生物多样性研究浅述

文章编号:1001-7380(2006)03-0045-04

生物多样性研究浅述3

朱学雷1,颜　超2

(1.江苏省林业技术推广总站,江苏南京210036;2.南京大学生命科学学院,江苏南京210093)

摘要:生物多样性是当今社会的热点问题,人类生态环境意识的加强和生物多样性所面临的严峻局面,使得人类更加关注这个问题。简要介绍了生物多样性的定义、内涵、意义及其研究进展和国际社会对此所采取的措施等方面内容,并对江苏省生物多样性的保护状况作了简要评述。

关键词:生物;多样性;浅述

中图分类号:Q16　　文献标识码:A

1　生物多样性的定义、内涵及意义生物多样性是地球上所有生命形态的总和,包括生物的遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性等。生物多样性是地球经历了40亿a以上的自然演化而形成的,是地球上最宝贵的自然资源。它不但给人类社会提供了生活所必须的各种食物、药物、纤维、建筑材料等,而且在保持水土、调节气候、维持自然平衡等方面起到了举足轻重的作用,表现为经济效益、生态效益和社会效益三者的高度统一,成为人类社会持续发展的支持系统[1]。但是由于人口数量的膨胀和人类对自然界干预能力的发展,造成景观的破碎,一些生态系统消失或退化,野生生物物种大量绝灭,生物多样性下降。生物多样性的危机就是人类的危机,生物多样性的稳定和维持对人类社会的可持续发展至关重要[2]。因此,生物多样性的保护受到空前的重视。开展对生物多样性的研究,已经成为当今生物学、生态学,乃至人文科学的热点之一。

近年来,随着生产的发展和技术的进步,物种资源正遭到过度的开发利用。许多地方不但生物资源已陷入枯竭的境地,而且它们所栖息的生境也在不断地恶化。已知鸟类和哺乳动物灭绝的速度在1600～1950年间增加了4倍。到1950年,记录了鸟类和哺乳类动物的灭绝速度每100a分别上升到115%和110%。从1600年以来大约有113种鸟类和哺乳类动物已经消失。在1850到1950年间,鸟类和哺乳类动物的灭绝速度年均1种,对于大多数生物类群来说,1个种的平均寿命为100万～1000万a,所以按目前的1000万个物种计算,每年只有1～10个物种可能消失,但现在这一数字是它的1000倍[3]。如果这种趋势再继续发展下去,到2050年地球将有1/4的物种陷入灭绝的境地,从而直接威胁到人类本身的幸福和生存[4]。中国是生物多样性特别丰富的国家(megadiversity country),以高等植物为例,中国有约3万种,美国和加拿大两国之和约118万种,整个欧洲仅112万种,而我国人口众多,环境压力很大,因此对于生物多样性的调查和保护更是迫在眉睫[3]。

2　生物多样性研究进展情况

生物多样性既是生物资源丰富多彩的标志,也是生物之间以及与其生存环境之间复杂的相互关系的体现。它是对自然界生态平衡基本规律的一个简明的科学概括,也是衡量生产发展是否符合客观规律的主要尺码。目前主要从下面4个水平上来研究和分析生物多样性。

2.1　生物遗传多样性

是指种内基因的变化,包括种内显著不同的种群间和同一种群内的遗传变异。种内多样性是物种水平以上各水平多样性的最重要来源。遗传变异、生活史特点、种群动态及其遗传结构等决定或影响

3收稿日期:2005208201;修回日期:2005212205

作者简介:朱学雷(1974-),男,浙江临海人,工程师,硕士,主要从事林业技术推广工作等。

着1个物种与其他物种及其环境相互作用的方式。而且,种内的多样性是1个物种对人为干扰进行成功反应的决定因素。种内的遗传变异程度也决定其进化的潜势。所有的遗传多样性都发生在分子水平,并且都与核酸的理化性质紧密相关。新的变异是突变的结果。自然界中存在的变异源于突变的积累,这些突变都经受过自然选择。一些中性突变通过随机过程整合到基因组中。上述过程形成了丰富的遗传多样性[5]。

2.2　物种多样性

物种多样性指物种水平的生物多样性,它是地球上有机体变异的一个概念。用一定空间范围物种数量和分布的频度来衡量。由于自然界中生态系统、物种和基因多样性的复杂性,生物学家尚不能全面地、准确地对生物多样性的变化作出估价,因此,有关生物多样性的研究多局限于物种多样性[6]。2.3　生态系统多样性

生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境的差异、生态过程变化的多样性。其概念与生境的变化有关,也与物种本身的多样性和兴旺的程度相关。生境指的是无机环境,它提供了能量、营养成分、水分、氧、二氧化碳,使整个生态系统正常地进行能量转换和物质循环的复杂过程,从生产、消费到分解,保证了物质的持续演变和发展[4]。

2.4　景观多样性

景观多样性指景观在结构、功能以及随时间变化方面的多样性,它揭示了景观的复杂性[7]。景观是地球表面的一种空间单位,是人与环境在空间上和时间中作用在地球表面的表现。具体表现为地形、植被、土地利用和群落格局相结合形成的一种特定构型,它凝聚着某种自然和文化过程与活动,是比生态系统更高一个层次的地表系统。景观结构主要指景观元素的大小、形状、类型、数量及空间相合,景观结构及其变化是自然、生物和社会要素相互作用的结果,影响着物种的分布、动物的运动、营养元素的迁移、地表径流和土壤侵蚀。景观功能是指物质能量和物种在景观元素之间的流动,长期的物质和能量流动可改变景观结构,同时又受到景观结构的制约。景观动态是指景观结构和功能随时间的变化过程。自然干扰、人类活动和植被内源演替是景观动态变化的主要原因,动态变化的结果既可增加景观的多样性,又可减少景观的多样性。景观多样性包括景观类型多样性、结构多样性和斑块多样性。景观类型多样性是指景观中类型的丰富程度和复杂度;格局多样性指景观类型空间分布的多样性及类型之间的空间关系;斑块多样性是指景观中斑块数目及形状等特征的多样性[8]。

上面是生物多样性的4个不同的层次,对于每一个层次,理解和表达它一般着眼于以下2个方面: (1)物种的丰富程度:指一定空间范围内物种的总数,常被用作考虑生物多样性最简单的表达方式。

(2)物种的优势度和均匀程度:指各个物种在一定区域或一个生态系统中分布多少的程度。一般来说,大多数种类是分布均匀的,如果在一个生态系统中优势种很明显,它的生物多样性便不会高[4]。

其中群落多样性是生物多样性的各个层次中研究最早的层次,它是指生物群落在组成、结构、功能和动态方面表现出的丰富多彩的差异。在一定的景观区域内,首先感知的是景观的异质性,而景观的异质性格局也是由生物群落的多样性决定的。群落多样性研究的理论意义在于认识群落的结构和功能。群落多样性研究的实践意义主要包括保护与监测2个方面[9]。从实践上考虑,最好能确定一种或几种多样性指数作为首选指数,这样可为不同地区、不同类型或不同学者的研究结果比较提供可能。目前一般使用的指数有:物种丰富度(S),Shannon2W iener 指数(H),Si m p s on指数(D)、对数级数分布参数α和Margalef指数(D

mg

)等。此外,物种多度分布模型也越来越多地应用起来,它比单一的多样性指数提供了更多的有关多样性的信息,是多样性测度中不容忽视的方面[10]。

有人也把生物多样性分为:(1)生态多样性:包括生物气候区、生物区、景观、生态系统、生境(栖息地)、种群;(2)物种多样性:包括界、门、纲、目、科、属、种、亚种、种群、个体;(3)遗传多样性:包括种群、个体、染色体、基因、核苷酸;(4)文化多样性:包括各个水平与人类所产生的相互作用和影响。

物种多样性在地球表层时空结构中的分布不均匀,存在梯度变化。所谓物种多样性的梯度特征是指物种多样性的大小随着某一梯度方向有规律的变化,这种梯度变化可以表现为纬度、经度、海拔(陆地)、深度(水体),也可表现为时间上的梯度。这种梯度变化使得物种多样性在地球表层呈现出繁多的分布格局,它包括空间梯度格局和时间梯度格局[11]。

江　苏　林　业　科　技第33卷对于多样性这种梯度的特征,早在19年,就有人试图寻求其内在机制。Connell[12]等认为对于一个稳定的环境,生物用于调节的能量越少,使得越多的能量用于生长和繁殖,这样就能维持一个大的种群,并增加了种间联结的机会,也就保持了越多的能量变异。Pianka[13]总结了当时有代表性的6种学说:

(1)时间学说。“地质干扰史”理论假定所有群落随着时间都将趋向于多样化,所以较古老的群落具有较多的物种;

(2)空间异质性假说。该学说认为环境复杂性有一个普遍的趋势,即随着纬度的降低,复杂性增加。物质环境越不均匀,越复杂,所维持的植物和动物种群也就越复杂和多样;

(3)竞争学说。该学说认为温带地区的自然选择主要受恶劣的物质条件控制。而在热带地区,生物竞争则是进化的一个很重要的部分;

(4)捕食学说。它认为在热带有更多的捕食者和寄生生物,足以抑制猎物种群的增加以引起它们之间激烈的竞争。低水平的竞争可以使得更多的猎物种群共存。新的猎物种群反过来又能维持新的捕食者的生存;

(5)气候稳定性学说。根据这一学说,具有较稳定气候的地区,由于资源相对稳定,可以容许有更微小的特化和适应。这也导致了更小的生态位和更多的物种共存于同一单位生境空间里;

(6)生产力学说。它认为在其他条件都相同的情况下,高的生产力会导致高的多样性。热带地区生态系统的生产力显然要高于温带地区生态系统的生产力,因此其物种多样性也高;

随后,Pianka[14]又增加了4种学说:

(7)生态时间学说。该学说所指的时间跨度较短。因为有的生境如小块沙丘,隔离的岛屿,遭雷击而烧毁的森林,具有较低的物种多样性,完全是由于种子还没有传播到造成的;

(8)环境的可预测性学说。它认为气候条件的许多方面虽然不断随时间的变化,但是完全可以预测的。这使得许多有机体能够进化出依赖于这种气候条件变化的物种;

(9)初级生产的稳定性学说。该学说认为具有稳定可预测的物质生产格局的地区,应该能允许更多的物种共存;

(10)稀疏作用学说。认为许多非密度制约型物种分布在同一空间里,会使得竞争相对减弱;

随着生态学研究的不断深入,此后又出现了2种新的学说:

(11)种群间相互竞争的非平衡学说。认为在非平衡条件下,物种多样性的差异强烈地受竞争性替换速率变化的影响,而诸如相对竞争力,生态位分化等因素,可能不是特别的重要,这一点对于生物多样性的维持尤其重要[15];

(12)生物多样性的能量—稳定性—面积学说。这一学说是目前最新的有关物种多样性格局的学说。该学说认为系统获得越多的太阳能,气候越稳定,面积越大,其生物的多样性也就越高[16]。

这12种学说可划分成属于环境因子和生物因子2类,在决定物种多样性空间格局的因素中,环境因子是首要的,其次是生物的作用。而生物多样性的能量2稳定性2面积学说,在很大程度上可说是对以前学说的总结和补充。

我国幅员辽阔,自然地理条件复杂,加上特殊的地质历史和长期的人工栽培和驯化,形成了丰富多彩生物种群和生态系统。但是由于人们只注意到生物资源的实用价值,而忽视生物多样性对稳定环境、保持持续能力等方面的间接价值导致目前我国生态多样性存在很多问题:(1)生态系统遭到破坏;(2)生物物种深受威胁,加速灭绝;(3)遗传种质资源锐减,遗传多样性急剧丧失[17]。

当前生物多样性之所以受到严重威胁的主要原因是:(1)大面积的森林采伐、火烧和垦殖农作;(2)草地过度放牧、垦殖;(3)生物资源的过分利用;(4)工业化与城市化的发展;(5)外来种的大量引进或侵入;(6)无控制的旅游影响。

江苏省地江下游全省地势平坦,江河密布,湖泊众多,地处亚热带北缘,为亚热带向暖温带过渡地带。森林植被由北部的落叶阔叶林逐步过渡到落叶、常绿阔叶混交林到南部的常绿阔叶林。根据植物志统计,江苏省维管束植物192科占全国种属数的812%,其中木本植物占全国总数的10%。但因江苏气候具南北交流的特点,植物的地带性分布较明显,由北到南植物种类由简单渐趋复杂,并且有许多相邻省份的植物种类森林植物,此外中国特有的种属在江苏也有较多的种类[19]。平原地区的土地利用程度很高,垦殖指数达60%,农作物种类繁多。江苏爬行类区系是由南北二部分及中间的过渡地带组成的复合体,周开亚报道江苏共有爬行动物47

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第3期朱学雷等:生物多样性研究浅述种。由于江苏省的地理位置所致,两大界(古北界与东洋界)的动物持续地相互渗透,导致爬行类区系的南北交杂[18]。在江苏的湖泊和沿海岸带也分布着丰富的鱼类和鸟类等种群。

其中江苏省具有17种珍稀濒危保护植物[19],分别是银缕梅、宝华玉兰、秤锤树、金钱松、琅琊榆、青檀、榉树、香樟等。这17种植物隶属13科16属,所包含的分类群多样性程度高,且小叶银缕梅、香果树、秤锤树、金钱松等为系统位置孤立的单种属或寡种属。江苏的湿地也分布着许多珍稀濒危动物[20]:丹顶鹤、白鹤灰鹤、白鳍豚、中华鲟等,它们来到江苏沿海及内陆湿地越冬或分布在长江流域中。珍稀濒危保护植物往往个体数量少,分布零星稀散,多为伴生树种和偶见种。这些物种大多分布在苏南,人类生产活动的频繁引起生境片断化,使其北缘具有边缘效应,加上人类的直接破坏,使原生境遭到严重破坏,种群个体数量稀少,物种处于严重濒危状态。

3　生物多样性的保护措施

生物多样性构成了地球上丰富的生物资源。它们是地球40多亿年以来自然界生物进化所留下的最宝贵的财富,是人类社会赖以生存和发展的前提,是生命支持系统最重要的组成部分,并对维持生态平衡、稳定环境具有关键性作用。生物多样性保护已经成为了当今重要的课题,主要从以下几个方面讨论对生物多样性的保护措施[20]:(1)完善生物多样性保护的和法规;(2)进一步发展自然保护区,就地保存,建立生物多样性管护网;(3)迁地保存,移植到适其生长的地域;(4)积极开展生物多样性保护的科学研究;(5)广泛开展生物多样性保护的国际合作。

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