中國生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域生物多樣性調(diào)查和評估方法

肖能文,趙志平,李 果,高曉奇,吉晟男,徐 靖,劉冬梅,李俊生

中國環(huán)境科學研究院,北京 100012

生物多樣性是人類生存和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源,同時為人類提供福祉[1]。我國是世界上生物多樣性最豐富的國家之一,高等植物數(shù)量居世界第三位；脊椎動物占世界總種數(shù)的13.7%,也是世界四大遺傳資源起源中心之一。同時也是生物多樣性受威脅最嚴重的國家之一。

從全球到區(qū)域和國家尺度,組織開展很多生物多樣性調(diào)查監(jiān)測評估工作,為生物多樣性保護提供翔實可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。全球開展物種2000”(Species 2000)、“全球生物多樣性信息網(wǎng)絡(luò)”(GBIF)、“全球生物多樣性觀測網(wǎng)絡(luò)(GEO BON)”、國際生物多樣性計劃(DIVERSITAS)和全球性的海洋生物調(diào)查計劃等行動；在區(qū)域尺度上,歐洲和亞太地區(qū)都有相關(guān)的項目在組織推動[2]；國家水平上,巴西、南非、印度、日本、德國、瑞典、美國等均開展了全國性的生物多樣性本底調(diào)查。

我國高度重視生物多樣性保護,發(fā)布了《中國生物多樣性保護戰(zhàn)略與行動計劃》(2011—2030年)和《關(guān)于進一步加強生物多樣性保護的意見》。戰(zhàn)略與行動計劃重點任務(wù)和包括生物多樣性調(diào)查、監(jiān)測和評估。相關(guān)部門開展了大量生物多樣性調(diào)查工作。國家林業(yè)和草原局組織了全國陸生重點野生動物和重點保護野生植物資源調(diào)查、全國濕地資源調(diào)查、全國森林資源清查等。原農(nóng)業(yè)部開展了農(nóng)業(yè)野生近緣植物、畜禽品種資源、水產(chǎn)種質(zhì)資源調(diào)查、農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動。國家中醫(yī)藥管理局開展了中藥資源普查試點。中國科學院編輯出版了《中國植被》《中國植物志》和《中國動物志》等各類志書。科學技術(shù)部通過基礎(chǔ)性工作專項,支持開展區(qū)域和特有類群的生物多樣性考察工作。原環(huán)境保護部實施了全國生物物種資源聯(lián)合執(zhí)法檢查、縣域生物多樣性綜合示范調(diào)查[3]、全國性的生態(tài)狀況調(diào)查與評估等工作[4]、許多地方政府、自然保護區(qū)、高等院校和科研單位也開展了大量的本底調(diào)查工作,獲得了生物多樣性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。許多學者探討了生物多樣性調(diào)查技術(shù)規(guī)范,如針對自然保護區(qū)資源調(diào)查[5]以及畜禽遺傳資源調(diào)查等[3, 6]；相關(guān)部門也發(fā)布了一系列關(guān)于野生動植物資源、森林資源、藥用植物和淡水浮游生物等類群調(diào)查技術(shù)標準規(guī)范[7—9]。通過上述工作,積累了我國生物多樣性大量本底數(shù)據(jù)[10]。但已有的調(diào)查側(cè)重于植物和脊椎動物等類群,對大型真菌、苔蘚、生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識等關(guān)注不夠,對生物多樣性之間相互關(guān)系認識缺乏數(shù)據(jù)支撐,同時調(diào)查也集中在生物多樣性豐富區(qū)域,而缺少全國性調(diào)查,同時也存在調(diào)查方法不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式不一致、數(shù)據(jù)分散等現(xiàn)象,急需建立統(tǒng)一、系統(tǒng)和綜合的調(diào)查與評估方法體系。

網(wǎng)格法是國際上較多采用的生物多樣性調(diào)查取樣方法,許多國家和地區(qū)均采用網(wǎng)格法開展調(diào)查,如德國、英國和日本均以網(wǎng)格為單元開展全國生物多樣性調(diào)查。1940年,英國將國土劃分為3000個10 km×10 km 的網(wǎng)格,之后逐漸將網(wǎng)格細分得到20 km×20 km、5 km×5 km或1 km×1 km的網(wǎng)格,以網(wǎng)格為基礎(chǔ)開展了動植物、河流生境等進行調(diào)查。日本依據(jù)地形圖劃分地理網(wǎng)格,基本單位為1 km ×1 km,以此為基礎(chǔ)開展植被、野生動植物、地形、地質(zhì)、陸地水域、海域、生態(tài)系統(tǒng)等調(diào)查。我國部分區(qū)域調(diào)查與監(jiān)測均采用網(wǎng)格法布樣。網(wǎng)格法能獲得更加均勻的物種分布數(shù)據(jù),同時也能規(guī)避行政區(qū)變化等帶來的問題。

近幾十年來,由于經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的快速增長,資源過度利用、工程建設(shè)、外來物種入侵、環(huán)境污染與氣候變化的影響下,我國的生物多樣性狀況發(fā)生了巨大變化,物種消失、生態(tài)系統(tǒng)退化問題嚴峻。近20年以來,我國未進一步組織開展大規(guī)模生物多樣性綜合調(diào)查工作,已有的部分工作遠不足以全面掌握我國生物多樣性本底,制約了全國及地區(qū)的生物多樣性編目與評估。同時也制約了生物多樣性保護工作的開展。

針對我國生物多樣性本底不清,動態(tài)不明等問題,我國組織開展全國生物多樣性調(diào)查與評估工作。本論文探討了生態(tài)系統(tǒng)和陸域物種、水生生物、重點物種和生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識等的調(diào)查內(nèi)容、技術(shù)指標以及各指標獲取的技術(shù)要求,并規(guī)范了評估方法,以便得到規(guī)范的數(shù)據(jù),保障調(diào)查和評估質(zhì)量,服務(wù)于國生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域生物多樣性調(diào)查,為建立全國統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)庫提供技術(shù)支撐。

1 技術(shù)方法體系

1.1 采用網(wǎng)格法開展生物多樣性調(diào)查

全國生物多樣性調(diào)查采用網(wǎng)格法取樣,分辨率為10 km × 10 km。網(wǎng)格文件采用WGS_1984_Albers投影坐標系統(tǒng),將全國劃分為97109個網(wǎng)格。全國網(wǎng)格四至范圍為：上下(5926515.209684 m,1876585.548743 m),左右(-2638293.110529 m,2211625.887005 m)。利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)生成包含每個網(wǎng)格4個頂點的文件,然后獲得每個網(wǎng)格4個頂點的經(jīng)緯度坐標。網(wǎng)格采用8位編號,前四位為(X坐標 + 5000)/10取整后乘以10,后四位為Y坐標/10取整后乘以10,X、Y坐標均以km表示。若網(wǎng)格內(nèi)縣域面積≥25 km2(即網(wǎng)格面積的25%),則該網(wǎng)格視為該區(qū)域工作網(wǎng)格。

1.2 調(diào)查評估技術(shù)方法體系

生物多樣性調(diào)查涉及生態(tài)系統(tǒng)、物種和遺傳資源3個層級的調(diào)查,每個生物類群調(diào)查方法不一樣,樣點設(shè)置也存在很大差異,因此在調(diào)查中,編制并發(fā)布了縣域生物多樣性調(diào)查評估技術(shù)規(guī)定[6],共包括陸生高等植物、植被、陸生哺乳動物、鳥類、兩棲類和爬行類、昆蟲、大型真菌、內(nèi)陸魚類、內(nèi)陸浮游生物、內(nèi)陸大型底棲無脊椎動物、內(nèi)陸周叢藻類以及生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識12個類群的調(diào)查評估技術(shù),統(tǒng)一調(diào)查采用的方法、樣線/樣點設(shè)置方法,統(tǒng)一數(shù)據(jù)的采集等技術(shù),保證方法和數(shù)據(jù)統(tǒng)一[11]。

1.3 新技術(shù)開發(fā)與使用

生物多樣性調(diào)查和保護需要快速、有效的獲得生物多樣性基礎(chǔ)數(shù)據(jù),需要開發(fā)和應(yīng)用一系列新的技術(shù)方法[12—13]。一方面依靠遙感技術(shù)獲得大范圍的數(shù)據(jù),一方面依靠紅外相機、環(huán)境DNA等方法獲取數(shù)據(jù)。

生物多樣性調(diào)查中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)方法包括衛(wèi)星遙感、激光雷達、聲音、無人機熱紅外、紅外相機、環(huán)境DNA等方法[14—15]。如哺乳動物和鳥類的調(diào)查普遍采用紅外相機方法[16—17],而兩棲類和魚類的調(diào)查普遍采用環(huán)境DNA方法[18—20],無人機搭載熱成像儀技術(shù)調(diào)查大型哺乳動物,這些方法還能提供動物行為、豐富度和群落結(jié)構(gòu)等信息。

1.4 數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建

為了便于數(shù)據(jù)管理,建立了全國統(tǒng)一、動態(tài)更新、信息共享的生物多樣性數(shù)據(jù)庫和信息化管理平臺。實現(xiàn)按區(qū)域、名稱、網(wǎng)格等不同途徑進行數(shù)據(jù)查詢與檢索,提供統(tǒng)計匯總、分析輸出、動態(tài)更新等功能,形成多源多尺度的國家生物多樣性調(diào)查與評估數(shù)據(jù)匯總和成果展示平臺。

1.5 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

調(diào)查評估工作質(zhì)量控制主要集中在野外調(diào)查方法的統(tǒng)一、物種的分類體系、物種名稱的規(guī)范以及基礎(chǔ)地理信息格式的統(tǒng)一。物種分類以及命名符合最新版國際動物和植物命名法規(guī)的規(guī)定,并參照最新版《中國生物物種名錄》。

為了便于數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理以及數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一,開發(fā)了相關(guān)生物多樣性調(diào)查APP,共包括紅外相機自動拍攝調(diào)查、哺乳動物樣線調(diào)查、鳥類樣線法/樣點調(diào)查、兩棲爬行動物樣線/樣點調(diào)查、昆蟲多樣性樣線調(diào)查、高等植物樣方/線路調(diào)查、生態(tài)系統(tǒng)多樣性調(diào)查、底棲動物樣點調(diào)查、浮游生物樣點調(diào)查、水域魚類樣點調(diào)查、大型真菌調(diào)查、生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識調(diào)查、陸生重點動物/植物樣線調(diào)查等功能模塊,可以采集樣方/樣線、物種名稱、數(shù)量、經(jīng)緯度、生境、環(huán)境信息、威脅因子等信息,按照各類群調(diào)查技術(shù)方案,遵照數(shù)據(jù)采集的工作流程,填報采集信息。請專家對上報的數(shù)據(jù)進行審核。每份信息數(shù)據(jù)應(yīng)有其對應(yīng)的憑證。

為了規(guī)范野外調(diào)查與數(shù)據(jù)整理工作,調(diào)查中編寫統(tǒng)一培訓教材,對調(diào)查人員開展技術(shù)與安全培訓。培訓內(nèi)容包括方案編制、數(shù)據(jù)與標本采集、調(diào)查方法、標本制作與保存、數(shù)據(jù)報送、報告編寫和安全事項等。

2 調(diào)查評估內(nèi)容與技術(shù)要求

2.1 陸域生態(tài)系統(tǒng)與物種調(diào)查

完成全國生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域內(nèi)所有行政縣(區(qū))的生物多樣性綜合調(diào)查與評估,掌握區(qū)域生物多樣性本底,評估區(qū)域生物多樣性現(xiàn)狀及受威脅情況。調(diào)查內(nèi)容包括(1)陸域生態(tài)系統(tǒng)與植被調(diào)查：開展生態(tài)系統(tǒng)遙感調(diào)查,掌握生態(tài)系統(tǒng)類型與分布、自然生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量及生物多樣性維持能力；開展陸域植被實地調(diào)查,掌握植被類型、分布、植物群落特征。(2)陸域物種多樣性調(diào)查：開展縣域陸生野生高等植物、陸生野生脊椎動物、陸生無脊椎動物(昆蟲)、微生物(大型真菌)的調(diào)查,掌握物種種類、組成、分布、生境狀況、威脅因子(表1)。

表1 生物多樣性調(diào)查內(nèi)容、指標與技術(shù)要求

2.2 重點河流水生生物調(diào)查

七大重點河流(長江、珠江、黃河、海河、遼河、淮河、松花江等)水系的水生生物,包括淡水魚類、大型底棲動物(多毛類、寡毛類、水生昆蟲、軟體類、甲殼類等)、浮游生物(浮游動物和浮游藻類)、著生藻類和水生哺乳類(白鰭豚和長江江豚)等的多樣性調(diào)查,掌握物種種類、組成、分布、生境狀況、威脅因子(表2)。

表2 重點河流水生生物調(diào)查主要指標及技術(shù)要求

2.3 重點物種調(diào)查

為降低我國重點代表性物種滅絕風險,逐步減緩并遏制棲息地破壞趨勢,依據(jù)《中國生物多樣性紅色名錄——高等植物卷》《中國生物多樣性紅色名錄——脊椎動物卷》《中國生物多樣性紅色名錄——大型真菌卷》《中國物種紅色名錄(第三卷·無脊椎動物)》等資料,篩選我國保護旗艦物種、特有種、受威脅物種、重點野生經(jīng)濟資源物種、社會關(guān)注物種以及重點遺傳資源,以資料收集、數(shù)據(jù)共享、大數(shù)據(jù)分析為主,輔以實地補充調(diào)查和分子測序的方法,獲取重點物種和生物遺傳資源的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù),評估其分布狀況、種群數(shù)量、遺傳多樣性、動態(tài)變化趨勢、保護現(xiàn)狀與成效,掌握其受威脅因素,提出重點物種保護與監(jiān)管的對策措施。通過典型流失與喪失案例研究,明確導致重要生物遺傳資源流失、喪失的主要因素,針對保護空缺與監(jiān)管需求,提出對策建議(表3)。

表3 重點物種調(diào)查內(nèi)容、指標與技術(shù)要求

2.4 生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識調(diào)查

查明生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識的類別、生物基源、持有者、數(shù)量、分布、利用、保護與傳承、喪失與流失。重點關(guān)注傳統(tǒng)利用農(nóng)業(yè)遺傳資源的相關(guān)知識、傳統(tǒng)利用藥用生物資源的相關(guān)知識、具有工業(yè)開發(fā)潛力的與生物資源可持續(xù)利用相關(guān)的傳統(tǒng)技術(shù)等。調(diào)查指標和技術(shù)要求如表4。

表4 生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識調(diào)查主要指標及技術(shù)要求

2.5 生物多樣性綜合評估

從生物多樣性的現(xiàn)狀、威脅因子、保護狀況等方面構(gòu)建生物多樣性評估指標體系,開展生物多樣性綜合評估(表5)。從全國、區(qū)域和縣域三個尺度,評估物種豐富度與多度、物種特有性、物種瀕危程度,分析人為干擾和自然因素對生物多樣性的影響。明確急需保護的生態(tài)系統(tǒng)類型、物種、生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識,提出生物多樣性保護的相關(guān)政策建議。

表5 生物多樣性評估指標及技術(shù)要求

3 討論

生物多樣性調(diào)查技術(shù)規(guī)范,大多針對特定區(qū)域或特有類群,如針對自然保護區(qū)資源調(diào)查[5]、畜禽遺傳資源調(diào)查等[3, 6]、野生動植物資源、森林資源和淡水浮游生物等類群調(diào)查技術(shù)規(guī)范[7—9]。這些技術(shù)探討對規(guī)范野外調(diào)查和數(shù)據(jù)有重要的推動作用。但是也存在側(cè)重資源調(diào)查等不足,且缺少生物多樣性本底調(diào)查的技術(shù)體系。本研究共包括了生態(tài)系統(tǒng)、物種等12個類群的調(diào)查評估技術(shù),統(tǒng)一了外業(yè)收集和統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集技術(shù),尤其關(guān)注了生物多樣性相關(guān)傳統(tǒng)知識調(diào)查,覆蓋類群全面,保證方法和數(shù)據(jù)統(tǒng)一,將為生物多樣性本底調(diào)查提供技術(shù)指導。縣域生物多樣性調(diào)查評估技術(shù)規(guī)定發(fā)布后,在橫斷山南、武陵山、太行山、西雙版納等生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)域得到應(yīng)用,同時北京、江蘇、浙江和湖北等省份和祁連山、武夷山等區(qū)域也采用該技術(shù)體系開展調(diào)查,網(wǎng)格法得到逐步應(yīng)用,并獲得大量的生物多樣性基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為我國生物多樣性保護和可持續(xù)利用、生物多樣性公約履約等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但技術(shù)體系以常規(guī)調(diào)查方法為主,存在對新技術(shù)關(guān)注不夠等不足,如魚類和底棲動物等水生生物的環(huán)境DNA技術(shù),鳥類的聲音監(jiān)測等。同時也缺少土壤動物、除昆蟲外的無脊椎動物等類群的調(diào)查評估技術(shù),尤其是土壤動物受到廣泛關(guān)注,需要盡快制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范。

生物多樣性評估在不用尺度上有不同指標體系。在全球尺度上,《生物多樣性公約》在決議VII/30中確定了一套由生物多樣性狀況、生物多樣性面臨的壓力或威脅、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、人類福利、文化上的多樣性等7個重點方面組成的評估體系,用于評估全球尺度上2010年生物多樣性保護目標的進程。區(qū)域尺度也制定了一系列評估指標體系,如歐盟于2005年啟動 “整合歐洲2010年生物多樣性指標”(SEBI 2010),環(huán)北極生物多樣性監(jiān)測的指標[21]。英國、美國、德國、墨西哥和日本等國也分別制定了國家尺度的生物多樣性評估指標體系。這些指標體系基本都是參考《生物多樣性公約》全球生物多樣性指標的基本框架,適用于全球與區(qū)域尺度,部分指標不適用我國情況。我國從20世紀90年代開始生物多樣性評估方面的探討。部分指標體系側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)尺度及局部地區(qū)尺度上的生物多樣性評估[22—24],也有針對某個生物類群的評估指標體系[25]。我們指標體系基于實地調(diào)查數(shù)據(jù),從現(xiàn)狀、威脅、保護三方面開展評估,共15個指標構(gòu)成,基本能反映行政區(qū)生物多樣性本底、受威脅狀況與保護現(xiàn)狀,數(shù)據(jù)也可以通過調(diào)查以及地方政府報告獲取,對制定相關(guān)保護政策有重要參考作用。

通過生物多樣性調(diào)查,可以獲得較為完整的區(qū)域生物多樣性本底數(shù)據(jù),明確區(qū)域生物多樣性種類、分布、受威脅狀況以及保護現(xiàn)狀,對探討物多樣性分布格局和維持機理研究提供基礎(chǔ),國際生物多樣性計劃發(fā)布的方案中明確提出生物多樣性科學的9個關(guān)鍵科學問題/重要研究方向[26],問題的解決均需要生物多樣性本底數(shù)據(jù)以及長期的生物多樣性觀測數(shù)據(jù)作為支撐[27—29],大量的新數(shù)據(jù)集(如物種分布、特征、系統(tǒng)發(fā)育和交互網(wǎng)絡(luò))能理解生物多樣性變化的深度,可靠地預(yù)測變化,并實施保護行動[13, 30—31]。《生物多樣性公約》第15次締約國大會將提出“2020后生物多樣性保護目標”[32—33],為了推動“2020后”目標的實現(xiàn),需要加強生物多樣性調(diào)查和評估。生物多樣性保護政策與措施制定均需要對我國生物多樣性現(xiàn)狀及保護情況有較為精確的了解,如國家野生動植物保護名錄的制定與修編,以國家公園為主體的自然保護地體系建立以及生態(tài)保護紅線監(jiān)管[34],生物多樣性紅色名錄制定與修編[35—37]等,尤其是重點保護物種有長期監(jiān)測,才能有效評估其保護成效,針對性開展監(jiān)管措施[38—39]。全國生物多樣性調(diào)查數(shù)據(jù)將為其提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。