני במבוק אלה לבין משתנים ביו-אקלים. הגבולות של 40 שמורות טבע נוספו על ידי נתונים של וו ואח ‘. (2011). באמצעות נתונים משלימים אלה הצלחנו לנתח 59 שמורות טבע בסך הכל. כדי להכיל מינים פוטנציאליים המפוזרים תחת שינויי אקלים עתידיים, הרחבנו את שטח המחקר מעבר לשישה רכסי הרים בשלושת המחוזות (איור 1). הגובה של אזור מחקר זה נע בין 273 מ ‘ל 6298 מ’.19 משתנים ביו-אקלים ברזולוציה של 30 שניות התקבלו ממאגר (Worldclim Hijmans et al 2005) עבור האקלים הנוכחי (1950–2000) ותרחישי אקלים עתידיים לשנת 2070 (ממוצע 2061–2080). הנתונים המיושמים כאן הם תחזיות האקלים האחרונות של IPCC-CMIP5 מחמישה מודלים למחזור גלובלי (GCM) (טבלה A2) תחת שלושה מסלולי ריכוז מייצגים (RCP 2.6, 4.5 ו- 8.5). כדי למזער את התאמת היתר של המודלים, חישבנו יחסי גומלין בין 19 משתנים ביו-אקלים, והסרנו אחד משני המשתנים כאשר מקדם המתאם> | 0.70 | הושג. כתוצאה מכך, שימשו שמונה משתנים ביו-אקלים (טבלה A3) לבניית מודלים לתפוצת מינים עבור במבוק ופנדה ענקית.

משתנים סביבתיים אחרים הנחשבים כמניעים חשובים להפצות פנדות ענק (Liu et al., 1999; Shen et al., 2008) שימשו גם לבניית מודל חלוקת בתי הגידול הענקיים של הפנדה, כולל גורם ביוטי (זמינות במבוק) גורמים טופוגרפיים (שיפוע והיבט). שילבנו גם את ההשפעה הפוטנציאלית של הפרעה אנושית במודל הפנדה הענק שלנו, שכן ידוע כי הפרעה אנושית מעצימה את ההשפעות השליליות של שינויי האקלים באמצעות אובדן בתי גידול ופיצול (Fan et al., 2014). רמת ההפרעה האנושית נאמדה על פי מרחק בית הגידול מאזורי מגורים וכבישים. שיפוע והיבט נגזרו מ- DEM ברזולוציה של 90 מ ‘, שהושגה מ- USGS. מפות כיסוי קרקע התקבלו ממכון לחקירות ותכנון יערות בסצ’ואן, שהתפרשו מתמונות TM שצולמו בשנת 2007. מפת דרכים (1: 250,000) התקבלה מהמרכז הלאומי לגאוגרפיה היסודית. מיקומי כל הכפרים נרכשו מהמכון למדעים גיאוגרפיים ומשאבי טבע של האקדמיה הסינית למדעים. כל השכבות המרחביות של המשתנים הסביבתיים הללו הודגמו מחדש לרזולוציה של 30 שניות כדי להתאים לזו של משתנים ביו-אקלים. מכיוון שלא ניתן להשיג תחזיות עתידיות אמינות של משתנים אלה (כיסוי קרקע, מרחק מאזורי מגורים וכבישים) ומכיוון שכלולים משתנים סטטיים ב- SDM לצד משתנים דינמיים יכולים לשפר את ביצועי המודל (Stanton et al., 2012), שמרנו על המשתנים הללו סטטיים בתחזיות שלנו.

1. עיצוב ובדיקת תפוצת מינים

גישת האנטרופיה המקסימלית (פיליפס ואח ‘, 2006) הופעלה על מנת להקרין התאמת בית גידול הן לבמבוק והן לפנדות ענק. גישה זו הוכיחה שהיא אחד המודלים המניבים את הביצועים הטובים ביותר לחיזוי התפלגויות של מינים עם נתונים על נוכחות בלבד (Elith et al., 2006; Hijmans and Graham, 2006), והיא הוחלה בהרחבה על טווח מינים של פרויקטים ומשמרות צמחייה תחת שינויי אקלים (Rebelo et al., 2010; Ponce-Reyes et al., 2012; Wong et al., 2013). ההיקף המלא של שטח המחקר שימש להפקת נתוני רקע (פסאודו-היעדר) לשיפור ביצועי המודל (VanderWal et al., 2009). ביצענו 10 שכפולות לכל מיני במבוק ומקסימום 500 איטרציות לפנדה הענקית, תוך שימוש בהליך אימות צולב שבו חילקנו את מערך הנתונים שלנו באמצעות 75% מהנתונים לכיול המודל ושמירה על 25% מהנתונים לצורך הערכה. שינויי אקלים עשויים להשפיע על התפלגויות פוטנציאליות של מיני במבוק שפנדות ניזונות ממנו, והוא יכול להשפיע גם על התנהגויות ופיזיולוגיות של פנדות. השתמשנו לראשונה בשמונה משתנים ביו-אקלים כדי להקרין את הסתברות ההפצה הנוכחית והעתידית של 16 מיני במבוק. אין ראיות מספקות המעידות על אילו מבין 16 המינים האלה פנדות ענק מעדיפות יותר מכל. לכן ריכזנו את התפוקות למפה אחת של התאמת יער במבוק עם ההסתברות המרבית של 16 מינים בכל פיקסל (איור 2), בהנחה שפנדות ניזונות ממיני הבמבוק השונים באותה מידה. הכללת אינטראקציות ביוטיות עשויה לשפר את יכולות ההסבר והניבוי של SDM תחת שינויי אקלים (Preston et al., 2008; Bateman et al., 2012), ולכן בנינו את מודל ההפצה לפנדה הענקית באמצעות התאמת במבוק, שמונה הנבחרים. משתנים ביו-אקלים, וחמישה משתנים סביבתיים (שיפוע, היבט, מרחק מאזורי מגורים, מרחק מכבישים וכיסוי קרקע) כמנבאים. בסך הכל חמישה GCM שימשו להפקת תפוקות הסתברות לכל תרחיש. השתמשנו בסבירות החיזוי הממוצעת להתרחש על פני חמשת ה- GCM עבור כל רשת כתחזית הקונצנזוס שלנו, שהייתה אחת השיטות הטובות ביותר לפיתוח תחזית אנסמבל (Hole et al., 2009; Marmion et al., 2009). בהמשך, יישמנו את ההסתברות החזויה הממוצעת להגדרת התפלגות נוכחות – היעדרות של בתי גידול ענקיים של פנדה, שכן שיטה זו נמצאה כגישה חזקה (Liu et al., 2005). אזורים תחת העקומה המאפיינת את הפעולה (AUC) היא גישה נפוצה להערכת ביצועי המודל של מודלים להפצת מינים, אך זהו מדד שאינו אמור להיות מיושם על חיזויים בינאריים (Lobo et al., 2008; Li ו- גואו, 2013). במחקר זה אימצנו את AUC כדי להעריך את ביצועי המודל של דגמי מיני הבמבוק שלנו, בעוד שסטטיסטיקה של מיומנות אמיתית (TSS) שימשה להערכת ביצועי המודל של מודל הפנדה הענק שלנו. TSS מיושם יותר ויותר כמדד פשוט ואינטואיטיבי לביצועים של מודלים להפצת מינים הבנויים מנתונים נוכחיים בלבד וחיזויים בינאריים מיוצרים על ידי יישום ספים (Allouche et al., 2006).

1. התאמת בית גידול ומיון

אימצנו טכניקת התאמת בתי גידול (Dayton and Fitzgerald, 2006) כדי לזהות את ההתפלגויות של סוגים שונים של התאמת בתי גידול לפנדות ענק. מודל התאמת בתי הגידול נבנה על פי קריטריונים לבחירת בתי גידול של פנדות ענק, כולל התאמת במבוק, כיסוי קרקע, גובה, שיפוע, היבט, מרחק מאזורי מגורים ומרחק מכבישים (Liu et al., 1999; Shen et al., 2008). ערך התאמה של 1 (יותר התנגדות או פחות נגישות) עד 50 (פחות עמידות או נגישות גבוהה) הוקצה בכל תא פיקסל כדי לציין התאמה על פי המחקר הקודם על תצפיות מומחים על פנדות ענק (לוח A4) (Shen et. al., 2008), אז פיתחנו מפת התאמה משולבת של בתי גידול על ידי קביעת המשקולות של כל השכבות בתהליך ההיררכיה האנליטית (AHP) (Saaty, 1990) ושילוב השכבות עם גישת השילוב הליניארי המשוקלל. לבסוף, סיווגנו מחדש בתי גידול של פנדה לבתי גידול שוליים, מתונים ומתאימים ביותר תוך שימוש בסיווג סטיית תקן (Liu and Li, 2008).

1. ניתוח מרחבי של ההשפעות האפשריות של שינויי אקלים

יישמנו את FRAGSTATS (גרסה 4.2) (McGarigal et al., 2012) כדי לחשב את מדד התיקונים הממוצע של סוגים שונים של בתי גידול ענקיים של פנדה כמדד לפיצול בתי גידול. השתמשנו גם בניתוח הכיסוי כדי להעריך את דפוסי התפוצה והשינויים הפוטנציאליים של סוגים שונים של בתי גידול ענקיים של פנדה. השינוי הפוטנציאלי בפיזור בתי הגידול תחת שינויי אקלים חושב על ידי חפיפת מפות חלוקת בתי גידול עכשוויות ועתידיות. זה איפשר לנו לזהות אזורים באזור הגידול שצפויים לאבד, להרוויח או להישאר בתרחישים אקלימיים עתידיים. לאחר מכן, כיסינו את מפות בית הגידול המוצגות של פנדה בגבול 59 שמורות טבע כדי לחקור את יעילות השימור של שמורות אלה בהגנה על פנדות ענק תחת שינויי אקלים.

1. תוצאות

ערכי AUC הממוצעים הגבוהים (> 0.96) עבור כל הדגמים של 16 מיני הבמבוק (טבלה A1) הצביעו על כך שהמודלים שלנו יכולים לתפוס באופן סביר יחסי במבוק-אקלים, ובכך ניתן להשתמש בהם כדי להקרין את התאמת בית הגידול העתידי של מיני במבוק. ה- TSS הגבוה (0.71) לפנדות ענק גם הצביע על כך שהמודל שלנו מבצע ביצועים טובים בהקרנת חלוקת בתי גידול ענקיים לפנדה. כפי שנקבע על ידי ניתוח הסכינים במקסנט, אחוז התרומות של המשתנים במודל הפנדה כמדורג מהגבוה לנמוך היה: זמינות במבוק (46%), משקעים ברבעון היבש ביותר של השנים (11%), הטמפרטורה הממוצעת של הרבעון החם ביותר של השנים (10%), עונתיות משקעים (9%), שיפוע (8%), טווח יומי ממוצע (7%), עונתיות טמפרטורה (5%) וששת המשתנים האחרים (4%). מצאנו כי זמינות במבוק מילאה תפקיד חשוב בדוגמנות התפוצה המרחבית של בתי גידול ענקיים של פנדה. התוצאות שלנו הצביעו על כך ששינוי האקלים יחול באופן דרמטי להקטין את שטח בתי הגידול הענקיים של הפנדה (איור 3). לפי תרחיש שינויי האקלים 8.5 של מסלול הריכוז המייצג IPCC-MIP5 (RCP), אילוץ קרינה גבוה של 8.5 ואט / מ”ר, השטח הכולל של אזור בתי הגידול לפנדות ענק (כולל בתי הגידול החדשים המתאימים לאקלים) יפחת מ -2.89 מיליון הדונם הנוכחיים 1.31 מיליון דונם עד 2070, צמצום של 71.3%. תחת RCP 4.5, חציון של קרינת קרינה של 4.5 W / m2, שינויי האקלים יביאו להפחתת בתי גידול של 55.9% עד שנת 2070. גם תחת RCP 2.6, הכוח המקרין הנמוך ביותר, אזור הגידול עדיין יפחת ב -52.9% באותו תקופה (לוח A5).

בנוסף לירידה בשטח בית הגידול המתאים, שינויי אקלים יפגעו גם באיכות בתי הגידול. בתי הגידול המתאימים ביותר עשויים להיות מושפעים ביותר משינויי האקלים. במסגרת RCP 2.6, שיעור בתי הגידול המתאימים ביותר יקטן מ -54.2% הנוכחי ל -45.6% עד שנת 2070 (איור 4). למרות שבתי גידול מתאימים למדי יגדלו בפרופורציות, השטח הכולל יקטן באופן דרמטי (לוח A6). ירידה נוספת באיכות בתי הגידול תגרום להחמרת פיצול בתי הגידול. לפי RCP 2.6, גודל החלקים הממוצע של בתי גידול יקטן מ 652.5 דונם הנוכחי ל 531.1 דונם בשנת 2070. בתי הגידול המתאימים ביותר יסבלו מהפיצול החמור ביותר בשינויים האקלימיים בעתיד, כאשר גודל החלקים הממוצע יקטן ב 30.1%. RCP 8.5 ו- RCP 4.5 יפיקו השפעות חמורות עוד יותר על בתי גידול של פנדה ענקיים מאשר RCP 2.6 (טבלה 1).

יתר על כן, שינויי אקלים יובילו לשינויים אופקיים וגם לגובה בפיזור בתי הגידול הענקיים של פנדה, כאשר שלושת ה- RCPs ייצרו מגמות דומות של השפעה (איורים 4 ו- 5). באופן ספציפי יותר, בהרי מינשאן, גידול באזור הגידול הצפוי מערבה ואבידות גידול צפויות בחלק המרכזי יניבו שינוי מערבי של טווח הגידול הכללי. הרי צ’ינגלינג וקיונגגליישאן יראו התכווצות משמעותית של אזורי בתי הגידול לכל הכיוונים. כתוצאה מכך, כמעט כל בתי הגידול המתאימים לפנדה הענקית יאבדו תחת כל אחד משלושת ה- RCPs בעתיד. יש לציין כי היעלמותם של בתי גידול מתאימים בהרי קיונגגליישן תחצה את טווח הגידול העתידי לשני חלקים מבודדים, וייצר פער עצום לתנועת בעלי חיים, ומכאן, מכשול מרכזי בזרימת הגן. בתי הגידול המתאימים בהרי דאקסיאנגלינג יעברו גם התכווצות משמעותית. בסופו של דבר, נותרו רק חלקים בודדים של בתי גידול מתאימים בחלקו המערבי של ההר בהמשך המאה (איור 4). הגובה הממוצע של טווח בית הגידול הענק של הפנדה יגדל מ- 2576 מ ‘ל 2634 מ’, 2899 מ ‘ו- 2997 מ’ עבור RCP 2.6, RCP 4.5 ו- RCP 8.5 בהתאמה. בסוף המאה, בתי הגידול המתאימים מתחת ל 1500 מ ‘ כמעט ייעלמו, בעוד ששיעור בתי הגידול הגבוהים (> 3100 מ ‘) יגדל משמעותית (איור 4 וטבלה A7). בתי הגידול המתאימים החדשים הצפויים לעתיד יהיו ככל הנראה באזורים בגובה רב בהר מינשאן וליאנגשאן. השטח המחוספס והתלול באזורים אלה (איור 3) יעלה לפנדות ענק יותר אנרגיה למציאת אוכל ובני זוג (Wei et al., 1999), כלומר אזורים אלה אינם אופטימליים לאיכלוסן של פנדות הענק.

צמצום ושינוי בתי גידול של פנדות ענק ישפיעו באופן עמוק על יעילות השימור של עתודות הפנדה הענקיות הנוכחיות. עם זאת, שינויי אקלים יצמצמו באופן דרמטי את התפלגות בתי הגידול בשמורות אלה (איור 5). במסגרת RCP 2.6, עתודות אלה יוכלו להגן רק על 29.5% מבתי הגידול המתאימים עד שנת 2070. באופן ספציפי, 33 משמורות הפנדה הענקיות הנוכחיות יאבדו יותר מ- 50% מבתי הגידול עד שנת 2070. יתר על כן, בתי גידול ענקיים של פנדה יאבדו את כל ייצוג ב- 11 משמורות הטבע עד שנת 2070. מספר שמורות הטבע ללא בתי גידול מתאימים יגיע ל- 20 ו- 20 עד שנת 2070 עבור RCP 4.5 ו- RCP 8.5 בהתאמה (לוח 2). שמורות הטבע שיחוו את אובדן הגידול הגדול ביותר תחת שינויי האקלים, נמצאות בהרי צ’ינלינג, קיונגלאישאן ודקסיאנגלינג. שינויי אקלים ייצרו גם בתי גידול חדשים, אך רק 25.4-31.2% מבתי הגידול החדשים יהיו מוגנים על ידי שמורות טבע עד שנת 2070 אם לא יוקמו שמורות נוספות באזורים אלה בעתיד.

דִיוּן

שימור יעיל של בתי גידול ענקיים של פנדות דורש הגנה ושחזור של במבוק, במיוחד עבור יערות בעלי צמחים ישנים שבהם במבוק מהוות את הסטנדרט (Zhang et al., 2011). תוצאות המודל שלנו הצביעו על כך שיערות הבמבוק הללו בבתי הגידול הנוכחיים של הפנדה יתכווצו במהירות במהלך המאה ה -21 עם שינויי אקלים מתמשכים (איור 2). פנדות ענק חיו בעבר באזורים חמים בגבהים נמוכים יותר וצרכו מינים רבים אחרים של במבוק שהפנדות הענקיות כבר לא ניזונות מכיוון שהן עברו לגבהים גבוהים יותר כדי למנוע מתח אנתרופוגני (Loucks et al., 2001). ככל הנראה, ככל שמתחמם האקלים, אותם מיני במבוק בגבהים נמוכים יותר ואזורים דרומיים יותר יכולים לנוע כלפי מעלה וצפונה ולהחליף את מיני הבמבוק בהם פנדות ענק תלויות כיום. עם זאת, לכל מיני הבמבוק יכולת פיזור מוגבלת מאוד; הם מתרבים בעיקר ללא מין על ידי גידול יורה חדש מקני שורש בעלי קצב גידול של פחות מ -6 מ ‘בשנה (Fan, 1999). יכולת הפיזור האיטית של מיני במבוק עקב קולוניזציה מיוחדת עשויה למנוע מהם ליישב באופן מלא בתי גידול פוטנציאליים חדשים. כתוצאה מכך, סביר להניח שמיני במבוק מחוץ לבית הגידול הנוכחי של הפנדה לא יהפכו למקורות המזון היציבים של פנדות ענק בתוך 100 השנים הבאות – אלא אם כן יינקטו צעדים מלאכותיים כדי להקל על הפיזור. הגנה והחדרת במבוק באזורים המתאימים לאקלים, כמו הצד הצפוני-מערבי של הרי מינשאן, תסייע ככל הנראה לפנדות ענק להסתגל לשינוי האקלים העתידי. רבייה של במבוק מתרחשת אחת ל-60–120 שנה באמצעות פריחה המונית, כלומר פריחה בו זמנית של אותו מין באזור, ולעתים עם מינים סימפטריים אחרים, כאשר רוב הבמבוקים מתים זמן קצר לאחר מכן (Feng, 1991). ישנן עדויות חזקות לכך שפריחה המונית של במבוק מהווה איום נוסף על הישרדותן של הפנדות הענקיות. לדוגמא, הפריחה ההמונית בשנות השבעים והשמונים גרמה למותם של יותר מ -270 פנדות ענק בהר מינשאן (רעב) (פנג, 1991). אקלים חם ויבש יותר נחשב כזרז לפריחת במבוק (Qing, 1989), ולכן אירועים קטסטרופליים כאלה עלולים להתרחש בתדירות גבוהה יותר בעתיד. בראייה זו, הבטחה והגדלת מגוון הבמבוק עשויה להיות אמצעי יעיל להפחתת הסיכון לפריחה בו זמנית ולכן להבטחת ביטחון המזון לטווח הארוך של פנדה הענק באקלים משתנה.

למרות שהשטח הכולל של בתי הגידול העתידיים עדיין עשוי להספיק כדי לתמוך בגודל אוכלוסיית הפנדות הענקית הנוכחית, שינויי האקלים עשויים להוביל למחסור בבתי גידול מקומיים באזורים מסוימים. למעשה, האיום החמור ביותר עשוי להגיע מפיצול בתי גידול, מה שיצמצם את קישוריות בתי הגידול. זה בתורו ימנע זרימת גנים, ובכך יקטין את המגוון הגנטי הקריטי וכדאיות האוכלוסייה (Lv et al., 2001; Zhu et al., 2010). הנתונים מצביעים על כך שפיצול בתי גידול יפחית את קישוריות בתי הגידול בבתי הגידול המתאימים ביותר בפרט. זה יוביל לבידוד בקרב אוכלוסיות ותתי אוכלוסיות, וכתוצאה מכך ירידה במגוון הגנטי, ובכך יחליש את פוטנציאל המין להסתגל לשינויי אקלים עתידיים (Zhao et al., 2012). לפיכך הסיכון להכחדה של אוכלוסיות קטנות, כמו אלה בהרי שיאוקסיאנגלינג ודאקסיאנגלינג, בהם גודל האוכלוסייה הוא רק כ -32 ו -29 בהתאמה, יעלה (מינהל יערנות המדינה, 2006).

נקודות נוספות שיש לבצע עבור העיצוב

תוצאות: (1) צפוי כי בתי הגידול המתאימים החדשים עשויים להיות ממוקמים באזורים בגובה רב בהרי מינשאן וליאנגשאן, כאשר השטח הוא מחוספס ותלול כאחד (איור 3). המשמעות היא שלמרות שפנדות ענק עשויות להיות מסוגלות לנצל בתי גידול חדשים כאלה בעתיד, עלות האנרגיה של פנדות ענק למציאת מזון ובני זוג בשטח כה קשה עשויה להיות גבוהה מדי מכדי שהאזורים הללו יהפכו לבית גידול מתאים (Wei et al. , 1999). (2) שינויי אקלים צפויים להשפיע עמוקות על יעילות השימור הכוללת של עתודות פנדה ענקיות. מכיוון ששמורות פנדות הענק מכסות כיום כ 85% מבתי הגידול המתאימים, ומארחות יותר ממחצית מאוכלוסיות הפנדות הענקיות הפראיות (Hu et al., 2011), בתי הגידול הזמינים בשמורות הנוכחיות יפחתו בהדרגה אם לא ישונו עתודות אלה. או שלא עתידים להיבנות עתודות חדשות בעתיד.

באקלים המשתנה במהירות, קיים צורך קריטי לחשוב מחדש על גישת השימור הנוכחית ולשלב התאמת שינויי אקלים בתכנון השימור שלנו (Game et al., 2011). נטען כי כמה מינים תלויי יער (למשל אורנגאוטנים באינדונזיה או פנדות ענק בסין) עשויים להתמודד עם איום גדול יותר מאחרים על רקע שינויי אקלים. הסיבה לכך היא ששינויי האקלים יצמצמו וישנו את הצמחים שהם אוכלים, ולא ישאירו להם אפשרות לעלות הלאה לאזורים גבוהים יותר (סוהוד וסאלח, 2007). בסין, תוכניות שימור אקולוגיות רבות שהיו מיושמות באזור זה, כמו תוכניות ” תבואה-לירוק ” ותכנית ” יער כיור פחמן ” התמקדו במיני עצים הגדלים במהירות, ללא לשים לב לזמינות המזון של פנדות ענק. אנו מציעים שיש לקחת בחשבון שפע מזון ומגוון של מיני במבוק בכל פרויקטי הייעור ברחבי האזור. פיצול בית הגידול מאיים על שימור המינים, והשפעותיו צפויות להחמיר בעקבות שינויי האקלים. מחקר שנערך לאחרונה על אורנגאוטנים בסבאח, בורנו המלזי, העלה כי תחזיות התאמת בתי גידול עתידיות יכולות לשפר את היעילות של מסדרונות בתי גידול למינים פילופוטריים ארוכי טווח ופוריות נמוכה בסביבות המשתנות במהירות (Gregory et al., 2014).

לאור העתיד המצטמצם בתי גידול בשמורות הפנדות הענקיות, על תכנון וניהול היער להתמקד בשיפור קישוריות בתי הגידול באמצעות הקמת עתודות חדשות ומסדרונות בית גידול, חיזוק ניהול המטריצות מחוץ לשמורות, ומזעור הפרעות אנושיות בבתי גידול ענקיים של פנדה. הגברת הקישוריות בין שמורות טבע ובתי גידול יכולה לקדם את איכות בתי הגידול ואת זרימת הגנים בקרב אוכלוסיות, מה שיגביר למעשה את המגוון הגנטי ואת הכדאיות באוכלוסייה – שניהם חיוניים להישרדות ארוכת טווח של פנדות ענק (Hu et al., 2011). חשוב לציין כי בתי הגידול המתאימים מבחינה אקלימית זמינים יש גם להגן ולשחזר. לפנדות ענק חשוב ליצור עתודות פנדה ענקיות חדשות באזורים בהם שינויים אקלימיים עתידיים צפויים לייצר בתי גידול חדשים, במיוחד בצפון מערב הרי מינשאן. שמורות חדשות אלה עשויות לשמש אבני דרך כדי להקל על הגירת פנדה ענקית לבתי הגידול החדשים המתהווים. שיפור ניהול המטריצות והקמת מסדרונות בין שמורות יכולים לסייע גם בהעברת פנדות ענק ברחבי הנוף. ייתכן שיהיה צורך בהתאמת השמורות הקיימות כאשר צפויים שינויים גדולים בבית הגידול בשמורות וסביבתם. התאמות אלה עשויות לכלול מניפולציה בגודלן, צורתם וכיוונן המרחבי של העתודות. לדוגמא, כדי לשמור על גודל בית הגידול הנוכחי בשמורת הטבע הלאומית הואנגלונג, ייתכן שיידרש הגדלת השטח המוגן מערבה. עבור עתודות שעשויות לאבד את מרבית בתי הגידול הענקיים שלהן לפנדה, כמו אלה בהרי קיונגגליישאן וצ’ינלינג, יתכן ויהיה צורך בגישות ניהול אינטנסיביות לאוכלוסיית הפנדות הענקיות והתאמה לאסטרטגיות הניהול שלהן עשויה להיות תגובה הכרחית לשינוי המגוון הביולוגי. .

גישה אינטנסיבית לניהול אוכלוסייה, כמו טרנסלוקציה, עשויה להיות נחוצה לפנדה הענקית בה האוכלוסייה קטנה וצפוי לאובדן גידול חמור בעתיד הקרוב, כפי שכבר הציעו כמה אקולוגים וגנטיקאים לשימור בשנים האחרונות (Swaisgood et al., 2010; Zhu et al., 2010). ניתן לתת עדיפות לאוכלוסייה ב- Xiaoxiangling בפרט, הידועה כקטנה, המבודדת והפגיעה ביותר מבחינה גנטית (Zhu et al., 2010; Li et al., 2010). התוצאות שלנו מצביעות גם על כך ששינויי אקלים יהרסו ברצינות את בתי הגידול באזור זה. גודל האוכלוסייה הנוכחי בחלק הדרומי של הרי קינלינג גדול בהרבה (273 פנדות ענק בשנת 2004) (מינהל יערות המדינה, 2006). עם זאת, בית הגידול המתאים צפוי להיעלם באזור זה על סמך התחזיות שלנו. אנו סבורים כי בית הגידול הנעלם יכול להיות בגלל השפעת האי של גבהים גבוהים, והבדלים מדהימים באקלים, באדמה ובצמחייה בין המדרונות הדרומיים והצפוניים של הטווח. לפיכך, אנו מציעים כי ניתן לשקול טרנסלוקציה לפנדות הענק החיות בהרי שיאוקסיאנגלינג ובהרי צ’ינלינג וכן לאלו בהרי קיונגגליישאן. זה יתבסס באופן טבעי על ניסויים אינטנסיביים ותכנון קפדני.

לסיכום, בהתבסס על נתונים קונקרטיים ועל גישת עיצוב חזקה, הראנו כי בתי גידול ענקיים של פנדה יתמעטו ויהיו מקוטעים בעשורים הקרובים. זה יפחית משמעותית את גודל בתי הגידול המוגנים בשמורות הטבע. אסטרטגיות ניהול אינטנסיביות, כולל נטיעת במבוקים בבתי גידול חדשים המתאימים לאקלים, הקמת שמורות טבע ומסדרונות חדשים, והעתקת מיקום האוכלוסיות המאוימות ביותר, מוצעות כהכרח להבטחת שגשוגן של פנדות ענק פראיות בעתיד.

תודות

אנו מודים לד”ר ג’אנגקיאנג וון ולד”ר רוידונג וו על הסיוע באיסוף נתונים. אנו מודים לפרופ ‘. יומין יאנג ופרופ ‘ליקסין שן למתן ייעוץ בנושא צמיחת שורשי במבוק ופריחתו. אנו מודים לפרופ ‘. פואן וויי, הונג צ’יאן, ג’יאנגהונג ראן, סטיוארט פים, יי צ’י ויונגצ’נג לונג על הערותיהם היקרות על טיוטת כתב היד. אנו מודים גם לד”ר פאם ארלונד על ליטוש טיוטת כתב היד. מחקר זה ממומן על ידי הפרויקט לקידום בנייה כפרית חדשה עם מדע וטכנולוגיה במחוז צ’ינגהאי (2013-N-556), ומחלקת היערות במחוז סצ’ואן (פרויקט ניטור וחשבונאות של פחמן יער, 2009-204).

נספח א ‘חומר משלים

נתונים משלימים הקשורים למאמר זה ניתן למצוא, בגרסה המקוונת, בכתובת https://dx.doi.org/10.1016/j.biocon.2014.11.037.