安西極旱荒漠自然保護區(qū)生物多樣性監(jiān)測指標體系初探

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)展的物質基礎，是地球生命系統(tǒng)的重要組成部分，具有巨大的經濟、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，凸顯了全球、國家、區(qū)域層次上對生物多樣性進行監(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)域對生物多樣性進行重復監(jiān)測，它通過獲取生態(tài)系統(tǒng)的格局和質量、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)生變化所產生的效應[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，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，國內外學者對生物多樣性指標體系的構建進行了諸多探索工作，取得了有效進展，其中有些指標已經成熟應用于實際監(jiān)測工作。荒漠生態(tài)系統(tǒng)以干旱多風的氣候、水資源缺乏、地表以物理風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次綜合性的本底調查和物種編目。本文在借鑒國內外荒漠生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性觀測指標后，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，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，以準確、快捷、客觀反映區(qū)內生物多樣性及環(huán)境質量為目的，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，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)內有各類植被定點監(jiān)測樣方94個；鳥類、哺乳類調查樣線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)測指標的篩選原則

生物多樣性監(jiān)測指標是監(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構，所以選擇的指標要盡量全面反映這一概念的復雜性。很多學者從不同角度對監(jiān)測指標提出了一些篩選標準，例如要具備代表性、科學性、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；要經濟適用；要與管理相關等[10]。結合保護區(qū)的實際需求以及經濟和科研條件有限的情況下，需特別考慮經濟適用和可操作性以及管理應用等標準。但是無論怎么選擇指標，都應圍繞生物多樣性監(jiān)測和評估的目標進行選擇和設計，其結果不僅能夠真實地反映所確定問題的變化規(guī)律，更應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，并為政策制定和管理決策提供科學有效的信息。

3 生物多樣性監(jiān)測指標體系擬解決的科學問題

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)境變化導致的荒漠生態(tài)系統(tǒng)變化的動態(tài)信息，并預測可能產生的后果；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、預報和預警。具體擬解決以下科學問題：一是保護區(qū)內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和開礦、放牧等人類開發(fā)活動，保護區(qū)內的植物多樣性發(fā)生了怎樣的變化?哪些區(qū)域對于人類活動和環(huán)境變化的響應最為敏感？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)功能關系怎樣？四是保護區(qū)內的典型優(yōu)勢植物種空間分布格局怎樣？驅動因素有哪些？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)生境內的生物多樣性組成和結構會怎樣變化？該如何應對？

4 保護區(qū)生物多樣性監(jiān)測指標體系的構建

要建立一個有效的生物多樣性監(jiān)測指標體系，必須要選擇適合的指標以及數(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)測指標之間的相互關系。當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“驅動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應”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]。通過借鑒國內外荒漠生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的監(jiān)測指標，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，提出了針對安西極旱荒漠自然保護區(qū)的多樣性評估指標體系，該指標體系包括生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性、生物系統(tǒng)服務與功能、生態(tài)系統(tǒng)完整性、環(huán)境4個方面，17個指標層，40個具體指標，詳見表1。

表1 安西極旱荒漠自然保護區(qū)生物多樣性指標體系

5 區(qū)內生物多樣性監(jiān)測指標體系樣點的布設

5.1 植物

生物多樣性監(jiān)測體系樣點的布設一般有2種方法：一種是按照植被群落的類型進行布設。其布設的前提條件是需要植被圖作為依據(jù)，是基于植被調查數(shù)據(jù)，要能真實的反映植被的分布狀況，否則會影響調查結果。另外一種是系統(tǒng)隨機布設。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，往往需要設置大量的野外監(jiān)測點，代價高，可行性差[11]。

采用隨機布設樣點，已有的多樣性監(jiān)測網絡大都以1 km2為基本調查單元，10 m2的作為一個樣方單元。例如處于世界領先水平的瑞士生物多樣性監(jiān)測網絡，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，調查樣方內的所有維管束植物。但這種方法會導致監(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查要求。同時，如若在荒漠區(qū)以1 km2作為1個基本調查單元進行物種多樣性調查，調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，選取適當數(shù)量的監(jiān)測樣點。每個方格內的監(jiān)測樣點要盡量分散，監(jiān)測樣點越多，空間的異質性和檢出率越高?？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有2 800個1 km2的樣方，調查其種類、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，在每個單元內沿對角線設置樣線，記錄樣線兩側的蝴蝶、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)抽樣法設置觀測樣點。分層抽樣法中，觀測樣點應涵蓋觀測樣地內不同的生境類型，每種生境類型設置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)測樣地內劃定網格設置觀測樣點，網格大小為1 km×1 km。1 km2至少設置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，對其逐步進行調整和篩選。在數(shù)據(jù)解譯技術和綜合評價技術的支撐下，最終建立符合荒漠生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測（包括監(jiān)測、評價和預警等）多層次的指標體系。