中国自然保护区的生物多样性保护

中国自然保护区的生物多样性保护

人类活动导致的生物多样性损失已成为过去最严重的环境问题之一（iucnetal.，1991；wil-son，1992；chapin等人，2000）。为了保护日益丧失的生物多样性,各国都制订了相应的政策计划。通过建立自然保护区来保护物种及其生境,是生物多样性保护中最为直接、有效的方法,因此自然保护区的设置、规划设计及其评价在生物多样性保护中具有至关重要的作用(Soulé,1991;WRIetal.,1992;Sandersonetal.,2002)。目前对保护区网络进行评价的方法较多,对保护区地点的选取也存在很大争议。Redford等(2003选取了来自13个保护组织的21种保护方案,从评价原则(代表性、有效性、功能性、国际公认度、收益程度)、保护目标、保护对象(物种、生态系统或生物多样性)等几个方面进行了总结:根据不同评价原则,优先保护地区的确立可从不可替代性(irreplaceability)与脆弱性(vulnerability)两个标准开展(Margules&Pressey,2000)。根据不同保护目标保护方案分为被动保护与主动保护两种,前者优先保护生物多样性及其生境已经受到威胁的地区,后者则优先保护受威胁程度较低但不可替代性较高的地区(Brooksetal.,2006)。根据不同的保护对象保护方案大致也可分为两类:一类是基于物种的保护,例如确定物种数最丰富的热点地区(hotspots)(Myersetal.,2000)和濒危物种的优先保护地区(Slattersfieldetal.,1998)等;另一类是基于生态系统或生境的保护,例如在全球尺度确定具有代表性生态区保护的“全球200”(Olson&Dinerstein1998),以及GAP分析(Presseyetal.,1993;Scotteal.,1993;Jennings,2000;Margules&Pressey,2000Scottetal.,2001;Tognellietal.,2008)。基于物种丰富度数据的分析方法在保护区网络评估中具有重要作用(Brooksetal.,2004),应用也较多,但由于物种丰富度不能反映生物多样性的所有方面(Noss,1990),且数据获取较为困难,数据精确性也难以得到保证(Prendergastetal.,1993Freitagetal.,1998),因而具有局限性;而基于生态系统或生境的综合分析方法则代表了生物多样性的各个方面(Maddock&DuPlessis,1999),因此在不同国家得到了广泛应用(Strittholt&Boerner1995;Lombardetal.,1997;Smithetal.,1997)。中国是世界上生物多样性特别丰富的国家之一(McNeelyetal.,1990);同时由于长期高强度的人类活动,中国又是世界上生物多样性受威胁最严重的国家之一(陈灵芝,1993)。为了保护中国丰富的生物多样性,截至2007年底,中国已建立了2,395个不同保护等级的自然保护区(不包括港、澳、台地区)(中华人民共和国环境保护部,2008),自然保护区数量和面积均有较大的增长;但保护区在规划建设中仍存在着一系列问题,例如,存在保护空缺地区、缺乏对保护区网络的科学评估、保护区的选址和管理有待优化等等(马克平,2001;Liuetal.,2003Tangetal.,2006)。本文中利用中国的植被和自然保护区分布以及保护区内野生保护物种名录等数据,从植被类型、野生保护物种以及热点地区保护等三个方面对中国自然保护区网络现状进行评估。1数据和方法1.1部分保护区的生物多样性保护数据和区域差异利用我国自然保护区名录(中华人民共和国环境保护部,2008)、中国物种信息服务(CSIS)(解焱等,2001)和中国自然保护区数据库(国家环保总局南京环境科学研究所,2002),我们收集整理了截至2007年底中国已建立的2,395个保护区中的2,047个保护区的有关信息,主要包括保护区的名称、保护区级别、面积、地理位置、建立年代、保护对象和保护类型。保护类型包括古生物遗迹、荒漠生态系统、草原与草甸生态系统、地质遗迹、内陆湿地及水域生态系统、森林生态系统、野生动物、野生植物等8种,不包括海洋海岸类保护区。这些保护区面积差异较大,其中面积较大、保护等级较高的保护区的分布及其确切的边界数据通过世界保护地分布数据库(WDPA,WorldDatabaseonProtectedArea,WDPAConsortium,2006)获取。WDPA数据库对于全球和区域尺度的生物多样性保护设计及评价具有重要应用价值。该数据库发布后受到了全球保护生物学家们的广泛关注,已经被广泛用于全球和区域尺度生物多样性保护效果的评价(如Rodriguesetal.,2004;Hoekstraetal.,2005;Pawaretal.,2007;Joppaetal.,2008;Jenkins&Joppa,2009)。该数据库共包含中国567个保护区的详细边界、保护区面积、保护区等级、建立时间以及保护状况等详细信息。由于比例尺及投影的差异,此数据库中的个别保护区边界与实际情况并不相符;另外,个别保护区在近年来改变了保护边界。为此,我们根据最新资料对这些保护区的信息进行了更新。这567个保护区的平均面积为1,853.3km2,总面积为105.1万km2,占所有保护区面积的72.1%。对于其余1,480个面积较小、保护等级较低的保护区,我们以其中心点的经纬度代表其地理位置;此类保护区平均面积为274.3km2,总面积为40.6万km2(占保护区总面积的27.9%)。中国自然保护区数据库(国家环保总局南京环境科学研究所,2002)中还包括部分保护区的生物多样性以及保护物种的信息。上述数据库中缺失的生物多样性数据,通过查阅相应的自然保护区考察报告集、有关技术报告以及《中国国家级自然保护区》(王恺,2003)等文献获得。1.2–12%的中国植被分布中国的生态系统类型十分丰富,包含了地球上主要的陆地生态系统类型(森林、灌丛、草原和稀树草原、草甸、荒漠、高山冻原等)。以植被类型为依据,中国陆地生态系统可以划分为704类,其中625种生态系统类型已得到了保护,占90.6%(唐小平,2005)。由于陆地生态系统的划分是以植被类型为依据,植被类型往往决定了该地区生活的其他物种的多样性,因而考察植被类型的保护情况也可以反映中国生物多样性保护的现状。为了有效保护各种生态系统,根据国际自然保护组织的保护目标,每种类型应有10–12%的土地处于保护之中(WorldCommissiononEnvironmentandDevelopment,1987;IUCN,1993;ConventiononBiologicalDiversity,2004)。这一标准更多地是基于政治的考虑而非科学的原理而制定的(Noss,1996;Soulé&Sanjayan,1998;Groves,2003),因此,从生态学理论的角度来看,10%的保护比例仍无法达到保护生物多样性的目的。尽管如此,这一标准仍得到了广泛的运用。为了便于和其他的研究结果相比较,本研究将保护面积比例分为0–10%、10–20%、>20%三个等级,并采用10%的面积比例作为充分保护的标准。为获得植被分布数据,我们对《1:1,000,000中国植被图集》(侯学煜,2001)进行数字化。图集中将中国的植被划分为11种植被型组(其中10种自然植被型组),54种植被型(47种自然植被型),以及573种群系(547种自然群系)。由于人工植被受到人类活动的影响强烈,本文主要分析47种自然植被型的保护状况。根据整理的中国自然保护区分布数据库中各保护区的地理位置(边界图以及中心点经纬度),建立中国自然保护区数字化分布图。将中国自然保护区分布图和中国植被分布图叠加,对于有边界图的567个保护区,获得了它们所包含的各植被类型斑块的面积;而对于面积较小的其余1,480个保护区,以其中心点所处的植被斑块的类型来代表该保护区的植被类型。植被图、自然保护区分布图以及叠加分析在地理信息系统(GIS)软件ArcViewGIS3.2(ESRI,1998)中实现。1.3dobson筛除算法根据整理的2,047个自然保护区的基本资料数据库、《中国国家级自然保护区》(王恺,2003)以及自然保护区的有关考察报告集,共获取了216个自然保护区中分布的重点保护野生动物和保护植物名录。这216个保护区包括143个国家级、63个省级和10个市(县)级自然保护区。这些保护区的野生动植物名录来源于《中国珍稀濒危保护植物名录》(国家环保总局和中国科学院植物研究所,1987)、《国家重点保护野生动物名录》(中华人民共和国林业部和中华人民共和国农业部,1989)与《国家重点保护野生植物名录(第一批)》(国家林业局和中华人民共和国农业部,1999)中记载的保护物种。这些名录中共记录中国珍稀濒危保护植物和重点保护野生植物393种(以下简称保护植物),重点保护野生动物455种。本研究收集的216个保护区中共包含有783种上述野生保护物种,其中保护植物364种,重点保护野生动物419种。为了评价不同保护区的相对优先性,本文中应用Dobson筛除算法(Dobsonetal.1997)确定这783种野生保护物种集中分布且相互补充的保护区。Dobson筛除算法是找出为保护特定物种类群所需要的最小保护面积的方法(Csutietal.,1997;Dobsonetal.,1997;Rutledgeetal.,2001)。该方法遵循“互补性”原则,即找出除已有保护地区之外能够补充最多物种的地区,使得有效的保护区网络不仅包括物种数目最丰富的地区,同时也包括能够对其他地区的生物群系起到补充作用的地区(complementaryareas)(Presseyetal.,1993)。Dobson筛除算法的具体步骤是:首先选取含保护物种数最多的保护区,将其中包含的保护物种从剩下的保护区中剔除,然后从剩下的保护区中再选取物种丰富度最高的保护区。重复以上步骤,直到选取的保护区中分布的保护物种数达到总数的75%(Dobsonetal.,1997)。1.4中国的生态系统生态区针对中国生物多样性的保护,已经提出多种优先保护方案。如“全球200”(Olson&Dinerstein,1998)确定的233个具有全球意义的生态区,这是根据生境类型、生境丧失和破碎化程度与受保护状态来确定的,其中涉及中国的陆地生态系统生态区有11个(赵淑清等,2000)。又如,Tang等(2006)根据特有物种、濒危物种以及总的物种丰富度,确定了10个热点地区。将以上热点地区的区域图数字化,并与中国自然保护区分布图进行叠加,分析各个热点地区中分布的自然保护区数量与面积,获得各热点地区被保护的面积比例。2结果2.1本区域生态系统分析截至2007年底,我国2,047个自然保护区的总面积为145.7万km2(不包括海洋海岸类保护区),占国土总面积的15.2%,超过世界平均水平的13.4%(WDPAConsortium,2006)(图1),其中以生境类型为保护对象的自然保护区(包括森林生态系统、草原与草甸生态系统、荒漠生态系统、内陆湿地及水域生态系统)共1,314个,占保护区总数的64.2%;以物种为保护对象的自然保护区(包括野生动物、野生植物)共613个,占保护区总数的29.9%。从保护区的面积分布来看,面积小于100km2的为1,234个(60.3%),面积为100–1,000km2的为672个(32.8%),面积大于10,000km2的为17个(0.8%)(表1)。我国于1956年建立了第一个自然保护区(鼎湖山自然保护区)。从1976年始,我国保护区数量和面积开始大幅度增加,其中以1980–1985、1993–1995、1999–2001年3个时期保护区面积增加尤为显著(图2)。在1976–2007年期间建立的保护区以面积小于100km2为主;前期(1976–1985年)以国家级与省级保护区为主(数量占同期建立的保护区的79%),后期(1996–2007年)以省级与县级保护区为主(数量占同期建立的保护区的76%)(表1)。2.2基本植被类型可保护的比例尽管中国自然保护区的总面积比例已经达到15.2%,但不同植被类型的保护程度不均衡。在47类陆地自然植被类型中,有21类的保护比例低于10%;而下列植被类型的被保护比例较高,达到20%以上:亚热带和热带山地针叶林、亚高山落叶阔叶灌丛、垫状矮半灌木高寒荒漠、蒿草杂类草高寒草甸、高寒沼泽、高山苔原、高山垫状植被及高山稀疏植被(附录I)。在空间分布上,青藏高原西部、内蒙古高原的东部以及大兴安岭北部地区的植被保护比例达到10%,受到了充分的保护,而长江以南地区的植被,大部分的类型保护比例小于10%(图3)。2.3可保护的保护物种应用Dobson筛除算法,确定了野生保护物种集中分布且相互补充的保护区。在包含了783种保护物种的216个自然保护区中,前5个保护区即可保护约50%的保护物种(381种),前21个保护区可保护约75%的保护物种(590种)(图4)。这21个自然保护区仅占具有详细保护物种名录的保护区数目(216个)的9.7%。按照筛除顺序,216个保护区中含有保护物种最多的保护区是西双版纳国家级自然保护区,能够补充最多保护物种的保护区依次是武夷山国家级自然保护区、长白山国家级自然保护区、高黎贡山国家级自然保护区、祁连山国家级自然保护区等(图5)。2.4部分生态区存在一些保护缺比较中国自然保护区分布图与两种优先保护方案,可知两种方案所提出的生物多样性保护热点地区已建立了大量不同类型或等级的自然保护区,但仍存在一些保护空缺或未充分保护地区(表2)。“全球200”涉及中国的11个陆地生态系统生态区中,北印度支那亚热带湿润森林、中国东南亚热带森林、中亚山地温带森林和草原与中国西南温带森林4个生态区在中国境内的保护区覆盖面积比例低于10%。在Tang等(2006)确定的10个热点地区中,红水河上游地区、中国东部山地、南岭山脉3个热点地区的被保护比例均低于10%(表2)。3我国生物多样性保护的选择世界保护地分布数据库(WDPA)包含了我国大部分大型以及国家级、省级自然保护区的空间分布信息,对于开展自然保护区的布局以及保护效果研究具有重要应用价值,但该数据库中部分自然保护区的信息存在瑕疵。为了检验该空间数据库数据的准确性,我们计算了其中所有的中国自然保护区的面积,并将计算所得的面积与中国自然保护区数据库(国家环保总局南京环境科学研究所,2002)所记录的面积进行对比,结果表明两者的相关系数达到0.97,斜率也接近于1(图6),差异较大的点主要是一些面积较小的自然保护区。这表明两个数据库对自然保护区面积的描述十分一致,数据的偏差只存在于个别的保护区。因此,该数据可以反映中国自然保护区分布的总体状况。植被类型保护的分析表明,不同植被类型被保护比例不均衡;在所有植被类型中,有21种(45%)未受到充分保护(保护比例低于10%)。对不同优先保护方案的对比分析也表明,以生态系统和植被类型为依据确立的热点地区(Olson&Dinerstein1998)尚缺乏充分的保护。从野生动植物保护的角度来看,我国已建立的以保护物种为主的保护区占保护区总数的29.9%,并相继制订了《国家重点保护野生动物名录》(中华人民共和国林业部和中华人民共和国农业部,1989)和《国家重点保护野生植物名录(第一批)》(国家林业局和中华人民共和国农业部,1999),动植物物种的保护在我国已受到相当的重视。但因为人力、物力有限,为达到最有效的保护效果,保护策略应从以保护物种为主逐渐过渡到保护生态系统为主(Olson&Dinerstein,1998),且应在科学分析的基础上确定保护优先性地区。应用Dobson筛除算法,我们得到了在野生动植物保护中应优先考虑的保护区,得出5个保护区即可保护216个保护区中近50%的保护物种。从“全球200”(Olson&Dinerstein,1998)和Tang等(2006)确定的保护优先性格局情况来看,我国的生物多样性保护热点地区和关键地区已经基本得到覆盖,但仍然存在一些保护空缺和未充分保护地区。与植被类型的保护分析一致,青藏高原地区的被保护比例高于20%,而新疆北部、四川地区及长江以南的热点地区未得到充