【内容提要】
植物园在科学、园艺及保护生物学领域日益凸显其战略重要性,对活体植物收藏的量化评估与价值提升已成为国际学术界关注焦点。评估植物收集价值的指标体系需与植物园机构的战略目标相契合,鉴于当前全球植物园普遍将濒危物种保育和生物多样性保护确立为为核心使命,本研究提出基于双重约束条件的系统化决策模型:在有限的空间资源和资金预算条件下,建立包含物种保留必要性评估、替代优先级判定、新增物种筛选指标以及人力资源优化配置的决策框架。为解决迁地保护资源配置最优化问题,本研究创新构建“濒危价值”(Endangerment Value, EV)多维量化评估指标体系,系统表征活植物收集对物种灭绝风险的贡献度,为迁地保护机构建立物种优先级排序提供了科学决策工具。通过北美莫顿树木园苹果属、栎属、椴属和榆属4属植物保育实践案例分析,系统阐述“濒危价值”评估的实践优势与潜在局限性。研究表明,该评估体系在保护优先级设定方面具有显著应用价值,但需强调,数据筛选机制与权重设置对优先级排序结果具有显著影响(P<0.01),这对生物多样性保护领域任何分级评估体系都具有重要借鉴意义。本方法论框架为全球植物园评估迁地保护物种的濒危价值提供了可复制的技术路径,进而为优化全球植物保育资源的空间配置提供决策支持,我国国家植物园应注重濒危物种迁地保护价值评估,聚焦植物园定位区域重要濒危物种迁地保护及其系列研究保护实践。
1 引言
作为兼具特定地理环境和独特运营理念的机构,植物园的价值不仅体现在其依托的自然景观与气候条件,更反映于园方的管理策略及其背后的价值理念(O'Donnell & Sharrock,2018)。数百年来,这类机构始终肩负着药用与农业植物的保育研究使命,成为植物学分类研究的重要阵地。值得关注的是,近二十年间,众多植物园正通过多维度创新实现转型升级:一方面深度挖掘馆藏资源的教育宣导价值,另一方面构建跨机构协同的分布式保育网络(Cavender等,2015;Westwood等,2021)。
在保护实践中,植物园普遍采用"馆藏价值"与"保护价值"评价体系。这些标准通过评估物种多样性、生态系统代表性及特有性等核心维度(Redford等,2011;Cibrian-Jaramillo,2013),创造出超越单纯物种/标本数量的管理范式。优质评估体系不仅能优化资源配置与决策效率,更能提升公众认知参与度,最终激发馆藏资源的最大潜能。学界研究显示(Godefroid等,2011;Guerrant等,2014),建立科学的分类保管机制已成为推动植物多样性保护与科研教育协同发展的关键。
量化管理对资源调配具有重要指导意义。例如针对豆科植物的"千年种子库"项目曾通过系统发育分析确定保育空缺(Griffiths等,2015);部分植物园则通过价值评估优化空间布局,淘汰边缘物种以聚焦核心保育对象(Maunder等,2001;Griffith等,2017)。这种精细化管理的必要性源自有限的空间与预算约束——本质上,园务决策即是"战略取舍"的艺术。更深远的价值在于,量化成果可转化为多维沟通语言,向管理者、资助方及公众清晰传递植物保育的战略意义。
面对全球约40%维管植物濒危的严峻现实(Antonelli等,2020),植物园正构筑起生态保护的立体防线。其核心功能体现为二重维度:原生境保护维系着关键生态系统服务(Cavender-Bares等,2022),种子库则为物种基因存续提供经济可行的解决方案。而对无法常规保存的"特殊类群"——包括低产种量、干燥耐受差或休眠期长的物种(Pence等,2022)——植物园建立活体基因库作为新型避难所,借助人工繁育技术降低灭绝风险。
在此背景下,发展数据驱动的决策体系尤为重要。这将精准指导保育策略,科学确定优先保护、优化剔除或新增引种的物种清单。本文聚焦"濒危价值"评估体系,以莫顿植物园旗舰类群为案例,探索量化指标在物种灭绝风险防控中的实践路径。通过系统分析馆藏物种与目标物种的保育权重,旨在构建面向未来的智能决策模型。
2 莫顿树木园战略性收藏管理推动保护目标实现
在莫顿树木园(TMA)跨越百年的历史中,基于不同目标建立了多样化的地理收藏及分类学植物收藏体系。在2016-2020年战略规划中,树木园明确提出“通过植物收藏的全面清查、空缺分析和价值评估,确立植物收藏优先重点,强化迁地保护乔木收藏的核心价值”这一关键目标。截至2022年10月20日,树木园在1700英亩(688公顷)土地上保存着16,087株已登录植物,涵盖3,622个分类群。面对资源限制,如何通过系统性评估与规划优化资源配置、提升收藏植物价值,是树木园面临的重要课题。
自1922年建园最初50年,莫顿树木园主要通过苗圃和其他植物园获取植物资源,虽保有少量野生来源材料,但主要追求物种数量的丰富性。自20世纪80年代起,树木园开始以直接采集野生种群标本的方式保护遗传多样性。以北美中国植物考察联盟(NACPEC)为例,自1993年起共组织14次中国考察。2012年至今,新增逾千份国内外野生来源的植物登录材料。近五年,系统评估了特定属种收藏在全球同类型机构中的独特价值及其在物种防灭绝保护网络中的贡献,其中包含首创性开展“保护空缺分析”方法研究(Beckman等,2019),用以识别尚未纳入迁地保护的濒危物种野生物种。目前,树木园正着力构建以物种濒危程度等指标为核心的量化评估体系,以系统评价植物收藏的保护价值。
迁地管理的准确性和完备性是核心目标(Hohn, 2022)。为确保前者,树木园通过动态更新的《收藏管理政策》(Collections Management Policy)制定优先级清单(Desiderata Lists),明确各专项收藏的目标类群。根据现行植物收藏政策,所有拟引种类群需具备在本地露地栽培存活的合理预期。因此优先重点清单侧重收录北美及欧亚温带原生物种。但得益于园区微气候选址、病虫害防治及精细化管护,部分来自温带气候带的物种亦可适应当地环境(亚热带或热带类群通常除外)。
为实现“以保护物种免遭灭绝为核心”的收藏愿景,树木园针对四大旗舰乔木类群开展了多维度濒危价值评估。该评估结果将用于优化管理策略,即:构建收藏优先级序列——既包括需新增收集的濒危类群,也包括现收藏需加强保育的植物个体。本研究聚焦物种层面的迁地保护,后续将重点阐述以下三方面:
(1)量化评估方法构建:系统介绍活体植物收藏濒危价值量化模型的研发过程,并以四大旗舰属——苹果属(Malus)、栎属(Quercus)、椴属(Tilia)和榆属(Ulmus)为案例展示评估成果
(2)方法论移植路径:解析实施步骤与数据需求,为其他植物园提供可复制的评估框架,并支持其根据自身需求与收藏定位进行调整
(3)实践经验总结:分享方法应用中的关键启示与注意事项
3 濒危程度定量评估模型构建与目标物种筛选方法论研究
3.1 目标物种遴选
本项目将莫顿树木园四大旗舰乔木类群——苹果属(Malus)、栎属(Quercus)、椴属(Tilia)和榆属(Ulmus)的优先级清单(Desiderata Lists)整合为统一分类群列表。通过将各来源的植物学命名与分类概念与《IUCN濒危物种红色名录™》(2022-1版,iucnredlist.org,下文简称IUCN红色名录)进行异名匹配,实现术语标准化,仅针对部分分类存疑的树木园重点类群保留例外处理。研究中排除了种下分类单元(如亚种、变种)、杂交种及栽培品种,尽管这些类群在特定区域或属内具有保护价值。若需纳入种下单元,可在物种层级合并分析;但基于本框架聚焦野生种群的特性,绝大多数杂交种与栽培品种难以适用。
最终纳入分析的物种清单(下文统称目标物种)共包含182个物种。研究团队于2021年3月通过以下数据源收集目标物种的同义词信息:1. Tropicos数据库(2021版),2. 综合分类信息系统(ITIS,2021版),3. 世界植物在线(POWO,2021版),4. R语言taxize软件包(Chamberlain & Szocs, 2013),5. 世界维管植物名录v2.0(WCVP, 2020),6. 世界植物志在线v2019.05(WFO, 2019),7. IUCN红色名录评估报告的手工同义词核对。通过人工筛选,剔除不常用或历史性异名(主要为同名异物),以及代表不同分类学概念的异名。
3.2 濒危物种数据采集技术体系构建
为定量评估目标物种的濒危价值,定义了四项与灭绝风险相关的核心指标:
(1) 野外灭绝概率——基于物种的全球威胁等级
(2)物种原产国是否存在迁地保护(是/否)
(3)全球迁地保护覆盖度
(4)物种对新增野生威胁的敏感性
以上数据针对182个目标物种(涵盖苹果属、栎属、椴属及榆属)展开采集。大部分数据可在线获取,编制过程无需耗时过长。以下分项说明各指标的数据来源与处理逻辑。
指标1:野外灭绝概率
物种灭绝风险(亦称受威胁等级)反映其野外种群完全消失的可能性。鉴于IUCN红色名录的全球权威性及覆盖广度,本研究选用其分类体系作为濒危价值量化的核心依据(Rodrigues等, 2006)。IUCN红色名录通过多维度标准(分布区规模、种群动态、栖息地特征、利用与威胁等)划分八类受威胁等级:灭绝(EX)、野外灭绝(EW)、极危(CR)、濒危(EN)、易危(VU)、近危(NT)、无危(LC)、数据缺乏(DD)。未评估物种标记为未评估(NE)。评估由全球科学家与保护专家网络协作完成,仅适用于物种及种下单元(如变种、亚种),不含杂交种、栽培种或分类地位存疑类群。研究获取了目标物种的IUCN红色名录全球评估结果(2022-1版),并对未评估或评估超期(>10年)的物种尝试补充新评估。
指标2:物种原产国是否存在迁地保护
从保护实践角度,物种在原产国的迁地保护更具可操作性:
- 材料获取:原生地植物园保存的活体可规避跨国运输涉及的许可、检疫及物流成本;
- 监测维护:本国境内更便于人员实地考察与持续管理;
- 公众教育:本土物种能有效激发公众对区域性保护议题的关注。
需强调的是,此指标并非否定非原产国保存或国际保护合作的价值。为判定目标物种是否属于美国原产,基于IUCN红色名录的国别分布数据。对TMA而言,若某目标物种在美国存在野生种群,树木园收藏的种子资源或能优先支持其本土恢复项目。
可引入另一项精细化评估指标,其依据包括植物园与最近野生种群的距离、植物是否分布于园区所属生态区,或其他区域性衡量标准如耐寒分区。此指标能反映三方面优势:提升生态修复或重引项目的应用便利性;增强教育价值;避免因人工选择造成对非原生环境的适应性变异。建议在后续版本的濒危等级评估指标中开发这类"原生性"或"邻近度"的细化评估标准,具体是否适用需根据目标物种的数据可得性及植物园的自身目标而定。于TMA而言,国家级衡量标准对于本研究初探已具足够解释力——主要关注美国境内采集活动带来的操作便利性及成本节约优势,而非样本与实验点在地理或生态层面的严格邻近性。
指标3 全球迁地保护收藏的物种涵盖度分析
迁地保护体系常被视为珍稀濒危物种的"安全避难所"。当种质资源远离特定区域威胁(如土地利用变迁或海海平面上升)时,即可认定其处于"安全"状态,并可通过疾病治理等措施强化保护效能。本评估体系基于以下假设:参与迁地保护的机构数量与保有个体规模越大,物种面临的全球灭绝风险越低。同时,多机构保育能提升公众对物种濒危状况的认知,结合科普教育可有效推动保护行动。此外,迁地保护点的数量和个体规模往往与遗传多样性保存程度呈正相关,这将增强物种未来的适应恢复能力。具体评估指标包含:
(1)迁地保护机构总数
(2)拥有野生或人工驯化群体的机构量
(3)现存野生或驯养群体的实际保有量
该双维度评估体系的必要性在于:部分物种仅集中保存于个别园所但数量充足,另有些则分散保存于多机构但各点储量有限。虽保护成效各异,但均有助于降低灭绝风险。
数据采集方面: - 通过国际植物园保护联盟(BGCI)PlantSearch数据库(2021)获取基础数据,涵盖种子库与活体收藏。需注意该数据库基于机构自愿上报,数据存在低估可能,但仍是当前最完整的活体资源统计来源(目前仅记录物种级数据)。 - 对报告目标物种的558个国际植物园(分布于67国)开展定向调研,通过国际栎树协会等渠道收集种质级别的野生/驯养群体数据。运用R语言整合调研结果,并采用项目前期建立的同义词库进行数据匹配。
指标4 野外潜在威胁脆弱性评估
除IUCN红色名录标准外,某些特殊威胁信息仍需纳入濒危评估体系。例如气候变化脆弱性量化需要预测特定时段内物种种群或栖息地的损失比例,但此类预测存在较高不确定性。整合了两种创新评估方法:Potter团队2017年开发的美国乔木气候变化脆弱性模型与2019年病害脆弱性模型。该体系通过:文献分析→专家咨询(识别关键影响因子)→空间威胁建模的三维路径,最终得出物种对威胁源(气候变化/病虫害)的敏感性、适应力及威胁强度的综合评价指标——"脆弱性等级"。
对于美国以外物种,研究采用均值替代法:即赋予其与美国已评估物种相同水平的平均脆弱性。此假设虽简化处理,但保证了评估体系的可操作性。该创新方法将物种生物学特征、专家经验与空间建模有机融合,为区域保护策略制定提供了量化依据。
3.3 濒危物种量化评估指标体系的建构机理研究
【濒危价值评分体系构建】 为了评估各目标物种的濒危程度,基于前文指标体系构建了濒危价值评估指标。该指标运用数据驱动方法,通过综合因子加权的濒危价值量化分析,识别高濒危物种并提出优先保护策略。在指标设计中,首列呈现物种名录,每行对应一个目标物种;后续各列加载采集的濒危相关指标数据(即"评估指标"),末列生成各物种的综合评分。下文将系统阐述指标赋分与权重分配机制、总分计算方法以及指标稳健性验证流程。
(1)运算方法
各指标数据输入指标后,通过算法自动计算物种相对濒危值与保护优先级。所有指标采用0-1区间标准化计分:因大部分为分类变量,需对类别进行数值化转换;迁地保护数据采用特殊处理模式——通过对原始数据进行对数转换后进行反向标准化(1至0区间),当活体保存数量越少时得分越高,反之则越低(算法参照Larkin等学者2016年研究)。
(2)指标冗余性检验
为检测各指标间相关性及其信息重复程度,对濒危指标所有物种及单一属种分别进行两两相关性分析(详见补充材料B)。若存在高度相关性(|r|>0.9),则需剔除或降低相关指标权重。在TMA的182个目标物种中,仅发现一组高度相关指标:以野生或人工栽培种质保存的迁地机构数量与其对应的种质资源份数。这两个指标与物种所在迁地保存机构总数也呈现较强相关性(|r|>0.7),这表明BGCI植物数据库的机构数据已能反映重点调查所得种质层面的大部分信息。其余指标相关性均较低(|r|<0.5),证明各指标对物种评估均具独特价值。针对迁地保存类指标的信息冗余问题,采取差别加权策略:对"迁地保存野生种质资源份数"赋予更高权重,其余两项降低权重(具体原因见后续章节)。需说明的是,保留相关指标仍会产生一定冗余,因此替代方案也可考虑直接剔除高相关项。
(3)权重设定
为确保各指标对评估的贡献度体现机构优先任务,采用多层加权体系。首先对TMA项目组10位成员开展问卷调查,将各指标重要性分为五个等级。基于反馈结果,每个指标被赋予0.05-0.30的相对权重(总权重为1)。通过权重调节与数值乘积求和,最终可获得每个物种0-100分的标准化评分。
在此框架下,目标物种的濒危评分分布于9.8至65.8之间。重点保护对象前四名为高丽海棠、长序榆、黄山榆和波依顿栎,而椴树属最优先物种短毛椴位列第九。
(4)指标分析与综合评估
为识别高置信度物种并解构关键影响因素,通过多种情景模拟(如剔除特定指标或改变权重)开展敏感性分析。例如:当排除IUCN红色名录等级时,物种排名将如何变化?为此,在两种权重模式(相对权重均分权重)下,系统计算每个指标剔除后的新型评分,并测试存在/缺失气候变化或病虫害数据时的替代处理方法。该过程最终为每个物种生成18种可能评分。
结果表明,物种排名对权重设定和指标组合较为敏感。部分物种在各情景下排名波动显著。为锁定优先级稳定的物种,设置排名变动阈值(尝试5%、10%、15%、20%四个等级,参见补充材料C),并建立三级稳定性评价体系:统计每个物种进入前1/10、前1/4和前1/3排名区间的频次,最终形成综合保护优先级列表。
在树木园182个目标物种的敏感性分析中,结果显示:一个物种在所有测试方案中持续位居前10%优先级,12个物种稳定保持前25%的优先级,另有15个物种在所有方案中均排名前1/3。值得注意的是,这些高优先级物种与"基准方案"(采用全部评价指标和预设权重)的优先物种存在显著重叠——在敏感性分析中持续位列前1/3的15个物种中,有11个(73%)同时出现在基准方案的前15名。这表明:该濒危指标评估工具对树木园具有实用价值,因主要优先物种的相对评估结果具有稳定性。建议应用该指标的其他植物园需完成两个关键步骤:第一,量化各评价指标间的相关性;第二,针对自身目标物种和评价体系开展敏感性分析,以验证研究结论的稳健性。本研究所用计算代码(含指标相关性计算与指标敏感性分析模块)已开源于GitHub平台。
3.4 与其他研究之比较
本研究基于近期兴起的迁地保育项目价值量化学术探索。Smith(2021)提出了一套适用于植物园等机构的文物价值分类体系,包含"传承性"、"纪念性"和"孑遗性"三类基本价值属性,并列举历史、美学、社会及证据价值等多维度考量要素。Symes与Hart(2021)则重点探讨气候变化对植物保育的影响,提出面向2090年气候预测的适应性转型策略,为墨尔本维多利亚皇家植物园制定了为期20年的景观改造规划。
在多样性研究领域,Griffiths团队(2015)系统评估千年种子库豆科植物的系统发育多样性价值,揭示优化系统发育代表性与保护具有经济价值、濒危且分布受限的物种之间存在权衡关系。Liu等学者(2018)另辟蹊径,从人类利用角度构建评估框架,量化保存物种在农业、医药等领域的实用价值,同步考察种质样本(如种子)的科学传播效能与保存质量,建立包含生境来源、分类学信息等数据质量和存活状态的多维度评价体系。这些价值维度与濒危价值评估形成互补关系(详见后续分析)。
业界实践中,植物园管理软件开发商Botanical Software(Ostgaard等,2021、2022)开发了与机构使命和保藏政策挂钩的综合价值评估模型。通过道斯树木园和剑桥大学植物园案例,该模型动态追踪植株健康度、来源真实性、受胁等级、年龄稀缺性等核心指标,特别强调数据时效性对评估准确性的影响——如物种受胁状态更新滞后可能导致的评价偏差。其应用场景亦突破传统管理边界,为园艺师、捐赠方、理事会及公众提供多元化分析视角。
为验证濒危指标模型的普适性,蒙哥马利植物研究中心(美国佛州)对棕榈科和苏铁类植物开展试点研究。对19个箬棕属物种的评估显示,迈阿密箬棕(Sabal miamiensis)具有最优开发潜力,毛岛箬棕(S. mauritiiformis)则位列末位。值得注意的是,本指标得出的优先等级与Griffith团队(2021)基于馆藏广度和濒危程度的定性评估结果高度吻合,验证了量化模型的有效性。相较传统方法,本体系通过建立量化评价框架,显著提升了物种优先级判定的系统性和可比性。
4 量化植物园物种的濒危价值
在前文中,详细阐述了以TMA四大优先属级乔木收藏为案例,系统阐释了濒危价值量化模型的构建方法。通过采集多维度关键指标数据,据此建立了物种综合濒危等级评价体系。该体系既可为特定物种的强化收集提供决策依据,又能指导园内珍稀品种的精细化管护实践,其研究成果将逐步融入园区管理的决策链条。下文将着重探讨该方法在其他植物园与植物收藏体系中的推广路径。
鉴于各机构使命目标和数据集特征的差异性,濒危价值指标的构建需进行适应性调整。调整方式可包含指标权重系统的动态配置或评价维度的弹性扩展。不同植物园收藏的分类单元可能涉及独特的数据资源,如野生居群近交系数、生理适应性检测数据,抑或是生物地理迁徙史与遗传谱系等特色参数。未来通过多元化数据测试,本评估体系的适用范围与调节弹性将持续得到优化。为便于实践应用,研究者可以下载互动版濒害价值指标进行定制化调试(详见补充材料A):既可以按需筛选目标物种观察优先序列变化,又能重置权重参数、更新物种组合库,甚至根据实际需求灵活增删评价维度。
基础数据支撑
慎重选择用于濒危指标评估的目标物种集合至关重要,此举会显著影响评估结果。机构可根据自身评估目标制定不同分类指南(例如纳入种下单元或杂交种)。需特别注意的是是否包含分类存疑物种,这类物种往往在植物园中保存数量极少,因而可能在指标中获得高评分。评估范围既可涵盖全园多属物种,也可按属分类逐项评估。
评估框架选择
虽然IUCN红色名录能有效量化灭绝风险指标,但需根据评估对象的完成度与植物园使命选用其他框架。例如美国本土类群可采用NatureServe保护状态分级体系(含全球及地区层级),而BGCI的ThreatSearch数据库则可整合全球各类威胁评估,是理想的起點。若目标物种缺乏相关评估,建议在应用指标前优先完成其灭绝风险评估。
数据获取策略
本研究所用数据大多公开易得,唯"迁地收集对野生或人工繁育种质的保存程度"指标除外,该数据需通过标本级迁地调查获取。TMA与BGCI合作开展的此类调查耗时数月,需掌握植物收集标准字段和R等数据处理工具。若无条件进行标本级调查,可采用物种级数据(即保存该物种的迁地机构数量)替代。此外,BGCI正为其植物数据库PlantSearch开发"谱系"模块,未来或能直接提供标本级数据以减少重复劳动。
拓展评估维度
可纳入气候与病虫害脆弱性分析(如Potter团队对美国本土乔木的研究),或整合物种功能性状数据(通过TRy植物性状数据库获取寿命、抗逆性、传播机制等指标)。但实测发现半数目标物种性状缺失且单位不统一,且多数性状与濒危程度无普适关联(如火抗性需结合生境评判)。后续研究可探索保护区覆盖率、物种独特性(见Pence等2022)或栽培种近缘类群的应用价值等指标对指标的补充作用。
加权方案设计与适用指标筛选
濒危价值评估指标中不同指标的权重分配对物种最终排序具有显著影响,这要求审慎权衡各项指标的优先级。通过实施指标加权机制,各植物园可依据自身价值导向与发展目标,定制个性化的评分体系(需注意的是,修改评估指标或权重设置将影响园际间的评价结果可比性)。以实践案例说明:侧重生态恢复功能的机构会优先考量本土物种,而关注遗传多样性保育的园区则需提高野外种质活体保存数量的权重。若特定指标与机构发展方向明显偏离,可将其从评估体系中剔除。在完成指标筛选与权重配置后,针对剩余不确定性因素,建议采用区块化决策机制——例如优先锁定物种排名前25%的群体。这种弱化绝对评分差异的评估策略,既能保证决策有效性,也为同行业机构提供了可资借鉴的解决方案。
生物多样性评估中受威胁物种价值的多元协同关系
在植物物种或活植物收集的价值体系中,受威胁价值并非孤立存在,而是与生物多样性保护的其他维度紧密关联。系统总结了纽约植物园采用的评估指标,并列出了其他可能相关的指标类型。这些指标中,部分以生物多样性保护为核心目标,部分则着眼于其他收集目标。例如,系统发育或演化独特性已被确立为重要的保护标准(文献引注:Winter等,2013;Forest等,2018;Cavender等2015还论及迁地保护中应考虑的其他多样性维度)。基于已建立的种子植物大尺度系统发育树(Zanne等,2014;Smith & Brown,2018),可对系统发育价值进行量化评估。需要特别指出的是,基于演化独特性建立的物种优先级序列可能与受威胁价值评估结果存在显著差异。正如Jerome等(2017)所证实的,由于物种濒危程度与群落分布特征的系统发育信号存在异质性,世界自然保护联盟(IUCN)红色名录等级与系统发育独特性未必总呈现相关关系。
评估指标体系中的两个独立维度——物种生态独特性及其与原产地气候条件的适配性,同样可能与受威胁价值产生不同关联。通过整合公开的气候与土壤数据,既可对比不同物种现有生长条件的空间重叠度,又可预测未来气候条件下植物园的生态适应性。对于目前迁地保护体系中遗传多样性保存较少的物种,应赋予更高的遗传价值权重。鉴于全基因组测序成本限制,现有研究已建立地理分布范围(Hoban等,2018)和种群数量(Hoban,2019)等替代指标来估算遗传多样性水平。对于部分植物园,园艺价值(包括品种稀缺性、特定栽培品种的观赏独特性、表型变异及美学价值等)也可能是收集评估的重要考量。完善的品种档案管理系统(Lobdell,2021)将为量化园艺价值提供基础支撑。
这些多元价值维度的交互作用要求评估系统具备灵活性:植物园可根据自身使命定位选择单一或复合指标。多维度的评估框架更有利于整合不同领域专家(包括收集管理人、科研人员、保育专家、生态修复师、教育工作者等)的智力资源,共同制定科学合理的收集策略。当然,在实际操作中,数据采集(特别是多源异构数据的获取)和多维度数据分析对多数植物园仍具挑战。这提示需要建立标准化的数据共享机制,并开发智能化的评估辅助工具以降低实施复杂度。
表 植物迁地收藏评估指标体系(含热带植物园当前量化的五项指标及其他待考量指标)
维度 | 定义 |
在TMA考察的五个维度 | |
濒危状态 | 物种在野外的稀有性与脆弱性及其在迁地种群中的保护程度 |
环境 | 物种的环境生态位与机构的契合程度以及与其他目标物种相比物种生态位的独特性 |
遗传学 | 迁地种群中物种遗传多样性保存比例 |
园艺学 | 栽培品种的稀有性及其珍贵园艺性状的重要性 |
系统发育 | 物种在全球生命树的进化独特性以及物种对所研究物种收集进化多样性的影响 |
其他值得考虑的价值示例 | |
经济学 | 例如:繁殖便捷性;生命周期;样本的健康状况;若丢失后重新获取的成本 |
教育学 | 例如:参观者的参与度;对植物园至关重要的特定教育信息 |
历史或文化 | 例如:捐赠价值;遗产;模式标本;对原住民的重要性 |
5 结论
在未来几十年中,濒危物种评估标准可能需要持续优化。气候变化对特定植物园物种适生性的影响将日益加剧,这对长寿命物种构成了尤其严峻的挑战。植物园需综合考量:应从偏离现有气候区多远的地域引种物种及基因型?应以何种节奏进行植物的更新迭代?外来昆虫与病原体的入侵扩散也将改变病虫害格局,这些趋势同样需要应对预案。为此,不仅需要动态调整濒危评估指标体系,还应引入对样本健康状态的实时监测。
虽然带有主观成分,但整合了物种生物学特征、既往保护成效与机构价值导向的濒危评估体系,通过科学量化的指标设计与战略性的指标构建(如本研究所示),能够有效支撑植物园的核心使命。与系统发育、生态价值、遗传资源、园艺特色等其他评估维度相匹配,各机构可针对性地选择数据来源、规范字段标准、校准权重分配,打造定制化评估工具。值得注意的是,评估过程本身即为宝贵的管理实践:通过多学科团队协作,管理人员、科研人员与教育工作者共同厘清价值定位,将战略目标转化为可操作的量化框架,为植物收集方向的调整与迁地保护决策提供科学指引。
本研究表明,将濒危价值纳入收集管理应建立持续优化的动态机制。如同TMA项目的实践经验所示,定期开展系统性评估、优化指标体系、根据数据质量提升增删评估维度,特别是对标快速演进的气候风险进行敏捷响应,这一闭环管理机制能为机构发展带来显著助益。濒危评估不仅能帮助植物园确立近期与远期的收集优先级,更可促进其逐步完善植物收集体系,最终支撑机构愿景的实现。在全球植物园共同体加速构建应对气候变化与生物多样性危机的迁地保护网络之际,期待该评估方法能在多机构协作中推广应用,以凝聚更强大的生态保护合力。
结语
当前我国植物园在濒危物种迁地保护实践中,仍普遍存在“临时性收集”现象——物种选择缺乏系统性规划,活体植株来源信息记录不完整,大量迁地保存个体缺乏明确野生来源或遗传谱系数据。这一现状导致保护效能的科学评估与资源优化配置面临显著挑战。莫顿树木园基于量化濒危价值(Endangerment Value)的决策框架为此提供了重要参考:通过整合物种灭绝风险等级(如IUCN红色名录)、迁地保护覆盖度、我国原产濒危物种保育可行性及威胁敏感性等多维度指标,构建科学化、可复制的优先级评估体系。
我国国家植物园体系建设可借鉴其方法论框架,重点推进以下工作:
(1)建立标准化评估体系:参考“濒危价值”量化模型,结合本土生物多样性特征调整权重(如增加区域特有种、极小种群物种的评分权重),开发适配我国植物区系的评估工具;
(2)强化信息记录数据管理:系统采集活体收藏的野生来源、地理坐标、遗传多样性等核心元数据,构建国家级迁地保护物种数据库,为量化分析提供基础支撑;
(3)优化收集管理策略:通过优先级排序筛选高濒危、低迁地覆盖度的本土物种,逐步将“抢救性收集”升级为“目标导向型保护”,重点各园定位区域和重点目标物种等脆弱类群的迁地保护空缺;
(4)促进多维度协同:将濒危价值评估与系统发育独特性、生态功能价值等指标结合,形成复合型决策模型,提升保护网络的综合效益。
莫顿树木园的实践证明,量化评估不仅能破解“保什么”“如何保”的决策困境,更能通过数据透明化促进跨机构协作与国际资源整合。我国植物园亟需将此类科学工具纳入战略规划,以应对气候变化与生物多样性丧失的双重危机。
延伸阅读:Quantifying endangerment value: a promising tool to support curation decisions. (2023). Sibbaldia: The International Journal of Botanic Garden Horticulture, 22. https://doi.org/10.24823/Sibbaldia.2022.1970
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