基于贵州省兰科植物丰富度与分布特征的保护优先区研究

侯欢欢，安明态*，金 勇，崔兴勇，黄 郎，施金竹

(1.贵州大学林学院，贵州 贵阳 550025； 2.贵州大学 生物多样性与自然保护研究中心，贵州 贵阳 550025)

兰科(Orchidaceae)植物广泛分布于除两极和沙漠以外的其它地区，均被列入《野生动植物濒危物种国际贸易公约》(CITES)的保护范围，是保护植物中的“旗舰”类群。据统计，中国共有野生兰科植物190属1600种[1]。罗毅波等[2]对中国兰科植物保育的现状研究表明：我国对野生兰科植物的生物学、生态学、分类学等的研究较薄弱，对兰科植物物种多样性的研究主要集中在较小区域尺度范围，且大部分内容局限于物种种类、区系及保护对策的研究。《贵州植物志》第10卷于2004年正式出版，记载有兰科植物74属246种1亚种8变种和4变型[3]。随着兰科植物相关专著的出版和近年来保护区综合考察的开展，贵州兰科植物新种及新记录等不断被发现，逐步丰富了贵州兰科植物资源的本底资料。

生物多样性资源对人类的发展有着至关重要的作用，由于生物多样性正在迅速丧失而保护行动可用的资源有限，保护所有的物种显然是不可能的[4]，但至少应该在区域尺度上使所有具有代表性的生态系统类型和栖息地均能保存下来[5]。生物多样性保护优先区的价值在于投入最小保护成本保护至多的生物多样性，因此在人力、物力有限的条件下，通过筛选保护优先区并集中力量对其加以优先保护已迫在眉睫。

国内外广泛使用濒危物种作为识别和分析保护优先区的指示物种[6]。兰科植物对环境条件要求极为苛刻，对生态系统的依赖性较强[7]，作为生物多样性保护中的“旗舰”类群之一，能在很大程度上反映一个地区生态系统的健康状况和生物多样性保护现状[2]。由于兰科植物对环境变化具有高度敏感性，兰科植物丰富的地区，往往也是生物多样性状况较好的地区，并且保护行动更多的是在一定行政范围内实施的，保护的区域范围也更具体[4]。2019年2月，国家林业和草原局启动了全国野生兰科植物专项调查，贵州省是第一批启动全面调查的省区之一。2019年6月，我国出台了《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》，并提出了“应保尽保”的基本要求，如何科学确定保护优先区是目前全省自然保护地体系建设面临的主要问题之一。基于此，本研究以县级行政区为切入点，尝试选取兰科植物作为贵州省县域行政区生物多样性的指示物种，通过统计贵州各县(区、市)(简称县，下同)的兰科植物已有信息，对基于县域单元的兰科植物丰富度及分布特征进行分析，筛选识别县域保护优先区，并结合自然保护区数据分析所筛选保护优先区的保护状况，研究全省野生兰科植物及生物多样性的县域保护空缺，为下一步基于全省“应保尽保、应划尽划”的自然保护区优化调整提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

贵州位于我国西南部，地处103°36′～109°35′ E，24°37′～29°13′ N。全省地势西高东低，自中部向东、南、北三面倾斜，平均海拔约1100 m，属中国西南部高原山地。气候常年温暖湿润，处于由亚热带东部湿润季风气候向亚热带西部半湿润气候的过渡地带，属于中亚热带湿润气候区。大部分地区年降雨量大于1100 mm，年降雨量丰沛且自北向南逐渐降低。年平均气温14～17℃[8]。地带性植被为中热带常绿阔叶林，南部河谷地区发育了沟谷季雨林和具有热带成分的常绿阔叶林[9]。全省以高原山地、丘陵和盆地3种基本地貌为主，是我国喀斯特地貌较为集中的省份，喀斯特面积占全省面积的61.92%[10]，小生境异质性高，生物多样性丰富，高等植物约占中国高等植物总数的30%[11]。喀斯特地貌显著且人为干扰大，因此，建立自然保护区对保护生物多样性和维护生态系统平衡发挥着十分重要的作用[12]。截止2018年，贵州已建立自然保护区124个，面积占全省国土面积的5.1%[13]，低于全国平均水平12.99%[14]。

1.2 数据来源

研究数据来源于相关的植物专著[15-24]、期刊文献[25-28]、课题组近年来承担的全省重点保护野生植物调查、林木种质资源调查、全省珍稀濒危植物的保护策略研究等工作中调查收集的兰科植物资料，以及贵州省近年来的自然保护区科学考察报告集[29-30](表1)、2019～2020年全省兰科植物调查资料等，通过统计后初步形成了贵州省兰科植物名录。利用GIS软件建立本省兰科植物物种丰富度及分布数据库，贵州省县域行政单元的空间数据来源于《全国地理信息资源目录服务系统》。

表1 兰科植物名录主要数据来源Table 1 Main data sources of Orchidaceae list

1.3 研究方法

使用国际上广泛接受和应用在生物多样性保护优先区的Dobson筛选法[31]，其核心是基于“互补子集原则”，从而筛选出为尽可能多的保护物种提供保护需要的最小面积空间单元[32]。Dobson筛选首先要确定保护目标，即设定识别出的保护优先区能保护相应指示物种数量的百分比[33]。按照保护优先原则，理应对全省100%的兰科植物进行保护，但部分县受人力或物力条件限制，故而本研究也列举了75%保护水平供参考。同时，基于贵州省兰科植物在县域单元的分布数据，采用Arcgis10.2对兰科植物丰富度及分布特征进行分析。在绘制植物空间分布图时，考虑每个县面积大小不一致，可用物种密度代替物种丰富度，采用基于面积自然对数的物种密度修正公式D=S/lnA来消除面积因素影响[34]，S：兰科植物物种数(个)；A：县域面积(km2)。

自然保护区是植物及其生境就地保护最有效的模式[35]，本研究利用贵州省已建自然保护区来分析所选保护优先区的保护状况。在全省已建的124个自然保护区中，对于跨行政区域的自然保护区，本研究将其面积均分于所跨的各县级行政区，通过计算所选保护优先区涉及的自然保护区总面积，从而进行保护现状分析及保护空缺评价。基于实际情况出发，本研究将贵阳下辖的各区合并为贵阳一市进行，因为同样应用基于面积自然对数的密度修正公式，可以将之与其它县级行政单位置于同一水平进行比较分析。

2 结果与分析

2.1 兰科植物丰富度及分布特征

2.1.1 水平丰富度及分布特征

据统计，贵州省有兰科植物83属340种(含亚种、变种和变型，下同)，占中国野生兰科植物总数的21.25%。分布50种及以上的有兴义等17个县域，关岭等35个县分布有20～50种(包含20种)，余庆等31个县的物种数低于20种。兴义最多(151种)，荔波(146种)次之，钟山区最少(3种)。

物种密度排名前10的县累计分布321种兰科植物，占总数的94.41%(表2)。物种密度等级由高到低，累计保护数量大幅度降低。从全省兰科植物水平分布来看，总体上以省边缘地带水热资源充足的县域较丰富，且以南部和北部为多，总体上南部高于北部，西部高于东部(图1)，与金勇等[36]分析贵州省国家重点保护野生植物的水平分布结论相似，侧面证实了选择兰科植物作为指示物种筛选生物多样性保护优先区的合理性。

表2 兰科植物物种丰富度前10县数量统计表Table 2 Statistics of species richness of Orchidaceae in the top 10 counties

2.1.2 垂直丰富度及分布特征

由图2可知，贵州省兰科植物随海拔变化呈现“中间膨胀型”分布，主要分布在800～1200 m海拔范围内，种类占比达92.65%，其中分布于1000～1200 m海拔段的兰科植物种类占全省总数的49.41%。低海拔地区分布的兰科植物较少，一方面是因为贵州省低海拔地区国土面积占比少，全省主要河流流经区域大多在此海拔范围，人口密度大，开发利用程度高，而且低海拔地区多为常态地貌，生境异质化程度远低于喀斯特地貌区；另一方面，贵州省绝大多数地区海拔在800～1200 m范围内，而且该海拔段也是全省喀斯特典型分布的区域，高度异质性的喀斯特环境和占比更大的分布范围蕴藏了种类更多的兰科植物。

图1 贵州省县域单元兰科植物物种密度分布图Fig.1 Species density distribution of Orchidaceae in county units of Guizhou

图2 贵州省兰科植物垂直分布统计图Fig.2 Vertical distribution of Orchidaceae in Guizhou

2.2 保护优先区

本研究将筛选保护优先区的兰科植物物种数量比例设定为贵州省总数的75%和100%。在75%保护水平上筛选出兴义、荔波、道真、雷山4个保护优先区，共能保护260种兰科植物，占全省总数的76.47%，累积面积仅占该省总面积的4.85%，它们是贵州省兰科植物种类以及生物多样性保护最为关键的区域；在100%保护水平上筛选出兴义、荔波、道真、雷山、江口等27个保护优先区，累积面积占全省总面积的37.28%(图3)，能保护该省所有的兰科植物。从罗甸开始，保护优先区之间物种互补性显著降低，仅为1-3种(表3)。

在75%保护水平的荔波、道真与雷山分布有国家级自然保护区；在100%保护水平上的27个保护优先区中，包含6个国家级自然保护区所在县，这说明全省现有的自然保护区与本研究所筛选的保护优先区具有较高的空间对应关系，也证实了选择兰科植物作为指示物种的合理性。相关调查也表明，全省兰科植物分布的富集区、关键区往往也是全省生物多样性的丰富区和关键区，虽然多数县域的兰科植物通过自然保护区等形式得到了良好保护，但依然存在保护力度空缺和薄弱的县域。

2.3 基于保护空缺分析的保护区优化

75%保护水平的4个县域保护优先区包含了10个已建自然保护区，100%保护水平的27个县域保护优先区包含49个自然保护区，其中，国家级6个、省级3个，市级和县级共40个，市级和县级自然保护区比重较大。其中荔波的保护区累积面积占其县域面积的比例最高(27.72%)，其次为江口(23.25%)，再者为惠水(17.94%)。在75%保护水平的兴义，保护区累积面积占其县域面积的比例仅为1.1%，这与兴义保护的物种数量(151种)极不相符，存在明显的保护空缺。100%保护水平的册亨、望谟、贞丰、晴隆、黔西、安龙、兴仁、罗甸、三都、桐梓、贵阳的保护区累积面积占其县域面积的比例均低于5%，涉及的保护区级别多为县级，盘州、赫章、六枝、镇宁保护优先区没有自然保护区(表4)。因此，上述16个县域保护优先区存在明显的保护空缺。

图3 75%保护水平与100%保护水平的保护优先区Fig.3 Protection priority areas with 75% protection level and 100%注:图中的标示数字和表3“序号”一致

表3 基于贵州省兰科植物筛选的保护优先区

续表3 基于贵州省兰科植物筛选的保护优先区Table 3 Protection priority areas based on Orchidaceae in Guizhou

表4 存在保护空缺的保护优先区的自然保护区现状Table 4 Current situation of nature reserves in protection priority areas with gaps

3 讨论与结论

从兰科植物作为被子植物中最进化、最高级的类群，就其在植物系统发育中的优先性以及兰科植物的高度脆弱性、对环境变化的敏感性和濒危性而言，选取兰科植物作为指示物种，是快速筛选以及完善前人将贵州省国家重点保护野生植物作为指示植物筛选贵州省保护优先区的又一有效途径。以县域为单位进行生物多样性保护优先区研究，对资源数据的系统性、全面性等皆有较高要求，本研究所筛选的保护优先区以及保护空缺分析，随着今后贵州省兰科植物新种或者新记录等的逐步发现有待进一步补充。同时，由于县级行政单位的划分带有人为主观因素，各县域面积各不相同，即使应用基于面积自然对数的密度修正公式，也不可避免的会给研究带来一定的客观误差。本研究对于跨县级行政区域的自然保护区，将其面积均分于所跨的各县级行政区，进而进行保护现状分析及保护空缺评价，是在数据不完整的情况下使用的保守方法，有待进一步完善。

本研究在75%和100%保护水平上，筛选识别出的荔波等4个和27个保护优先区，是基于贵州兰科植物为指示物种得出的应该优先保护的县域。在75%保护水平的4个保护优先区中，3个分布有国家级自然保护区；在100%保护水平上的27个保护优先区中，包含6个国家级自然保护区所在县，表明所筛选的保护优先区与全省现有分布的自然保护区重合度较高，在很大程度上也证实了将兰科植物作为指示物种的合理性。但也有自然保护区累积面积与保护物种数量极不平衡，存在明显保护空缺的县，如75%保护水平的兴义，100%保护水平的册亨、望谟、贞丰等县。在所有保护优先区所含的49个自然保护区中，市级和县级自然保护区比重过大(共40个)，而市县级的自然保护区，多数是典型的“纸上保护”，无法达到规划时的理想保护状态[37]，这些保护等级低、面积小的自然保护区保护力度都亟待进一步加强，对于没有自然保护区分布的保护优先区，更加急需制定和开展相应的保护政策和措施。