基于水鸟保护的长江流域湿地优先保护格局模拟

基于系统保护规划的理论和方法,以长江流域湿地为研究区,构建了基于气候、地貌分异的湿地生态地理综合分类单元,并将其作为宏观尺度湿地生态系统保护目标,同时考虑以湿地鸟类为代表的物种保目标,依托Marxan系统保护规划工具,确定了长江流域湿地保护具有不可替代性的优先保护格局。该格局能以最小的社会经济和土地资源代价最大程度的保护湿地生物多样性,对比现有湿地保护格局,最终确定了游离于现有保护体系外的湿地保护空缺。研究结果表明:长江流域源区和长江三角洲地区的湿地保护体系完善,无需新建保护区;金沙江流域湿地保护空缺主要分布在现有保护区周围,可以适当扩充保护区外围或调整边界;嘉陵江流域和长江上游干流流域的保护空缺严重,大面积集中在重庆西北部,乌江流域的贵州省习水县北部湖泊湿地存在保护空缺,这些区域建议适当新建保护区或者保护小区;长江中下游湿地保护空缺主要分布在湖北、湖南、江西与安徽境内的沿江湖泊湿地,建议建立湿地公园及合理进行河流岸坡修复。研究结果可为长江流域湿地保护体系调整、保护规划制定提供参考依据,从宏观层面上为长江流域湿地统筹保护及合理开发利用提供科学依据。     

基于系统保护规划的黄河流域湿地优先保护格局

黄河流域湿地为我国生物多样性维持提供了重要生境.本研究基于黄河流域气候分区、地貌单元及湿地遥感数据,构建黄河流域生态地理综合湿地分类系统.在系统保护规划理论框架下,将湿地气候-地貌分类单元作为生态系统层次保护对象,结合黄河流域鸟类分布范围作为物种层次的保护对象,设定30%湿地优化目标,将公路、铁路、城镇、农村居民点、水坝等作为度量因子创建黄河流域保护代价图层,并利用系统保护规划工具--Marxan软件构建黄河流域湿地保护优化格局,识别湿地保护空缺.结果表明: 黄河流域大部分沼泽湿地集中在黄河上游区域,目前源区保护区覆盖面积大,在内蒙古、甘肃及四川部分区域一些稀有湿地类型游离在保护体系外;黄河中游湿地类型以河道和河滩湿地类型为主,保护覆盖率极低,保护空缺严重,经优化保护网络体系后,保护成效可分别得到29.1%、37.6%的提升.黄河下游湿地主要集中在黄河三角洲区域,目前保护体系完整,保护空缺面积极小.总体上,黄河流域中游河流湿地的保护空缺比例最高,亟需重视.本研究基于湿地保护格局优化结果分区分析黄河流域湿地保护模式,为黄河流域湿地的保护规划管理提供了科学性建议,从宏观层面上为黄河流域水生态保护奠定了基石.     

黄淮海地区跨流域湿地生态系统保护网络体系优化

运用系统保护规划方法,以集水区为保护规划单元,综合考虑三维(3D)连接性(横向、纵向、垂向)和跨流域调水工程,通过不可替代性分析和保护空缺识别,对黄淮海地区跨流域湿地生态系统保护网络体系优化进行研究,并通过与已有保护体系对比,评估了优化体系的效用.结果表明： 依据不可替代性大小和连接性原则,湿地保护空缺可分为优先保护空缺和一般保护空缺;黄淮海地区湿地生态系统保护体系经过优化后,湿地保护状况整体上有较大改观,其中所有湿地类型受保护比重由初始的20%左右增长到46.8%,且各湿地类型保护状况都有不同程度的改善,优化体系中的受保护比重大多在40%以上.无论是从近期还是长远来看,湖泊湿地保护都应给予较多关注.生态系统服务价值和生物多样性相整合、保护和恢复相结合是未来湿地生态系统保护规划研究中应关注的方面.     

基于系统保护规划的长白山阔叶红松林保护网络优化研究

阔叶红松林是北温带物种最丰富的地带性群落之一,长白山地区是其在中国范围内的中心分布区。中国政府已建立保护网络(24个自然保护区组成)来保护阔叶红松林及其重要的物种资源,但成效不显著。利用系统保护规划软件C-Plan,以集水区为规划单元,计算保护网络外规划单元的不可替代性值,识别出保护网络外高保护价值空缺,评估现有保护网络与纳入空缺后的优化保护网络的保护效率。研究结果显示,现有保护网络外的高保护价值规划单元呈集中沿山岭分布的特征,现有保护网络使24种物种的生境(共75种)实现其设定的保护目标,其他51种未能实现保护目标,且20种保护对象未能达到其设定保护目标的50%,保护成效低。纳入空缺后的优化保护网络,可使64种保护对象实现保护目标,其余11种保护对象的保护贡献值也不同程度提高,保护成效显著增强。结合人为干扰情况提出三种不同保护策略情景下的优先保护方案,并根据生态威胁强度提出各方案的保护建议,为长白山阔叶红松林保护管理提供决策依据,并为山地生态区保护网络优化研究提供方法指导。     

黄淮海地区湿地系统生物多样性保护格局构建

以黄淮海地区为研究对象,首先分析了区域现有湿地保护状况,再基于湿地类型、保护状况和目标保护物种分布,综合考虑GDP、人口密度等社会经济因素,以湿地生物多样性保护为目标,运用系统保护规划的理论和方法,以Marxan作为空间优化模型,进行多目标的湿地系统保护预案设计,构建区域湿地不同保护水平的保护空缺和不可替代性格局,确定合理的湿地系统保护格局。研究结果表明:现有的湿地保护体系仅覆盖了区域17%左右的湿地,尚有许多重要生境游离于现有保护区系统外。为完善黄淮海地区湿地保护体系,需要对黄海海区域内28个保护区进行功能区划调整或者保护等级提升,并在山东(5个县)和河北(4个县),河南、江苏和安徽(各3个县),北京和天津(各1个县)等20个县市内建立新的保护区,与现有湿地保护系统有机整合,最终形成一个黄淮海地区湿地生物保护网络合理格局。结果表明:同其他相关研究方法对比,系统保护规划方法在区域大尺度生物多样性保护方面更具有意义;同时也表明该方法在中国的应用前景广阔。     

长江中游生态区湿地保护空缺分析及其保护网络构建

构建了综合反映长江中游生态区地形、植被与地表覆盖特征的GIS综合空间数据库,在对长江中游生态区核心湿地保护物种,即白鹤（Grusleucogeranus）、东方白鹳（Ciconiaboyciana）、小白额雁（Anser erythropus）、中华秋沙鸭（Mergus squamatus）分布范围和生境需求分析基础上,建立了反映物种分布与GIS数据库中生态地理因子关联的生境适宜性单元,从而确定了核心物种分布的潜在生境,对照现有保护区分布格局,找到了区域湿地生境保护的薄弱和空缺区域（Gaps）,评价了现有保护区系统对潜在生境保护的有效性。基于Gap分析结果和现有保护区分布格局,进一步考虑保护网络的整体性和连通性以及保护成本,构建了长江中游湿地保护区生物保护网络的合理格局。研究结果表明：长江中游生态区核心物种潜在生境涉及134个县（市）级单元,而目前长江中游湿地保护网络仅覆盖了23．49％的潜在生境,仍有大量潜在生境游离于现有保护区系统外。为完善长江中游生态区湿地保护网络,应在湖北（13县）、安徽（8县）和江西（1县）所属22个县域内建立新的湿地保护区或保护小区,并与现有湿地保护系统有机整合,最终才能形成较为完善的由45个县级单元构成的的长江中游生态区湿地生物保护网络合理格局,并保护80％以上核心物种的潜在生境。本研究同时也表明基于GIS生态地理空间数据库和生境适宜性单元概念进行大尺度生境分析具有一定可行性和应用价值。     

黄淮海湿地生态系统服务与生物多样性保护格局的耦合性

研究生物多样性格局与生态系统服务格局之间的空间耦合效应,探讨以生物多样性保育为核心目标的自然保护体系同时能多大程度满足对生态系统服务功能的维护和支撑,已成为自然保护领域新的热点关注问题。目前研究多限于陆域生态系统,其方法难以适用于湿地生态系统。以黄淮海湿地——这一高强度人类活动的区域为研究区,基于湿地生态系统的横向连接度、纵向连接度(2D)以及结合地下水的垂向连接度(3D),对黄淮海地区湿地具有的生态系统服务功能进行了空间评估和分析,识别出具有重要意义的生态系统服务功能区域,结合现有保护区分布情况进行空间分析,评价现有保护区对生态系统服务功能的支持程度,即生物多样性保护与生态系统服务功能重点区域的空间耦合性。研究结果表明:目前湿地保护区并未有效覆盖湿地生态系统关键区域,湿地生态系统服务关键格局也存在大量明显的保护空缺。同时,随着2D到3D延伸,保护区对生态系统服务功能的支持程度也稍有提高,这与系统保护规划中选择不同保护目标后保护规划格局发生变化的情况类似,而生态系统服务功能的"热点地区"(重要区域)与保护生物学中所指的物种保护的热点地区类似,这表明生态系统服务功能的规划和保护也可以借鉴保护生物学中系统保护规划的理论和方法,为后续研究提供参照。     

三江平原湿地鸟类丰富度的空间格局及热点地区保护

全球气候变化和人类的开垦开发活动使湿地生物多样性遭到严重的干扰和破坏,导致生物多样性空间分布格局及热点地区的保护成为研究的热点。在对三江平原湿地鸟类预测的基础上,利用空间自相关方法分析三江平原湿地鸟类丰富度的空间分布格局,并找出湿地鸟类多样性的热点地区及优先保护顺序。研究结果表明,三江平原湿地鸟类丰富度高高集聚区主要分布在保护区及周边地区、河流和湖泊沿岸,是新建和扩建自然保护区的最佳区域。湿地鸟类丰富度高低集聚区主要分布在农田景观中,将它们设立成微型保护地块对于区域景观生态安全具有重要意义;利用湿地鸟类物种丰富度、国家级保护湿地鸟类、生境类型和结构、距最近保护区距离、破碎度、干扰度等指标,在研究区内共找到13个热点地区,总面积为1018.7km²,占研究区总面积的8%;利用系统聚类分析,将13个热点地区划分成3种优先保护顺序。构建的小区域范围内寻找生物多样性热点地区的方法,为相关政府部门更有效地进行湿地生物多样性的保护和管理提供科学依据。     

基于系统保护规划方法东北生物多样性热点地区和保护空缺分析

根据东北地区生物多样性特征,利用系统保护规划方法和国际上常用的保护规划软件C- plan,计算了规划单元的不可替代性值,确定了区域生物多样性热点地区,并根据保护区分布现状进行了生物多样性保护空缺分析.结果显示,东北地区不可替代性较高的热点地区有4个,分别是:(1)长白山西北部林区,(2)大兴安岭北段山地区,(3)大兴安岭南部森林与草原过渡区,(4)松嫩平原中部湿地区. 在优先、一般、非优先3个等级中,需要优先保护地区的总面积是19.49×104km2,约占区域总面积的20.91%.同时,根据已建保护区分布情况研究发现,区域内存在3个明显的保护空缺,即长白山西北部林区、大兴安岭北段山地区和大兴安岭南段森林草原过渡区.建议新建和扩建保护区,同时建立生态廊道把相应的保护区关联起来,以实现区域内生物多样性保护目标.     

基于系统保护规划法的长江中下游鱼类保护区网络规划

以长江中下游为例,采用系统保护规划法来开展鱼类保护区网络的顶层规划,选择了栖息于长江中下游的153种鱼类,其中,142种鱼类的分布信息来自物种分布建模和后续相关处理,11种鱼类的分布信息来自于人为指定.以这些鱼类的分布信息为基础,采用Marxan保护规划软件来执行保护规划.为了同时考虑保护区网络的代表性、维持性和高效性,在规划过程中考虑了已建立湿地自然保护区、人类干扰、保护区间的水文连通性等因素,并为各鱼类设定了适当的代表性目标.通过运行Marxan,得到了每个规划单元的选择频率和一个最优解.规划单元选择频率表示一个规划单元的保护重要性,而最优解是一个理想的鱼类保护区网络.结果显示,无论是选择频率高的规划单元还是最优解都仅有少部分位于现有的湿地自然保护区网络内,这说明长江中下游鱼类存在着明显的保护空缺.本研究得到的最优解可以作为构建长江中下游鱼类保护区网络的参考.解中的规划单元在一定程度上可以用其他的规划单元来替代,这一灵活性使得在现实中执行本规划方案时可以灵活避开意外的阻碍.最后,建议在遵循一个淡水管理框架的基础上来执行本规划方案.     

基于连接性考虑的湿地生态系统保护多预案分析——以黄淮海地区为例

运用系统保护规划方法,进行了黄淮海地区湿地生态系统保护多预案分析研究.研究中以集水区为保护规划单元,综合考虑河流湿地生态系统、非河流湿地生态系统、保护物种、地下水等生物信息和路网、居民分布、水坝等社会经济信息,以及已有湿地保护区信息,以二维(2D)连接性(横向连接性、纵向连接性)和三维(3D)连接性(横向连接性、纵向连接性、垂向连接性)为原则,模拟研究了不同保护目标和不同保护格局聚集性的湿地保护预案.结果表明:基于2D连接性的研究,对河流湿地、非河流湿地和物种设定30％的保护目标,选取边界长度调节(BLM)值为0.36的保护格局聚集性,以此得到的保护方案相对合理;而基于3D连接性时,对河流湿地、非河流湿地和保护物种设定30％的保护目标,地下水设定55％的保护目标,选取0.06边界长度调节值的保护格局聚集性,得到的保护方案相对合理;基于3D连接性保护方案的效率要比基于2D连接性的高.对于严重缺水的黄淮海地区来说,3D连接性的考虑不仅必要,而且可行,具有重要的现实意义.     

湿地自然保护区保护价值评价方法

提出了一套侧重水鸟保护的湿地自然保护区保护价值评价方法.该方法建立的指标体系经过专家咨询和会议讨论确定指标,采用层次分析法(AHP)建立了递阶层次结构模型.指标体系共分为目标层1项、系统层5项、准则层11项和指标层26项.将获取资料的湿地自然保护区按国家有关分类标准与原则归为3个类型(海洋与海岸生态系统类型、内陆湿地与水域生态系统类型和野生动物类型),每个类型内的自然保护区再结合自身湿地主体进一步划分为4个小类型(近海与海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地).实例分析了海洋与海岸生态系统类型中的以近海及海岸湿地为主体的自然保护区,内陆湿地与水域生态系统类型中的以沼泽湿地为主体的自然保护区和野生动物类型中的以河流湿地为主体的自然保护区,并依照保护价值指数进行了等级划分.为湿地自然保护区的保护价值和发展地位,总体规划和改建变更提供了依据.     

系统保护规划的理论、方法及关键问题

为了减缓生物多样性丧失的趋势、将有限的保护资源用于关键区域,Margules等提出了系统保护规划(Systematic Conservation Planning)概念和方法,目前该方法已成为国际主流保护规划方法。与传统基于专家决策的保护体系规划方法不同,系统保护规划拥有量化的保护目标、保护成本,并综合考虑保护体系连通性、人为干扰因素,使用优化算法计算,从而获得空间明晰的生物多样性保护体系。在阐述规划理念、规划流程与方法的基础上,重点评述了生物多样性替代指标的选择、保护规划成本的计算、保护目标的设置、规划结果的可靠性评估等关键问题,并结合我国的具体情况,探讨了该方法在我国的应用前景,以期为推进我国生物多样性与生态服务功能的保护做出贡献。     

基于C-Plan规划软件的生物多样性就地保护优先区规划——以中国东北地区为例

以中国东北地区为研究区域,根据生物多样性属性特征,选择研究区域内具有代表性的濒危物种作为指示物种,利用系统保护规划方法(Systematic Conservation Planning,SCP)和保护规划软件(C-Plan),对该区域进行了优先保护规划研究。通过计算规划单元的不可替代性值(Irreplaceability,IR),找出区域生物多样性热点地区和保护空缺地区,然后利用C-Plan规划软件对该地区进行保护优先等级划分,确定必须保护(Mandatory Reserved,MR)、协商保护(Negotiated Reserved,NR)和部分保护(PartiallyReserved,PR)3个等级保护区域的具体位置和面积,并针对保护现状提出保护规划建议。结果显示,必须保护区域的总面积占区域总面积的8.17%,主要分布于长白山核心地区和大兴安岭北部原始林区;协商保护区域占总面积的7.51%,主要分布于大兴安岭东南部和松嫩平原湿地;部分保护区域占总面积的9%。保护空缺分析结果显示,现有国家级自然保护区对生物多样性的保护存在3个明显的保护空缺,即长白山林区的龙岗山地区、老爷岭北部和张广才岭南部;大兴安岭北部原始林区、呼玛河—黑龙江流域的平原湿地和伊勒呼里山东南部山区;大兴安岭南部森林草原过渡区的东南部森林地区。结合区域内已建立的国家级自然保护区情况,利用C-Plan规划软件对不同时期建立的保护区实现保护目标的贡献率做了分析。截止2000年,已建保护区可实现预期保护目标的17.5%,通过对贡献率大小的比较确定了不同时期保护的有效程度。研究打破了传统的对称几何形状的单元划分方法,根据植被类型和自然地形地貌,采用自然多边形进行单元划分,提高了物种分布范围准确度。研究通过C-Plan规划软件的实际应用,丰富了系统保护规划研究的方法,从理论上为区域保护规划提供了科学依据,并可指导我国自然保护区管理政策的制定和中长期规划的编制。     

Management options for river conservation planning: condition and conservation re-visited

1. Systematic conservation planning is a process widely used in terrestrial and marine environments. A principal goal is to establish a network of protected areas representing the full variety of species or ecosystems. We suggest considering three key attributes of a catchment when planning for aquatic conservation: irreplaceability, condition and vulnerability. 2. Based on observed and modelled distributions of 367 invertebrates in the Australian state of Victoria, conservation value was measured by calculating an irreplaceability coefficient for 1854 subcatchments. Irreplaceability indicates the likelihood of any subcatchment being needed to achieve conservation targets. We estimated it with a bootstrapped heuristic reserve design algorithm, which included upstream–downstream connectivity rules. The selection metric within the algorithm was total summed rarity, corrected for protected area. 3. Condition was estimated using a stressor gradient approach in which two classes of geographical information system Layers were summarised using principal components analysis. The first class was disturbance measures such as nutrient and sediment budgets, salinisation and weed cover. The second class was land use layers, including classes of forestry, agricultural and urban use. The main gradient, explaining 56% of the variation, could be characterised as agricultural disturbance. Seventy‐five per cent of the study area was classified as disturbed. 4. Our definition of vulnerability was the likelihood of a catchment being exposed to a land use that degrades its condition. This was estimated by comparing land capability and current land use. If land was capable of supporting a land use that would have a more degrading effect on a river than its current tenure, it was classified vulnerable (66% of the study area). 79% of catchments contained more then 50% vulnerable land. 5. When integrating the three measures, two major groups of catchments requiring urgent conservation measures were identified. Seven per cent of catchments were highly irreplaceable, highly vulnerable but in degraded condition. These catchments were flagged for restoration. While most highly irreplaceable catchments in good condition were already protected, 2.5% of catchments in this category are on vulnerable land. These are priority areas for assigning river reserves.     

Conservation planning with irreplaceability: does the method matter?

A number of systematic conservation planning tools are available to aid in making land use decisions. Given the increasing worldwide use and application of reserve design tools, including measures of site irreplaceability, it is essential that methodological differences and their potential effect on conservation planning outcomes are understood. We compared the irreplaceability of sites for protecting ecosystems within the Brigalow Belt Bioregion, Queensland, Australia, using two alternative reserve system design tools, Marxan and C-Plan. We set Marxan to generate multiple reserve systems that met targets with minimal area; the first scenario ignored spatial objectives, while the second selected compact groups of areas. Marxan calculates the irreplaceability of each site as the proportion of solutions in which it occurs for each of these set scenarios. In contrast, C-Plan uses a statistical estimate of irreplaceability as the likelihood that each site is needed in all combinations of sites that satisfy the targets. We found that sites containing rare ecosystems are almost always irreplaceable regardless of the method. Importantly, Marxan and C-Plan gave similar outcomes when spatial objectives were ignored. Marxan with a compactness objective defined twice as much area as irreplaceable, including many sites with relatively common ecosystems. However, targets for all ecosystems were met using a similar amount of area in C-Plan and Marxan, even with compactness. The importance of differences in the outcomes of using the two methods will depend on the question being addressed; in general, the use of two or more complementary tools is beneficial.     

The contribution of riffles and riverine wetlands to benthic macroinvertebrate biodiversity

Benthic macroinvertebrates collected in biomonitoring programs are a potentially valuable source of biodiversity information for conservation planning in river ecosystems. Biomonitoring samples often focus on riffles; however, we have only partially assessed the extent to which riffle biodiversity patterns reflect those of other river habitats, particularly riverine wetlands. Using a standard biomonitoring protocol, we assessed the richness, composition and magnitude of variation of macroinvertebrate assemblages in riffles across 18 sites in the Nashwaak river catchment, and compared these to samples from adjacent riverine wetlands. Despite containing on average fewer taxa per site than riffles, riverine wetlands demonstrated similar levels of taxon richness at the catchment scale. There was strong assemblage separation between habitat types, and riverine wetlands displayed significantly greater assemblage variation than riffles. Riffles and riverine wetlands did not demonstrate significant correlations in terms of taxon richness or assemblage variation, though this may be partially due to the scale at which we collected observations. Principal component analysis with vector fitting suggested that (log) sub-catchment area was an important factor structuring riffle assemblages, while depth was potentially important for riverine wetland assemblages. We discuss the implications of these results for the use of biomonitoring data in systematic conservation planning, and identify future research that will improve our understanding of the role riverine wetlands play in maintaining catchment biodiversity and ecosystem processes.