基于优势种的生物多样性保护价值空间异质性研究——以长白山生态功能区为例

生物多样性保护是生态系统的主导功能之一,对生物多样性空间异质性的研究有助于准确认识区域的保护价值及重要性,但目前可借鉴的生物多样性价值空间异质性评价方法和经验偏少。以长白山生态功能区核心区为研究区域,基于生物多样性丰富区域优势物种的分布及其环境因子,通过Maxent评估生物多样性保护价值,将研究区域分为生物多样性保护高价值区、中价值区和一般价值区,并开展景观分析与评估。研究结果表明:研究区域内生物多样性保护高价值区域占总面积的42.9%、主要分布于长白山保护区内,保护区内的高价值斑块也较保护区外完整、面积大;研究区域内生物多样性高价值斑块的平均面积和最大斑块面积远高于中价值区和一般价值区,其斑块景观较完整、破碎化水平相对较低,是研究区域生物多样性保护价值和生态系统稳定性的重要基础。植被是对研究区域生物多样性影响最大的环境因子,其次是土层厚度和海拔。从生态系统完整性和过程连续性保护的需要,保护区南部缓冲区可考虑调整为核心区,保护区外还有较大面积的生物多样性高价值和中价值区域也应纳入保护区进行保护;长白山西坡是生物多样性高价值斑块最破碎的区域,应在未来的保护工作中予以特别关注。本研究表明关联优势种空间分布及环境因子是认识生物多样性价值及空间异质性的有效手段,本研究方法可为生态红线划定和国家公园设计提供参考。     

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.     

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。     

基于不可替代性的青海省三江源地区保护区功能区划研究

具有代表性、灵活性、综合性的保护区功能区划指标是决定区域划分合理与否的关键因素。不可替代性是近年来引入生物多样性保护规划的新概念,表达一个规划单元在实现整体保护目标中的重要性,能够反映生物多样性保护价值的空间分异规律,将其与人类活动干扰指数结合,可以在划分不同值域与功能分区之间建立联系。在系统保护规划框架下,首先根据三江源生物多样性特征确定了研究区域的指示物种和优先保护生态系统,然后结合物种生境特性,利用地理信息系统（GIS）技术进行了指示物种潜在分布范围预测,最后借助生物多样性保护规划软件（C-Plan）计算了三江源地区不可替代性指数,结合人类活动干扰进行了功能区划分,并对比了现有功能区划与新功能区划的贡献率。研究结果表明,不可替代性较高区域与原核心区空间分布基本一致（包括东部中铁、军功、麦秀森林灌丛区;西部索加、曲麻莱湖泊湿地区,高寒草甸区;北部扎陵湖、鄂陵湖、星星海湿地区;及南部玉树、囊谦森林灌丛区,当曲沼泽湿地区）;在保护区总面积未增加条件下,基于不可替代性的新功能区划较原功能区划的保护贡献率及保护效率有显著提高,核心区保护贡献率由61.20%增长到71.21%,新核心区 缓冲区总贡献率由77.57%增长到92.45%,保护区整体贡献率由91.20%增长到95.40%;从保护对象被保护情况看,新功能区划与原功能区划均能完全涵盖所有保护对象,但新功能区所包含的满足保护目标的保护对象明显增多,原功能区核心区,核心区 缓冲区,核心区 缓冲区 实验区完全实现目标的保护对象分别占27.50%,47.50%和80%,新功能区分别为32.50%,77.50%和87.50%（新功能区划下,只有苔草草甸、冰川雪山、湖泊3种生态系统类型和盘羊、黑颈鹤两个动物物种未达到保护目标）。在本研究基础上,讨论了该研究的意义、方法评价及现实问题,并提出三江源自然保护区功能区划调整建议：1）结合实际情况,基于不可替代性和人类活动的功能区划对现功能区划进行适当调整以增加保护区的保护贡献率;2）对于缓冲区中保护价值较高、人类活动干扰又较强的区域应进行严格的管理,制定完善的管理策略,避免因人类活动引起生物多样性丧失;3）鉴于当地经济发展需求,可以考虑在本研究确定的实验区及其外围开展水电站与矿产开发项目,但必须考虑开发项目对周围水域、植被及居民的影响。以期为三江源自然保护区功能区划的调整及资源开发提供参考,对三江源生物多样性的保护具有重要意义。     

全国重要生态功能区生物多样性保护成效区域对比评估

国家重要生态功能区是国家主体功能区战略实施和生态保护红线划定的基础,关系到全国乃至全球范围的生态安全。开展大尺度生物多样性保护成效区域对比评估对促进物种栖息地科学管理、提升国家生物多样性保护水平具有较为重要的意义。本研究以2015年《全国生态功能区划》修编版划定的24个生物多样性保护生态功能区为研究对象,选取生态功能区内或邻近生态功能区的国家级自然保护区核心区作为参照区,利用InVEST模型计算多年参照区生境质量指数,并从中筛选出最大值,构建全国尺度的生境质量指数参照基准,在此基础上,采用空间叠加分析方法建立保护成效指数,定量分析了24个重要生态功能区生物多样性保护成效空间对比差异。研究结果表明:(1)基于参照基准的生物多样性保护成效区域对比评估方法可以较好地应用于全国尺度,全国重要生态功能区生境质量指数参照基准呈现明显的"西北低,东南高"的分布格局,而重要生态功能区生物多样性保护成效则表现出"西北高,东南低"的空间差异;(2)位于华东和华南地区的重要生态功能区生态环境本底状况较好,东北和华中地区的重要生态功能区居中,而西北和西南地区的重要生态功能区生态环境本底状况较差;(3)2015年西北和西南地区的重要生态功能区生境质量指数基本与参照基准持平,表现为生物多样性保护成效较好,华中和华南地区的重要生态功能区生境质量指数小幅度低于参照基准,体现保护效果居中,保护效果较差的重要生态功能区则位于东北与华东地区,其生境质量指数大幅度低于参照基准。通过对全国尺度重要生态功能区生物多样性保护成效区域对比评估,为进一步完善国家生物多样性保护成效的绩效考评机制和转移支付提供科学依据。     

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。     

封面说明

正封面图片由重庆大学建筑城规学院袁兴中教授于2018年11月18日拍摄于三峡库区重庆澎溪河湿地市级自然保护区(31°08′60″ N,108°33′50″ E)。其气候属亚热带湿润季风气候,年均气温18.5 ℃,年降水量1385 mm。该区属盆东平行岭谷中低山丘陵区,受地质构造和岩性控制,形成"四山三丘三分坝"的地貌特征。区内紫色土、冲积土广布。澎溪河干流为保护区内主要河流,普里河、白夹溪分别于右岸和左岸汇入澎溪河。由于三峡水库"蓄清排浑     

秦岭南坡陕西洋县辖区哺乳动物物种多样性的空间分布格局

物种多样性的空间分布格局一直是生态学和生物地理学研究的一个热点问题。山地生态系统的生境异质性和物种多样性高, 适合研究物种多样性空间分布格局及其相关机制。2016年11月至2017年11月, 本研究选取秦岭南坡陕西洋县辖区作为研究区域, 采用样线法、红外相机法和笼捕/夹捕法, 系统分析了8目21科48种哺乳动物物种多样性的空间分布格局。研究结果发现秦岭南坡洋县辖区哺乳动物物种丰富度的空间分布格局大致是中南部低, 北部和东部高; 物种多样性指数大致是中南部和北部低, 东部高。啮齿类动物和非啮齿类动物的空间分布格局存在差异。哺乳动物物种丰富度和多样性指数的垂直分布格局都符合中峰模式, 但啮齿类动物和非啮齿类动物间存在差异。最优线性模型结果表明, 研究地区哺乳动物物种多样性的空间分布格局受到多种环境因素的共同影响。其中, 年均温与物种多样性的相关性最强, 在6个最优线性模型中贡献都是最大。综上, 秦岭南坡洋县辖区中高海拔区域的物种多样性较高, 应加强对中高海拔地区的保护, 以维系该区域较高的生物多样性。     

青海三江源国家级自然保护区麦秀分区鸟类多样性空间格局及热点区域研究

生物多样性分布格局与热点区域的评估与确定是生物多样性保护规划的基础。三江源地区位于青藏高原腹地的长江、黄河、澜沧江源头汇水区,是世界上高原物种最丰富、最集中的区域之一。本文在对三江源国家级自然保护区麦秀分区鸟类资源全面调查的基础上,利用GAP分析和空间自相关分析对鸟类丰富度的空间分布格局与热点区域进行了探讨,并对当前功能区划下的保护空缺进行了分析。结果表明:(1)调查期间共记录鸟类89种,隶属10目29科57属,其中列入《国家重点保护野生动物名录》的12种,列入《濒危野生动植物种国际贸易公约(CITES)》附录I、II的11种;(2)不同环境梯度间鸟类群落组成差异显著,低海拔的森林生境物种多样性要明显高于高海拔的草原草甸生境;(3)鸟类丰富度的空间格局表现为从东北部的峡谷林区分别往西北、东南部冰川雪山递减;濒危保护鸟类的热点区域集中分布在西南部高山草甸,与全部鸟类的热点区域之间存在明显差异;(4)麦秀分区核心区范围与全部鸟类的多样性热点区域的分布一致,但未能覆盖濒危保护鸟类的热点区域,可能不利于濒危鸟类的保护。本研究结果有助于保护区划的修订与完善,同时亦能为小尺度下生物多样性保护规划的研究提供有益参考。     

特有植物多样性分布格局测度方法的新进展

特有植物是生物多样性保护的重要对象,对其分布格局的研究可以为生物多样性优先保护区的确定提供重要参考.研究人员利用多种测度和分析方法,在不同地理区域对特有现象的分布格局开展了大量研究.随着分子系统学方法的不断完善及一些空间统计分析方法的引入,新的生物多样性测度方法应运而生.本文介绍了生物多样性测度方法的类型及其特点、应用现状与前景.这些测度方法的发展经历了从单一的时间或空间格局到时空格局统一的过程,具体涉及物种丰富度、谱系多样性、进化特异性以及这3种测度方法整合空间分布加权的算法.其中,谱系多样性指数(phylogenetic diversity)、谱系特有性指数(phylogenetic endemism)以及空间加权的进化特异性指数(biogeographically weighted evolutionary distinctiveness)尤其值得关注.中国特有植物分布格局的研究需要在以下4个方面进一步开展工作:(1)完善特有物种的分布格局研究;(2)加强物种的测序工作,完善谱系多样性格局的分析;(3)结合系统发育信息,揭示谱系多样性及进化历史的分布格局,进而深入开展物种p多样性和谱系p多样性的研究;(4)加强物种分布区变化的模拟,在时间维度上探讨特有现象的变化格局,为生物多样性保护提供更完善的理论支持.     

黄河流域濒危物种保护热点区与保护空缺识别

黄河流域具有重要的生物多样性保护意义,通过研究珍稀濒危物种分布热点区可为生物多样性保护提供依据。选取70种濒危维管植物和陆生脊椎动物,综合多来源的分布数据,运用物种分布模型Maxent模拟物种分布区,结合自然地理区划,计算保护价值,进行热点区分析,并结合国家级自然保护区和国家公园体制试点区的分布情况进行空缺分析。研究结果显示,黄河流域濒危物种分布主要呈现出南高北低、集中于山地的特征,热点区包括秦岭区域、太行山区域、子午岭-六盘山区域、陇中高原至松潘高原、祁连山、贺兰山和沿黄湿地等。在区分自然地理区后,现有的国家级自然保护区和国家公园体制试点区覆盖了热点区面积的13.89%,保护空缺主要出现于子午岭南部、六盘山南部、松潘高原南部和拉脊山等。建议在推进黄河流域生态保护和高质量发展中将濒危物种热点区考虑在内,对黄河流域自然保护地体系进行优化,并针对黄河流域的三个自然地理分区提出了相应的保护建议。此外,研究发现,在进行热点区分析时,考虑自然地理区域划分,并综合多类群叠加和单一生物类群的分析结果进行统筹考虑,可能会更好满足生物多样性就地保护需求。     

自然保护区生态安全设计的方法研究

由于生态破坏和自然栖息地的丧失,造成野生动植物种群的破碎化．自然保护区已成为孤立的生境岛屿,目前以单个、孤立保护区为主的生物多样性保护模式是远远不够的,应在广泛的时空尺度上保护生态过程和生物多样性各组成成份,建立一个整体的保护网络．根据国内外生物多样性保护的要求和发展趋势,提出了自然保护区生态安全设计的概念,它是综合考虑了生态、社会、经济的一种协调设计战略,首先从区域层次研究保护区网络的优化设计;其次,在网络的每个节点(保护区),研究保护区的面积、形状和内部功能分区;最后,研究网络与节点的连接(廊道)．自然保护区网络设计应维持生态系统的地域完整性和生态过程完整性,采用迭代法、整数规划方法和地理途径方法,为一个或多个保护目标勾画出多种保护规划蓝图。     

我国自然保护区功能分区研究进展

自然保护区功能分区是保护区规划和科学管理的重要环节。我国自然保护区功能区划主要采用国际"人与生物圈"计划的"三区"划分模式,即核心区、缓冲区和实验区。介绍了我国自然保护区的分区依据,在总结自然保护区功能分区方法研究进展上,分析了目前我国自然保护区功能区划中存在的难点与问题,并对其进行了展望,以期为我国自然保护区功能区的科学划分与完善提供依据。     

基于综合指数法的白龙江流域生物多样性空间分异特征研究

大中区域尺度上生物多样性空间分布格局识别是制定和实施区域生物多样性保护计划的前提条件,也是生物多样性保护确定优先区域研究工作迫切需要解决的关键问题之一。拟以甘肃白龙江流域为例,结合InVEST模型和遥感、GIS技术,以区域生境质量、植物净初级生产力和景观状态指数为评价指标,应用归一化处理方法,构建区域生物多样性空间格局综合评估方法,在栅格像元尺度上开展白龙江流域生物多样性评价及其空间分异特征分析。结果表明:白龙江流域生物多样性较为丰富,空间分异特征明显。生物多样性较高的区域(Ⅰ和Ⅱ级以上)面积约占39.80%,且主要集中在自然保护区和林业管护区。生物多样性较低的地区主要分布在舟曲-武都-文县的白龙江两岸及其以北区域、宕昌县岷江沿岸、高寒稀疏植被区和高山积雪-裸岩区。     

Biodiversity hotspots are not congruent with conservation areas in the Gulf of California

As marine systems are threatened by increasing human impacts, mechanisms to maintain biodiversity and ecosystem functions and services are needed. Protecting areas of conservation importance may serve as a proxy for maintaining these functions, while also facilitating efficient use and management of limited resources. Biodiversity hotspots have been used as surrogates for spatial conservation importance; however, as many protected areas have been established opportunistically and under differing criteria, it is unclear how well they actually protect hotspots. We evaluated how well the current protected area network and priority areas selected through previous systematic conservation planning exercises preserve biodiversity hotspots in the Gulf of California, Mexico. We also determined spatial congruence between biodiversity hotspots based on different criteria, which may determine their ability to be used as surrogates for each other. We focus on the Gulf of California because it is a megadiverse system where limited information regarding species diversity and distribution has constrained development of strategies for conservation and management. We developed a species occurrence database and identified biodiversity hotspots using four different criteria: species richness, rarity, endemism, and threatened species. We interpolated species occurrence, while accounting for heterogeneous sampling efforts. We then assessed overlap of hotspots with existing protected areas and priority areas, and between hotspots derived by distinct criteria. We gathered 286,533 occurrence records belonging to 12,105 unique species, including 6388 species identified as rare, 642 as endemic, and 386 as threatened. We found that biodiversity hotspots showed little spatial overlap with areas currently under protection and previously identified priority areas. Our results highlight the importance of distinct spatial areas of biodiversity and suggest that different ecological mechanisms sustain different aspects of diversity and multiple criteria should be used when defining conservation areas.