通過標本數(shù)據(jù)評估難以采集的植物類群采集密度及進行相關(guān)研究的缺陷

桂略寧，李辰昱，王康濃，黃喬多，劉有軍，安輝，覃武全，劉博*

1.中央民族大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京 100081

2.廣西十萬大山國家級自然保護區(qū)，廣西 防城港 538000

引言

中國是世界上陸上國土面積排名第四的國家，僅次于俄羅斯、加拿大、美國。中國不但幅員遼闊，經(jīng)緯度區(qū)域的跨度也很大。最東端在黑龍江和烏蘇里江的主航道中心線的相交處 (135°2′30′′E，東九區(qū)) ，最西端在帕米爾高原附近 (73°29′59.79′′E，東五區(qū)) ，最南端在曾母暗沙 (3°31′00′N′，東經(jīng)112°17′09′′E，熱帶) ，最北端在黑龍江省的漠河 (介于東經(jīng) 121°07′～124°20′、北緯 52°10′～53°33′ 之間，亞寒帶)。由于南北的巨大跨度，使中國具有大量的在不同氣候條件下生長的植物物種；中國的東西地理格局大體呈現(xiàn)西高東低的形式，因此，跨越了五個時區(qū)的中國，呈現(xiàn)出特色各異的生態(tài)環(huán)境，既有“世界屋脊”的高海拔雪山，也有如五岳般的高山地區(qū)，還有廣袤的平原地區(qū)等等，正是中國擁有各種各樣的生態(tài)環(huán)境，才能存在著許多不同種類的植物。

盡管中國存在有大量種類的植物，但中國也有不少稀有種類的植物。這些植物一般難以采集，有的可能是因為該物種存在于地球的年代過于久遠，使它的形狀已經(jīng)不適應(yīng)目前的氣候變化，或難以與進化程度更高的物種競爭資源；有的可能是因為人類活動的過度干擾，使它們難以繼續(xù)與人類和平共處；還有的可能遭受某種災(zāi)害，使該物種全部滅絕。盡管這些稀有物種個體數(shù)量少，但它們的作用不可忽視，因為他們也是自然界的一部分，是生態(tài)系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)之一，如果缺失，必然打破生態(tài)環(huán)境的平衡。因此，關(guān)注并維護稀有種群，研究稀有種群的相關(guān)內(nèi)容，就顯得極為重要。

1 材料與方法

我們采用了中國標本分布的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合了中國數(shù)字植物標本館的相關(guān)數(shù)據(jù)。這幾項數(shù)據(jù)包含了國內(nèi)已知的大部分植物數(shù)據(jù)，從中可以得到大量且詳細的相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)都是每隔一段時間就更新的，因此具有很好的時效性和真實性。

生物的采集與保存，是人們獲取植物的分布信息的最直接和最有效的方式，通過對標本數(shù)據(jù)庫,尤其是大型標本數(shù)據(jù)庫的分析，不僅有助于人們理解研究區(qū)域內(nèi)生物多樣性的地理分布格局,而且也有助于人們分析、評價生物多樣性保護和研究的熱點地區(qū)和采樣強度過小的空白區(qū)域或邊緣化區(qū)域。我們對科學(xué)工作者收集得到的全國植物標本數(shù)據(jù)庫進行研究，使用了 Access 和 MS Excel 作為數(shù)據(jù)分析的工具，對數(shù)據(jù)庫中的植物標本信息進行不同方面的分析，并結(jié)合了標本所在地的自然地理特征，由此提出進行難以采集的植物類群相關(guān)研究的缺陷。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 植物的物種與標本數(shù)

我們根據(jù)標本數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了各標本中物種數(shù)量較少的植物的屬和植物數(shù)量。通過數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，物種較少的屬，其平均每個物種的標本量普遍低于物種較多的屬，這可能是由于物種少的植物的數(shù)目較低，為了保護環(huán)境而減少了采集量，這說明當(dāng)?shù)刂参锏臄?shù)量將影響其標本采集量和采集密度。對難以采集的植物，一方面其發(fā)現(xiàn)的困難程度較大，另一方面由于可能它是新進化的物種，或是從很久的時候就流傳下來的，進化分支較少的物種，導(dǎo)致其在生存環(huán)境中暫時難以和其他高密度物種競爭，使其數(shù)量較低，導(dǎo)致了研究者對該植物的采集密度的調(diào)整和以及對其研究價值的預(yù)估。

此外，季節(jié)或采集時間可能影響標本的數(shù)量。束祖飛[1]等通過對廣東車八嶺保護區(qū)的植物標本進行整理，發(fā)現(xiàn)標本在不同月份的采集量呈非均質(zhì)性，大多數(shù)標本的采集時間集中在 6月、7月、9月和 12月，而有的月份所采集的標本數(shù)不到全部標本的 1%。這體現(xiàn)了保護區(qū)標本采集工作的常態(tài)化程度對標本采集的影響，從而可能影響了該地區(qū)的物種資料的收集與整理。有的物種，如短命菊等，不僅生活周期極短，只能存活幾星期，甚至對環(huán)境要求可能比較嚴格。若是出現(xiàn)采集量的季節(jié)性短缺，可能對發(fā)現(xiàn)與保護新物種或極少種群都是不利的。

3.2 中國標本的采集密度與空間分布

我們對中國植物的 10537440 個采集標本進行分析，以研究中國植物標本的保存的空間分布。由于同省的各城市地理與自然環(huán)境的區(qū)別有的十分相似，有的差別巨大，更不必說不同省的城市之間的相互比較，且缺少以城市為單位的采集數(shù)據(jù)較少，難以分析。因此文章以省為單位，對各省的采集標本進行了歸類比較。由于各省面積不盡相同，因此加上了采集密度這一指標，即各省在單位面積內(nèi)采集到的標本數(shù) (表 1)。

圖 1 體現(xiàn)了各省采集標本的數(shù)量值，從圖中可以看出，云南、四川的采集量明顯高于其他地區(qū)，這可能是由于它們地形多樣，降水較充足，所以是植物生長的優(yōu)良場所。野外研究者多數(shù)鐘意于在植物密集、物種豐富的地區(qū)進行標本采集，因為這樣才可以有較大幾率發(fā)現(xiàn)新物種，也有利于研究植物的生長與防護治理，因此如云南、四川等生態(tài)環(huán)境良好的地區(qū)，總采集量和采集密度都較高于其他地區(qū)。

從采樣密度的分布頻率來看 (圖 2)，可以看出，不同的密度范圍的頻率顯著不同，由此可以看出，不同省份的采集密度呈現(xiàn)非均質(zhì)性，這可能是與當(dāng)?shù)氐闹参锷L環(huán)境、當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)政策、歷史研究程度等有關(guān)。

3.3 中國瀕危植物統(tǒng)計及其分析

表1 中國各省標本數(shù)及采集密度Table 1 Number of specimens and collection density in various provinces provinces in China

圖1 各省采集標本數(shù)量圖Fig.1 Number of specimens collected by provinces

圖2 采樣密度分布頻率圖Fig.2 Acquisition density distribution frequency map

我們在中國數(shù)字標本植物館中查閱分析了中國珍稀瀕危植物名錄，并獲得了以下數(shù)據(jù)。

在中國珍稀瀕危植物中，共計有 6487 種，中國特有物種 4257 種。

國家Ⅰ級保護植物共有 205 種，其中 IUCN：CR (瀕危級別為極危) 有 55 種，IUCN：EN (瀕危級別為瀕危) 有 78 種，IUCN：EW (瀕危級別為野外滅絕) 有 1 種，IUCN：NT (瀕危級別為近危) 有 15 種，IUCN：VU (瀕危級別為易危) 有 56 種；國家Ⅰ級保護植物中中國特有物種有 75 種，其中 IUCN：CR (瀕危級別為極危) 有 34 種，IUCN：EN (瀕危級別為瀕危) 有 28 種，IUCN：EW (瀕危級別為野外滅絕) 有 1 種，IUCN：NT (瀕危級別為近危) 有 2 種，IUCN：VU (瀕危級別為易危) 有 10 種。

國家Ⅱ級保護植物共有 809 種，其中 IUCN：CR (瀕危級別為極危) 有 88 種，IUCN：EN (瀕危級別為瀕危) 有 227 種，IUCN：RE (瀕危級別為地區(qū)滅絕) 有 1 種，IUCN：EX (瀕危級別為滅絕) 有 6 種，IUCN：NT (瀕危級別為近危) 有 203 種，IUCN：VU (瀕危級別為易危) 有 284 種；國家Ⅱ級保護植物中中國特有物種有 409 種，其中 IUCN：CR (瀕危級別為極危) 有 69 種，IUCN：EN (瀕危級別為瀕危) 有 227 種，IUCN：EX (瀕危級別為滅絕) 有 6 種，IUCN：NT (瀕危級別為近危) 有 82 種，IUCNVU (瀕危級別為易危) 有 131 種。

未列入國家級保護的珍稀植物共有 5473 種，其中 IUCN：CR (瀕危級別為極危) 有 438 種，IUCN：EN (瀕危級別為瀕危) 有 982 種，IUCN：RE (瀕危級別為地區(qū)滅絕) 有 13 種，IUCN：EW (瀕危級別為野外滅絕) 有 8 種，IUCN：EX (瀕危級別為滅絕) 有 21 種，IUCN：NT (瀕危級別為近危) 有 2486 種，IUCN：VU (瀕危級別為易危) 有 1525 種；未列入國家級保護的珍稀植物中中國特有物種有 3773 種，其中 IUCN：CR (瀕危級別為極危) 有 354 種，IUCN：EN (瀕危級別為瀕危) 有 697 種，IUCN：EW (瀕危級別為野外滅絕) 有 8 種，IUCN：EX (瀕危級別為滅絕) 有 21 種，IUCN：NT (瀕危級別為近危) 有 1680 種，IUCN：VU (瀕危級別為易危) 有 1014 種。

從上述數(shù)據(jù)，可以看出中國是需要進行植物重點保護的國家。中國有 27268 種被子植物[3]和 202 種裸子植物[4]，共 27470 種植物，其中珍稀植物有 6487 種，占比 23.6%。中國的特有珍稀植物約占其所有珍稀植物物種的 2/3，其中屬于 CR、EN 級別的中國特有珍稀植物有 448 種，占中國特有珍稀植物的 10.5%，占據(jù)比例極大。此外，該調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國有 27 種植物已經(jīng)滅絕，野外滅絕的有 9 種，這 36 種植物都屬于中國特有珍稀植物；地區(qū)滅絕有 14 種，但沒有中國特有珍稀植物。

3.4 植物異名現(xiàn)狀及分析

我們利用植物學(xué)名校訂工具 4.0 (Taxonomic Name Resolution Service4.0) 對中國 3709905 種植物進行異名分析，發(fā)現(xiàn)有 75% 的植物存在異名現(xiàn)象，即這些植物擁有多個名字，有的是因為在以前對植物的認知水平較低，而對植物進行錯誤的分類，導(dǎo)致命名錯誤；有的是該植物具有多個命名人，導(dǎo)致拉丁文種屬名后的命名人有所不同。植物的名稱如此豐富多樣，是由多種因素造成的。

隨著科學(xué)發(fā)展的不斷深入，人類對植物的認識已經(jīng)不僅僅是根據(jù)其植物表觀特征，而且還深入到分子領(lǐng)域，如從遺傳物質(zhì)的差異中區(qū)別物種間的親緣關(guān)系。這極大地便利了當(dāng)前植物數(shù)據(jù)的整理與植物數(shù)據(jù)庫的制作，但植物的正確命名工作仍舊有待加強。陳玉凱[2]等對海南省的維管植物進行了分析，發(fā)現(xiàn)海南島有 1220 個物種的拉丁學(xué)名需修訂，包括拼寫錯誤、鑒定錯誤和存在異名等。海南島的島嶼狀態(tài)使其受外來物種的影響較少，仍出現(xiàn)了許多在鑒定與命名上的缺陷，更不必說在物種交流更復(fù)雜的大陸。因此，當(dāng)前的植物鑒別與命名工作仍任重而道遠。

4 分析與討論

4.1 植物地區(qū)分布分析

植物物種在某一地區(qū)內(nèi)的生長，是由其本身的植物性質(zhì)與長期的對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)的協(xié)同作用造成的。因此，不能完全由植物物種的數(shù)量來判斷當(dāng)?shù)刂参锏纳L品質(zhì)，不是植物物種越多，越能體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐木G化工作的質(zhì)量。此外，保護當(dāng)?shù)刂参?，尤其是?dāng)?shù)靥赜兄参?(無論其是否是瀕危植物)，是極為重要的。這些植物具有地區(qū)特異性，對不同地區(qū)的同種植物進行研究、比較，可以使我們更能全面了解當(dāng)?shù)刂参锷鷳B(tài)的相關(guān)研究，從而為當(dāng)?shù)刂参锉Ｗo提供建設(shè)性建議

4.2 植物的采集密度和研究缺陷

云南是我國植物物種最多的地區(qū)，且擁有溫帶和熱帶地區(qū)，再加上當(dāng)?shù)卣岢龅牧己玫纳鷳B(tài)保護理念，使它成為植物研究的熱點地區(qū)。馮建孟[5]等對云南維管植物進行了空間分布的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)云南各研究單元的標本的采集和標本的空間分布都呈非均質(zhì)性，且標本密度與物種密度呈正相關(guān)，因此采集強度可很大程度地影響人們對植物物種的認知，即發(fā)現(xiàn)新種的可能性。因此，一定范圍內(nèi)，植物采集強度越大的地方，發(fā)現(xiàn)的新種可能越多，或獲得新種的可能性越大。采集密度可能受當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、國家支持力度、研究者的普遍研究意愿等影響，但這有可能使人們對全國的物種分布認識缺陷，難以發(fā)現(xiàn)在采集密度較低的情況下的新物種[6]，導(dǎo)致植物數(shù)據(jù)庫的信息不完善。

4.3 中國發(fā)展與中國植物的關(guān)系

中國土地廣袤，擁有八大植被區(qū)域，以及除極地凍原以外的其他生態(tài)環(huán)境，使中國植物物種多樣性、遺傳多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性在世界上都具有代表意義。同時，中國人口稠密，對生存空間的需求很大，因此難免會對自然界的植物生存造成壓力。我們既不能肆意占據(jù)植物的生存空間，破壞植物，破壞生態(tài)；也不能因噎廢食，為了保護環(huán)境而不發(fā)展人類文明。正所謂“綠水青山就是金山銀山”，我們應(yīng)當(dāng)積極利用植物的直接價值和間接價值，并不斷發(fā)掘其潛在價值，最大限度地使其為我們?nèi)祟悇?chuàng)造最大價值；同時我們要保護環(huán)境，愛惜植物，防止植物滅絕，造成不可逆轉(zhuǎn)的嚴重后果。

4.4 不足之處

本次研究是基于中國植物的相關(guān)數(shù)據(jù)庫而完成的，但這些數(shù)據(jù)并非實時更新的，因此數(shù)據(jù)庫的許多數(shù)據(jù)與文章撰寫之時可能已經(jīng)不同，物種的種類和植物數(shù)量可能都發(fā)生了顯著變化，因此文章描述的情況可能并不完善。

此外，自然界還包含其他的未被發(fā)現(xiàn)與認知的植物，這些植物的分類和分布狀況都尚不清晰，因此我們的數(shù)據(jù)庫并不完整，所以文章的內(nèi)容可能與實際情況有些出入。但無論如何，利用標本數(shù)據(jù)庫進行保護植物學(xué)研究，是最為高效、方便、廉價的方法，因此對標本的采集、整理、編輯數(shù)據(jù)庫等工作是極其重要的。