林木種質資源即森林植物種質資源。作為林木種質資源載體的森林與林木,負載著野生植物、野生動物和微生物的種質資源,是陸地生物(包括農作物野生種及近緣種)基因的“避護所”和“主基因庫”。森林植物種質資源是生物多樣性的重要內容,是實現森林可持續經營和林業可持續發展的遺傳物質基礎與必要前提,林木種質資源保護不僅制約森林生態系統的平衡與發展,而且直接影響到野生生物種質資源保護,關系到國家的生態建設和可持續發展(顧萬春,2005)。
早在1975年,FAO和UNEP便提出了《森林遺傳資源保護方法》,對森林遺傳資源的收集與保存作了較全面的敘述,首次提出了森林遺傳資源“原地保護”(Conservation in situ)、“異地保護”(Conservation ex situ)倡議,將其作為森林基因資源保存的基本方式。直到目前,林木基因資源“原地保護”和“異地保護”仍是較常用的兩種保存方法。森林基因資源的保存策略側重於“原地保護”,普遍認為“原地保護”是物種保存最有力和最高效的保護方法,因為它不僅保證了物種的正常發育、物種在原生環境下的生存能力和種內遺傳變異度,還保護了所在生境中物種個體、種群和群落。因此原地保護被認為是生物多樣性保護的最根本途徑。
1. 林木種質資源原地保存特點
1.1 整個生態系統的保存
“原地保存”是對林木集團或包含林木集團的群體作為生態系所具有的全部遺傳
信息在原生地域進行保存管理。由於原地保存的目的群體作為生態系的壹部分保存於自然環境之中,所以保存對象是通過有性繁殖的,其基因自由組合、交換。由於森林分布面積大、生境各異以及各種遺傳隔離作用,使得林木的遺傳變異極其豐富。遺傳變異豐富的群體作為遺傳資源保存林 ,原地加以保護是經濟有效的。這種保存形式尤其適用於那些采種困難,不易營建後繼林的樹種。關鍵按照不同的生態區,找出這種遺傳變異豐富的保存群體(趙彤堂等,1992)。
1.2 保存群體是接近平衡的群體
原地保存群體與原始群體都處在同壹生態環境之中,沒有新環境下選擇壓的淘汰。
這時保存群體與原始群體沒有區別,在無突變、遷移和選擇幹擾下,它們接近遺傳平衡群體,即在世代相傳中,基因頻率與基因型頻率可基本保持不變(p2+2pq+q2=1),所以這種保存方式是最可取的保存方式,群體遺傳遵守“遺傳平衡”法則(朱之悌等,1992)。
1.3 強調原生境的保存
原地保存強調的是在原環境或原生境下的保存。對於集中分布的永久林分,就進
行原地保存,如種源保存、優良林分保存或劃定自然保護區保存;如無集中永久林分的,就從分散單株或片林上采種造林,於原環境或林分附近的某處集中營造保存林分。
2.原地保存的主要形式
2.1 自然保護區
森林遺傳資源的“原地保護”主要通過建立保護區來實現。自然保護區是壹個廣義的概念,其類型因保護的對象和目的而異。保護區是專門用於生物多樣性和有關自然和文化資源的管護,並通過法律和其他有效手段進行管理的陸地或海域(IUCN,1994)。IUCN根據保護地主要管理目標,把自然保護區分為6類,認為最適合保護森林遺傳資源的保護區有4類,即國家公園(National Park)、資源管理保護區(Managed Resource Protected Area)、生境/物種管理區(Habitat/Species Management Area)、嚴格的自然保護區(Strict Nature Reseve)。
2.2 自然保護小區和自然保護點
對於面積沒有達到建立自然保護區的地方,但又有珍稀瀕危物種分布較集中、分布種類較多,可在面積較小的地方建立自然保護小區,它不受林權等管理體制及專職管理機構的限制,靈活多樣(葛繼穩,1998)。
2.3 禁伐區和封山育林區
對壹些珍稀瀕危樹種集中分布區可以建立禁伐區,既可在壹定時期內進行靜態保護,又可根據植物群落的演替規律對林木進行永續利用。在壹些典型森林生態系統又易受人類幹擾的林分,可以通過封山育林區來保存林木種質資源。
3.林木種質資源原地保存原則與關鍵內容
3.1 林木種質資源原地保存原則
林木種質資源“原地保存”原則主要有以下幾點:①林木種質資源原地保存必須與自然保護區管理相結合。1993年發布的《林木種質資源保存原則與方法》國家標準(GB/T14072-93),規定了設立林木種質資源原地保存區,應盡可能利用國家和地方建立的各種類型的自然保護區和保護林。②林木種質資源原地保存優先樹種的確定,不僅考慮它的稀少程度,而且應考慮它的社會經濟價值和遺傳資源枯竭的情況。③林木種質資源就地保存必須與森林經營措施相結合。對於壹些珍稀瀕危樹種,群體自身繁殖能力弱,需要采取相應的森林經營措施保持適當的群體大小。④林木種質資源原地保存必須與天然林保護工程相結合。天然林保護工程對自然保護區、江河源頭、高山陡坡等生態極脆弱地區的天然林實行封禁保護,使天然林分能夠維持更完善的生態結構,生產力和生物多樣性得以提高和維持,使生態能持續地得到改善。林木種質資源保存應結合天然林保護工程,擴大保存範圍和重點保存對國家生態建設的關鍵森林植物種。⑤林木種質資源原地保存必須與國家生態建設相結合。對於國家西部生態建設的重點喬、灌樹種應優先考慮。
3.2 林木種質資源原地保存關鍵內容
有效的遺傳資源原地保存方案具有以下幾個關鍵內容:①林木種群遺傳多樣性的鑒別;②特定地點及地點配置的選擇;③確定保存目的樹種、樣本策略和制定設計方案;④保證種質資源的測定、評價有效利用計劃;⑤保存地的永久管理,對已經有管理活動的地區,地點的確定必須與當地的多種利用目的相結合,以便容易進行管理和收集活動(顧萬春,1996)。
4.林木種質資源原地保存技術
林木種質資源原地保護區面積必須考慮到保存林木群體的生態和遺傳穩定性。《林木種質資源保存原則與方法》國家標準(GB/T14072-93)規定針葉樹種保存面積為100 hm2以上;闊葉樹種為50 hm2以上;珍稀瀕危樹種為25 hm2。
作為原地保存目標,如保存優良種源時,應首先進行種源試驗,以了解優良種源區的所在地點,這時必需在樹種的全分布區範圍收集種子,包括全分布區取樣(粗網)和局部地區取樣(細網)兩種,以弄清變異的規律及優良種源的地點。粗網取樣,可以以種源、林分為單位,進行混合取樣;但細網取樣,必須以母樹為單位,單點采收單播,以評價各種源之內和種源(點)之間的遺傳變異。取樣的林分數目和地點應與環境和林分變化的復雜性相符合。在林分內取樣,可以隨機,也可以有選擇地進行,但不同林分間的做法必須壹致。優良種源或林分確定後,便開始保存。希望保存的林分或種源滿足基因庫作用所需有的效益,就必須考慮保護區的規模、樹木和分布。原地保存時,保存的數目和面積都有壹定的規定,才能維持壹個穩定的生態系統和壹個種所要求的變異幅度和穩定水平(朱之悌等,1992)。
保護區與就地保護之間存在明顯的聯系,但也有區別,通常保護區的目的是保護野生生物或生態系統或者保護文化和風景區,就地保護的目標是在目的原生境中管理目的種,著重於遺傳基礎及生物多樣性。
生態系統的保存需要占據較大的面積,而遺傳資源的保存不同,不必保存大量含有同樣所期望基因綜合體的個體,主要需要管理保護的林分,能維持理想的遺傳組成,壹般幾千株樹就足以建立有效的基因庫,即能夠保持自體的更新能力的群體。同時要註意對極端環境和邊緣群體的保護,因為在極端環境和邊緣群體中,其基因頻率可能不同於主要群體的基因頻率,可能產生具有特殊潛在價值的變種或生態型(王明庥,1993)。
1) 對於大面積分布樹種:對於大面積分布的樹種,原生境中劃定壹定面積能夠包
括所有形成森林主要樹種的種群組,在數量上保證足夠的總體完整性即可。
2) 對於零散分布樹種:對於廣域分布的散生闊葉樹種,例如楊樹、泡桐,由於他
們不能形成穩定的自然群落,所以無法進行單樹種的原境保存。但是,他們在森林群落裏有零散分布,與其他樹種***同組成穩定的混交森林生態系統,從而形成相對穩定的混交的森林自然群落。在這樣的群體裏,各林木在進行多世代繁育中,都能保持各自穩定的基因和基因型頻率,從而實現了不能獨立形成長期穩定自然群落的散生闊葉樹種的原境保存(侯元凱,1996)。
5.林木種質資源原地保存現狀
我國森林類型自然保護區已初步形成全國性網絡,具有壹定基礎,但與我國森林生態系統多樣性保護的要求相比,及作為世界生物多樣性最豐富國家相比尚有很大差距。在保護區分布、管理、分類體系方面存在不少問題,直接關系到自然保護區功能的發揮和遺傳資源保護的成效。遺傳資源保護如亞熱帶常綠闊葉林分布比較集中的福建、湖北、浙江、廣東等省,自然保護區面積與森林資源擁有量還不適應,有待加強(薛達元,1995)。
5.1森林類型自然保護區成林木種質資源原地保護的主體
截止2002年底,我國已建立了1757個不同級別的自然保護區,其中國家級保護區226個,全國自然保護區總面積132.9 km2,陸地保護區面積約占陸地國土面積的13.2%。我國的自然保護區分3大類別9種類型,至2001年底,全國***建立森林生態系統類型保護區769個,面積2245.08hm2,占全國自然保護區總面積的49.58%(解炎,2004)。另建有野生植物類型保護區111個,面積212.99 hm2。兩者面積合計2 245.8 hm2,占全國森林總面積的17.6%。
森林生態系統類型保護區的建立不僅有效地保護了大量的森林資源,更重要的是保護了各種具有典型性和代表性的森林生態系統。我國已建立的森林類型保護區不僅數量較多,為全國自然保護的主體;而且分布較廣,遍布全國所有林區和生物地理區域,代表著各種森林類型。建立了寒溫帶針葉林、溫帶針闊混交林、暖溫帶落葉闊葉林、亞熱帶落葉、常綠闊葉林及熱帶雨林的保護區。
5.2 自然保護區雖然數量多,但“原地保存”工作落後
目前中國自然保護區數量、面積有了大幅增加,但保護區管理工作卻因種種原因(經費投入太少、人員不夠)滯後了。例如現有的各級各類保護區中已建立管理機構的僅占1/2;管理人員中,專業技術人員只占1/3,且大學本科以上學歷者很少;省級以下的保護區大多沒有開展全面的資源清查工作;國家級以下的自然保護區基本沒有進行科研工作等等。落後的管理造成植物的“原地保護”只停留在較低級的水平上,受影響最大的當數稀有瀕危植物(胡敏,2002)。
5.3 保護區類型不齊全,尚無建立專門針對遺傳資源保護的保護區
許多國家已建立了專門針對木本植物遺傳資源保護的森林遺傳資源保護區(Forest Genetic Resources Reserves, FGRR),許多熱帶國家已進行了這方面的工作。FGRR對木本植物遺傳資源保護和熱帶林長期管理方法的制定非常重要,可以說是木本植物遺傳資源“原地保護”的主要方法。例如馬來西亞的FGRR建立於1950年,1984年國家森林法通過,代表馬來西亞的森林類型有很好的記錄和保護措施,在天然林管理及管理制度方面的重要性越來越大,對其他國家有指導意義。目前,馬來西亞***有80個FGRR,總面積達19 000hm2 (許定發,1993)。至2001年底,全國***建立森林生態系統類型保護區769個,但尚沒有建立專門針對遺傳資源保護的保護區,對遺傳資源保護不夠。
5.4 已建立的保護區尚未開展遺傳資源的相關管理活動,影響遺傳資源的保護
已建立起來的保護區尚缺乏相應的管理目標、協調和統壹的管理體制,甚至尚無建立相應的管理機構,缺乏合理清晰和靈活的保護區法律框架,在保護區規劃、管理等方面存在很多問題,如濫砍濫伐、過度放牧、外來種入侵、保護區內非法耕地、過度發展旅遊業等,導致保護區內生物多樣性的喪失還在繼續,與此相關的林木種質資源保護受到很大影響。很多保護區僅維持日常的管理工作,根本無條件開展物種資源調查、群體遺傳學、生態學的相關調查,到目前為止,我國幾乎沒有壹處保護區進行過以維持樹種的遺傳多樣性為目的的科學管理,因此,我國的自然保護區建設與遺傳資源保護的要求相差甚遠。
6.林木種質資源原地保存對策
6.1 將維持樹種遺傳多樣性列入保護區重要管理工作之壹
要發揮自然保護區對林木種質資源有效的就地保護作用,就應加強保護區的建設和管理,建立健全各級保護區的管理機構,加強經費投入,培訓各級管理人員,提高管理水平。自然保護區或國家公園都兼有就地保存基因庫的功能,其主要優點是保存了生態系統,使林木可繼續進化,所以需要在自然保護區的功能區中劃出壹小片永久性樣地,長期檢測群體的變化。其基本原則是要求保存足夠的遺傳多樣性,使物種得以充分發揮其進化潛力。
6.2 原生境的保護和恢復是林木種質資源保存的關鍵
生境中的水、熱、土壤因素及其配制是保護植物生長發育繁殖的基礎。而每壹種珍稀瀕危植物都有著壹定的生長環境,它在特定的生態環境中和其他植物之間構成了相互依存的群落關系。當這些生態幅度較窄的珍稀植物種群的生境遭到破壞,植物就會隨之減少或消失。所以只有保護好這些物種的生境,才能保存這些珍惜瀕危植物。
6.3 對瀕危樹種需要采取適當的人工經營措施,使群體能夠恢復,達到繼代保存的目的
對於分布相當局限的珍稀瀕危植物,壹般種群受生存壓力較大,面臨分布區和種群縮小,天然更新不良等因素,因此需要采用人工促進天然更新方法,就地繁育、恢復和擴大種群數量,達到繼代保存的目的。
6.4 建立森林遺傳資源保護區或遺傳資源保護區功能區
根據所建自然保護區類型及特點或自然保護區功能劃分,建立森林遺傳資源保護區或在自然保護區內建設森林遺傳資源保護功能區,使遺傳資源保護切實落到實處。對於壹些資源少、分布點單壹的珍貴樹種,建議采用自然保護點和禁伐區的方法進行保護。
6.5 建立就地保存遺傳多樣性數據管理體系
徹底清查各自然保護區內珍稀瀕危、經濟價值、生態價值重大的植物狀況,摸清群體現狀,包括生境、分布形態特征、群體大小以及生態學和遺傳學特征等,建立系統的科學檔案和植物遺傳多樣性數據庫,從而根據各自的特點確定具體的保護措施。同時還應建立生態觀測站,對其群落及生態系統進行長期檢測,及時總結相關數據信息,為保護工作提供科學依據。
6.6 重視自然保護區以外的原地保護工作
自然保護區是生物多樣性保護的最重要的途徑,但需要大量的人力、物力,保護區的數量和面積終究有限,對於大量位於保護區之外的珍稀瀕危物種,他們受到的環境壓力和社會威脅更大,瀕危滅絕的幾率更大。因此,應加強自然保護區以外的原地保護工作,各地林業部門要堅決禁止煉山和掠奪性開發,對山林采取“全封”、“半封”或”輪封”的措施,切實保護好當地鄉土樹種種質資源。
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