《Biological Conservation》：Data-driven optimisation of national botanical garden systems for
ex situ conservation
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本文推薦一項旨在優(yōu)化國家植物園系統(tǒng)建設的研究。面對現(xiàn)有植物園系統(tǒng)缺乏客觀空間規(guī)劃的碎片化問題，研究人員開發(fā)了一個數(shù)據(jù)驅動框架，通過整合物種覆蓋度、獨特性與互補性來優(yōu)化植物園系統(tǒng)的規(guī)模與配置。研究表明，優(yōu)先遴選16個現(xiàn)有植物園并新建5個，可潛在保護中國73.2%的維管植物，為生物多樣性豐富國家加強植物園網(wǎng)絡提供了一個可推廣的模型。
植物多樣性是人類福祉的基礎，但人類活動和氣候變化正導致其以前所未有的速度喪失。盡管遷地（ex situ）保護（即將植物從原生境遷至植物園、種質庫等機構進行保護）是自然保護地（in situ）策略的重要補充，但全球許多國家植物園系統(tǒng)因缺乏客觀的空間規(guī)劃而存在布局分散、功能重疊等問題。中國植物資源極其豐富，擁有超過3萬種維管植物，但超過10%的物種面臨滅絕威脅。雖然中國已啟動國家植物園體系建設，但現(xiàn)有規(guī)劃缺乏量化的選址標準，且全國29個主要植物園的遷地保護現(xiàn)狀、覆蓋盲區(qū)及優(yōu)化路徑尚不清晰。因此，亟需一個科學的評估與規(guī)劃框架來提升國家植物園體系的效率、代表性和韌性。
為了回答如何優(yōu)化國家植物園系統(tǒng)這一核心問題，研究人員收集了來自中國29個主要植物園的49,308條活植物收集記錄，并結合了覆蓋全國943個網(wǎng)格單元的156萬條本土維管植物分布數(shù)據(jù)。他們提出了一個名為本地植物區(qū)系遷地保護覆蓋度（CCLF）的關鍵指標，用以評估植物園對其周邊地區(qū)本土植物的保護效果。研究運用了多種關鍵分析方法：首先，采用基于S?rensen指數(shù)（βsor）及其分解成分物種周轉（βsim）和嵌套性（βnes）的相似性分析，結合等級聚類和非度量多維尺度分析（NMDS），來探究植物園活植物收集的物種組成相似性與地理格局。其次，采用了一種基于互補性的排序算法，優(yōu)先選擇覆蓋最多未被代表物種的網(wǎng)格單元，來識別未來新建植物園的優(yōu)先區(qū)域。最后，通過K-均值聚類（K-means clustering）識別累積保護曲線上的拐點，以確定國家植物園（NBG）的遴選標準。
當前植物園遷地保護現(xiàn)狀
結果顯示，29個植物園共保護了12,753種本土維管植物，占全國總數(shù)的42.1%。其中，西雙版納熱帶植物園（XTBG）、華南國家植物園（SCBG）和武漢植物園（WBG）保護的物種數(shù)最多。但不同植物園的保護表現(xiàn)差異巨大，部分植物園物種稀少。在本地植物區(qū)系遷地保護覆蓋度（CCLF）方面，排名靠前的植物園在最小空間尺度（N1）上對本地物種的覆蓋率超過50%，但隨著空間尺度擴大，覆蓋率普遍下降。研究還發(fā)現(xiàn)，對具有經(jīng)濟價值的物種的保護覆蓋率普遍高于特有或瀕危物種，顯示出一定的收集偏好。
活植物收集的相似性分析
基于物種組成周轉（βsim）矩陣的聚類分析將29個植物園清晰地劃分為六個地理上連貫的組，各組植物園在生態(tài)背景和保護側重點上具有一致性。例如，西華西高山植物園（WCSBG）單獨成組，專注于保護橫斷山區(qū)的杜鵑花屬（Rhododendron）植物；而東部和華中地區(qū)的12個植物園則主要保護亞熱帶類群。相似性分析進一步揭示了顯著的物種組成嵌套現(xiàn)象，即許多物種較少的植物園其物種組成是物種豐富植物園（如SCBG、XTBG）的子集，這導致了功能冗余。
國家植物園優(yōu)先遴選與新園建設區(qū)域識別
基于互補性排序算法，研究識別出11個現(xiàn)有植物園作為國家植物園的核心組成部分，它們共同可保護全國39.5%的維管植物，接近全部29個園的總和。進一步分析確定了5個缺乏現(xiàn)有植物園覆蓋的高優(yōu)先級網(wǎng)格區(qū)域（如位于藏東南的網(wǎng)格1613），作為新建國家植物園的候選地。最終，研究提出了一個“16 + 5”的優(yōu)化模型，即優(yōu)先確立16個現(xiàn)有植物園為國家植物園，并在5個關鍵區(qū)域規(guī)劃新建植物園。這一組合預計能保護全國73.2%的維管植物，并覆蓋中國大部分主要氣候區(qū)、植被區(qū)和植物區(qū)系。
研究結論與討論
本研究揭示了當前中國植物園遷地保護存在資源分配不均、空間布局失衡、對經(jīng)濟物種的偏好以及物種組成高度冗余等問題。針對這些問題，研究提出的數(shù)據(jù)驅動優(yōu)化框架，通過整合物種覆蓋度（CCLF）、組成獨特性（LCD）和互補性分析，為國家植物園系統(tǒng)的科學規(guī)劃提供了量化工具。
研究結論強調(diào)，所提出的“16 + 5”模型能夠顯著提升國家植物園系統(tǒng)的分類學廣度、減少不必要的收集冗余，并改善地理代表性。該框架不僅為中國，也為其他生物多樣性豐富但植物園系統(tǒng)分散的國家，提供了一個可轉移的模型，以建立生態(tài)上具有代表性、功能上互補且制度上整合的遷地保護網(wǎng)絡。未來，為實現(xiàn)更有效的全球植物保護，需要在統(tǒng)一的制度框架下加強國家間的協(xié)調(diào)治理與角色界定。研究也指出了當前分析的局限性，例如未完全涵蓋所有遷地保護機構、缺乏遺傳多樣性定量評估，以及未將可行性因素（如基礎設施）正式量化納入模型。盡管如此，這項研究為在氣候變化和人為壓力下加速的生物多樣性喪失提供了關鍵的策略見解和規(guī)劃工具。
