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        安西極旱荒漠自然保護區(qū)生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系初探

        2021-06-10 05:27:18王俊智裴鵬祖
        農(nóng)業(yè)科技與信息 2021年10期
        關(guān)鍵詞:樣點荒漠保護區(qū)

        王俊智,裴鵬祖,楊 飛,崔 柳,王 亮

        (甘肅安西極旱荒漠國家級自然保護區(qū)管理局,甘肅瓜州736100)

        生物多樣性是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是地球生命系統(tǒng)的重要組成部分,具有巨大的經(jīng)濟、社會和生態(tài)價值[1]。隨著人口的不斷增長和對自然資源需求的與日俱增,生物多樣性受到了嚴(yán)重的威脅[2]。為了保障生物多樣性得到有效的保護,一些國際性公約,如《二十一世紀(jì)章程》《生物多樣性公約》等都要求締約國對其生物多樣性進行監(jiān)測,同時這些國家都制定了生物多樣性損失程度的目標(biāo),凸顯了全球、國家、區(qū)域?qū)哟紊蠈ι锒鄻有赃M行監(jiān)測的重要性[3]。生物多樣性監(jiān)測就是在一定時限和區(qū)域?qū)ι锒鄻有赃M行重復(fù)監(jiān)測,它通過獲取生態(tài)系統(tǒng)的格局和質(zhì)量、物種的組成與分布以及生長環(huán)境因素等方面的數(shù)據(jù),闡明生物多樣性變化的規(guī)律和趨勢,揭示自然或人為引起的環(huán)境發(fā)生變化所產(chǎn)生的效應(yīng)[4]。通過建立區(qū)域生物多樣性監(jiān)測體系,可以了解該區(qū)域生物多樣性狀況與變化規(guī)律,揭示優(yōu)勢物種、生物群落動態(tài)演變規(guī)律和生態(tài)過程的變化機制,了解物種的生態(tài)需求和種群動態(tài),了解土地利用和氣候變化帶來的生態(tài)效應(yīng),識別威脅因素,確定重點保護地點,減輕外來干擾。生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)是一些簡化的生物或環(huán)境特征參數(shù),可用于獲取生物多樣性現(xiàn)狀和變化趨勢的信息,以反映人為活動對生物多樣性造成的影響[5]。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對生物多樣性指標(biāo)體系的構(gòu)建進行了諸多探索工作,取得了有效進展,其中有些指標(biāo)已經(jīng)成熟應(yīng)用于實際監(jiān)測工作。荒漠生態(tài)系統(tǒng)以干旱多風(fēng)的氣候、水資源缺乏、地表以物理風(fēng)化為主且土壤成土歷程緩慢、植被種類單一且蓋度低、生物量和物種多樣性相對較低以及食物鏈簡單為特征,是陸地上最為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一[6]。但是荒漠生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其面積占比較大,與其他的生態(tài)系統(tǒng)同樣在維持全球生態(tài)平衡和安全中起著不可替代的作用。

        甘肅安西極旱荒漠國家級自然保護區(qū)是以保護極旱荒漠及其生物多樣性為主的荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型保護區(qū),具有廣泛的區(qū)域代表性和地域分界特點,在保護生物多樣性、維護生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要的作用。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,一大批重點工程項目穿越保護區(qū)域,如西氣東輸一、二、三線、蘭新鐵路二線、西電東送750 kV、800 kV工程等,這些開發(fā)活動的持續(xù)開展,勢必給保護區(qū)內(nèi)生物多樣性造成了一定的影響和變化。因此,加大生物多樣性監(jiān)測力度,完善生物多樣性監(jiān)測項目,為評價保護區(qū)保護效力,提高保護區(qū)管理水平勢在必行。保護區(qū)自1987年建區(qū)以來,先后于1987年、2002年、2013年圍繞保護區(qū)的地理地貌特征、植被類型、土壤類型、氣候氣象特征、水資源、生物資源進行了3次綜合性的本底調(diào)查和物種編目。本文在借鑒國內(nèi)外荒漠生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性觀測指標(biāo)后,參考森林、濕地、草原等其他陸地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的觀測指標(biāo),針對安西自然保護區(qū)荒漠生態(tài)系統(tǒng)的獨特環(huán)境特征,以準(zhǔn)確、快捷、客觀反映區(qū)內(nèi)生物多樣性及環(huán)境質(zhì)量為目的,提出并建立了安西極旱荒漠自然保護區(qū)生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系,為我國西部其他區(qū)域荒漠生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測提供了參考。

        1 保護區(qū)概況

        安西極旱荒漠自然保護區(qū)位于河西走廊的甘肅省瓜州縣境內(nèi),總面積8.0×105hm2,海拔1300~3300 m,分南北兩個片區(qū),地貌主要由低山丘陵、剝蝕準(zhǔn)平原地形和山前沖積平原3種組成。保護區(qū)屬典型的大陸干旱荒漠氣候,降水極少,蒸發(fā)量大,空氣相對濕度低,日照時間較長,熱量充足,晝夜溫差大,風(fēng)大沙多。年平均溫度在7.8~10℃,年均日照總時數(shù)為2 940.4~3 171.9 h,多年平均年日照率為73%,多年降水量均在52.0 mm以下,年蒸發(fā)量平均為2 754.9 mm。保護區(qū)內(nèi)共有維管束植物63科210屬455種,主要以典型的中亞4大荒漠植物合頭草(Sympegmaregelii)、紅砂(Reaumuriasoongorica)、泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)、珍珠豬毛菜(Salsola passerina)為代表性的植被為主要保護對象,其中國家Ⅰ級重點保護植物有裸果木(Gymnocarposprzewalskii),植物區(qū)系的主要成份是亞洲中部成份。區(qū)內(nèi)分布有脊椎動物29目65科210種,國家重點保護動物有36種,其中國家Ⅰ級重點保護動物有普氏野馬(Equusprzewalskii)、雪豹(Unciauncia)、北山羊(Capraibex)、金雕(Aquilachrysaetos)、蒙古野驢(Equushemionus)、白唇鹿(Gervusalbirostris)等9種;國家Ⅱ級重點保護動物有盤羊(Ovisammon)、巖羊(Pseudoisnayaur)、鵝喉羚(Gazellasubgutturosa)、猞猁(Lynxlynx)、大天鵝(Cygnuscygnus)等27種。區(qū)內(nèi)昆蟲有10目95科261屬387種(含天敵昆蟲)[7-9]。目前保護區(qū)內(nèi)有各類植被定點監(jiān)測樣方94個;鳥類、哺乳類調(diào)查樣線15條,總長175 km;紅外觸發(fā)相機監(jiān)測點4處,相機120部;地下水位觀測井3處,氣象站11處。同時,保護區(qū)被原環(huán)保部南京環(huán)境研究所列為全國生物多樣性野外觀測示范基地。

        2 生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)的篩選原則

        生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)是監(jiān)測生物多樣性保護近狀、變化規(guī)律和影響因素,評估生物多樣性保護成效的一種重要工具和手段[2]。生物多樣性包括基因、物種、生境、生態(tài)系統(tǒng)等4種不同的尺度,并且在各個層次上都具有不同的功能和結(jié)構(gòu),所以選擇的指標(biāo)要盡量全面反映這一概念的復(fù)雜性。很多學(xué)者從不同角度對監(jiān)測指標(biāo)提出了一些篩選標(biāo)準(zhǔn),例如要具備代表性、科學(xué)性、及時性、敏感性;要易數(shù)量化,便于分析;要與目的及密切相關(guān);要經(jīng)濟適用;要與管理相關(guān)等[10]。結(jié)合保護區(qū)的實際需求以及經(jīng)濟和科研條件有限的情況下,需特別考慮經(jīng)濟適用和可操作性以及管理應(yīng)用等標(biāo)準(zhǔn)。但是無論怎么選擇指標(biāo),都應(yīng)圍繞生物多樣性監(jiān)測和評估的目標(biāo)進行選擇和設(shè)計,其結(jié)果不僅能夠真實地反映所確定問題的變化規(guī)律,更應(yīng)與政策和管理決策相聯(lián)系,能夠隨政策變化而發(fā)生變化響應(yīng),并為政策制定和管理決策提供科學(xué)有效的信息。

        3 生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系擬解決的科學(xué)問題

        從保護區(qū)生物多樣性的保護和研究層面上提出了生物多樣性監(jiān)測體系需要解決的科學(xué)問題。通過選擇瀕危旗艦重要物種、典型物種和指示物種等,監(jiān)測其種群動態(tài)變化趨勢和主要影響因素,提供反映氣候、環(huán)境變化導(dǎo)致的荒漠生態(tài)系統(tǒng)變化的動態(tài)信息,并預(yù)測可能產(chǎn)生的后果;通過選擇生態(tài)系統(tǒng)類型并在其典型代表區(qū)域設(shè)置一定面積的長期固定監(jiān)測樣地樣方,實現(xiàn)對生態(tài)系統(tǒng)的功能、組成和關(guān)鍵旗艦物種、瀕危重要物種等的監(jiān)測,為保護區(qū)生物多樣性的保護和研究提供一個科學(xué)的、完整的數(shù)據(jù)庫;通過遙感手段和GIS對一定范圍的景觀格局和過程及其影響因子進行長期監(jiān)測,為實現(xiàn)對保護區(qū)中最為脆弱和敏感地區(qū)的情景觀測、預(yù)報和預(yù)警。具體擬解決以下科學(xué)問題:一是保護區(qū)內(nèi)的植物組成及物種多樣性現(xiàn)狀如何?哪些物種有滅絕的危險?哪些區(qū)域是生物多樣性保護的重點?二是隨著國家重點工程建設(shè)和開礦、放牧等人類開發(fā)活動,保護區(qū)內(nèi)的植物多樣性發(fā)生了怎樣的變化?哪些區(qū)域?qū)τ谌祟惢顒雍铜h(huán)境變化的響應(yīng)最為敏感?多樣性的演變規(guī)律怎樣?人類活動干擾對物種多樣性喪失的影響多大?三是保護區(qū)內(nèi)國家重點保護植物的α、β、γ多樣性空間分布格局的特征?形成、維持和變化的機理及其與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系怎樣?四是保護區(qū)內(nèi)的典型優(yōu)勢植物種空間分布格局怎樣?驅(qū)動因素有哪些?植物種間的消長變化是否受立地條件、環(huán)境因子以及人類活動等因素的影響?五是保護區(qū)內(nèi)的動物(魚類、兩棲類、爬行類、有蹄類、鳥類)生物多樣性現(xiàn)狀如何?是否受到人類活動干擾和環(huán)境變化的脅迫?該如何保護?六是在當(dāng)前管理模式和未來可能的環(huán)境變化情景下,保護區(qū)生境內(nèi)的生物多樣性組成和結(jié)構(gòu)會怎樣變化?該如何應(yīng)對?

        4 保護區(qū)生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系的構(gòu)建

        要建立一個有效的生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系,必須要選擇適合的指標(biāo)以及數(shù)據(jù)分析的方法,用來闡明生物多樣性保護的現(xiàn)狀與監(jiān)測指標(biāo)之間的相互關(guān)系。當(dāng)前國際上生物多樣性監(jiān)測體系大都從其保護的角度出發(fā),采用“驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)”的概念框架作為生物多樣性評估項目主要使用的評估框架[2]。通過借鑒國內(nèi)外荒漠生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的監(jiān)測指標(biāo),同時參照濕地、森林、草原等其他陸地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的監(jiān)測指標(biāo),提出了針對安西極旱荒漠自然保護區(qū)的多樣性評估指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系包括生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性、生物系統(tǒng)服務(wù)與功能、生態(tài)系統(tǒng)完整性、環(huán)境4個方面,17個指標(biāo)層,40個具體指標(biāo),詳見表1。

        表1 安西極旱荒漠自然保護區(qū)生物多樣性指標(biāo)體系

        5 區(qū)內(nèi)生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系樣點的布設(shè)

        5.1 植物

        生物多樣性監(jiān)測體系樣點的布設(shè)一般有2種方法:一種是按照植被群落的類型進行布設(shè)。其布設(shè)的前提條件是需要植被圖作為依據(jù),是基于植被調(diào)查數(shù)據(jù),要能真實的反映植被的分布狀況,否則會影響調(diào)查結(jié)果。另外一種是系統(tǒng)隨機布設(shè)。這種方法不需要植被圖,不考慮植被類型,取樣是一種隨機的方法,所有觀測點均可以作為隨機樣本進行統(tǒng)計分析,但是工作量大,精確度低,往往需要設(shè)置大量的野外監(jiān)測點,代價高,可行性差[11]。

        采用隨機布設(shè)樣點,已有的多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)大都以1 km2為基本調(diào)查單元,10 m2的作為一個樣方單元。例如處于世界領(lǐng)先水平的瑞士生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),全國建立了1 600個系統(tǒng)分布的1 km2正方形單元,每個樣方10 m2,調(diào)查樣方內(nèi)的所有維管束植物。但這種方法會導(dǎo)致監(jiān)測植物種類和數(shù)量相對欠缺,大多無法滿足研究所需的調(diào)查要求。同時,如若在荒漠區(qū)以1 km2作為1個基本調(diào)查單元進行物種多樣性調(diào)查,調(diào)查密度過高且耗時過多,無法在具體實踐中開展野外工作[8]。因此,在開展景觀尺度多樣性調(diào)查時,其空間范圍需縮減一半,確定為500 m×500 m作為一個基本景觀單元,100 m2為一個基本樣地單元。

        按照植被圖進行生物多樣性樣點的選取和布設(shè)方案:首先,將研究區(qū)域分成方格,然后通過整合植被圖、高分辨率遙感圖、保護區(qū)地理要素圖(1∶50 000)的信息,在每個方格內(nèi)綜合考慮植被群落類型、遙感植被信息和空間地理位置,選取適當(dāng)數(shù)量的監(jiān)測樣點。每個方格內(nèi)的監(jiān)測樣點要盡量分散,監(jiān)測樣點越多,空間的異質(zhì)性和檢出率越高??紤]到保護區(qū)人力、物力的限制,建議以5 km×5 km為1個方格,每個方格設(shè)5個點。

        5.2 動物

        對鳥類、昆蟲多樣性監(jiān)測,建議以1 km2的大樣地作為1個基本調(diào)查單元,這也是國際上采用最多的方法,如英國鳥類觀測計劃設(shè)有2 800個1 km2的樣方,調(diào)查其種類、數(shù)量、棲息地狀況;瑞士建立了520個系統(tǒng)分布的1 km2正方形單元,在每個單元內(nèi)沿對角線設(shè)置樣線,記錄樣線兩側(cè)的蝴蝶、鳥類的種數(shù)和種群數(shù)量,計算景觀水平的生物多樣性。

        對于利用紅外觸發(fā)相機監(jiān)測野生動物,可采用分層抽樣法或系統(tǒng)抽樣法設(shè)置觀測樣點。分層抽樣法中,觀測樣點應(yīng)涵蓋觀測樣地內(nèi)不同的生境類型,每種生境類型設(shè)置10個以上樣點(樣點之間間距至少0.5 km)。系統(tǒng)抽樣法中,在監(jiān)測樣地內(nèi)劃定網(wǎng)格設(shè)置觀測樣點,網(wǎng)格大小為1 km×1 km。1 km2至少設(shè)置1個觀測樣點。

        6 討論

        本文提出的針對安西自然保護區(qū)生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)體系仍需通過實踐進一步優(yōu)化完善,特別是通過不斷的監(jiān)測,對其逐步進行調(diào)整和篩選。在數(shù)據(jù)解譯技術(shù)和綜合評價技術(shù)的支撐下,最終建立符合荒漠生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(包括監(jiān)測、評價和預(yù)警等)多層次的指標(biāo)體系。

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