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。     

海南岛生物多样性保护优先区评价与系统保护规划

选择海南岛140个濒危物种为指示物种,在物种栖息地评价的基础上,利用系统保护规划工具MARXAN模型进行迭代运算,提出了海南岛生物多样性保护优先区域,并对保护优先区进行评价.结果表明:海南岛保护优先区面积5383.7km2,占海南岛陆地面积的15.6%,集中分布于鹦哥岭、尖峰岭、五指山等林区和北部湿地;在保护优先区中,11个I级指示物种栖息地的保护比例均超过各自栖息地总面积的65%.通过对保护优先区与现有自然保护区的空缺分析,建议扩充尖峰岭保护区群、鹦哥岭-黎母山保护区群、五指山-吊罗山保护区群;新建抱龙林场-林鼻岭-福万岭保护体系;在海南岛北部建立以水源保护为主,同时兼顾珍稀物种保护的水源地保护带.     

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ZONATION的岷山山系多物种保护规划

空间布局不尽合理是我国的自然保护区发展面临的问题之一,优化现有的自然保护区体系是在资源有限的情况下实现自然保护区的保护效益最大化的最佳途径。以岷山地区为主要研究区域,以25种珍稀濒危物种为主要研究对象,通过MAXENT与ZONATION模型模拟,鉴别出岷山地区珍稀濒危物种保护优先区,并提出了自然保护区空间选址的优化方案。研究结果表明,(1)在物种出现点记录较少的情况下,MAXENT模型依然能够比较准确地预测出物种的分布状况;(2)目前建立的保护区对25个物种的平均保护比例为51.8%;(3)通过ZONATION鉴定的优先区总面积为19958.7 km~2,岷山地区现有的29个自然保护区只保护了目标优先区的47.1%,九寨沟中部与南部,平武北部,平武与北川的交界处,北川西北部等地都存在保护空缺。建议在保护空缺的6个地方新建或扩建自然保护区,并在规划时考虑这些区域内部的优先次序。新提出的保护体系能将物种栖息地的保护比例提高至77.9%。研究结果对于岷山及全国其他生物多样性保护关键地区保护体系的规划都具有重要的借鉴意义。     

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.     

我国东北地区自然植被保护现状及保护优先区分析

以我国东北地区陆域国家级自然保护区、植被类型和海拔信息作为基础数据,采用叠加分析的方法,分析了自然保护区分布和植被分布与海拔的关系,以期对我国东北地区自然植被从水平空间和垂直空间两个维度上提出保护指导。结果表明:(1)森林生态系统、内陆湿地和野生动物类型的国家级自然保护区是我国东北地区国家级自然保护区的主体。随着海拔的升高,保护区的面积和数量都呈现下降趋势,在中海拔段(600～1000 m)出现了内陆湿地类型向森林生态系统类型自然保护区过渡的现象。(2)高海拔段(1000 m)的自然植被得到了较好的保护,但中、低海拔段(1000 m)的自然植被未受到较好的保护,仍然存在保护空缺。(3)一级保护优化区集中在长白山中部和东北部林区、辽河口、通辽东北部和呼伦贝尔高原,二级保护优先区分布在东北山区(大、小兴安岭和长白山地区),特别是大、小兴安岭交接地带,以及大兴安岭南段森林草原过渡区和辽东丘陵地区。(4)栽培作物作为保护区内植被的主要人为干扰来源,未得到足够重视,严重威胁到了东北平原地区内陆湿地类型和野生动物类型的国家级自然保护区。因此,建议在长白山中部林区的一级保护优化区内,设立以国家公园为主体的自然保护地体系进行保护,其余一级保护优化区可考虑扩大现有保护区或增设新的保护区;而低海拔段受栽培作物干扰严重的地区,应加强管理监督,对于破坏后需恢复的植被地带,可对其破坏后形成的次生天然植被进行保护,以实现区域内生物多样性的保护目标。     

厦门市重点保护植物空间优先保护格局研究

生物多样性保护对维持城市生态系统功能具有重要意义。以39种厦门市重点保护植物为对象,通过物种分布模型MaxENT获得物种潜在分布栅格图,利用空间保护优先化定量工具Zonation软件识别理论上既适宜重点保护植物生存又能够保证景观连通性的区域,获得本地重点保护植物景观保护等级。根据2020年全球生物多样性目标,将景观保护等级最高的17%区域视为多物种空间优先保护区,结合Zonation模型生成的随景观丧失物种加权灭绝风险曲线,将保护等级最高的8%区域划为一级保护区,保护等级在8%-17%范围内的区域划为二级保护区。利用MaxENT模型中的jackknife刀切法发现海拔是对本地重点保护植物分布影响最大的环境因子,优先保护区集中分布于海拔较低的海岸带区域。将优先保护区与自然保护地建设现状、厦门市生态功能区规划、土地利用规划、城市总体规划对比发现厦门市岛外西部、北部的优先保护区得到了较好保护;岛外的西南部及东南部、岛内的东部及南部海岸带的优先保护区被建设用地大规模占用,已纳入自然保护地范围的区域较少,存在大量的海岸带优先保护区保护空缺;岛外东南部的部分优先保护区虽未被占用,但规划中属发展备用地,缺乏生态保护。为避免优先保护区面积的进一步萎缩,应重点关注海岸带区域优先保护区的生态保护,将目前属于发展备用地的优先保护区转划为生态留白空间,针对一级、二级优先保护区分别实施刚性和弹性的生态保育措施,在保护生物多样性的同时,严控对海岸带区域优先保护区的进一步开发利用,协调优先保护区内保护与开发利用间的关系。     

汶川地震灾区生物多样性热点地区分析

汶川地震灾区位于长江上游,是我国大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)的主要分布区,被保护国际认定的25个全球生物多样性热点地区之一.2008年5月12日发生的汶川大地震导致该区域生态环境遭受严重破坏,需要识别生物多样性热点地区,指导灾后生物多样性保护.选取物种生境质量、植被景观多样性指数和物种多样性指数作为评价指标,其中生境质量采用InVEST生物多样性模型计算,然后利用空间相关分析中G系数进行热点地区分析,探测出灾区生物多样性的热点区,并在此基础上与现有保护区分布、物种生境分布以及Marxan模型计算出的优先区进行对比验证.结果显示:热点区范围涉及到现有76％的保护区,且保护区内的热点区面积达到灾区所有保护区面积的55％;在选取的69个指示物种中有60个物种位于热点区的生境面积占这些物种在灾区的总生境面积的50％以上,有32个物种在80％左右,热点区内的所有指示物种生境总面积占整个灾区指示物种生境总面积的70％以上.基于空间相关分析方法得出的热点地区基本上与Marxan模型输出的优先保护区范围结果基本一致.但空间相关分析的热点区划分克服了Marxan模型优先保护区分布过于离散,孤岛效应明显的不足.     

基于系统保护规划的三江平原湿地保护网络体系优化

综合三江平原湿地不同层次、不同维度的生物多样性特征,在系统保护规划方法(Systematic Conservation Planning,SCP)框架下,以集水区为规划单元,计算研究区域不可替代性指数,确定高保护价值网络体系,通过保护空缺分析对现有保护网络进行优化,并评估优化体系的有效性。结果表明:三江平原湿地高保护价值区域的分布呈现沿河流分布的特点;现有保护区中湖泊和目标物种的保护状态比较好;保护网络体系优化后,沼泽湿地在保护网络中的比重由22.88%重增加到50%以上;河流湿地由16.20%增加到33.92%;地下水资源在现有保护网络中的比重非常低,仅为2.01%,优化后保护网络中保护比重增加到12.05%,因此在今后的保护区规划中,应该重视对地下水资源的保护和管理。另外本研究结合生态脆弱性对高保护价值的空缺设计3个情景方案,并根据生态威胁的种类和强度提出各优先保护方案的保护建议,为保护管理决策提供依据。     

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。     

Biodiversity conservation and conservation biotechnology tools

This special issue is dedicated to the in vitro tools and methods used to conserve the genetic diversity of rare and threatened plant species from around the world. Species that are on the brink of extinction because of the rapid loss of genetic diversity and habitat come mainly from resource-poor areas of the world and from global biodiversity hotspots and island countries. These species are unique because they are endemic, and only a few small populations or sometimes only a few individuals remain in the wild. Therefore, the challenges to support conservation by in vitro measures are many and varied. The editors of this invited issue solicited papers from experts from Asia, Africa, Europe, Australia, and North and South America. This compilation of articles describes the efforts in these diverse regions toward saving plants from extinction, and details the direct application of in vitro and cryopreservation methods. In addition, these contributions provide guidance on propagation of rare plants, including techniques for large-scale propagation, storage, and reintroduction. The in vitro techniques for conserving plant biodiversity include shoot apical or axillary-meristem-based micropropagation, somatic embryogenesis, cell culture technologies and embryo rescue techniques, as well as a range of in vitro cold storage and cryopreservation protocols, and they are discussed in depth in this issue.     

Values-led conservation

In international nature conservation policy, value‐arguments based on science and economic rationalism increasingly overshadow the aesthetic and ethical arguments that originally inspired the conservation movement. We argue that this trend risks removing conservation from the public realm, in part because it facilitates the adoption by nongovernment conservation bodies of corporate values and/or their integration with government bureaucracies. By contrast, the explicit recognition of aesthetic and ethical values would complement arguments based on science and economic utility. We subscribe to a reformist view of globalization that accepts the inevitability of a globalizing world but argues that the process needs humanizing by incorporating quality of life values in the policy process. We argue that re‐emphasis of aesthetic and ethical arguments in international conservation policy would contribute to this goal by reasserting links between conservation bodies and the public, thereby leading to more effective action on the ground.     

Legal instruments in private land conservation: the nature and role of conservation contracts and conservation covenants

Management of private land for ecological outcomes has emerged as an important facet of biodiversity management and ecological restoration in Australia. Common law conservation contracts and conservation covenants are important tools within this framework of private land conservation. They can provide legal protections to biodiversity and natural assets on private land, as well as legal frameworks, in the form of obligations, to restoration programs. They can provide distinct qualities of binding obligation: fixed term or enduring. Conservation contracts and covenants need to be recognized as possessing both transactional and relational qualities, and these qualities should be considered and reflected in the design of agreements and in practices of conservation management and agreement‐making. Two design questions are considered in this article. Conservation agreements need to contend with dynamism in ecological and social realities and this may be accommodated in mechanisms for adjustment of obligations between or within agreements. Dispute management is a second field of practice and drafting requiring attention. Constructing disputes provisions that are adapted and appropriate to long‐term conservation actions and restoration initiatives is reflective of good faith principles and can include scope for graduated, independent, corrective, and fair arrangements, informed as necessary by expert input.     

Scoring residue conservation

The importance of a residue for maintaining the structure and function of a protein can usually be inferred from how conserved it appears in a multiple sequence alignment of that protein and its homologues. A reliable metric for quantifying residue conservation is desirable. Over the last two decades many such scores have been proposed, but none has emerged as a generally accepted standard. This work surveys the range of scores that biologists, biochemists, and, more recently, bioinformatics workers have developed, and reviews the intrinsic problems associated with developing and evaluating such a score. A general formula is proposed that may be used to compare the properties of different particular conservation scores or as a measure of conservation in its own right.     

植物保护遗传学

从遗传多样性、系统发育和地理系统发育角度对当前保护遗传学在植物保护中的作用进行了探讨。在植物保护过程中,要考虑多群遗传多样性的大小,在就地和迁地保护的过程要减少近交和远交衰退影响,并可利用遗传标记为提供关于种群大小、基因流动等方面的信息。系统发育和地理系统发育的研究在于了解物种进化的历史,以确定物种保护单元。同时结合两个具体生态学问题（生境片段化和外来种）对当前植物保护遗传学的研究进行了介绍,揭示了保护遗传学在植物保护上重要作用和不可取代性,为今后研究提供参考。     

Monitoring for conservation

Human-mediated environmental changes have resulted in appropriate concern for the conservation of ecological systems and have led to the development of many ecological monitoring programs worldwide. Many programs that are identified with the purpose of 'surveillance' represent an inefficient use of conservation funds and effort. Here, we revisit the 1964 paper by Platt and argue that his recommendations about the conduct of science are equally relevant to the conduct of ecological monitoring programs. In particular, we argue that monitoring should not be viewed as a stand-alone activity, but instead as a component of a larger process of either conservation-oriented science or management. Corresponding changes in monitoring focus and design would lead to substantial increases in the efficiency and usefulness of monitoring results in conservation.