安西極旱荒漠自然保護區生物多樣性監測指標體系初探

王俊智，裴鵬祖，楊 飛，崔 柳，王 亮

（甘肅安西極旱荒漠國家級自然保護區管理局，甘肅瓜州736100）

生物多樣性是人類賴以生存和發展的物質基礎，是地球生命系統的重要組成部分，具有巨大的經濟、社會和生態價值[1]。隨著人口的不斷增長和對自然資源需求的與日俱增，生物多樣性受到了嚴重的威脅[2]。為了保障生物多樣性得到有效的保護，一些國際性公約，如《二十一世紀章程》《生物多樣性公約》等都要求締約國對其生物多樣性進行監測，同時這些國家都制定了生物多樣性損失程度的目標，凸顯了全球、國家、區域層次上對生物多樣性進行監測的重要性[3]。生物多樣性監測就是在一定時限和區域對生物多樣性進行重復監測，它通過獲取生態系統的格局和質量、物種的組成與分布以及生長環境因素等方面的數據，闡明生物多樣性變化的規律和趨勢，揭示自然或人為引起的環境發生變化所產生的效應[4]。通過建立區域生物多樣性監測體系，可以了解該區域生物多樣性狀況與變化規律，揭示優勢物種、生物群落動態演變規律和生態過程的變化機制，了解物種的生態需求和種群動態，了解土地利用和氣候變化帶來的生態效應，識別威脅因素，確定重點保護地點，減輕外來干擾。生物多樣性監測指標是一些簡化的生物或環境特征參數，可用于獲取生物多樣性現狀和變化趨勢的信息，以反映人為活動對生物多樣性造成的影響[5]。近年來，國內外學者對生物多樣性指標體系的構建進行了諸多探索工作，取得了有效進展，其中有些指標已經成熟應用于實際監測工作。荒漠生態系統以干旱多風的氣候、水資源缺乏、地表以物理風化為主且土壤成土歷程緩慢、植被種類單一且蓋度低、生物量和物種多樣性相對較低以及食物鏈簡單為特征，是陸地上最為脆弱的生態系統之一[6]。但是荒漠生態系統作為陸地生態系統的重要組成部分，其面積占比較大，與其他的生態系統同樣在維持全球生態平衡和安全中起著不可替代的作用。

甘肅安西極旱荒漠國家級自然保護區是以保護極旱荒漠及其生物多樣性為主的荒漠生態系統類型保護區，具有廣泛的區域代表性和地域分界特點，在保護生物多樣性、維護生態平衡方面發揮著重要的作用。隨著西部大開發戰略的實施，一大批重點工程項目穿越保護區域，如西氣東輸一、二、三線、蘭新鐵路二線、西電東送750 kV、800 kV工程等，這些開發活動的持續開展，勢必給保護區內生物多樣性造成了一定的影響和變化。因此，加大生物多樣性監測力度，完善生物多樣性監測項目，為評價保護區保護效力，提高保護區管理水平勢在必行。保護區自1987年建區以來，先后于1987年、2002年、2013年圍繞保護區的地理地貌特征、植被類型、土壤類型、氣候氣象特征、水資源、生物資源進行了3次綜合性的本底調查和物種編目。本文在借鑒國內外荒漠生態系統生物多樣性觀測指標后，參考森林、濕地、草原等其他陸地生態系統生物多樣性的觀測指標，針對安西自然保護區荒漠生態系統的獨特環境特征，以準確、快捷、客觀反映區內生物多樣性及環境質量為目的，提出并建立了安西極旱荒漠自然保護區生物多樣性監測指標體系，為我國西部其他區域荒漠生態系統生物多樣性監測提供了參考。

1 保護區概況

安西極旱荒漠自然保護區位于河西走廊的甘肅省瓜州縣境內，總面積8.0×105hm2，海拔1300～3300 m，分南北兩個片區，地貌主要由低山丘陵、剝蝕準平原地形和山前沖積平原3種組成。保護區屬典型的大陸干旱荒漠氣候，降水極少，蒸發量大，空氣相對濕度低，日照時間較長，熱量充足，晝夜溫差大，風大沙多。年平均溫度在7.8～10℃，年均日照總時數為2 940.4～3 171.9 h，多年平均年日照率為73%，多年降水量均在52.0 mm以下，年蒸發量平均為2 754.9 mm。保護區內共有維管束植物63科210屬455種，主要以典型的中亞4大荒漠植物合頭草（Sympegmaregelii）、紅砂（Reaumuriasoongorica）、泡泡刺（Nitrariasphaerocarpa）、珍珠豬毛菜（Salsola passerina）為代表性的植被為主要保護對象，其中國家Ⅰ級重點保護植物有裸果木（Gymnocarposprzewalskii），植物區系的主要成份是亞洲中部成份。區內分布有脊椎動物29目65科210種，國家重點保護動物有36種，其中國家Ⅰ級重點保護動物有普氏野馬（Equusprzewalskii）、雪豹（Unciauncia）、北山羊（Capraibex）、金雕（Aquilachrysaetos）、蒙古野驢（Equushemionus）、白唇鹿（Gervusalbirostris）等9種；國家Ⅱ級重點保護動物有盤羊（Ovisammon）、巖羊（Pseudoisnayaur）、鵝喉羚（Gazellasubgutturosa）、猞猁（Lynxlynx）、大天鵝（Cygnuscygnus）等27種。區內昆蟲有10目95科261屬387種（含天敵昆蟲）[7-9]。目前保護區內有各類植被定點監測樣方94個；鳥類、哺乳類調查樣線15條，總長175 km；紅外觸發相機監測點4處，相機120部；地下水位觀測井3處，氣象站11處。同時，保護區被原環保部南京環境研究所列為全國生物多樣性野外觀測示范基地。

2 生物多樣性監測指標的篩選原則

生物多樣性監測指標是監測生物多樣性保護近狀、變化規律和影響因素，評估生物多樣性保護成效的一種重要工具和手段[2]。生物多樣性包括基因、物種、生境、生態系統等4種不同的尺度，并且在各個層次上都具有不同的功能和結構，所以選擇的指標要盡量全面反映這一概念的復雜性。很多學者從不同角度對監測指標提出了一些篩選標準，例如要具備代表性、科學性、及時性、敏感性；要易數量化，便于分析；要與目的及密切相關；要經濟適用；要與管理相關等[10]。結合保護區的實際需求以及經濟和科研條件有限的情況下，需特別考慮經濟適用和可操作性以及管理應用等標準。但是無論怎么選擇指標，都應圍繞生物多樣性監測和評估的目標進行選擇和設計，其結果不僅能夠真實地反映所確定問題的變化規律，更應與政策和管理決策相聯系，能夠隨政策變化而發生變化響應，并為政策制定和管理決策提供科學有效的信息。

3 生物多樣性監測指標體系擬解決的科學問題

從保護區生物多樣性的保護和研究層面上提出了生物多樣性監測體系需要解決的科學問題。通過選擇瀕危旗艦重要物種、典型物種和指示物種等，監測其種群動態變化趨勢和主要影響因素，提供反映氣候、環境變化導致的荒漠生態系統變化的動態信息，并預測可能產生的后果；通過選擇生態系統類型并在其典型代表區域設置一定面積的長期固定監測樣地樣方，實現對生態系統的功能、組成和關鍵旗艦物種、瀕危重要物種等的監測，為保護區生物多樣性的保護和研究提供一個科學的、完整的數據庫；通過遙感手段和GIS對一定范圍的景觀格局和過程及其影響因子進行長期監測，為實現對保護區中最為脆弱和敏感地區的情景觀測、預報和預警。具體擬解決以下科學問題：一是保護區內的植物組成及物種多樣性現狀如何？哪些物種有滅絕的危險？哪些區域是生物多樣性保護的重點？二是隨著國家重點工程建設和開礦、放牧等人類開發活動，保護區內的植物多樣性發生了怎樣的變化?哪些區域對于人類活動和環境變化的響應最為敏感？多樣性的演變規律怎樣？人類活動干擾對物種多樣性喪失的影響多大？三是保護區內國家重點保護植物的α、β、γ多樣性空間分布格局的特征？形成、維持和變化的機理及其與生態系統功能關系怎樣？四是保護區內的典型優勢植物種空間分布格局怎樣？驅動因素有哪些？植物種間的消長變化是否受立地條件、環境因子以及人類活動等因素的影響？五是保護區內的動物（魚類、兩棲類、爬行類、有蹄類、鳥類）生物多樣性現狀如何？是否受到人類活動干擾和環境變化的脅迫？該如何保護？六是在當前管理模式和未來可能的環境變化情景下，保護區生境內的生物多樣性組成和結構會怎樣變化？該如何應對？

4 保護區生物多樣性監測指標體系的構建

要建立一個有效的生物多樣性監測指標體系，必須要選擇適合的指標以及數據分析的方法，用來闡明生物多樣性保護的現狀與監測指標之間的相互關系。當前國際上生物多樣性監測體系大都從其保護的角度出發，采用“驅動力—壓力—狀態—影響—響應”的概念框架作為生物多樣性評估項目主要使用的評估框架[2]。通過借鑒國內外荒漠生態系統生物多樣性的監測指標，同時參照濕地、森林、草原等其他陸地生態系統生物多樣性的監測指標，提出了針對安西極旱荒漠自然保護區的多樣性評估指標體系，該指標體系包括生態系統生物多樣性、生物系統服務與功能、生態系統完整性、環境4個方面，17個指標層，40個具體指標，詳見表1。

表1 安西極旱荒漠自然保護區生物多樣性指標體系

5 區內生物多樣性監測指標體系樣點的布設

5.1 植物

生物多樣性監測體系樣點的布設一般有2種方法：一種是按照植被群落的類型進行布設。其布設的前提條件是需要植被圖作為依據，是基于植被調查數據，要能真實的反映植被的分布狀況，否則會影響調查結果。另外一種是系統隨機布設。這種方法不需要植被圖，不考慮植被類型，取樣是一種隨機的方法，所有觀測點均可以作為隨機樣本進行統計分析，但是工作量大，精確度低，往往需要設置大量的野外監測點，代價高，可行性差[11]。

采用隨機布設樣點，已有的多樣性監測網絡大都以1 km2為基本調查單元，10 m2的作為一個樣方單元。例如處于世界領先水平的瑞士生物多樣性監測網絡，全國建立了1 600個系統分布的1 km2正方形單元，每個樣方10 m2，調查樣方內的所有維管束植物。但這種方法會導致監測植物種類和數量相對欠缺，大多無法滿足研究所需的調查要求。同時，如若在荒漠區以1 km2作為1個基本調查單元進行物種多樣性調查，調查密度過高且耗時過多，無法在具體實踐中開展野外工作[8]。因此，在開展景觀尺度多樣性調查時，其空間范圍需縮減一半，確定為500 m×500 m作為一個基本景觀單元，100 m2為一個基本樣地單元。

按照植被圖進行生物多樣性樣點的選取和布設方案：首先，將研究區域分成方格，然后通過整合植被圖、高分辨率遙感圖、保護區地理要素圖（1∶50 000）的信息，在每個方格內綜合考慮植被群落類型、遙感植被信息和空間地理位置，選取適當數量的監測樣點。每個方格內的監測樣點要盡量分散，監測樣點越多，空間的異質性和檢出率越高。考慮到保護區人力、物力的限制，建議以5 km×5 km為1個方格，每個方格設5個點。

5.2 動物

對鳥類、昆蟲多樣性監測，建議以1 km2的大樣地作為1個基本調查單元，這也是國際上采用最多的方法，如英國鳥類觀測計劃設有2 800個1 km2的樣方，調查其種類、數量、棲息地狀況；瑞士建立了520個系統分布的1 km2正方形單元，在每個單元內沿對角線設置樣線，記錄樣線兩側的蝴蝶、鳥類的種數和種群數量，計算景觀水平的生物多樣性。

對于利用紅外觸發相機監測野生動物，可采用分層抽樣法或系統抽樣法設置觀測樣點。分層抽樣法中，觀測樣點應涵蓋觀測樣地內不同的生境類型，每種生境類型設置10個以上樣點（樣點之間間距至少0.5 km）。系統抽樣法中，在監測樣地內劃定網格設置觀測樣點，網格大小為1 km×1 km。1 km2至少設置1個觀測樣點。

6 討論

本文提出的針對安西自然保護區生物多樣性監測指標體系仍需通過實踐進一步優化完善，特別是通過不斷的監測，對其逐步進行調整和篩選。在數據解譯技術和綜合評價技術的支撐下，最終建立符合荒漠生態系統監測（包括監測、評價和預警等）多層次的指標體系。