2006—2015年生物资源考察与调查时空分布特征研究
2017-10-13张心萍王宏智杨雅萍
张心萍 王宏智 杨雅萍
(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安 710119)
2006—2015年生物资源考察与调查时空分布特征研究
张心萍1,2王宏智1杨雅萍1
(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安 710119)
生物资源科学考察与调查是我国科技基础性工作专项中开展的重要工作之一,2006年以来部署了众多涵盖生物资源科学考察与调查的项目,但目前缺少对已开展的生物资源考察内容、类型、范围的时空分布特征等进行全面系统的梳理。本文总结了2006—2015年度国家科技基础性工作专项中的生物资源科学考察与调查的项目数量、调查内容等,并结合GIS技术分析了其时空分布特征。分析表明:第一,近年来生物资源科学考察次数明显增多,空间上分布也非常广泛;第二,目前科技基础性工作专项中开展的生物资源科学考察与调查存在部分物种和典型区域数据急需补充更新的问题;第三,空间尺度上仍存在部分考察空白区域;第四,对生态环境脆弱区生物资源考察以及对个别濒危物种考察的重视程度较为单薄。
科技基础性工作专项;生物资源;科学考察与调查;GIS技术;时空分布
1 引言
我国幅员辽阔,自然条件优越,是生物多样性最为复杂的国家之一,拥有丰富的生物资源[1]。近年来,随着人类活动的加剧,城市化进程的加快,部分生态系统功能不断退化,物种濒危程度加剧,遗传资源不断丧失,生物多样性受到威胁,且人类对生物资源的需求越来越大,导致生物资源与人类需求的关系日益紧迫,对生态环境的稳定性造成了诸多负面影响[2-3]。因此,对生物资源的调查和研究一直是科学界和社会密切关注的热点之一[4-5]。
我国在建国初期就开始了对生物资源的考察,最早于1951年成立考察队开展了对西藏地区自然资源的综合考察研究,其中就包括对植物、农牧业等学科的初步考察工作;1956年成立了综合考察委员会,随后陆续成立了黄河中游水土保持、黑龙江、云南热带生物资源等10余个综合考察队,通过对生物资源的考察研究,收集了丰富的数据资料,对我国生物资源的数量及分布规律等有了初步的认识。20世纪七八十年代,尤其是改革开放以来,我国自然资源科学考察向区域资源综合考察方向转移,在此期间中国科学院开展了多次青藏高原考察以及南方山区、东部丘陵山区、黄土高原地区等多个典型区域的自然资源考察研究,并开展了一系列全国性和专题性资源科学综合研究工作,不仅摸清了我国生物资源的基本状况,也进行了多项生物资源的开发利用与保护的综合分析研究,取得了显著的生态与经济效益[6-7]。在此期间,国家部委也开始组织全国统一调查任务,例如:1973年农林部部署了我国第一次全国范围的森林资源清查,清查工作每5年一次一直延续至今,但清查工作主要关注林木的蓄积量,没有考虑林下植被及生态系统生物多样性;1980年国家林业局启动了我国第一次全国层面的草原资源调查,但在20世纪80年代后大规模草地资源调查基本终止;20世纪90年代国家林业局开展了第一次全国重点保护野生动植物资源调查,调查工作十年一次,主要对野生动植物分布现状等进行调查[8]。
由于我国生物资源基础数据还较为薄弱,国家为支持基础性事业的发展,自1999年以来,启动了“国家科技基础性工作专项”。基础性工作具有长期性、稳定性、原始性的特点,目标是通过考察、观测、监测、调查、实验以及编辑等方式获得数据、标本、样品、典志等,并对其进行综合分析评价,支撑学科发展、科技创新、国家战略决策等。近10年来,科技基础性工作专项大力支持科学考察与调查,截至目前已经资助了近200项科学考察与调查专项的开展,包括多学科的综合科学考察,该类专项中大多都涵盖生物资源的考察,同时也包括针对典型区域生物资源或某类物种的科学考察与调查项目,对生物资源的特点以及现状等作了深入的调查和研究。科技基础性专项中生物资源考察工作已在不同地区、不同领域作出了突出贡献,但目前缺少对已开展的考察情况的现状、分布特征等进行整理、汇集及分析等工作。
基于以上背景,本文对2006—2015年间科技基础性工作专项部署的有关生物资源科学考察与调查内容的时间和空间分布进行了系统的整理总结和分析,摸清生物资源的考察时空分布现状,探讨目前生物资源考察与调查中急需更新与调查的空白区域,以期为今后基础性工作中生物资源考察与调查方向等提供参考。
2 数据来源与研究方法
本文生物资源科学考察与调查信息,来源于科技基础性工作专项项目汇交的元数据。元数据来源于2006—2015年科技基础性工作专项设置的涵盖生物资源科学考察与调查的56个项目,包含有本文研究所需要的生物资源科学考察与调查项目的数量、类型、时空分布等要素。用于本文空间分析的基础底图使用国家地球系统科学数据共享服务平台(http://www.geodata.cn)[9]的中国县级行政区划地图,数据时间为2015年,比例尺为1:100万。
在研究方法上,利用Excel对2006—2015年间生物资源考察类项目的考察时间地点以及内容等进行统计分析,同时借助GIS 技术,将生物资源科学考察与调查地点范围等以县级单位尺度落实到矢量地图中,以揭示近10年来基础性工作专项中生物资源科学考察与调查时空分布特征。由于本文所采用的地图为县级行政区划数据,故文中所涉及的典型区域的边界范围也是以县级尺度划定,且由于部分生物资源科学考察与调查并未结束,所以本文对未结束的生物资源科学考察与调查地点范围只做大致划分。
3 考察与调查项目总数
2006—2015年,科技基础性工作专项共设置了156个科学考察与调查类项目,涵盖生物资源科学考察与调查项目共计56个,占科考项目总数的36%,表明生物资源的考察一直是科学考察中的热点与重点。本文依据考察内容将生物资源考察分为两大类:一是陆生生物资源,二是水生生物资源。涵盖陆生生物资源考察的项目最多,共计48项,占总数的86%;涵盖水生生物资源考察的项目共计15项,占总数的29%;其中15%的项目对陆生与水生生物资源同期进行了科考研究[10]。
图1为2006—2015年我国每年设置的涵盖生物资源考察与调查的基础性工作项目的个数。从图1可以看出,基础性工作中对生物资源的考察与调查一直不曾止步(2010年未设置基础性工作专项),时间上表现出一定的波动性,在2007年、2012年与2014年都呈现出波峰状态,陆生生物资源与水生生物资源项目个数也都与生物资源考察总数大体趋势一致。相较前5年,2012年及以后设置的项目总数都在5个以上,表明近几年我国对生物资源的科学考察与调查十分重视。
4 全国尺度陆生生物资源考察分布
2006—2015年,基础性工作专项中陆生生物资源的考察与调查项目最多,共部署了相关专项共计48项。基础性工作专项主要从全国或南北方、典型区域两种尺度对陆生生物资源开展科学考察与调查研究,本文基于以上两种尺度分析陆生生物资源考察的时空分布特征。
图1 2006—2015年我国生物资源科学考察与调查项目数统计
全国以及南北方等大尺度范围科学考察与调查共计10项(表1),主要包括:(1)外来生物入侵物种的调查,主要是对农田、森林、自然保护区、草原等生态系统开展造成危害或有潜在危害的外来物种的普查与专家专项科学考查;(2)药用植物资源调查,专项开展于2007年,历时5年,基本摸清了73种药用植物全国野生资源现状;(3)中国北方综合考察,对我国北方森林草地以及陆生生物资源展开科学考察与调查;(4)中国蝎类及其毒素基因资源的调查,主要对我国云南、西藏、新疆、陕西和湖北5省蝎类资源进行调查和鉴定;(5)非粮柴油能源植物与相关微生物资源的调查,主要是以生物质能源产业需求为导向,摸清了我国非粮柴油能源植物和相关微生物资源的家底;(6)我国产油微藻的调查,主要对不同季节、不同类型土壤生境中的藻类进行全国范围的调查;(7)我国森林植被调查,主要对我国森林植被的类型、数量、分布、多样性以及濒危程度、受干扰状况等进行调查;(8)我国沼泽湿地生物资源的调查;(9)对我国主要灌丛植物群落的调查;(10)对我国北方内陆盐碱地植物种质资源的调查与保存[11-12]。
综合时间要素来看(表1),基础性工作专项中对药用植物、能源生物、森林植被、沼泽湿地生物资源以及灌丛植物群落等全国尺度上的调查都于近几年开展或者是于近几年结束,对基础数据的更新与补充需求并不十分迫切,但对我国生物入侵物种及现状却存在7年的调查空白。随着气候变化与我国国际贸易、交通、旅游业等飞速发展,使得外来生物入侵加剧。我国“十三五”规划中提出“要加强对典型生态系统、物种、基因和景观多样性保护力度,严防并治理外来物种入侵”。开展对生物入侵的调查,加强对生物入侵数据补充更新与科学研究等,对保障我国生物安全、生态安全、社会稳定以及当前建立我国和谐社会等都具有重要意义。此外,对我国蝎类资源的调查空白期也较长,已有的调查范围主要涵盖西部地区5个省份,对我国东部与中部蝎类分布广泛的地区尚缺乏系统的调查,且蝎类物种在该地区受人类破坏最为严重,所以对蝎类资源展开进一步调查,摸清我国蝎类资源现状,可为蝎类资源及其毒素基因的保护与合理开发利用等奠定基础。
表1 大尺度范围陆生生物资源调查信息
图2 陆生生物资源考察空间分布
5 典型区域陆生生物资源考察分布
基于我国典型区域尺度上的考察与调查项目数量较多,共计38项,由图2可以看出,考察区域已覆盖我国大部分地区,空间上表现出有一定的聚集性,主要集中于我国东北、华北、西南地区、青藏高原地区、南方山区、长江流域部分地区以及西北部分地区等。
对考察区域进一步统计得知,2006—2015年间,科技基础性工作专项设置的陆生生物资源考察项目中对我国山系山区最为重视,共计10项,考察区域包括我国南方丘陵山区、罗霄山脉、武陵山区、华东黄山—天目山脉及仙霞岭—武夷山脉、西南喀斯特地区等,西部的秦巴山区、天山、喜马拉雅山区等以及东北的长白山区、大小兴安岭地区。其次是对高原盆地以及流域水系等地生物资源的专项考察,共计7项,考察地点包括青藏高原、黄土高原、准噶尔盆地、额尔古纳河流域、澜沧江中下游、南水北调水源地等。我国北方的部分林区牧区也是生物资源考察重点区域,共计7项,具体包括东北森林草地、天山野果林、温带草原牧区等。除此之外还对我国华北地区、东北地区、西南地区、环京津冀地区、藏东南地区、西南民族地区、海南岛及西沙群岛以及边境部分地区的陆生生物资源进行考察。虽然考察范围十分广泛,但依然存在考察空白区域。由图2可以看出,近10年来,基础性工作专项中对华东、华中地区,甘肃北部以及广东省、新疆大部分地区调查较少。
为进一步研究典型区域陆生生物资源的考察分布特征,可将陆生生物资源按考察内容分为区域陆生生物资源综合考察与区域陆生植物、动物、微生物资源专项考察,本文从以上两个方面对典型区域陆生生物资源的考察时空分布情况展开具体统计分析。
(1)区域陆生生物资源综合考察分布
2006—2015年间涵盖区域陆生生物资源的综合考察共计6项,由图3可以看出考察区域包括黄土高原、罗霄山脉地区、澜沧江流域与大香格里拉地区、华东黄山—天目山脉及仙霞岭—武夷山脉、海南岛及热带岛屿等地区。最早开展的生物资源综合考察是在海南岛与西沙群岛,专项开展于2006年,主要对海南岛与西沙群岛的生物资源进行系统的考察,于2011年结束,2013年进一步部署了热带岛屿和海岸带生物资源的调查,具有较好的连续性。2008年部署了对澜沧江中下游与大香格里拉地区的科学考察,对该地区生物多样性与重要生物类群变化等作了综合考察,2013年结束。2013年对罗霄山脉地区生物多样性开展综合科学考察研究;2014年部署对黄土高原地区的考察;2015年部署了对华东黄山—天目山脉及仙霞岭—武夷山脉的生物多样性调查。
(2)区域植物、动物、微生物资源专项考察分布
除陆生生物资源综合考察外,更多的是对单一或两类生物资源的科学考察与调查,共计31项,涵盖植物资源考察项目22项,动物资源考察项目9项,微生物资源考察项目6项,其中同时涵盖植物资源与动物资源的考察项目5项,同时涵盖植物资源与微生物资源的考察项目1项。
从时间上来看(表2),对植物、动物、微生物资源的考察大多集中于2010年后,少数集中于2006—2009年。2006—2009年共部署了7个专项,其中东北温带针阔混交林区和库木塔格沙漠的生物资源考察于2012年进行了二期考察,额尔古纳河流域、东北地区以及青藏高原等地区生物资源虽未进行二期考察,但也部署了对该地区或包含该地区的同类资源的考察。对秦巴山区的考察结束于2012年,之后基础性工作专项中也未开展对该地区的考察,存在4年的考察空白。对西南地区野生食用菌类的考察开始于2009年,但周期较长,结束于2014年,数据更新需求并不紧迫。
从空间分布来看,典型区陆生生物资源考察专项中对植物资源的考察最为广泛(图3),空间上明显聚集于东北、华北以及西南、华南地区,西北以及华东、华中大部分地区未开展植物资源的考察。具体按考察内容分为两类:一是植物资源的综合考察,共计12项,主要分布在我国东北地区、华北地区、青藏高原、秦巴山区、武陵山区以及南方丘陵山区、泛喜马拉雅地区等;二是个别类群植物资源的考察,共计9项,具体包括中越边境地区苔藓植物专项考察;长白山区药用植物考察;西双版纳和哀牢山自然保护区树种DNA条形码的采集;新疆天山野果林考察;东北以及温带草原重点牧区草地及草地植物资源考察;西南民族地区工业原料植物考察以及东北及东北温带针阔混交林区森林植物资源考察等。从图3和表 3可以明显看出,东北地区植物资源考察次数最多,内容最丰富。
图3 不同类型陆生生物资源考察空间分布
表2 典型区域植物、动物、微生物资源考察信息
基础性工作部署的对典型区域动物资源的考察范围较小(图3),主要分布于我国东北地区、西北部分地区以及武陵山区和藏东南地区,除东北地区以外对我国大部分地区考察较少。其中对动物资源综合考察项目较多,共计6项,考察地点包括东北温带针阔混交林区、库姆塔格沙漠、阿勒泰中俄蒙边境地区、藏东南地区以及武陵山区等。对个别类群动物资源的专项考察较少,仅3项,包括环京津地区昆虫考察、温带草原重点牧区食草动物考察以及额尔古纳河流域鸟类的考察等。
基础性工作部署的对典型区域微生物资源的考察项目数量最少,共计5项,但范围较大(图3),主要分布于东北大小兴安岭、青藏高原、西南地区、新疆准噶尔盆地、西南喀斯特地区以及我国南方丘陵山区等,对我国新疆以及中东部地区考察较少。从考察内容上来看,除大小兴安岭菌物资源、准噶尔盆地地衣以及西南地区野生食用菌考察外,其余地区均为微生物资源综合考察。
总体而言,时间上,基础性工作专项中的陆生生物资源综合考察与大部分动物、植物、微生物专项考察主要集中于最近5年间,早年开展的考察也于近几年内部署了二期或同类资源的考察,除秦巴山区外,对已考察的地区生物资源数据更新需求并不十分迫切。秦巴山区是南北气候、土壤、植物区系交汇区域,生物多样性复杂,是我国生物资源和基因资源的宝库,加强对秦巴山区生物资源的考察与数据的整合等具有重大的科研价值,并且有利于物种资源的保护和生物资源的合理开发利用。空间上,在我国华东地区及新疆大部分地区存在大面积的陆生生物资源考察空白。华东地区是我国人类活动聚集度最高的区域之一,生态环境受人类影响较为严重,应加强对该地区生物资源的考察,重视该地区生物多样性的保护。新疆生态系统多样,具有丰富的动植物资源,且由于其独有的气候,使该地区拥有丰富的特有生物资源。目前,基础性工作专项中只对北疆的准噶尔盆地、库木塔格沙漠、阿勒泰地区及天山等地区部署了考察工作,在新疆大部分地区尚未开展,且不合理的开发活动对该地区生物资源造成一定破坏。因此,开展新疆地区系统、全面的科学考察显得十分迫切。另外,对动物资源的考察无论是从考察次数还是考察范围上来看都相对薄弱,所以对动物资源的考察也要加以重视。从考察内容上看,基础性工作专项部署的陆生生物资源考察中针对个别类群的考察较少,尤其是对具有较高开发利用价值和濒危物种的考察。
6 水生生物资源考察与调查时空分布
水生生物资源在维持自然界物质循环与水生生态系统稳定中具有重要作用,同时也是我国渔业发展的基础。自2006—2011年,我国基础性工作专项共部署了15项涵盖水生生物资源的科学考察与调查项目,其中涵盖国内水生生物资源的调查14项,国外1项,本文只对国内科学考察与调查项目进行分析。
从时间分布来看,除2009年与2011年未部署涵盖水生生物资源的考察与调查项目外,其余年份均设置了调查项目。从图1可以看出,周期性波动状态与生物资源考察项目总数一致,原因在于水生生物资源的考察大多与陆生生物资源考察同时进行,所以随着生物资源调查项目的增多,水生生物资源调查项目数量也随之增加。2006—2011年间,涵盖水生生物资源考察与调查的专项共计4项,2012—2015年共计11项,对水生生物资源的调查大多集中于2012年以后,表明近几年内加强了对水生生物资源调查研究的重视,尤其是2012—2013年,处于时间上的聚集状态,该现象产生的原因与国家于2011年划设了多个内陆水域生物多样性保护优先区域不无关系。
从空间分布来看,对全国大尺度范围内的水生生物资源调查共计6项。调查内容包括:(1)湖泊生物资源的调查,于2006年开展,对我国主要湖泊生物资源现状进行了调查;(2)水生产油微藻的调查开展于2012年,对我国内陆主要淡水生境中不同季节的藻类进行调查;(3)沼泽湿地的水生植物资源调查于2013年部署;(4)水生植物生物多样性以及植被资源调查普查于2013年部署;(5)渔业生物DNA条形码信息采集于2012年与2013年分别部署等。上述调察专项大多于2012年及以后开展,且调查内容上也存在连续性,基本可以掌握我国近几年水生生物资源尤其是水生植物资源的现状以及变化等。
典型区域水生生物资源考察与调查共计8项,考察地点(图4)主要包括黑龙江、额尔古纳河流域、金沙江流域、澜沧江中下游与大香格里拉地区、三峡库区、南水北调(中线)水源地、藏北地区以及新疆跨境河流等。其中除对金沙江流域以及新疆跨境河流开展对鱼类资源的专项调查外,其余均是对调查区域水生生物资源的综合调查。对水生生物资源的调查空间分布上也同样呈现聚集状态,主要集中于我国西南水系丰富地区、黑龙江流域以及开展水利建设的三峡库区与南水北调中线水源地等。
总体而言,2006—2015年间我国基础性工作中对水生生物资源的考察与调查较少,尤其是针对典型区域以及个别物种的专项调查。近年来,许多人类活动频繁、部分污染严重的水域已有的数据资料已经不能全面反映水生生物资源现状。根据《2015年中国环境状况公报》显示,我国海河、淮河、辽河和黄河流域的部分区域污染较为严重,对河流生物多样性必然会造成影响,所以急需进一步加强对生态环境脆弱区生物资源的调查,为生物资源的可持续发展以及生态保护等提供数据支撑。另外,随着我国水利事业的发展,建立了一批防洪、调水、农田水利建设以及水利发电等工程,这些工程建设往往会对水生生物的生长环境造成破坏,并且阻碍鱼类洄游、影响鱼类繁殖等,必然会对水生生物资源造成影响,所以应当加强对开展水利工程建设的流域及水源地水生生物资源的考察。
图4 水生生物资源考察空间分布
7 结论与展望
生物资源考察为基础数据的获取奠定了基础,对处于考察断层期的区域或物种等开展补充考察,对考察空白区域进行系统的考察,不仅能够摸清生物资源现状,也可以为资源的合理利用与开发等奠定基础。加强对环境脆弱区生物资源的考察,加强对个别濒危物种和具有较高开发利用价值物种的专项考察,对生物多样性和遗传多样性的保护以及对我国社会经济发展等具有重要的价值和深远的意义。
(1)近10年来,基础性工作专项中对陆生生物资源的科学考察与调查最为广泛深入,在全国及南北方等大尺度上的考察比较全面,但对蝎类资源以及生物入侵物种及现状的考察在时间上有着较长的空缺。
(2)在典型区域尺度上的生物资源考察次数最多,范围最广,但依然存在考察空白区域,空白区域主要集中在华东地区以及新疆大部分地区,且对动物资源的考察较为薄弱。
(3)近10年来,基础性工作专项中对大尺度的水生生物资源的调查非常全面,但缺乏对典型区域的水生生物资源调查,尤其是受污染严重的湖泊水系以及国家水利工程建设流域等。
(4) 目前,生物资源的科学考察与调查中对个别物种尤其是珍稀濒危物种的调查较少。
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Study on Temporal and Spatial Distribution of Biological Resources Investigations from 2006 to 2015
ZHANG Xinping1,2, WANG Hongzhi1, YANG Yaping1
(1.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101; 2. College of Tourism and Environment, Shanxi Normal University, Xi’an, 710062 )
Biological resources investigation is one of the important tasks in the national special program on basic science and technology research of China. Plenty of projects covering biological resources investigations have been set up since 2006, temporal and spatial distribution and content of biological resources investigation lack of systematic combing from an entire perspective. Based on Excel Data Statistics and GIS Technology,this survey summarizes and analyzes the content, temporal and spatial distribution of Biological resources investigation from 2006 to 2015. Analysis indicates that fi rstly, the number of biological resources investigation has raised significantly these years, so as the spatial distribution; Secondly, scientific data produced from scientific investigation in some species and typical areas need to be updated urgently; Theirdly, there are also some blank areas in biological scientific investigation; Finally, not enough attention have been paid to the scientific biological resources investigations in environmentally vulnerable areas and individual species.
basic science and technology research, biological resources, scientific investigation, GIS methodology,temporal and spatial distribution
K903
A
10.3772/j.issn.1674-1544.2017.05.013
张心萍(1990—),女,陕西师范大学旅游与环境学院硕士研究生,主要研究方向:资源开发与GIS研究;王宏智(1991—),男,中国科学院地理科学与资源研究所工程师,硕士研究生,主要研究方向:GIS;杨雅萍(1964—),女,中国科学院地理科学与资源研究所高级工程师,主要研究方向:地球系统科学数据共享研究与应用(通讯作者)。
国家科技基础性工作专项“科技基础性工作专项重点项目”(2013FY110900)。
2017年7月14日。