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作为减缓物种灭绝速率、保护生物多样性的主要形式,自然保护区在为各种珍稀濒危物种提供避难所的同时,也面临着经济发展的压力,如何合理确定保护区中的生物保护地段,限制人类活动的范围,从而协调自然保护区经济发展与生物多样性保护之间的种种矛盾冲突,成为自然保护区可持续发展进程中亟待解决的重要议题。近20多年来,以维护生物持续生存发展为最终目标,在人类社会经济高速发展导致生物资源不断丧失的现实下,选取一系列保护性斑块,构成生物保护网络是国际上保护区域生物多样性的主要手段。生物保护网络的构建方法及其应用因而得到了广泛关注,成为保护生物学研究领域的一大热点。这为划分自然保护区中的生物保护地段提供了新的思路。
本论文首次尝试引入生物保护网络理念用于确定自然保护区中的生物保护地段,重点围绕自然保护区生物保护网络的构建方法进行了专门探讨。立足于自然保护区“保护优先”的发展特点,考虑区内人类活动对物种生境选择和迁移生态过程两方面的影响,提出了自然保护区生物保护网络构建的理论方法体系,并以福建武夷山国家级自然保护区中短尾猴和白鹇为保护对象,分别开展针对单物种保护网络和多物种保护网络构建的实证研究。主要研究内容和结论归纳如下:
(1)将物种的生存需求放在第一位,结合我国自然保护区内人类干扰普遍存在的实际情况,借鉴生物保护网络构建的基本理念,首次提出了适合自然保护区发展特点的生物保护网络构建方法,包括代表斑块遴选、物种空间迁移过程模拟和跳板斑块选取及斑块间迁移路线确定三个部分。该方法以维护物种持续生存发展为根本目标,目标的实现从物种代表(代表斑块)以及空间迁移过程保护(跳板斑块与迁移路线)两方面加以考察和满足。
(2)自然保护区“保护优先”的发展特点决定了生物保护网络对于物种的代表需考虑所有具有较高物种存在可能性的单元。因此,利用Maxent模型,在同时考虑自然环境变量和人为干扰变量的前提下,模拟特定物种在自然保护区各单元内的存在可能性,并以得到的存在可能性值为依据对自然保护区中所有单元进行分类,使用物种高存在可能性单元和中存在可能性单元构建满足物种生存空间要求的自然保护区生物保护网络代表斑块,以实现对目标物种的较好代表,在构建过程中一并囊括隔离物种存在可能性较高单元的人类干扰。
(3)鉴于生物保护网络中物种空间迁移生态过程的保护对实现物种持续生存发展最终目标的重要意义,首次引入环境元理论,解析物种在自然保护区生物保护网络斑块问进行空间迁移的生态过程,并选用最小耗费距离模型和 GIS中的Cost weighted、Shortest path模块对代表斑块间物种的直接迁移活动进行模拟。尝试引用环境元分析中的路径分析方法计算代表斑块间物种空间迁移过程的数量,结合代表斑块间直接迁移过程有向图的构建,进一步有效地识别代表斑块间所有的物种直接、间接迁移过程。在此基础上,考虑到自然保护区中物种的空间迁移主要受到区内人类活动的干扰和阻碍,通过设立有无人类干扰障碍影响的两个分析情景,并对比两情景下特定物种在保护网络代表斑块间的直接迁移情况,识别自然保护区中阻断物种空间迁移生态过程的人为障碍。
(4)针对识别出的人为障碍,提出了采用设计增加跳板斑块的方式重新恢复被其阻断的物种空间迁移生态过程。建立了跳板斑块选取的原则,并且基于对各斑块环境元中直接、间接物种迁移过程的分析,首次提出了生态斑块网络分析方法,用于评价自然保护区生物保护网络斑块间特定物种的空间迁移生态过程对其在网络中持续生存发展的支持水平。在此基础上,给出了跳板斑块的量化选取方法。确定所有代表斑块和跳板斑块之后,模拟斑块间特定物种的迁移路线,完成自然保护区生物保护网络的构建。
(5)鉴于自然保护区可以对多个物种起保护作用,考虑到不同物种在生存环境条件要求和空间迁移特征等方面的差异性,提出了针对多物种的自然保护区生物保护网络构建的分步叠加方法,主要表现为前面单物种保护网络构建过程中代表斑块和跳板斑块的二次叠加。为便于操作,进一步提出了自然保护区生物保护网络斑块保护优先度的分析判断方法。
(6)根据自然保护区生物保护网络构建方法,分别开展了以福建武夷山国家级自然保护区中短尾猴为对象的单物种保护网络和以短尾猴和白鹇为保护目标的多物种保护网络的案例研究。研究结果表明,以短尾猴为单一保护对象时,其在福建武夷山国家级自然保护区中的保护网络共包括4个代表斑块、1个跳板斑块和4条迁移路线。其中跳板斑块的增加使短尾猴在保护网络中的灭绝可能性降低至增加前的3.21×10-5倍。以短尾猴和白鹇为保护目标构建的多物种保护网络则由10个代表斑块、3个跳板斑块和15条迁移路线构成,网络共覆盖保护区总面积的43.17%,其中表征人类干扰的单元面积共计4.72 km2,占网络总面积的1.93%。通过与现行的福建武夷山国家级自然保护区功能分区进行叠加对比分析发现,短尾猴、白鹇保护网络总面积的83.00%被核心区所覆盖,另有11.28%和5.72%分别位于缓冲区和实验区内,为有效地保证短尾猴和白鹇在福建武夷山国家级自然保护区中的持续生存发展,建议根据已确定的保护网络对现行核心区进行扩充。最后,给出了短尾猴、白鹇保护网络中各斑块的优先保护次序。