最优化设计连续的自然保护区

生境破碎是导致生物多样性损失的重要原因之一,避免生境破碎的一个有效方式是建立连续的自然保护区使物种可在保护区内自由移动。不加选择地把大片土地都转为保护区是实现连续的一个途径,但资源是有限的,应当以最优的方式分配。如何最优化设计生态上和经济上都有效的保护区成为生物保护领域一个重要议题。从一组备选地块中选择一部分组成自然保护区,这样的问题主要有两种解法:启发式方法和最优化方法。启发式方法虽然灵活且运算速度快但不能保证最优解因而可能导致稀缺资源的浪费,最优化方法保证得到的解是最优的但建模和运算存在困难。建立一个线性整数规划模型用于设计一个最小的连续保护区,用Dantzig剪切法消除循环确保形成一个连续的树,对应一个连续的保护区,检验了模型的计算效率。结果显示,模型可在合理时间内解决一个包含100个备选地块和30个物种的连续保护区设计问题,计算效率显著优于同类目的的其它方法。以美国伊利诺伊州Cache河流域11种濒危鸟类的保护区设计为例说明了该方法的应用,设计了两种情况下连续的保护区。讨论了模型的局限和数据问题。