自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物保護效率評價

趙曉冏,王 建,蘇軍德

自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物保護效率評價

趙曉冏1,2,王 建2*,蘇軍德3

(1.甘肅省生態(tài)環(huán)境科學設計研究院,甘肅 蘭州 7300206；2.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院,甘肅 蘭州 730000；3.甘肅有色冶金職業(yè)技術學院,甘肅 金昌 737100)

本文以生物多樣性熱點區(qū)域甘肅省為研究區(qū)域,在系統(tǒng)收集甘肅省主要珍稀瀕危野生植物分布及其棲息地資源信息的基礎上,預測各物種的棲息地適宜生境分布格局,采用替代成本法計算了甘肅省主要珍稀瀕危植物生物多樣性保護價值,并從多視角評價了全省自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物的保護成效.結果表明,珍稀瀕危野生植物適宜生境分布范圍面積達到72988.12km2(去除重疊面積),全省珍稀瀕危野生植物生境適宜度高的區(qū)域分布較少,且南北分布差異較大.甘肅省珍稀瀕危野生植物的保護價值為2674.74億元.高值區(qū)主要集中在甘肅南部的隴南、甘南,其分布總體趨勢從東北到西南逐漸減少,最高位于甘肅省南部森林區(qū)域,其次為北部祁連山地區(qū),低值區(qū)主要集中分布在黃土高原. 甘肅省自然保護區(qū)雖然在一定程度上能夠較好地代表全省適宜生境,但其在空間分布上與珍稀瀕危野生植物適宜分布范圍和生物多樣性保護價值高值區(qū)存在空間上的錯配.本研究結果對自然保護地優(yōu)化調整和制定生物多樣性保護規(guī)劃具有重要指導意義.

自然保護區(qū)；生物多樣性；珍稀瀕危；生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)

生物多樣性是人類社會賴以生存和可持續(xù)發(fā)展的重要保障,保護生物多樣性不僅對維持地球生態(tài)系統(tǒng)的功能至關重要,而且是生態(tài)系統(tǒng)服務多樣化的基礎,對人類福祉具有重要意義[1-2].隨著社會經濟的快速發(fā)展,由于不恰當的土地利用,如盲目的城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、農田擴展及森林采伐等,導致自然生境退化、生物多樣性下降和喪失[3-4],尤其是一些珍稀瀕危植物受到的影響更大.

自然保護區(qū)是生物多樣性保護的基石,在過去的60a間,作為全球生物多樣性最豐富的國家之一的中國,自然保護區(qū)發(fā)展迅速,為減緩全球生物多樣性喪失發(fā)揮了關鍵作用.據國家林業(yè)和草原局公布的,截至2020年底,全國自然保護地總數量達到1.18萬個,占國土面積18%以上,其中國家級自然保護區(qū)474個.為我國生物多樣性保護起到了關鍵作用.但在自然保護區(qū)建立之初,由于缺乏科學、詳細的調查和統(tǒng)一規(guī)劃,加之地方政府對自然保護區(qū)建立的重要性認識不足,存在布局不均衡和生物多樣性富集地區(qū)就地保護力度不夠等諸多問題[5],被保護區(qū)域連通性不足與破碎化現(xiàn)象嚴重,導致自然保護區(qū)對生物多樣性的保護效率空間差異較大.因此急需通過評估自然保護區(qū)的保護效率,識別保護空缺,優(yōu)化自然保護區(qū)空間分布,對于提升自然保護區(qū)的保護效率和功能分區(qū)優(yōu)化具有重要意義,這也是目前生物多樣性研究的熱點領域之一.

自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生物種的保護效率評估,可反映自然保護區(qū)對特定物種或某一類群及其棲息地的保護效果,亦可反映自然保護區(qū)對整體物種多樣性保護目標的實現(xiàn)情況[6].當前研究多集中在針對某個自然保護區(qū)內的動物物種數量及其生境的動態(tài)變化監(jiān)測來進行評估其保護效率[7-10],而對植物物種保護效率的研究成果較少,僅僅涉及某個自然保護區(qū)內的單一物種[11-12],研究對象相對單一.

總體來看,雖然一些旗艦物種得到的關注較多,但是多數自然保護區(qū)并不是僅僅涉及一種或幾種珍稀瀕危物種,評估對象的全面性是影響評估準確性的重要制約因素[13-14].此外,現(xiàn)有研究中自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生物種的保護效率評估,主要從自然保護區(qū)保護物種的數量、密度及其生境的面積作為切入點[15-17],并未真正關注物種生物多樣性本身的價值,如何把生物多樣性的“價值”定量體現(xiàn)到自然保護區(qū)對生態(tài)系統(tǒng)管理與生物多樣性保護當中去?估算生物多樣性的價值,其重要目的之一是充分認識生物多樣性的重要性,同時體現(xiàn)自然保護區(qū)在保護生物多樣性方面的貢獻,從而為自然保護區(qū)管理提供服務,實現(xiàn)對生態(tài)系統(tǒng)服務功能及價值的全面提升.

本文在調查收集甘肅省主要珍稀瀕危保護植物分布及其棲息地資源信息的基礎上,在地理信息系統(tǒng)和物種生境適宜性評價模型支持下,采用替代成本法定量計算了甘肅省生態(tài)系統(tǒng)保護主要瀕危植物的保護價值,在此基礎上詳細分析了自然保護區(qū)對珍稀瀕危植物的保護效率,為甘肅省保護生物多樣性的決策提供理論依據和技術支撐,將生物多樣性價值作為自然保護區(qū)優(yōu)化調整和設立的參考依據,也為能夠完善甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估指標體系,為甘肅省制定生態(tài)系統(tǒng)服務管理對策奠定基礎.

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處西北內陸,位于黃土高原、青藏高原、內蒙古高原三大高原和西北干旱區(qū)、青藏高寒區(qū)、東部季風區(qū)三大自然區(qū)域的交匯處,全省地域狹長,地質地貌、氣候類型復雜多樣,涵蓋了森林、草原、荒漠、濕地、農田、城市等六大陸地生態(tài)系統(tǒng)類型,總土地面積為42.58萬km2.主要山系有阿爾金山、祁連山、岷山、秦嶺、子午嶺、六盤山、合黎山和龍首山等.它位于國家“兩屏三帶”生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中的青藏高原生態(tài)屏障、黃土高原-川滇生態(tài)屏障和北方防沙帶,是長江、黃河上游重要的水源涵養(yǎng)地和補給區(qū).

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

2.1.1 生態(tài)系統(tǒng)類型數據 本研究所用生態(tài)系統(tǒng)類型數據來源于生態(tài)生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星應用中心,該數據由生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星應用中心聯(lián)合中國科學院生產,采用基于面向對象的分類方法,全國建立大約200個解譯標志庫,對30m分辨率的LandsatTM/ ETM、5m或2.5m的SPOT5、30m分辨率的ENVISAT、ASAR、HJ-1遙感影像進行分類解譯,甘肅省生態(tài)系統(tǒng)類型數據的時間為2015年.結合2508個地面核查點的數據,其分類的總體精度達到85%以上[18].甘肅省包括9個一級類、19個二級類和38個三級類的生態(tài)系統(tǒng)類型,根據研究需要,將研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型整合為7個一級類(森林、灌叢、草地、耕地、濕地、建設用地、荒漠),21個二級類(落葉闊葉林、常綠針葉林、針闊混交林、落葉闊葉灌叢、草甸、草原、其他草地、水田、旱地、園地、草本濕地、湖泊、水庫、河流、城市綠地、建設用地、裸巖、裸地、沙漠、鹽堿地、冰川),建立相應的數據庫.

2.1.2 物種保護對象數據 本文涉及的物種數據來源于受威脅物種-中國生物多樣性紅色名錄-高等植物卷;中國Ⅰ、Ⅱ級重要保護物種,省級或地方重要保護物種;中國特有種、區(qū)域特有物種;甘肅省縣域物種分布數據.

甘肅省涉及7個國家生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)(圖2),包括祁連山生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)、西鄂爾多斯-賀蘭山-陰山生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)、羌塘-三江源生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)、庫姆塔格生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)、六盤山-子午嶺生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)、岷山-橫斷山北段生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)、秦嶺生物多樣性保護優(yōu)先區(qū).根據相關研究[19],生物多樣性優(yōu)先保護區(qū)既考慮了物種豐富度高的生態(tài)系統(tǒng)和包含珍稀瀕危物種的生態(tài)系統(tǒng)的分布區(qū),也選取了反映地帶性和非地帶性的典型生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū),以及僅在中國分布的生態(tài)系統(tǒng)的分布區(qū).故本研究認為,7個生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)內的保護物種能夠代表甘肅省的生物多樣性保護的主要物種.故便于研究,本研究以甘肅省7個生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)內的珍稀瀕危野生植物為研究對象,相應優(yōu)先區(qū)內的物種保護對象類型、級別及數量見表1,由于部分保護物種現(xiàn)有研究資料缺失,無法準確確定其適宜生境范圍,故本研究中僅針對有相關研究資料的29種珍稀瀕危野生植物進行分析研究.

圖2 甘肅省生物多樣性優(yōu)先保護區(qū)分布

2.1.3 自然保護區(qū)數據 本研究中用到的自然保護區(qū)邊界數據包括甘肅省境內的國家級和省級自然保護區(qū),共計55個,該數據通過自然保護區(qū)功能區(qū)劃圖矢量化得到,坐標系統(tǒng)一到大地2000.自然保護區(qū)分布見圖3.

表1 甘肅省物種保護對象類型、級別及數量

圖3 甘肅省自然保護區(qū)分布圖

2.1.4 植被覆蓋度數據 本研究根據象元二分模型原理[20]計算植被覆蓋度,數據選取覆蓋甘肅省的2015年MODIS NDVI數據集,時間分辨率為16d,空間分辨率為250m.2015年最大NDVI數據經過原始數據提取子數據集、拼接、投影柵格、換算單位、裁剪得到16d 250m的NDVI數據后,再利用最大合成法得到2015年最大NDVI數據,進而得到研究區(qū)植被覆蓋度.

2.2 研究方法

2.2.1 珍稀瀕危野生植物異地保護成本確定 本研究對珍稀瀕危野生植物異地保護成本的確定,主要參考唐小平等[21]對青海省主要珍稀瀕危野生植物異地保護成本的計算方法,考慮到植物園中植物的多為珍貴品種,養(yǎng)護成本較高,能夠在較大程度上反映珍稀瀕危野生植物的異地保護成本,故本研究對蘭州市植物園和市場進行調查,內容包括區(qū)域范圍的勞動力成本V、病蟲害防治成本V、肥料施用成本V、土地租賃成本V、農業(yè)灌溉用水成本V.分別計算喬木的異地保護成本V1和草本的異地保護成本V2,并按下式確定珍稀瀕危野生植物異地保護成本V:

據調查,蘭州市植物園面積36.67ha,人員52人,按照甘肅省最低工資1470元/(月·人)計算,勞動力成本為2.5元/m2;土地租賃成本價格為5000元/hm2,森林病蟲害防治用藥為750g/hm2,單價為6元/g;草原病蟲害防治用藥為1.8g/hm2,單價0.36元/ha.喬木一年澆水5次,草本一年澆水8次,每次成本為150元/hm2.最終得到喬木樹種異地保護成本為3.527元/ m2,草本植物異地保護成本為3.123元/m2.

2.2.2 珍稀瀕危野生植物生境適宜性分析方法 本研究采用生境適宜性模型確定物種適宜生境分布范圍,該模型是通過分析物種生存條件及其與所在區(qū)域的自然環(huán)境之間的適應性,明確生境的分布范圍與特征[22].考慮到由于本研究中對物種適宜生境的確定用到了縣域物種分布數據,該分布數據通過大量調查獲得,故認為采用生境適宜性模型確定的物種適宜生境范圍接近真實分布范圍.物種適宜生境分布范圍確定的主要步驟包括:

(1)生境適宜性影響因子的篩選

影響陸生植物生境適宜性的因子包括物理環(huán)境因子、生物環(huán)境因子[22].本研究中,針對物理環(huán)境因子選擇海拔,生物環(huán)境因子選擇植被類型,因子的選擇主要根據野外調查數據及前人研究的相關文獻[22-23]確定.

(2)生境適宜性賦值

通過野外調查、查閱相關文獻資料中對物種適宜分布的物理環(huán)境因子和生物環(huán)境因子的描述,對每一個物種的生境進行賦值,若為適宜生境,賦值為1,否則賦值為0.同時,還利用生態(tài)環(huán)境部南京所的甘肅省縣域物種分布數據確定重要物種的縣級分布范圍,如該物種在某個縣無分布,則將該區(qū)域的適宜生境也賦值為0.

(3)生境適宜性評價模型

決定物種生存的環(huán)境因子較多,且其對物種生存的影響程度差異性較大,其中對物種生存具有關鍵作用的環(huán)境因子若被破壞或喪失,將直接影響到物種的生存和繁衍.因此本文得出如下假設:在已確定的主要環(huán)境因子中,若某種環(huán)境因子不適宜物種生存,那么即使其它因子均適宜,其綜合結果也是不適宜該物種生存.因此,本研究采用模糊賦值求積法進行物種生境評價,計算方法如下:

式中:S表示不同評估單元針對某一物種生境的綜合適宜度值,表示不同生境因子,U表示不同生境因子對該物種生境適宜性影響程度的重要性值.當某一因子U為0時,S將為0.

生成某個重要物種適宜生境分布數據的具體步驟是,首先利用某物種分布數據確定重要物種的縣級分布范圍,其次利用數字高程模型提取該物種的海拔分布范圍,再次利用生態(tài)系統(tǒng)數據提取該物種的適宜生境類型,最后將以上3個圖層進行空間疊加分析,公共區(qū)域即為該重要物種的適宜生境分布范圍.

2.2.3 珍稀瀕危野生植物適宜生境重要性值確定 本研究中將通過生境適宜性評價模型得到的珍稀瀕危野生植物物種適宜生境分布范圍內的柵格單元賦值為1,表示該物種在某個柵格單元上的適宜生境的重要性值為1;若有多個物種的適宜生境分布范圍相重疊,則將這些物種在柵格單元上的適宜生境重要性值相加,作為區(qū)域內某個柵格單元上所有珍稀瀕危野生植物的適宜生境重要性值.

2.2.4 珍稀瀕危野生植物保護價值 由于通過生境適宜性評價模型計算出來的適宜生境分布范圍是均一化的范圍,沒有考慮植物物種分布的稀疏和稠密,計算出來的物種保護價值不能完全真實反映物種分布狀況.為此引入植被覆蓋度更能反映物種分布的真實性,考慮到區(qū)域植被覆蓋狀況總體相對較穩(wěn)定,故本研究采用現(xiàn)狀植被覆蓋度來表征適宜生境分布范圍內的植被覆蓋狀況.本研究對珍稀瀕危野生植物經濟價值的評估,結合物種適宜生境分布范圍及栽種植物的單位異地保護成本價格,采用如下計算公式,在ArcGIS支持下得到生態(tài)系統(tǒng)保護各瀕危物種的保護價值.計算公式如下:

式中,EV為野生植物物種的經濟價值;為物種個體異地保護成本價值;A為物種適宜生境分布面積;F為物種所在柵格的植被覆蓋度;為1～.

2.2.5 自然保護區(qū)的保護效率評價 本研究中自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物保護效率的評價,主要通過生境面積、生境重要性、珍稀瀕危植物保護價值指標進行分析.

將珍稀瀕危野生植物物種的適宜分布范圍與自然保護區(qū)進行疊加,如果(自然保護區(qū)內適宜生境/全省適宜生境面積)>(自然保護區(qū)/全省總面積),則該保護區(qū)被認為具有良好的適宜生境代表性.否則,被認為對適宜生境的代表性不佳[24].

將珍稀瀕危野生植物物種的生物多樣性保護價值分布范圍與自然保護區(qū)進行疊加,珍稀瀕危野生植物保護價值高值區(qū)面積占自然保護區(qū)、自然保護區(qū)核心區(qū)面積的比例視為自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物的保護效率.

3 研究結果

3.1 珍稀瀕危野生植物適宜生境空間分布

在獲取珍稀瀕危野生動植物縣級分布范圍、物種的海拔分布范圍、物種的適宜生境類型的基礎上,利用珍稀瀕危野生動植物生境適宜性分析方法,提取了甘肅省境內29種珍稀瀕危野生植物的適宜生境空間分布范圍(圖4).

從圖4(A)中可以看出,珍稀瀕危野生植物適宜生境分布范圍主要分布在甘肅西部的酒泉、張掖;甘肅南部的甘南、隴南、天水、慶陽等市州.29種珍稀瀕危野生植物的分布范圍面積達到72988.12km2(去除重疊面積),其中,27種植物重疊區(qū)域面積達到22407.32km2,占適宜生境面積的30.70%.適宜生境分布范圍較大的植物包括山莨菪()(24.84%)、黃花白芨()(17.08%)、羽葉點地梅()(14.89%)、紅花綠絨蒿()(14.47%)、廟臺槭()(13.30%),5種植物適宜生境面積達到58918.26km2(去除重疊面積),占到總適宜生境分布面積的80.72%.

圖4 珍稀瀕危野生植物適宜生境分布范圍

從圖4(B)中可以看出,珍稀瀕危野生植物適宜生境高值區(qū)主要分布在天水南部、隴南山地,中值區(qū)集中分布在甘南高原,隴南山地有零星分布,低值區(qū)分布范圍較廣,祁連山地區(qū)、平涼、慶陽以及甘南等地.適宜生境重要性值大于5的面積僅占到全省生境適宜面積的0.28%.適宜生境重要性值在2～5之間的面積占到全省生境適宜面積的10.63%,而適宜生境重要性值在1～2之間的面積占到全省生境適宜面積的89.09%.總體來看,全省珍稀瀕危野生植物適宜生境重要性值高的區(qū)域分布較少,且南北分布差異較大,甘肅南部自然條件較為適宜野生植物生長.

3.2 珍稀瀕危野生植物生物多樣性保護價值分析

圖5 甘肅省珍稀瀕危野生植物保護價值空間分布與各市州占比

根據本研究珍稀瀕危野生植物保護價值評估方法,共計算了29種甘肅省重要珍稀瀕危野生植物的保護價值,其中木本植物16種,經濟價值總量為1333.89億元;草本植物13種,保護價值為1340.85億元.甘肅省29種珍稀瀕危野生植物保護價值2674.74億元.從圖5(A)保護價值空間分布格局看,全省生物生物多樣性保護價值分布總體上南高北低,呈帶狀分布,高值區(qū)主要集中在祁連山西段以及甘肅南部的隴南、甘南、天水和慶陽南部等地,在空間上形成了子午嶺-隴山-秦嶺-白龍江、瑪曲-大夏河-洮河、阿爾金山-祁連山-烏鞘嶺為主線的生物多樣性分布集聚格局.

從圖5(B)生物多樣性保護價值在市州的分布看,全省十四個市州中生物多樣性保護價值差異性較大,隴南市生物多樣性保護價值占比最高,達到43.01%,其次為甘南,其生物多樣性保護價值占比達到28.37%,天水的生物多樣性保護價值占比為12.59%,三市州的生物多樣性保護價值占到全省保護價值的84%.金昌市和嘉峪關市的生物多樣性保護價值最低,主要原因是這兩個城市為工業(yè)城市,所在區(qū)域多受人類活動擾動,未形成珍稀瀕危野生植物適宜生境.

3.3 自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物的保護效率評價

甘肅省國家級和省級自然保護區(qū)面積約87708.80km2,其中,核心區(qū)面積22970.13km2,緩沖區(qū)面積20023.63km2,實驗區(qū)面積44715.04km2,分別占自然保護區(qū)總面積的26.19%,22.83%,50.98%.從自然保護區(qū)與適宜生境分布范圍來看,自然保護區(qū)并未與適宜生境的分布完全一致,其重疊面積為24493.45km2,占到全省適宜生境分布面積的33.56%,而全省自然保護區(qū)面積僅占到全省國土面積的20.64%,自然保護區(qū)外的適宜生境分布面積為48494.67km2,是自然保護區(qū)內適宜生境分布面積的1.97倍.由此可以看出,雖然自然保護區(qū)未能覆蓋的適宜生境面積較大,但是從自然保護區(qū)內適宜生境面積占比與自然保護區(qū)面積占比大小來看,自然保護區(qū)還是在一定程度上能夠較好地代表全省適宜生境.

從自然保護區(qū)與珍稀瀕危野生植物適宜生境重要值的分布范圍來看,位于自然保護區(qū)內的適宜生境重要性值小于2的區(qū)域(低值區(qū))面積占到全省適宜生境低值區(qū)的35.91%;位于自然保護區(qū)內的適宜生境重要性值2～5之間的區(qū)域(中值區(qū))面積占到全省適宜生境中值區(qū)的11.63%;位于自然保護區(qū)內的適宜生境重要性值大于5的區(qū)域(高值區(qū))面積僅占到全省適宜生境高值區(qū)的34.86%,尚有很大一部分高值區(qū)(主要為隴南東部和天水南部分布的鐵箍散()、水曲柳()、廟臺槭()、連香樹()、厚樸()、巴山榧樹()等植物生境,甘南北部分布的羽葉點地梅()、手參()、紅花綠絨蒿()、獨葉草()、山莨菪()、半日花()等植物生境)未納入自然保護區(qū)嚴格保護.從自然保護區(qū)保護高適宜生境的效率看,甘肅省自然保護區(qū)遠未達到高效率保護的要求.

甘肅省國家級和省級自然保護區(qū)內珍稀瀕危野生植物生物多樣性保護價值為637.22億元,其中自然保護區(qū)核心區(qū)為197.63億元,緩沖區(qū)為156.70億元,實驗區(qū)為282.89億元.分別占到自然保護區(qū)內生物多樣性保護價值的31.01%,24.59%,44.39%.自然保護區(qū)與適宜生境分布范圍重疊區(qū)域的生物多樣性保護價值為645.85億元,占到全省生物多樣性保護價值的24.15%.自然保護區(qū)外的生物多樣性保護價值為2048.43km2,是自然保護區(qū)內生物多樣性保護價值的3.21倍.

甘肅省自然保護區(qū)多分布在甘肅北部的河西五市(酒泉、嘉峪關、張掖、金昌和武威)一帶,該區(qū)域自然保護區(qū)面積占到全省自然保護區(qū)面積的76.35%,甘肅南部自然保護區(qū)面積占比僅為河西五市的三分之一,雖然甘肅省自然保護區(qū)面積是全省適宜生境分布面積的1.2倍,但是從分布范圍上看存在嚴重的空間錯配.一方面,從自然保護區(qū)與適宜生境分布的不匹配上看,雖然河西五市自然保護區(qū)面積較大,但珍稀瀕危野生植物的適宜生境面積僅占到全省適宜生境面積的33.58%,并且這些自然保護區(qū)多為保護珍稀野生動物及其生境而設立,并未充分考慮到珍稀瀕危野生植物的生境范圍而劃定自然保護區(qū);而珍稀瀕危野生植物的適宜生境面積卻是河西五市適宜生境面積的兩倍.另一方面,從自然保護區(qū)與生物多樣性保護價值分布的不匹配上看,河西五市自然保護區(qū)面積較大,但河西五市生物多樣性保護價值僅占到全省生物多樣性保護價值的8.31%,尚未達到甘肅南部生物多樣性保護價值占比的十分之一,而甘肅南部因其自然本底條件較好,適宜珍稀瀕危野生植物生長,其生物多樣性保護價值較高,但自然保護區(qū)對生物多樣性保護價值較高的區(qū)域則很少覆蓋,例如隴南的東部、天水的南部以及甘南的北部,形成保護空缺.

4 討論與建議

物種保護是當代社會面臨的最緊迫的環(huán)境問題[25],保護物種具有經濟價值[26],保護珍稀瀕危生物的價值評估受到了高度關注[27-29].本研究得出甘肅省珍稀瀕危野生植物的生物多樣性保護價值為2674.74億元/年,其中,木本植物保護價值為83.37億元/年/種;草本植物保護價值為103.08億元/年/種,總體上比唐小平等人[21]計算的青海省木本植物和草本植物的單個保護價值均高10倍,但該兩項研究中單個草本植物的保護價值均是木本植物保護價值的1.23倍,如果剔除地域差異、市場歷史價格差異以及物種分布范圍面積差異等因素,本研究計算出的保護價值應該具有較大的合理性.

基于本研究結果,甘肅省南部的隴南還有大面積的生物多樣性保護高價值區(qū)域,當前這些區(qū)域位于天水南部和隴南東部,呈連片狀分布,該區(qū)域雖然也有部分區(qū)域劃入了自然保護區(qū)管理,但現(xiàn)有自然保護區(qū)所覆蓋的面積遠遠不足,當前僅有兩當縣的張家黑河省級自然保護區(qū)、徽縣和兩當縣境內的小隴山國家級自然保護區(qū)、成縣雞峰山省級自然保護區(qū),這些自然保護區(qū)面積僅為697.68km2,生物多樣性保護高價值區(qū)(柵格值達到40000元)面積則高達6059.34km2.由此可以看出大部分區(qū)域并沒有納入到自然保護區(qū)進行嚴格保護,即形成了保護空缺區(qū).趙曉冏等[30]對甘肅省生境質量的研究結果也證實了這一點,在該區(qū)域部分高質量生境區(qū)并沒有劃入自然保護地進行管理.這與李霄宇[31]對國家級森林類型自然保護區(qū)保護價值評價及合理布局研究中的結論是一致的,他指出該區(qū)域保護價值較高,主要保護對象為針闊混交林生態(tài)系統(tǒng),金絲猴等珍稀瀕危野生動植物及其生境,而該區(qū)域并沒有完全被納入自然保護地管理.孫工棋[32]通過研究中國陸生瀕危哺乳動物的保護空缺,指出該區(qū)域生物多樣性極度敏感,但該區(qū)保護空缺的存在,將成為岷山-橫斷山生態(tài)安全的隱患.因此,需要從生態(tài)系統(tǒng)完整性保護的需要,這些高價值區(qū)域也應在國家自然保護地優(yōu)化調整過程中統(tǒng)籌考慮納入自然保護區(qū)進行保護.

本文中研究對象為珍稀瀕危野生植物物種,根據物種相關保護名錄,甘肅省7個生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)中涉及的珍稀瀕危野生植物物種為57種,由于部分物種現(xiàn)有調查研究資料少或為空白,無法相對準確地模擬其適宜生境分布范圍,故本研究經過篩選,最終選取有可靠研究基礎的珍稀瀕危野生植物物種有29種,研究對象數量超過50%.本研究認為接近一半數量的物種模擬結果雖然對該區(qū)域珍稀瀕危野生植物保護價值的計算結果有影響,但由于大部分物種的生境在空間上有較大的重疊,故在很大程度上完全能夠反映該區(qū)域植物物種生境重要性的空間差異,其研究結果也能夠有效指導生物多樣性保護的具體實踐工作.

本研究創(chuàng)新性地采用植物的異地保護成本作為基準價值,計算生態(tài)系統(tǒng)對珍稀瀕危野生植物的生物多樣性保護價值,在技術方法上具有相對較強的可操作性和一定的科學合理性,是對生物多樣性評估方法和研究思路的補充完善和拓展.作為生物多樣性的主要內容和組成生態(tài)系統(tǒng)的基本單元,物種多樣性也反映了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能和服務的重要性,特別是屬于生物多樣性保護優(yōu)先對象的珍稀瀕危保護物種,是物種多樣性的研究和保護熱點[33],這些珍稀瀕危保護物種的生存條件持續(xù)受到的威脅將成為生物多樣性富集地區(qū)生態(tài)保護與修復的主要決策參考.該方法所依據的理論簡單,具有較強的可操作性,希望本研究的方法可應用于其他區(qū)域生物多樣性的研究與評價,也可為國土空間規(guī)劃、生態(tài)修復治理、自然保護地優(yōu)化調整和國家公園建設提供參考.

基于本研究結果,隴南市東部、天水的南部以及甘南的北部的自然保護區(qū)外還有大面積的生物多樣性保護高價值區(qū)域,從生態(tài)系統(tǒng)完整性保護的需要,這些區(qū)域需要增設自然保護區(qū)或生物多樣性保護小區(qū),納入自然保護地進行嚴格管理.河西走廊地區(qū)已設立的部分自然保護區(qū),由于歷史原因,其設立范圍過大,且對珍稀瀕危植物的生境保護不足,應該在自然保護地優(yōu)化調整階段對該區(qū)域的部分自然保護區(qū)范圍進行優(yōu)化,納入未受保護的植物生境,調整出面積過大而喪失保護價值的區(qū)域,使得自然保護區(qū)的分布更加科學、合理.

5 結論

5.1 珍稀瀕危野生植物適宜生境分布范圍面積達到72988.12km2(去除重疊面積),山莨菪、黃花白芨、羽葉點地梅、紅花綠絨蒿、廟臺槭等5種植物的適宜生境分布范圍較大,分別占全省國土面積和總適宜生境分布面積的13.52%、80.72%,全省珍稀瀕危野生植物生境適宜度高的區(qū)域分布較少,且南北分布差異較大.

5.2 替代成本法計算顯示甘肅省珍稀瀕危野生植物的保護價值為2674.74億元,生物生物多樣性保護價值分布總體上南高北低,呈帶狀分布.高值區(qū)主要集中在甘肅南部的隴南、甘南、天水,其分布總體趨勢從東北到西南逐漸減少,最高位于甘肅省南部森林區(qū)域,其次為北部祁連山地區(qū),低值區(qū)主要集中分布在黃土高原.

5.3 甘肅省自然保護區(qū)與適宜生境分布范圍重疊區(qū)域的生物多樣性保護價值為645.85億元,占到全省生物多樣性保護價值的24.15%.甘肅省自然保護區(qū)雖然在一定程度上能夠較好地代表全省適宜生境,但在天水南部和隴南東部,自然保護區(qū)的分布與珍稀瀕危野生植物適宜分布范圍和生物多樣性保護價值高值區(qū)存在空間上的錯配,自然保護區(qū)未能高效率保護物種的高適宜生境.

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Evaluation on the conservation efficiency of natural reserves for rare and endangered wild plants.

ZHAO Xiao-jiong1,2, WANG Jian2*, SU Jun-de3

(1.Gansu Academy of Eco-environmental Sciences, Lanzhou 730000, China；2.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China；3.Gansu Vocational & Technical College of Nonferrous Metallurgy, Jinchang 737100, China)., 2023,43(10)：5412～5421

Nature reserves play an irreplaceable role in the in-situ conservation of biodiversity. Currently, quantitative assessment of the conservation efficiency of nature reserves for rare and endangered species is one of the hot research topics. In the present study, Gansu Province, a biodiversity hotspot, was chosen as the research area. Based on remote sensing and GIS technology, the distribution of the main rare and endangered wild plants and the information of resources in their habitats were systematicly collected. The habitat suitability distribution pattern of 29 species of rare and endangered plants was then simulated by using the species habitat suitability evaluation model, and the biodiversity conservation value of the main rare and endangered plants was calculated by using the substitution cost method. Finally, the protection effect of the natural reserves on rare and endangered wild plants was evaluated from multiple perspectives by using indicators including the suitable habitat area of species, the importance of habitat, and the protection value of rare and endangered plants. The results indicate that: (1) The area of the suitable habitat was 72988.12km2, with few region having high suitable values. The five species of plants includingwere widely distributed, accounting for 80.72% of the total suitable habitat distribution area. In addition, the distribution difference of suitable habitat between the northern and southern part of Gansu Province was obvious; (2) The protection value of rare and endangered wild plants was 267.474billion Yuan in Gansu Province. The high value areas are mainly concentrated in Longnan and Gannan in the south of Gansu Province, and the overall distribution trend of the protection value gradually decreases from the northeast to the southwest, with the highest value area located in the forest area in the south of Gansu Province, followed by the northern Qilian Mountain area, and the Chinese Loess Plateau; (3) The area of suitable habitats in nature reserves accounts for 33.56% of the distribution area of suitable habitats in Gansu Province. The area of region with an importance value of suitable habitats greater than 5 (high-value region) in nature reserves only accounts for 34.86% of the high-value areas of suitable habitats in Gansu Province. A large part of high-value regions are not included in the strict protection of nature reserves. The value of biodiversity conservation in the overlapping area of natural reserves and suitable habitats is 64.585billion Yuan, accounting for 24.15% of biodiversity conservation value in Gansu Province. Although the natural reserves can better represent the suitable habitats in Gansu Province to a certain extent, there is a mismatch between their spatial distribution and the suitable distribution range of rare and endangered wild plants and the high value regions for biodiversity conservation. The present study has important guiding significance for the optimization and adjustment of nature reserves and the formulation of biodiversity conservation strategies.

nature reserve；biodiversity；rare and endangered；biodiversity conservation priority area

X32

A

1000-6923(2023)10-5412-10

2023-02-24

甘肅省隴原青年英才支持計劃;甘肅省自然科學基金資助項目(22JR5RC1081);甘肅省科技計劃項目軟科學專項(20CX3ZA002)

* 責任作者, 研究員, wjian@lzb.ac.cn

趙曉冏(1986-),男,甘肅武威人,正高級工程師,博士,主要研究方向為生態(tài)環(huán)境遙感.發(fā)表論文10篇.379458923@qq.com.

趙曉冏,王 建,蘇軍德.自然保護區(qū)對珍稀瀕危野生植物保護效率評價 [J]. 中國環(huán)境科學, 2023,43(10):5412-5421.

Zhao X J, Wang J, Su J D.Evaluation on the Conservation Efficiency of Natural Reserves for Rare and Endangered Wild Plants [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5412-5421.