我国迁地保护的国家重点保护...受威胁和特有维管植物多样性_王利松.pdf
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1、2023,31(2):22495,pages 112doi:10.17520/biods.2022495收稿日期:2022-08-28;接受日期:2022-10-15基金项目:科技部基础性专项(2015FY210100)和江西省、中国科学院庐山植物园人才专项(2021ZWZX06)*通讯作者 Author for correspondence.E-mail:https:/www.biodiversity-我国迁地保护的国家重点保护、受威胁和特有维管植物多样性王利松1,湛青青2,廖景平2,黄宏文1,2*1.江西省、中国科学院庐山植物园,江西九江 332900;2.中国科学院华南植物园,广州 51
2、0650摘要:启动实施以国家公园和国家植物园体系为主导的就地和迁地保护相结合的生物多样性保护大战略,是我国作为世界生物多样性大国之一的科学使命和责任担当。本文以国家重点保护、受威胁和中国特有维管植物为对象,系统梳理了这3类植物在我国植物园的迁地保护概况,对这些植物的生活型、物种组成和系统发育多样性进行了比较分析,以期为当下国家植物园体系建设提供科学参考和依据。结果表明,我国植物园保存的此3类植物共计7,141种,分属265科1,271属,分别占我国维管植物科、属、种总数的76%、42%和23%。在7,141种植物中,国家重点保护植物743种,受威胁植物2,095种,中国特有植物5,957种,分
3、别占我国国家重点保护、受威胁和特有植物总数的72%、59%和37%。这些植物包括乔木2,555种、灌木1,025种、草本3,117种、攀缘类419种和水生类25种。3类植物在各植物园的物种组成共有比例较低,系统发育多样性存在显著差异。关键词:植物园;迁地保护;国家重点保护植物;受威胁植物;特有植物王利松,湛青青,廖景平,黄宏文(2023)我国迁地保护的国家重点保护、受威胁和特有维管植物多样性.生物多样性,31,22495.doi:10.17520/biods.2022495.Wang LS,Zhan QQ,Liao JP,Huang HW(2023)Vascular plant diversi
4、ty of National Key Protected Wild Plants,threatened species,and endemic species exsitu conserved in botanic gardens of China.Biodiversity Science,31,22495.doi:10.17520/biods.2022495.Vascular plant diversity of National Key Protected Wild Plants,threatenedspecies,and endemic species ex situ conserved
5、 in botanic gardens of ChinaLisong Wang1,Qingqing Zhan2,Jingping Liao2,Hongwen Huang1,2*1 Lushan Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Jiujiang,Jiangxi 3329002 South China Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510650ABSTRACTBackground&Aims:As one of the mega-biodiverse countr
6、ies in the world,China has implemented in situ and ex situbiodiversity conservation programs through the national parks and the national botanic gardens system respectively toresponsibly study and conserve this diversity.We aimed to provide a baseline reference for the current national botanicgarden
7、 system program.Methods:We assessed the ex situ conservation profile in Chinese botanic gardens of plants from three categories:National Key Protected Wild Plants(NKPWP),threatened species,and endemic species.Statistical and comparativeanalyses of integrated data sets show that there are 7,141 speci
8、es of vascular plants that have been conserved ex situ inbotanic gardens of China.These species span 1,271 genera and 265 families,accounting for 76%of families,42%ofgenera,and 23%of species of vascular plants in China.Results:Among the 7,141 species,743 species are National Key Protected Wild Plant
9、s,2,095 species are threatened,and 5,957 species are endemic to China,accounting for 72%,59%and 37%of the total number of species cataloguedfor these categories in China,respectively.These species include 2,555 trees,1,025 shrubs,3,117 herbs,419 climbers,and 25 aquatic plants.The phylogenetic divers
10、ity is variable among these gardens,with a low proportion of sharedspecies across gardens.研究报告王利松等:我国迁地保护的国家重点保护、受威胁和特有维管植物多样性2023年|31卷|2期|22495|第2页Key words:botanic gardens;ex situ conservation;National Key Protected Wild Plants;threatened species;endemicspecies面对气候变化、可持续发展、生物多样性保护等全球重大挑战,我国将生态文明建设
11、纳入“五位一体”总体布局,坚持人与自然和谐共生的发展原则,开启了以建设国家公园和国家植物园两大体系为主导的、统筹“就地”和“迁地”保护相结合的生物多样性保护大战略,彰显了我国作为世界生物多样性大国的科学使命和责任担当。过去几十年来,中国生物多样性研究与保护取得了世界瞩目的成就(米湘成等,2021;Raven,2021;王伟和李俊生,2021),在国家科技部、生态环境部、林业和草原局、中国科学院等部门项目的支持下,高等植物编目(王利松等,2015)、受威胁植物评估(覃海宁等,2017)、迁地植物志(Huang et al,2017)和重点野生植物保护名录(鲁兆莉等,2021)等基础编目研究取得重
12、要进展并积累了海量基础数据,为我国的植物多样性保护科学研究、宏观规划、政策制定和保护实践提供了重要科技支撑。全球植物保护战略(20112020)(GlobalStrategy of Plant Conservation,GSPC)的大多数战略目标未能如期实现,全球植物多样性保护面临更大挑战,驱使保护生物学领域寻求更有效、更理性的解决方案。一方面尝试在2020后生物多样性框架下建立更科学且雄心勃勃的量化指标(Daz et al,2020);另一方面,植物多样性时空分布的不平衡性表明,全球迁地保护量化目标的实现需优先落实到局部小尺度上,再到国家和地区水平,最终使全球量化目标落地(Obura et
13、al,2021)。作为植物迁地保护的专业研究机构,我国植物园立足迁地保护的核心目标,对我国珍稀濒危植物、国家重点保护植物及中国本土植物开展迁地保护,始终肩负着国家的重要使命(黄宏文和廖景平,2022;任海等,2022)。现代意义上的科学植物园发轫于中国虽不足百年,但对世界植物多样性迁地保护做出了重要贡献(黄宏文和廖景平,2022;任海等,2022)。受地理位置与自然气候条件、基础设施能力、科研水平、当地经济社会等多种因素制约,单个植物园在迁地保护上的作用显然存在差异和很大局限性。构建覆盖不同自然地理、气候、区系和植被区域的以植物园为依托的迁地保护网络体系,才能更有效地发挥植物园对国家、地区和全
14、球植物多样性保护的功能。我国植物园目前在迁地保护研究上还存在家底不清、遗传风险高、迁地保护理论与实践滞后、保护方法缺乏等瓶颈问题(黄宏文,2018a)。本研究通过整合我国植物园迁地栽培活植物基础数据,系统梳理我国植物园迁地保护应优先关注的国家重点保护植物、受威胁和特有种3类植物的迁地保护现状,对其生活型、物种组成和系统发育多样性进行了比较分析,以期为我国植物园迁地保护提供相关基准数据,促进我国国家植物园迁地保护工作的规范化、体系化和科学化。本研究的目的:(1)分析3类植物在我国植物园迁地保护的比例和空缺状况;(2)量化3类植物的分类和系统发育多样性,及其在各植物园的分布、相似性和差异性;(3)
15、为国家植物园体系建设提供相关的科学参考和依据,并为世界植物园迁地保护提供可比较的数据依据。1.1名录、地理分布和生活型数据本研究使用的名录数据包括:The LeipzigCatalogue of Vascular Plants(LCVP)(Freiberg et al,2020),World Checklist of Vascular Plants(WCVP)(Govaerts et al,2021),World Flora Online(WFO)(Kindt,2020);中国高等植物名录和地理分布(王利松等,2018)、中国受威胁植物名录(覃海宁等,2017)、国家重点保护植物名录(鲁兆莉等
16、,2021)、中国迁地栽培植物志名录(黄宏文,2014)、中国迁地栽培植物大全(黄宏文,2017a)、已出版的22卷 中国迁地地植物志(黄宏文,20142021)和 中国栽培植物名录(林秦文,2017)。受威胁种类指按照IUCN红色名录等级和标准(IUCN,2012)被评估为极危(CR)、濒危(EN)和易危(VU)等级的种类(覃海宁等,2017);国家重点保护植物为国家重点保护野生植物名录 中所包括的种类(鲁兆莉等,2021);特有植物指根据目前已知分布信息,确认只在中国本土范围有分布的种类,即严格的特有种类。植物多样性数据的整合是开展多样性综合分1数据来源和方法王利松等:我国迁地保护的国家重
17、点保护、受威胁和特有维管植物多样性2023年|31卷|2期|22495|第3页析的重要基础(Heberling et al,2021),名录数据的整合可能是其中最具挑战性的问题之一(Borsch et al,2020;Greni et al,2022)。由于所采用的分类标准不同,包括科及其以上分类单位的分类系统,广义或狭义属、种的界定(异名和接受名)等类群范畴,以及学名拼写问题,是否包括种下类群以及归化、杂交和域外植物等技术性处理差异,常导致基于不同来源的名录绝对统计数据可比性差。解决上述问题的关键在于确立高质量的“标准参考名录”,并对不同来源的名录数据进行标准化处理。通过比较分析,本研究选择
18、LCVP作为“标准参考名录”。选择LCVP的主要原因包括:(1)较好的数据匹配性:与目前应用相对广泛的3个世界维管植物名录数据集(LCVP,WCVP,WFO)比较表明,植物园迁地栽培活植物名录与LCVP有更好的匹配结果,包括更多接受名(accepted)的匹配,较低的异名(synonym)、不匹配(unmatched)和不确定分类状态(unresolved)的名称;(2)全面性:LCVP代表目前全球所有已描述维管植物,该数据集总计1,315,562个学名,包括351,180种维管植物(Freiberg et al,2020)。这一数字与基于不同方法对世界维管植物物种多样性的估计比较接近(Gov
19、aerts,2001;Paton et al,2008;Joppa et al,2011;Lughadha et al,2016),平均约35万种;(3)及时性:LCVP整合了过去40多年来分子系统学研究的新成果,包括许多科、属概念的界定,例如APG系统(Chase&Reveal,2009);(4)规范性:LCVP的名称遵循当前版本的国际藻类、真菌和植物命名法(深圳法规)的相关规定(Turland et al,2018);(5)可参考性:为使我们的分析结果不仅对国家植物园建设有参考价值,也为世界植物园迁地保护提供比较依据。特有现象的尺度依赖性质(Daru et al,2020)表明,确认一个地
20、区或国家特有种类的数量,需要在全球尺度上对类群进行分类学研究和相关比较分析。通过整合世界植物在线(Plants of the WorldOnline,POWO)(POWO,2022)约40万种高等植物地理分布信息、中国高等植物名录和地理分布(王利松等,2018)以及其他相关数据,形成本研究依据的16,316种中国严格特有的维管植物名录(与德国World Plants数据库收录中国维管植物特有种16,421种的数据接近,https:/www.worldplants.de)。苔藓植物迁地占比小,未包括在本研究中。为更好地反映中国植物园迁地保护对我国野生维管植物多样性的覆盖情况,以及与世界维管植物物
21、种多样性有合理和可信的比较,本研究的名录数据处理排除了如亚种、变种、变型等种下类群,以及栽培种和杂交类群(包括种及以上分类群)。整合和标准化处理后的名录数据含分布在我国植物园的3类植物共计7,141种。植物园数据源覆盖了我国主要自然地理、气候(郑景云等,2010)和植物区系区划单位(陈灵芝等,2015)(附录1)。通 过 查 询 各 种 在 线 数 据 库,包 括 BGCIGlobalTree Search(Beech et al,2017)、全球维管植物生 活 型 数 据 库(A Global Growth-Form Database)(Taseski et al,2019)、TRY植物特征
22、数据库(TRYPlant Trait Database)(Kattge et al,2020)、美国农业部植物生活型数据库(https:/plants.usda.gov/home/growthHabitSearch)及已出版的植物志和专著:中国植物志(中国植物志编辑委员会,19592004),Flora of China(Wu et al,19942013)和 中国木本植物分布图集(方精云等,2009)等,获取到全部7,141种植物的生活型数据。由于植物生活型的划分缺乏全球统一标准,实践中存在不同分类标准,比如IUCN红色名录的生活型分类方案(IUCN,2020)和新世界维管植物生活型分类(E
23、ngemann et al,2016)等。目前尚未有针对我国植物园迁地栽培活植物生活型的标准化研究。因此,本研究使用的生活型分类包括:乔木、灌木、草本、攀援和水生5个类别,有别于生态学和功能多样性研究中严格定义的生活型分类。1.2统计和系统发育分析为量化比较各植物园迁地保护的3类植物物种组成和系统发育多样性,利用R软件包vegan(Oksanen et al,2016)建立7,141种植物在69个植物园的有无(0/1)矩阵,并计算Bray-Curtis相异性指数(Bray&Curtis,1957)和Jaccard相似性系数(Pierre&Louis,2012)。系统发育多样性分析采用R软件包V
24、.PhyloMaker2(Jin&Qian,2022)和phytools(Revell,2012)构建7,141种植物的系统发育树,以系统发育多 样 性 指 数 NRI(net relatedness index)和 PDI(phylogenetic diversity index)(Webb,2000;Webb etal,2002)度量各植物园物种组成的系统发育多样性差异。这两个指数都通过随机化消除了丰富度本身王利松等:我国迁地保护的国家重点保护、受威胁和特有维管植物多样性2023年|31卷|2期|22495|第4页带来的估计偏差。NRI能够捕获系统树更靠近“根部”的差异,而PDI能更好辨识
25、系统树末端(tips)组成的差异(Qian et al,2019)。与随机预期比较,相对高的PDI值表明较高的系统发育多样性;正的NRI值表 明 组 成 物 种 的 系 统 发 育 关 系 相 对 更 聚 集(phylogenetically clustered),而负的NRI值表明组成物 种 的 系 统 发 育 关 系 更 为 分 散(phylogeneticaloverdispersion)。使用R软件包ComplexHeatmap(Guet al,2016)构建物种组成和系统发育多样性分析结果的可视化图。2.13类植物迁地收集的比例和空缺结果表明,我国植物园迁地保护3类植物共计7,141
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