在城市中构建濒危植物微避难所的保护生物学理论与实验研究

Development of multi-approach to protect endangered plants outside the nature reserve has become one of the research focuses of conservation biology. The rapid-expanding and diverse urban green space can provide potential habitats for endangered plants. The project analyzes the realized niche (light, water, nutrition and etc.) and basic niche of the endangered plant species, and their adaptability and tolerability of the urban environment (O3, SO2, nitrogen deposition, night lights and climate change, etc.) through ground-based observations, remote sensing and geographic information systems, controlled experiments and model simulation. By means of constructing space analytic hierarchy model for endangered plant survival factor, we distinguishes the basic habitat needs of endangered plants with different life history strategies (competition, interference tolerance and stress tolerance type), in order to get distribution pattern of the potential habitats in the urban area. We conduct endangered plant cultivation experiments along a habitat suitability gradient in urban green space, and continuously observe the growth, morphological, physiological and ecological traits of these plants to analyze their adaptability in urban habitats. By analyzing the niches, the life history strategies and micro-habitat characteristics of the endangered plants in urban green space, this project aims to identify the basic elements of building micro refuges for endangered plant in urban green space. The results will contribute to the development of conservation biology and the establishment of the methodology of protecting endangered plants within urban green space .

在自然保护区基础上发展多途径濒危植物保护机制已成为保护生物学的研究热点之一。快速扩大和多样化的城市绿地可成为濒危植物的潜在生境。本项目通过地面观测、遥感与地理信息系统、控制实验和模型模拟等手段，分析所选5个濒危种的实际生态位（光、水、营养和植被等）、基础生态位以及对城市环境（O3、SO2、氮沉降和夜间灯光等）的适应性和耐受性。通过构建濒危植物生存因子空间层次分析模型，判别不同生活史策略（竞争型、干扰容忍型和压力容忍型）濒危植物的基本生境需求，获取城市中对所选濒危种具有不同适宜度的潜在生境的空间分布格局。在城市绿地设立生境适宜度梯度的濒危植物栽培实验，通过连续观测濒危植物的生长、形态和生理生态性状，分析其在城市生境中的适应性。通过分析濒危植物的生态位、生活史策略及城市绿地微生境特征，找出利用城市绿地构建濒危植物微避难所的基本要素，发展保护生物学原理，构建以城市绿地保护濒危植物研究的方法体系。

发展多途径濒危植物保护机制已成为热点之一。本项目选择了不同生活史策略的濒危植物，通过对濒危植物分布区的野外地面观测、遥感识别和分析、种植园控制实验和模型分析等手段，分析了濒危植物种的实际生态位（自然分布区的植被、位置、光、水、热量、土壤、营养等因子）、基础生态位（种植园中对因子的需求）及对城市环境（氮沉降等）的响应。在此基础上构建濒危植物生存因子层次模型，判别不同生活型和生活史策略濒危植物的基本生境需求，获取城市中对所研究濒危种具有不同适宜度的潜在生境的空间分布格局。通过野外调查和濒危植物的控制实验研究，发现灌木夏蜡梅在绿地中的潜在生境是林缘内侧，在光强和风速之间有权衡；冬绿多年生草本明党参的时间生态位与亚热带地区绿地中落叶树的无叶期基本重合，因而可与上层乔木发生生态位互补；一年生植物杭州石荠苧属于干扰忍耐型策略种，野外林地的恢复使其在原分布地点已经几乎绝灭，目前的种群都是人为扩繁的；孑遗种乔木银杏、水杉在中国城市中已经广布：从东部城市扩展到新疆西部城市，从中亚热带扩散到华北（东北）和华南城市。在获得多个城市的绿地生境信息后，通过生态因子分层次模型匹配出绿地中潜在生境的空间格局，并进行了一些验证。通过多个类型濒危种的研究发现了“城市趋同”引起的不同气候区的城市绿地生境变化有利于濒危种分布扩张到原来的野外分布区之外。由于城市中人类的偏好是绿地配置的关键因子，从而本研究开发出一种评价绿地文化服务的新方法。对于城市绿地中已引种的濒危植物，构建非破坏性模型监测其生长、形态和生理生态性状，分析其在城市生境中的适应性。上述研究通过分析濒危植物的生态位、生活史策略及城市绿地微生境特征，找出了构建濒危植物微避难所的基本要素，加深了对濒危种和城市绿地的理解，拓展了濒危植物保护的原理。同时，还构建以城市绿地保护濒危植物研究的方法体系。最后，提出人工辅助其自维持的策略，具有实践意义。