全 文 ：第 34卷 第 6期 生 态 科 学 34(6): 157162
2015 年 11 月 Ecological Science Nov. 2015
收稿日期: 2014-12-07; 修订日期: 2015-02-13
基金项目: 环保公益性项目生物多样性保护优先区域绿色发展机制和模式研究(编号 201309039); 科技支撑项目物种资源监测网络构建和监测技术标准
与规范研究(编号 2008BAC39B01)
作者简介: 于洋(1983—),女, 吉林长岭人, 硕士, 工程师, 主要从事生物多样性监测研究, E-mail: yuyangyang1983@163.com
*通信作者: 何立环, 女, 硕士, 高级工程师, 主要从事生态环境监测与评价研究, E-mail: helh@cnemc.cn
于洋, 何立环, 李亚飞, 等. 基于 GAP 技术的我国生态监测网络构建研究[J]. 生态科学, 2015, 34(6): 157162.
YU Yang, HE Lihuan, LI Yafei, et al. Research of ecology monitoring network in China base on GAP technology[J]. Ecological
Science, 2015, 34(6): 157162.
基于 GAP 技术的我国生态监测网络构建研究
于洋 1, 何立环 1, *, 李亚飞 2, 刘海江 1, 董贵华 1, 齐杨 1
1. 中国环境监测总站, 北京 100012
2. 中国民航大学, 天津 300300
【摘要】 生态环境是人类生存和发展的最基本的物质基础。生物物种资源是生态环境的重要组成部分, 是国民经济
可持续发展的战略性资源。在系统分析整理国内生态/生物监测网络现状基础上, 以生物物种资源为研究目标, 总结了
国内现有生物监测站点和自然保护区分布情况。综合运用 GIS、RS 和 GAP 多种空间分析技术, 通过在全国范围内对
已有网络进行叠加, 找出空缺区域并进行补充布点, 建立覆盖我国陆地和海洋的生态监测网络。结果显示, 目前我国
已有森林生态系统监测站 1417 个, 需新建站 52 个; 已有草原生态系统监测站 49 个,需新建站 52 个; 已有农田生态系
统监测站 27 个,需新建站 48 个; 已有荒漠生态系统监测站 44 个,需新建站 14 个; 已有湿地生态系统监测站 294 个,需
新建站 110 个; 已有海洋生态系统监测点位 349 个, 无新增监测点位。
关键词：生物物种资源; 监测网络布局; GAP 技术
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2015.06.024 中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2015)06-157-06
Research of ecology monitoring network in China base on GAP technology
YU Yang1, HE Lihuan1, *, LI Yafei2, LIU Haijiang1, DONG Guihua1, QI Yang1
1. China National Environment Monitoring Center, Beijing 100012, China
2. Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
Abstract: Ecological environment is the fundamental conditions of human survival and development. Biological species
resource is an important part of the ecological environment, and it is a strategic resource for the sustainable development of
national economy. In this paper, we summarized the current distribution of biological monitoring sites and nature reserves in
China. We found out the vacant areas where have not been monitored and established China ecological network by using spatial
analysis technologies such as GIS, RS and GAP. Results showed that there were 1417 forest ecosystem monitoring stations in
China, and 52 new monitoring stations should be set up. There were 49 grassland ecosystem monitoring stations, and 52 new
monitoring stations should be set up. There were 27 farmland ecosystem monitoring stations, and 48 new stations should be set
up. There were 44 desert ecosystem monitoring stations, and 14 new stations should be set up. There were 294 wetland
ecosystem monitoring stations, and 110 new stations should be set up. There were 349 marine ecosystem monitoring points, and
there were no new monitoring points.
Key words: biological species resources; monitoring network layout; GAP technology
158 生 态 科 学 34 卷
1 前言
生物物种资源是国民经济可持续发展的战略性
资源, 是人类生存和发展的最基本的物质基础。生
物物种资源对维系自然界能量流动、净化环境、改
良土壤、涵养水源、调节小气候以及维持生物进化
等多方面发挥着重要作用。随着科技进步、社会经
济发展以及人口增加, 对生态系统和生物多样性的
威胁日趋严重。我国濒危或接近濒危的高等植物达
4000—5000 种, 占我国高等植物总种数的 15%—
20%[1]。联合国《濒危野生动植物种国际贸易公约》
列出的 740种世界性濒危物种中, 我国占 189种, 所
占比例达 1/4[1]。所以, 加强我国物种资源的保护和
管理已显得十分紧迫。
我国政府高度重视生物多样性保护工作。先后
制定并实施了一系列生物多样性保护措施和计划。
如划定生物多样性保护优先区, 建立、完善自然保
护区, 制定生物多样性保护规划、计划。同时也长
期开展了生物多样性监测工作。目前国家环境保护
部、农业部、水利部、林业局、气象局、海洋局、
中科院、部分高校及科研院所均设有各自的生态监
测网络。如中国生态系统研究网络(CERN)、中国国
家生态系统观测研究网络(CNERN)、中国森林生态
系统观测研究网络(CFERN)、海洋生物物种监测站、
各级自然保护区等, 这些监测网络针对农田生态系
统、森林生态系统、草地生态系统、沙漠生态系统、
湿地生态系统、海洋生态系统开展监测, 为我国生
物物种资源监测的主要网络。目前这些监测网络根
据监测目标不同, 在点位布设及监测指标上均存在
一定的重叠和差异。同时, 对于全国范围内生物物
种资源监测来看, 监测点位也存在空白区域。另外,
目前不同部门的生态系统观测数据未能实现充分共
享, 因此有必要从国家层面对已有监测网络进行重
新整合, 对监测点位进行统筹安排, 同时对监测空
白区域进行补充完善。
生态学理论以及相关的空间度量方法, 特别是
遥感和地理信息系统等空间信息技术为区域生物多
样性保护提供了理论、方法和技术上的支持[2–3]。目
前, 国际上有关区域生物多样性保护的研究主要集
中于生物多样性热点区域(hotspots)的确定、物种保
护敏感区及优先地区的分析、保护系统合理布局和
规划及生态网络的建立、竞争性土地利用方式的空
间协调等方面[4–11]。相应的研究方法和技术也不断
出现, 其中地理途径分析方法(A Geographic Approach
to Protect Biological Diverstiy, GAP)是在国内外保护
区设计中广泛使用的方法之一, 主要应用于特定
区域或生物类群的保护区网络设计[12–13]。该方法
通过对研究区域的植被状况、物种分布及其丰富
度、野生动物生境等分布信息的分析, 寻找生物多
样性保护的热点区域, 然后对比当地土地利用现
状和生物多样性保护现状, 最终识别当前生物多
样性保护的空白点(gaps)和差距, 并在这些空白点
上建立保护区, 从而构建完整的网络最大限度保
护生物物种资源。
本研究利用 GIS、RS、GAP 技术, 对全国已有
监测网络进行充分整合, 确定现有生物物种资源监
测点位分布情况以及空白区域, 建立覆盖我国海陆
疆域的生物物种资源监测网络, 为对生物物种资源
进行科学监测与合理管理提供技术支撑。
2 方法
2.1 网络构建目标
通过监测网络的建立 , 了解生态系统变化情
况。对已有监测系统整合, 对空白区域进行补充, 建
立一个层次清晰、功能完善、覆盖全面、系统可行
的生物物种资源监测网络。
2.2 网络构建原则
2.2.1 监测网络涵盖内容全面性原则
生态监测网络主要针对目前国家不同生态系统
类型中的生物物种资源进行调查, 基于不同自然地
理区划原则, 以及参照我国目前自然保护区的设置
标准, 适当调整和补充完善, 对典型生态系统进行
长期监测, 构建覆盖全面的生态监测网络。
2.2.2 监测网络长期性、持久性原则
作为生态环境变化重要参考信息, 监测网络必
须具有长期性和持久性的特点。目前我国已有的
CERN、CNERN、CFERN 和自然保护区监测网络均
积累了大量的监测结果。所以, 以现有的监测站点
为基础, 增强了对历史数据的掌握, 促进监测网络
的连续性。
2.2.3 监测空缺区域随机布点原则
经过空缺分析后, 对大面积的监测空白区域, 根
据此区域的主要植被类型进行分类, 并随机布点。
6 期 于洋, 等. 基于 GAP 技术的我国生态监测网络构建研究 159
2.3 数据来源与处理
研究使用的数据源, 包括: 中国 1:400 万植被
图[14]、中国植被区划图[15]、中国生物多样性优先保
护区域分布图[16]、中国科学院中国生态系统研究网
络[17]、国家生态系统观测研究网络[18]、国家林业局
监测网络[19](CFERN、CWERN and CDERN)、全国
各级自然保护区分布图、国家海洋局监测网、环保
部海洋监测网等。
由于本研究主要利用 GIS 的空间分析功能完成
GAP 分析, 因此所使用的数据资料均需转化为地理
空间数据, 处理为空间点位和面状数据图层。空间
点位数据包括中国生态系统研究网络的站点分布、
国家生态系统观测研究网络的站点分布、国家林业局
监测网络的站点分布、全国各级自然保护区分布点位、
国家海洋局环境监测点位以及环保部海洋监测点位;
面状数据包括中国 1:400 万植被图、全国自然区划图、
中国植被区划图。上述资料图件经数字化后转换为具
有统一地理空间坐标的 GIS 矢量数据图层。
2.4 研究方法
本研究采用地理途径分析方法(GAP)建立我国
生态监测网络。以中国植被区划为基础, 综合考虑
植被、重要濒危物种适宜生境的分布, 土地权属和
管理状态及现有保护区的分布等方面的空间信息,
利用地理信息系统(Geography Information System,
GIS) 进行空间分析。首先, 在现有陆地生态系统监
测网络空间分布数据的基础上, 结合我国县域边界
图, 利用 ArcGIS 编辑工具中的 Erase 工具获得各类
型生物物种资源监测网络的空白区(也就是 GAP 区
域)。然后, 在获得的 GAP 区域内, 利用全国 NDVI
数据、植被图数据、植被区划图数据和全国湿地分
布数据, 基于 ArcGIS 空间分析工具( Density 工具和
Extraction 工具)获得我国新建各生物物种资源类型
监测网络的空间分布图。最后, 结合已有监测网络
和新建监测网络, 得到覆盖全国的生物物种资源监
测网络。详细步骤如技术路线图 1 所示:
3 结果
3.1 监测网络点位布设总体情况
基于搜集到的我国植被区划、自然保护区分布
数据以及现有的监测站点空间分布数据, 通过 GAP
空缺分析技术进行综合判断, 建立我国陆海统筹的
生物物种监测网络。按照 2009 年统计, 我国各级各
类自然保护区数量是 2541 个, 其中已有数字化站点
2421 个; CERN、CNERN、CFERN 监测网络已经布
设了 168 个站点; 海洋监测站点有 349 个。参考县
域分布图, 对空缺区域进行随机布点, 共需新布设
站点 279 个, 故共有监测站点 3217 个。鉴于海洋生
态系统监测的特殊性, 以及限制于基础图鉴资料,
海洋生态系统生物物种监测站点以目前已经设立的
站点为主, 未进行空缺分析及新站点的布设。
图 1 研究技术路线图
Fig. 1 Technology roadmap of the research
160 生 态 科 学 34 卷
3.2 监测点位布设分布情况
本研究以中国植被图(1︰400 万)为生态系统
调查的基础。在中国植被图中植被共分为 4 大类
型、13 个亚类型、50 个小亚类、110 种植被类型。
4 大类型包括自然植被、农业植被、无植被地段和
湖泊湿地。13 个亚类型包括针叶林、阔叶林、灌
丛和萌生矮林、荒漠、草原和稀树灌木草原、草
甸和草本沼泽等 6 个亚类自然植被, 5 个亚类农业
植被, 以及无植被地段和湖泊各 1 个亚类。根据生
态系统类型对我国森林生态系统、草原生态系统、
湿地生态系统、农田生态系统、荒漠生态系统和
海洋生态系统等六类生态系统监测站点进行布
设。详细如下:
3.2.1 森林生物物种资源监测网络布局
森林生态系统包含 27 个小亚类 49 种植被类
型。目前森林生物物种监测网络涵盖了所有森林
生态系统植被类型, 已有监测站 1417 个。根据
GAP 分析, 依据森林植被分布情况, 需要在河北、
山西、内蒙古、吉林、黑龙江、江西、河南、湖
北、湖南、广东、广西、四川、贵州、云南、西
藏、青海、新疆、台湾等地新增 52 个监测站点, 共
1469 个。
3.2.2 草原生物物种资源监测网络布局
草原生态系统目前已有 11 个小亚类 25 种植被
类型; 根据 GAP 分析, 目前草原生物物种监测网
络已涵盖所有植被类型, 已有监测站 49 个。依据草
原植被分布情况, 需要在河北、山西、内蒙古、辽
宁、吉林、黑龙江、江苏、海南、四川、云南、西
藏、陕西、甘肃、青海、新疆新增 52 个监测站, 共
101 个。
3.2.3 农田生物物种资源监测网络布局
农田生态系统目前已有 5个小亚类 14种植被类
图 2 全国生物物种监测站分布图
Fig. 2 The distribution of species monitoring station in China
6 期 于洋, 等. 基于 GAP 技术的我国生态监测网络构建研究 161
型; 根据 GAP 分析, 目前农田生物物种监测网络已
涵盖所有植被类型, 目前已有监测站 27 个。依据农
田植被分布情况, 需要在河北、山西、内蒙古、辽
宁、吉林、黑龙江、江苏、江西、山东、河南、湖
北、广东、广西、海南、重庆、四川、云南、西藏、
甘肃、青海、宁夏、新疆、台湾新增 48 个监测站, 共
75 个。
3.2.4 荒漠生物物种资源监测网络布局
荒漠生态系统目前已有 5 个小亚类 15 种植
被类型; 根据 GAP 分析 , 目前荒漠生物物种监
测网络已涵盖所有植被类型 , 目前已有监测站
44 个, 依据荒漠植被分布情况, 需要在内蒙古、
宁夏、青海、西藏和新疆新增 14 个监测站 , 共
58 个。
3.2.5 湿地生物物种资源监测网络布局
湿地生态系统生物物种监测网络涵盖 294 个
监测站, 依据湿地分布情况, 需要在北京、天津、
河北、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、上海、江
苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、湖北、湖
南、广东、广西、海南、四川、贵州、云南、西
藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆新增 110 个
监测站, 共 404 个。
3.2.6 海洋生物物种资源监测网络布局
中国海域可划分为 5 个温度带, 16 个海区。其
海洋生态系统可分为珊瑚生态系统、红树林生态系
统、湿地生态系统、海岛及其周边海域生态系统、
河口生态系统、港湾生态系统等。按海区离大路远
近又可分为海岸生态系统、外海和大洋生态系统等。
现有海洋生态系统监测网络共布设 349 个站点, 主
要包括两部分, 一部分为国家海洋局建立的海洋专
业定位台站, 共 55 个, 另一部分为环保部建立的海
洋监测站, 共 294 个, 已经基本涵盖了所有的海洋
生态系统类型。
4 结论与讨论
本研究在分析国内外典型生态监测网络构建技
术的基础上, 深入系统的总结了国内典型监测网络
构建现状以及生物多样性监测网络的研究进展。利
用 GIS 和 GAP 分析技术, 基于全国 1︰400 万植被
图, 在全国尚未建立监测站或自然保护区的县, 建
立新的生物物种监测站, 以期全面覆盖我国的生物
物种资源。根据已有数据, 在空白区域共新建立生
物物种监测站 279 个。
本研究综合已有监测站, 自然保护区和新建监
测站, 建立全面覆盖陆地生态系统和海洋生态系统
的生态监测网络, 今后在生物多样性保护过程中,
也可以利用 GAP 方法, 针对濒危和珍稀物种集中分
布区域, 加强监测, 建成覆盖全面、系统可行的生物
物种资源监测网络。
生态监测网络建成之后, 肩负着生态环境保
护与污染防治的双重任务。要保证该网络的高效、
正常运转 , 并充分发挥该网络的作用 , 在网络运
行过程中还建议做到以下几点: 一是在国家范围
内不同部门间能够综合应用 , 资源共享; 二是统
一规划、分类建设、分步实施; 三是完善生态环
境保护相关政策、法规和制度; 四是推进生态环
境保护及相关传统知识的惠益共享; 五是提高应
对生态环境新威胁和新挑战的能力; 六是提高公
众参与意识 , 加强国际合作与交流 , 促进生态环
境可持续发展。
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