中国生物多样性保护优先区域生物多样性调查和评估方法

肖能文,赵志平,李 果,高晓奇,吉晟男,徐 靖,刘冬梅,李俊生

中国环境科学研究院,北京 100012

生物多样性是人类生存和社会经济可持续发展的战略资源,同时为人类提供福祉[1]。我国是世界上生物多样性最丰富的国家之一,高等植物数量居世界第三位；脊椎动物占世界总种数的13.7%,也是世界四大遗传资源起源中心之一。同时也是生物多样性受威胁最严重的国家之一。

从全球到区域和国家尺度,组织开展很多生物多样性调查监测评估工作,为生物多样性保护提供翔实可靠的基础数据。全球开展物种2000”(Species 2000)、“全球生物多样性信息网络”(GBIF)、“全球生物多样性观测网络(GEO BON)”、国际生物多样性计划(DIVERSITAS)和全球性的海洋生物调查计划等行动；在区域尺度上,欧洲和亚太地区都有相关的项目在组织推动[2]；国家水平上,巴西、南非、印度、日本、德国、瑞典、美国等均开展了全国性的生物多样性本底调查。

我国高度重视生物多样性保护,发布了《中国生物多样性保护战略与行动计划》(2011—2030年)和《关于进一步加强生物多样性保护的意见》。战略与行动计划重点任务和包括生物多样性调查、监测和评估。相关部门开展了大量生物多样性调查工作。国家林业和草原局组织了全国陆生重点野生动物和重点保护野生植物资源调查、全国湿地资源调查、全国森林资源清查等。原农业部开展了农业野生近缘植物、畜禽品种资源、水产种质资源调查、农作物种质资源普查与收集行动。国家中医药管理局开展了中药资源普查试点。中国科学院编辑出版了《中国植被》《中国植物志》和《中国动物志》等各类志书。科学技术部通过基础性工作专项,支持开展区域和特有类群的生物多样性考察工作。原环境保护部实施了全国生物物种资源联合执法检查、县域生物多样性综合示范调查[3]、全国性的生态状况调查与评估等工作[4]、许多地方政府、自然保护区、高等院校和科研单位也开展了大量的本底调查工作,获得了生物多样性基础数据。许多学者探讨了生物多样性调查技术规范,如针对自然保护区资源调查[5]以及畜禽遗传资源调查等[3, 6]；相关部门也发布了一系列关于野生动植物资源、森林资源、药用植物和淡水浮游生物等类群调查技术标准规范[7—9]。通过上述工作,积累了我国生物多样性大量本底数据[10]。但已有的调查侧重于植物和脊椎动物等类群,对大型真菌、苔藓、生物多样性相关传统知识等关注不够,对生物多样性之间相互关系认识缺乏数据支撑,同时调查也集中在生物多样性丰富区域,而缺少全国性调查,同时也存在调查方法不统一、数据格式不一致、数据分散等现象,急需建立统一、系统和综合的调查与评估方法体系。

网格法是国际上较多采用的生物多样性调查取样方法,许多国家和地区均采用网格法开展调查,如德国、英国和日本均以网格为单元开展全国生物多样性调查。1940年,英国将国土划分为3000个10 km×10 km 的网格,之后逐渐将网格细分得到20 km×20 km、5 km×5 km或1 km×1 km的网格,以网格为基础开展了动植物、河流生境等进行调查。日本依据地形图划分地理网格,基本单位为1 km ×1 km,以此为基础开展植被、野生动植物、地形、地质、陆地水域、海域、生态系统等调查。我国部分区域调查与监测均采用网格法布样。网格法能获得更加均匀的物种分布数据,同时也能规避行政区变化等带来的问题。

近几十年来,由于经济的快速发展和人口的快速增长,资源过度利用、工程建设、外来物种入侵、环境污染与气候变化的影响下,我国的生物多样性状况发生了巨大变化,物种消失、生态系统退化问题严峻。近20年以来,我国未进一步组织开展大规模生物多样性综合调查工作,已有的部分工作远不足以全面掌握我国生物多样性本底,制约了全国及地区的生物多样性编目与评估。同时也制约了生物多样性保护工作的开展。

针对我国生物多样性本底不清,动态不明等问题,我国组织开展全国生物多样性调查与评估工作。本论文探讨了生态系统和陆域物种、水生生物、重点物种和生物多样性相关传统知识等的调查内容、技术指标以及各指标获取的技术要求,并规范了评估方法,以便得到规范的数据,保障调查和评估质量,服务于国生物多样性保护优先区域生物多样性调查,为建立全国统一标准的数据库提供技术支撑。

1 技术方法体系

1.1 采用网格法开展生物多样性调查

全国生物多样性调查采用网格法取样,分辨率为10 km × 10 km。网格文件采用WGS_1984_Albers投影坐标系统,将全国划分为97109个网格。全国网格四至范围为：上下(5926515.209684 m,1876585.548743 m),左右(-2638293.110529 m,2211625.887005 m)。利用地理信息系统技术生成包含每个网格4个顶点的文件,然后获得每个网格4个顶点的经纬度坐标。网格采用8位编号,前四位为(X坐标 + 5000)/10取整后乘以10,后四位为Y坐标/10取整后乘以10,X、Y坐标均以km表示。若网格内县域面积≥25 km2(即网格面积的25%),则该网格视为该区域工作网格。

1.2 调查评估技术方法体系

生物多样性调查涉及生态系统、物种和遗传资源3个层级的调查,每个生物类群调查方法不一样,样点设置也存在很大差异,因此在调查中,编制并发布了县域生物多样性调查评估技术规定[6],共包括陆生高等植物、植被、陆生哺乳动物、鸟类、两栖类和爬行类、昆虫、大型真菌、内陆鱼类、内陆浮游生物、内陆大型底栖无脊椎动物、内陆周丛藻类以及生物多样性相关传统知识12个类群的调查评估技术,统一调查采用的方法、样线/样点设置方法,统一数据的采集等技术,保证方法和数据统一[11]。

1.3 新技术开发与使用

生物多样性调查和保护需要快速、有效的获得生物多样性基础数据,需要开发和应用一系列新的技术方法[12—13]。一方面依靠遥感技术获得大范围的数据,一方面依靠红外相机、环境DNA等方法获取数据。

生物多样性调查中应用较为广泛的技术方法包括卫星遥感、激光雷达、声音、无人机热红外、红外相机、环境DNA等方法[14—15]。如哺乳动物和鸟类的调查普遍采用红外相机方法[16—17],而两栖类和鱼类的调查普遍采用环境DNA方法[18—20],无人机搭载热成像仪技术调查大型哺乳动物,这些方法还能提供动物行为、丰富度和群落结构等信息。

1.4 数据平台构建

为了便于数据管理,建立了全国统一、动态更新、信息共享的生物多样性数据库和信息化管理平台。实现按区域、名称、网格等不同途径进行数据查询与检索,提供统计汇总、分析输出、动态更新等功能,形成多源多尺度的国家生物多样性调查与评估数据汇总和成果展示平台。

1.5 数据质量控制

调查评估工作质量控制主要集中在野外调查方法的统一、物种的分类体系、物种名称的规范以及基础地理信息格式的统一。物种分类以及命名符合最新版国际动物和植物命名法规的规定,并参照最新版《中国生物物种名录》。

为了便于数据统一管理以及数据格式的统一,开发了相关生物多样性调查APP,共包括红外相机自动拍摄调查、哺乳动物样线调查、鸟类样线法/样点调查、两栖爬行动物样线/样点调查、昆虫多样性样线调查、高等植物样方/线路调查、生态系统多样性调查、底栖动物样点调查、浮游生物样点调查、水域鱼类样点调查、大型真菌调查、生物多样性相关传统知识调查、陆生重点动物/植物样线调查等功能模块,可以采集样方/样线、物种名称、数量、经纬度、生境、环境信息、威胁因子等信息,按照各类群调查技术方案,遵照数据采集的工作流程,填报采集信息。请专家对上报的数据进行审核。每份信息数据应有其对应的凭证。

为了规范野外调查与数据整理工作,调查中编写统一培训教材,对调查人员开展技术与安全培训。培训内容包括方案编制、数据与标本采集、调查方法、标本制作与保存、数据报送、报告编写和安全事项等。

2 调查评估内容与技术要求

2.1 陆域生态系统与物种调查

完成全国生物多样性保护优先区域内所有行政县(区)的生物多样性综合调查与评估,掌握区域生物多样性本底,评估区域生物多样性现状及受威胁情况。调查内容包括(1)陆域生态系统与植被调查：开展生态系统遥感调查,掌握生态系统类型与分布、自然生态系统质量及生物多样性维持能力；开展陆域植被实地调查,掌握植被类型、分布、植物群落特征。(2)陆域物种多样性调查：开展县域陆生野生高等植物、陆生野生脊椎动物、陆生无脊椎动物(昆虫)、微生物(大型真菌)的调查,掌握物种种类、组成、分布、生境状况、威胁因子(表1)。

表1 生物多样性调查内容、指标与技术要求

2.2 重点河流水生生物调查

七大重点河流(长江、珠江、黄河、海河、辽河、淮河、松花江等)水系的水生生物,包括淡水鱼类、大型底栖动物(多毛类、寡毛类、水生昆虫、软体类、甲壳类等)、浮游生物(浮游动物和浮游藻类)、着生藻类和水生哺乳类(白鳍豚和长江江豚)等的多样性调查,掌握物种种类、组成、分布、生境状况、威胁因子(表2)。

表2 重点河流水生生物调查主要指标及技术要求

2.3 重点物种调查

为降低我国重点代表性物种灭绝风险,逐步减缓并遏制栖息地破坏趋势,依据《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》《中国生物多样性红色名录——脊椎动物卷》《中国生物多样性红色名录——大型真菌卷》《中国物种红色名录(第三卷·无脊椎动物)》等资料,筛选我国保护旗舰物种、特有种、受威胁物种、重点野生经济资源物种、社会关注物种以及重点遗传资源,以资料收集、数据共享、大数据分析为主,辅以实地补充调查和分子测序的方法,获取重点物种和生物遗传资源的基础信息数据,评估其分布状况、种群数量、遗传多样性、动态变化趋势、保护现状与成效,掌握其受威胁因素,提出重点物种保护与监管的对策措施。通过典型流失与丧失案例研究,明确导致重要生物遗传资源流失、丧失的主要因素,针对保护空缺与监管需求,提出对策建议(表3)。

表3 重点物种调查内容、指标与技术要求

2.4 生物多样性相关传统知识调查

查明生物多样性相关传统知识的类别、生物基源、持有者、数量、分布、利用、保护与传承、丧失与流失。重点关注传统利用农业遗传资源的相关知识、传统利用药用生物资源的相关知识、具有工业开发潜力的与生物资源可持续利用相关的传统技术等。调查指标和技术要求如表4。

表4 生物多样性相关传统知识调查主要指标及技术要求

2.5 生物多样性综合评估

从生物多样性的现状、威胁因子、保护状况等方面构建生物多样性评估指标体系,开展生物多样性综合评估(表5)。从全国、区域和县域三个尺度,评估物种丰富度与多度、物种特有性、物种濒危程度,分析人为干扰和自然因素对生物多样性的影响。明确急需保护的生态系统类型、物种、生物多样性相关传统知识,提出生物多样性保护的相关政策建议。

表5 生物多样性评估指标及技术要求

3 讨论

生物多样性调查技术规范,大多针对特定区域或特有类群,如针对自然保护区资源调查[5]、畜禽遗传资源调查等[3, 6]、野生动植物资源、森林资源和淡水浮游生物等类群调查技术规范[7—9]。这些技术探讨对规范野外调查和数据有重要的推动作用。但是也存在侧重资源调查等不足,且缺少生物多样性本底调查的技术体系。本研究共包括了生态系统、物种等12个类群的调查评估技术,统一了外业收集和统一数据采集技术,尤其关注了生物多样性相关传统知识调查,覆盖类群全面,保证方法和数据统一,将为生物多样性本底调查提供技术指导。县域生物多样性调查评估技术规定发布后,在横断山南、武陵山、太行山、西双版纳等生物多样性保护优先区域得到应用,同时北京、江苏、浙江和湖北等省份和祁连山、武夷山等区域也采用该技术体系开展调查,网格法得到逐步应用,并获得大量的生物多样性基础数据,为我国生物多样性保护和可持续利用、生物多样性公约履约等提供了基础数据。但技术体系以常规调查方法为主,存在对新技术关注不够等不足,如鱼类和底栖动物等水生生物的环境DNA技术,鸟类的声音监测等。同时也缺少土壤动物、除昆虫外的无脊椎动物等类群的调查评估技术,尤其是土壤动物受到广泛关注,需要尽快制定相关技术规范。

生物多样性评估在不用尺度上有不同指标体系。在全球尺度上,《生物多样性公约》在决议VII/30中确定了一套由生物多样性状况、生物多样性面临的压力或威胁、生态系统服务、人类福利、文化上的多样性等7个重点方面组成的评估体系,用于评估全球尺度上2010年生物多样性保护目标的进程。区域尺度也制定了一系列评估指标体系,如欧盟于2005年启动 “整合欧洲2010年生物多样性指标”(SEBI 2010),环北极生物多样性监测的指标[21]。英国、美国、德国、墨西哥和日本等国也分别制定了国家尺度的生物多样性评估指标体系。这些指标体系基本都是参考《生物多样性公约》全球生物多样性指标的基本框架,适用于全球与区域尺度,部分指标不适用我国情况。我国从20世纪90年代开始生物多样性评估方面的探讨。部分指标体系侧重于生态系统尺度及局部地区尺度上的生物多样性评估[22—24],也有针对某个生物类群的评估指标体系[25]。我们指标体系基于实地调查数据,从现状、威胁、保护三方面开展评估,共15个指标构成,基本能反映行政区生物多样性本底、受威胁状况与保护现状,数据也可以通过调查以及地方政府报告获取,对制定相关保护政策有重要参考作用。

通过生物多样性调查,可以获得较为完整的区域生物多样性本底数据,明确区域生物多样性种类、分布、受威胁状况以及保护现状,对探讨物多样性分布格局和维持机理研究提供基础,国际生物多样性计划发布的方案中明确提出生物多样性科学的9个关键科学问题/重要研究方向[26],问题的解决均需要生物多样性本底数据以及长期的生物多样性观测数据作为支撑[27—29],大量的新数据集(如物种分布、特征、系统发育和交互网络)能理解生物多样性变化的深度,可靠地预测变化,并实施保护行动[13, 30—31]。《生物多样性公约》第15次缔约国大会将提出“2020后生物多样性保护目标”[32—33],为了推动“2020后”目标的实现,需要加强生物多样性调查和评估。生物多样性保护政策与措施制定均需要对我国生物多样性现状及保护情况有较为精确的了解,如国家野生动植物保护名录的制定与修编,以国家公园为主体的自然保护地体系建立以及生态保护红线监管[34],生物多样性红色名录制定与修编[35—37]等,尤其是重点保护物种有长期监测,才能有效评估其保护成效,针对性开展监管措施[38—39]。全国生物多样性调查数据将为其提供基础数据。