植物物种多样性的资源调查、动态监测与保护研究进展

谢天宁+李建龙+孙政国+毛刚+浦惠民+李志刚+秦惠平+陈燕芳+徐超

摘 要：为了回顾总结我国植物物种多样性调查、监测与保护的现状和最新研究成果，笔者通过大量文献查新、实地调查及过去多年工作总结的基础上，对我国植物物种调查、动态监测与保护研究的最新进展及存在的问题进行系统的分析与总结，并在江苏苏州地区加以实施和应用。根据在苏州市域内所开展的调查研究结果表明，现有高等植物778种，本地植物指数在0.75～0.79之间，目前仍未有完整的植物物种多样性的动态监测体系，保护工作也有待进一步加强。针对现实生态保护的需要找出不足，为未来植物多样性的研究与保护做出了科学的展望。因此，通过系统综述和科学总结，可为将来苏州地区乃至全国开展生物多样性调查、监测与保护工作，提供了科学指导。

关键词：植物物种多样性；植物物种调查；多样性动态遥感监测；植物物种多样性研究进展；多样性监测技术开发；植物物种调查新技术研发

中图分类号：Q948.2 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.10.007

Abstract：In order to review the present situation and latest research results of our country's plant species diversity of monitoring andprotection， we made systemic analysis and summary on progress of the study and the existing problems ofspecies investigation and dynamic monitoring based on a large number of new information-searching， field survey and related work summary， taking implementation and application in JiangsuSuzhou area. Through the survey results in Suzhou， there are 778 species of higher plants， with native plant index between 0.75～0.79.At present there is no complete system of dynamic monitoring of plant species diversity，conservation also needs to be further strengthened. According to the realistic need and deficiencies， we put forward the research and protection of plant species diversity in the future. Therefore， through the scientific summary and overview， we can offer the scientific guidance for the investigation， monitoring and conservation of biodiversity in Suzhou area in the future.

Key words： plant diversity； plant species investigation；diversity dynamicmonitoring； ecological conservation and preservation of diversity；progress of the study on plant diversity； diversity monitoring technology； new technology development of plant species investigation

生物多样性是指生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，是一个具有广泛内涵的重要概念[1]，既是国民经济持续发展的基础，又是人类生存和社会可持续发展的战略性资源。然而，作为人类生存基础的生物多样性正遭受到严重的威胁。由于生境丧失、不合理利用与过度开发、外来物种入侵、气候变化等原因，我国生物多样性丧失问题十分突出，一些特有动植物和重要经济动植物的原有分布生境迅速萎缩甚至彻底消失，由此可见加强我国生物多样性保护和管理工作迫在眉睫。在生物多样性保护工作中植物物种多样性的保护是重中之重，而农业物种多样性则是生物多样性进化后的一个阶段，更是与我们人类健康发展密切相关，因此对这方面的研究意义重大。

近年来，国家已越发重视生物物种多样性的保护工作。2008年由国家林业局、环境保护部和中国科学院联合制定并发布了《中国植物保护战略》；2009年由环保部牵头组织研究并制定了《中国生物多样性保护战略与行动计划》作为我国今后20年甚至更长时间的行动纲领，提出了新时期中国生物多样性保护的战略方针、战略目标以及战略任务，用以指导全国生物多样性保护和可持续利用工作[2-3]；此外，《国家环境保护“十二五”规划》（2011年）、《全国生态环境保护纲要》（2000年）、《全国生态环境建设规划》（1998年）、《中国自然保护区发展规划纲要》（1996—2010年）等重要文件都对我国生物多样性保护工作提出了具体要求，在不同程度上推动了国家、部门或区域的生物多样性保护工作[4]。

1 研究地概况

苏州位于长江三角洲中部，在北纬30°47′至32°2′，东经119°至121°20′之间，东邻上海，南连浙江省嘉兴、湖州两市，西傍太湖，与无锡相接，北枕长江，其境内河港密布，交通网密织。苏州是中国经济发达的城市之一，是长三角经济圈中重要的经济中心之一，苏南地区的工业中心。苏州下辖4个县级市：常熟市，张家港市，昆山市，太仓市；6个区：姑苏区，吴中区，相城区，高新区、虎丘区，工业园区和吴江区，全市总面积8 488.42 km2，市区建成区面积为436.53 km2。全市地势低平，平原占总面积的55%，苏州分别隶属于两个一级的自然地理区：长江三角洲平原地区和太湖平原地区，分属于4个二级自然区：沿江平原沙洲区、苏锡平原区、太湖及湖滨丘陵区、阳澄淀泖低地区。地貌特征以平缓平原为上，全市的地势低平，自西向东缓慢倾斜，平原的海拔高度3～4 m，拥有各级河道2万多条，大小湖泊300多个，著名的有太湖、阳澄湖、长江、京杭运河等。苏州属于亚热带季风海洋性气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，年均降水量1 100 mm，年均温15.7 ℃，1月均温2.5 ℃，7月均温28 ℃[5]。

2 研究方法

2.1 植物物种资源调查方法

2.1.1 传统方法 主要有样方法、样线（带）法、全查法以及访谈及市场调查法。

2.1.2 最新方法 （1）3S技术的应用 3S技术是遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的统称，目前3S技术已经普遍应用于物种多样性资源的调查工作中。

（2）5S技术的应用 5S技术即把遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、专家系统（ES）和智能化决策知识系统（IDSS）的一体化集成系统，简称为5S技术[6]。5S技术既能够自动实时地采集、处理和更新数据，又能够智能地分析和运用数据，为各种应用提供科学的决策咨询，并回答用户可能提出的各种复杂问题[7]。在物种多样性资源调查时也可以运用5S技术，并结合传统方法为调查者提供多种资源收集的渠道。（3）物联网技术的应用 物联网是一个基于传统电信网、互联网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互通互联的网络[8]，即把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换，即物物相息，以实现智能化识别和管理。未来，物联网将会广泛应用于环境监测，物种多样性调查与建库等多个研究领域。

2.2 植物物种资源监测方法

植物物种资源监测从丰度、分布、存活或健康等多个方面对监测植物状况提供定量数据，阐释植物种群的总体变化趋势，揭示由自然或人为引起的变化对其所产生的各种效应，为保护和管理植物资源决策的评估与制定奠定扎实基础。因此，植物物种资源监测是客观了解植物物种资源现状、科学开展植物物种资源保护与管理的基础工作和重要手段[9]。以下是植物物种资源监测采用的方法：

（1）准备工作：包括方案制定、人力准备、工具准备、材料准备和后勤补给。

（2）监测对象选择：根据监测目的和任务，在监测区内选择具有代表性的群落，对群落中的植物物种多样性进行监测。

（3）样地选择：样地应具有代表性，易于监测工作展开，利于长期监测与维护，以正方形为宜，应能够反映集合群落的组成和结构。

（4）样地面积与样方数量：森林监测样地的面积以≥1 hm2（100 m×100 m）为宜；灌丛监测样地一般不少于5个10 m×10 m的样方，对大型或稀疏灌丛，样方面积扩大到20 m×20 m或更大；草地监测样地一般不少于5个1 m×1 m样方，样方之间的间隔不小于250 m，若监测区域草地群落分布呈斑块状，较为稀疏或草本植物高大，应将样方扩大至2 m×2 m。

（5）样方与样地建立：在选定的位置用森林罗盘仪，测绳，卷尺或便捷式激光测距仪确定样方的方向和基线，并将样地划分为小样方，作为植物监测的基本单元；对每个样方的顶点编号并永久标记，对小样方顶点和边界用塑料绳或其他材料临时标记。

（6）野外数据采集：对监测样地生境概况进行定性或定量描述；对植物进行监测并根据植物类型记录植物数据如个体标记，定位，胸径，冠幅，高度，盖度，多度，基径，叶片数量，枝下高，物候期，个体生长状态以及物种鉴定等。

（7）内业计算：包括密度，频度，基盖度，重要值，Shannon-Wiener指数。

2.3 数据加工

本文所有数据处理，统计分析和制图在Excel2010，ENVI5.1，ArcGIS10.2和IDL8.3下进行。

3 结果与分析

3.1 苏州市植物物种多样性调查结果

苏州市地处北亚热带南部，境内河流、湖泊星罗棋布，因此，有着丰富的水生植物及浅滩植物，为兽类、鸟类、两栖爬行类和鱼类提供充足的天然饵料；西部低山丘陵区的植被以常绿落叶阔叶混交林为主，也为众多野生动物物种提供了繁殖栖息的场所；苏州市境内有肥沃广阔的平原，因此农业生产较发达，农田植被以水稻、棉花、小麦为主，果、林、茶的种类也很多，无论是考古中发现的动物化石，还是历史地志的文献记载都可表明在苏州地区生活着和曾经生存过种类繁多的生物种类。目前，已有一些研究人员对苏州地区的生物多样性，尤其是对植物物种多样性做了相关调查工作。根据对苏州科技学院生物系标本馆苏州地区植物标本的统计和相关资料的查阅以及彭志[10]的研究，得出结果即苏州市共有维管植物854种，隶属于152科、527属，其中被子植物127科、486属、788种，裸子植物6科、13属、20种，蕨类植物19科、28属、46种。在被子植物中，单子叶植物20科、96属、156种，双子叶植物107科、390属、632种。由此可知，苏州市地区维管束植物物种较丰富，双子叶植物物种在其中占较大比例，是苏州市地区维管束植物区系的主要组成部分。而根据戚仁海[11]的调查，苏州市域范围内总共有778种高等植物，本地物种有616种，有7种国家珍稀濒危树种，其中包括金钱松、大叶榉（榉树）、鹅掌楸、杜仲、榧树（香榧）、浙江楠、红豆树。建成区分布的624种植物中，以蔷薇科、禾本科植物居多，且远多于其他类群，其次是菊科、豆科、木犀科、百合科、忍冬科、唇形科、樟科、槭树科、木兰科等，本地植物指数在0.75～0.79之间。

3.2 苏州市植物物种多样性监测现状

目前，苏州地区尚未建立完整、全面、动态的植物物种多样性监测体系，只有对太湖、澄湖、光福等几个自然保护区有生物物种监测点。但是物种资源的监测工作不可缺少，有效的物种资源监测能在一定空间尺度上和时间范围内，探测到与决策目标相关的变化，能快速地发现问题以便施行及时补救措施。监测体系作为一个早期预警系统，不仅可以完善今后的研究工作和保护措施，而且可以客观地评价保护政策的效率[9]。因此，建立植物物种资源调查、动态监测平台和先进的资源监测技术体系是连接植物物种多样性资源调查与保护的纽带，是必不可少的一个环节，也是未来苏州地区生物多样性相关工作的重中之重。建议建立地区性植物资源动态数据库，并定期更新数据，以利于摸清和实时监测植物资源种类、数量、分布、濒危状况、保护状况和利用情况。

3.3 植物物种多样性保护措施与对策

（1）以就地保护为主，重视保护和恢复原生境就地保护有利于保持生态系统内生物的繁衍与进化并维持系统内的物质能量流动与生态过程，建立自然保护区和各种类型的风景名胜区是生境保护中有效的生态保育手段[12]。作为一个经济快速发展的地区，苏州地区在开发建设中不可避免的对原有生境进行改造和重建，但相比较人工生境而言，原生生境具有运营成本小、日常维护简单、生态系统稳定、生态净化效果强、更加适应当地生态环境、更好为当地生态系统服务的特点，与人工植被相比本身也具有不可替代的观赏效果，建议选择部分未开发的区域加以保护，同时在生境重建过程中考虑恢复原生的生态环境，增加块状绿地和滨水湿地建设。如在对苏州市吴中区规划生态红线区域时，对一级管控区就采取的是生态保育的方法[13]，体现了对原生境保护与恢复的理念。

（2）增加群落搭配垂直结构的多样性苏州是我国最重要古典园林城市之一，但古典园林丰富的群落组成在城市区域内很少有发现，栽培植被群落组成极为简单，尽管物种数量较多，却很难发挥复杂群落那样高效的生态效应。垂直结构复杂化首先应建立在大面积乡土树种为建群种的基础之上，城区内栽培广泛的乌桕、朴树等均可作为建群种；其次，应注重层片组成的复杂化，至少应该有相当比重的人工植被的群落组成较为复杂，同一个群落中最好同时具有乔木、灌木、草本和藤本的物种存在。

（3）推广种植本地物种，降低外来种入侵风险遵循适地适树的原则，坚决杜绝盲目引进不适合本地种植的植物物种，在进行观赏植物资源配置时，应先考虑使用本地植物物种，避免过多地使用外来物种。引进外来物种具有一定风险，需要谨慎对待[14]。从目前的调查结果来看，苏州市地区物种入侵风险尚较低，这与相关政府部门重视外来物种的防范工作有关。然而，因为城区内以人工生境为主，植物物种大多为人工栽培，一方面人工引种栽培的外来物种本身具有爆发的可能，另一方面脆弱的人工生境也为外来物种的生态入侵创造了先天的环境，因此外来入侵种防范工作仍需继续保持和重视。

（4）将植物物种多样性保护融入到生态文明建设中面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，国家提出了生态文明建设，即必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，走可持续发展道路。而生物物种多样性的保护工作正是生态文明建设中的重要组成部分，将其融入到国家生态文明建设当中去，不仅可以加快促进植物物种多样性的恢复，而且契合生态文明建设的宗旨，即把可持续发展提升到绿色发展高度，为后人留下更多的生态资产。

4 今后有待解决的问题

4.1 调查与监测中的问题

（1）基础数据库匮乏，物种分布数据信息缺失严重。缺少系统的，可及时更新的物种资源数据库，为进一步的调查与监测工作带来困难和阻碍。

（2）植物物种鉴定问题。由于物种资源本底数不清，如何来鉴定长期生存在某个地方的物种是本地物种还是外来物种是一个问题。

（3）调查、监测的手段落后、方法不新，监测监管能力不足。缺少动态、立体的全方面监测体系，在分子基因水平上的调查与监测工作也较欠缺。

（4）国家生物多样性调查与监测相关文件和规范手册刚刚拟定和施行，目前许多物种多样性调查、监测工作仍然有不规范和不科学的地方，其宣传实施的力度不足，管理体制机制不顺，导致生物物种资源的丧失与流失的现象依然严重。

4.2 保护中面临的问题

（1）中国的很多城市像苏州一样处于经济飞速发展的时期，因此工业化、城镇化的加速使得物种的栖息地受到严重的威胁，生态系统承受的压力也随之增加，环境污染对水生和河岸生物多样性及物种栖息地造成极其严重的影响。

（2）笔者认为，外来入侵种的问题现在来说是除了栖息地之外第二大造成破坏生物多样性的原因之一，其造成生物多样性的破坏和生物多样性的丧失目前还没有人去评估，而我国也未建立相应健全的法律制度控制外来入侵物种的问题，值得政府有关部门警示。

（3）就保护植物物种多样性而言，我国开展了许多大项目和工程，如人工林工程和进行森林建设，目的是提高森林覆盖率，但在进行恢复的时候，所采用的手段和方法却没有按照生态学的基本原理，人工林的面积增加并不能掩盖天然林的减少。

（4）对于生物燃料的生产，有些地方为了种植能源植物而占据了原有植被的生存空间，破坏了当地的生物多样性。此外，公民大众对于生物多样性的保护意识淡薄，说明在这方面的宣传教育力度不足，这些问题的总结体现了我国的生物多样性保护工作仍不够成熟。

5 研究与展望

从目前的研究进展来看，我国关于植物物种多样性调查、监测与保护的研究依然要比一些发达国家落后。我国关于植物物种多样性的研究大部分还是停留在对目前现状的定性以及半定量的描述上，缺乏更加深层次地研究。现在工业化和城镇化进程已经越来越快，开展全面地深层次地植物物种多样性调查、监测与保护的相关研究非常有必要，在实现合理科学的植物物种多样性深入研究中，应该加强定量分析，并与交叉学科紧密结合，在研究中提倡并推广使用高新科学技术手段和实验器材。在此提出几点建议与展望：

5.1 扩展研究对象与领域

从单一的生态物种丰富至整个生态系统，从传统的生物多样性概念扩充至生态文化，生态产业的多样化，从基础理论走向实践应用。现如今，生态文化已成为大众生活中不可缺少的一部分，人们向往着生态化的生活方式和生活环境；生态旅游，生态农业越来越流行，生态产业的发展前景不可估量，尤其是对农业物种多样性的重视直接关联着农业新品种的产生和研发，对将来农业现代化的发展与和食品安全问题产生深远影响。

5.2 开发新的调查研究方法与手段

加强本底调查和立体调查，建立不同区域的、不同层次的（如分子基因水平上），完整的植物物种多样性数据库，为进一步分析研究奠定扎实基础；提倡使用更多的高新科学技术手段，探究植物物种多样性与整体自然环境之间的联系。目前，我国已开始应用遥感等新技术进行科学研究，基于GIS技术的对森林的相关研究也已初见成效[18]，此外还有新提出的3S、5S技术，如何将这些先进的高新技术手段应用于物种多样性研究将是未来热点之一。

5.3 扩展研究思路与视角

运用多种监测方法，如物理方法，化学方法等，由原先静态平面的监测体系发展为动态立体的监测体系，研究的视角可以由中观分别向宏观与微观的水平上扩展延伸，使其更加丰富、立体、有深度。

5.4 加强物种多样性的研究，为实施城市可持续发展提供依据

切实加强自然保护区的建设，与时俱进，开拓保护区管理思路，对现有的管理手段大胆创新；因地制宜，使保护区的自然效益，经济效益和社会效益同步化；建议进一步开展以县域为基本单元，在生态系统、物种和遗传资源3个层次进行生物多样性综合性本底调查和编目，并建立以县域为单元的生物多样性数据库，同时建立生物多样性监测和评估体系，为生物多样性的保护和可持续利用提供坚实的、持续的和稳定的基础数据支撑[16]；大力推动生态红线的划定工作，促进区域生态红利的开发，突出生物物种多样性的价值体现。

5.5 提倡物种资源保护与发展并举

推动开展地区以及国际间的合作交流与探讨，加快相关研究进展，提高研究人员整体水平，汲取国外先进的技术和经验以服务于我国的生态文明建设，为改善和保护我国的生态环境做出贡献；让物种多样性资源保护工作与景观生态维护，信息农业发展，食品安全保障，5S智能化农业管理、城市规划设计相结合，这也是未来发展的必然趋势。

5.6 完善法律体系，加强宣传教育

有关生物多样性保护的法律体系内部还很不完整，它是我国环境保护法体系中非常重要的组成部分，应尽快完善相关法律体系，出台明确的条例与规范，为管理部门和职能部门提供切实可行的指导依据[17]；加强对公众的宣传教育，提高全民生物多样性保护意识。要让人们真正意识到人与大自然之间息息相关，让大众从内心意识到保护生物物种多样性是迫在眉睫的，充分借助媒体的强大力量去普及有关生物物种多样性保护的知识，让更多人的知道生物多样性破坏所可能带来的致命后果，从而自觉承担起保护环境的义务。

6 结 论

随着国家生态文明的提出和城市生态保护的需要，生物多样性调查、监测与保护工作也越加受到国家政府和公民的重视。目前我国已经加快生态文明建设，在物种多样性资源调查、监测与保护方面的工作取得了一定的进展和成果，但仍然存在许多问题和不足亟需解决和补足。这不仅仅需要政府的决策力与执行力，研究人员的相关技术创新与应用，也需要每一位公民真正理解和重视生物多样性的保护，这是生态系统结构与功能延续的物质基础，是我国可持续发展的重要物质保障，因此，植物多样性的调查、监测和保护研究是我国生态学当前乃至今后一段时间非常重要的科学研究工作，具有重要的科学和实际应用意义。

为了回顾总结我国植物物种多样性调查、监测与保护的现状和最新研究成果，我们通过大量文献查新、实地调查及过去多年工作总结的基础上，对我国植物物种调查、动态监测与保护研究的最新进展及存在的问题进行系统的分析与总结，并在江苏苏州地区加以实施和应用。根据在苏州市域内所开展的调查研究结果表明，现有高等植物778种，国家珍稀濒危树种7种，本地植物指数在0.75～0.79之间，目前仍未有完整的植物物种多样性的动态监测体系，保护工作也有待进一步加强。针对现实生态保护的需要找出不足，为未来植物多样性的研究与保护做出了科学的展望。因此，通过本文的系统综述和科学总结，可为将来苏州地区乃至全国开展生物多样性调查、监测与保护工作，提供了科学指导。

诚然，植物物种多样性的调查、监测与保护的研究其实与很多科学问题以及我们的日常生活都是息息相关的，如苏州吴中区等地的生态红线区的划分对植物物种多样性保护起到了积极促进作用；新农业、绿色农业的发展离不开粮食品种安全的保障，食品安全问题也与农业物种多样性、农业生态系统多样性密切关联。因此如何创新思路，将物种多样性调查保护研究与国民经济，国家生态文明建设和可持续发展战略同步，形成产业一体化，将是值得我们思考的问题。同时，对各地自然生态及半人工生态系统的生物多样性的保护战略及其行动，也是我国建设生态文明的具体的内容，今后乃至相当长的时间都需要各级政府、科研院所和科技人员高度重视此项工作，笔者以此文献给从事这项工作的人们，起到抛砖引玉的作用。

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