岛屿生物地理学.ppt

岛屿生物地理学理论与生物多样性保护,By：Hailing-Zhuang,目录,背景 理论 应用及不足 总结,（一）19世纪早期，自达尔文和华莱士提出进化论和生物地理学以来，经科学家证实地理隔离对物种形成的重要作用，岛屿成为激发和验证这些科学思想的天然实验室。 （二）岛屿有许多显著特征, 如地理隔离，限制了岛屿生物多样性的发展，同时也使岛屿生物与大陆生物缺少基因交流。其次物种简单，边界明显，有利于生物的定量化研究。 （三）地球上岛屿的数量要比大陆和海洋多，大小形状和隔离程度都不同，岛屿的动物和植物区系对早期生态学思想的形成曾起了重要的作用。（例如：1835年当达尔文考察南美的Galapagos 群岛时他被岛上的动植物所吸引他在日记中就提到岛屿在研究物种进化中的独特地位） （四）岛屿生物地理学是生物地理学的重要组成部分，已成为保护生物学中自然保护区建立的主要理论依据，曾引发“十几个小面积的保护区好还是一个大面积保护区的保护好”的争论。从某种意义上来说，岛屿生物地理学可以作为物种保护的理论基础之一。,背景,岛屿的定义,岛屿：生物地理学的研究对象起初是海洋岛和陆桥岛，这些陆地相隔离的地区。随着应用的广泛，这一理论被广泛地应用到岛屿状生境的研究中。 如：自然保护区，国家公园，被周围的农田、工厂、城市所包围的地区。高山、溪流、洞穴，山沿以及其他边界明显的生态系统、林窗，甚至叶片，都可以看作是大小、形状、隔离程度不同的岛屿。,岛屿生物的特点,岛屿生态系统明显地不同于其它生态系统。对于岛屿上生活的生物来说，岛屿生境风险大，灾害多。 对岛屿区系的研究表明，岛屿上的生物最初都是外来的。对于所有的陆地动物，除了飞行动物外，海洋都是有效的阻碍。但较小的鸟和蝙蝠，特别是飞行的昆虫，可以被动的由大风吹达岛屿。 动物地理分布研究比植物地理分布晚：一是动物种类数量比植物多的多。二是动物分布与气候间的关系大多数不是直接的。 总而言之，岛屿动植物少而贫乏，发展进化和适应辐射迅速，由于这种状况，岛屿为研究生物进化提供了理想的场所，同时，岛屿生境的风险大，因此在移入，拓殖和灭绝的过程中，存在着错综复杂的相互作用。,岛屿生物分布模式,种类与面积的关系 种类-距离和岛屿面积-死亡率的关系 岛屿生物地理学理论：平衡理论,种类与面积的关系,在气候条件相对一致的一定区域内，岛屿上物种数目会随着岛屿面积的增加而增加，岛屿面积每增加10倍，两栖类和爬行动物的种类数目增加一倍，反之亦然。研究表明：凡是未经扰动的岛屿，其种类与面积的关系十分规律，而经过扰动的岛屿，无论是自然扰动还是人类扰动（如：火山爆发，受海水淹没，人为干扰），它们的种类与面积关系都会偏离正常分布。,种类-面积关系曲线,太平洋诸岛上淡水鸟的种数同岛屿面积之间的关系,S=CAZ（Grinnel and Swarth，1913年） LogS = logC + ZLogA S-生物物种的数目； A-这些生物物种所存在的空间面积； C-物种的分布密度，既单位面积内的物种数目； Z-为某个统计指数（取值可以从0.05-0.37.大小与岛屿的隔离程度和海拔高度有关。就全球陆生植物而言Z值约为0.22）。,z 值的生物学意义很大例,如当z=0 .5 时只需要将岛屿面积增加4 倍 即可将物种数加倍 但是如果Z值为0. 14 必须使面积增加140 倍才能将物种数加倍 Darlinglon 1957 关于岛屿面积增加10 倍岛上的动物种的数加倍的结论.即是z =0. 3时. 如果原始生态系统只有10 %的面积保存下来,那么该生态系统有50% 的 物种保存，如果1 %的面积保存下来,则该生态系统中有75% 的物种丢失了. 面积每增加10倍，物种数目平均增加1倍，反之亦然。,LogS = logC + ZLogA,种类-面积关系曲线,种类-距离和岛屿面积-死亡率的关系,近陆 远陆,迁入率,死亡率,小岛,大岛,岛屿上的物种数量,“距离效应”即岛屿离陆地和其它岛屿越远，其上的物种数目就越少，这是因为如果岛屿的面积相等岛屿与陆地和其它岛屿之间的距离越远其上的物种的迁入就越慢。 面积与死亡率：岛屿面积越小，死亡率越高或者说灭绝率越高，因为小岛本身的资源和生态位有限，允许容纳的物种数量相对较少，竞争激烈。,岛屿生物地理学理论：平衡理论,速 迁入率 灭绝率 率 s 岛屿上物种数量,岛屿上物种数量平衡模型,岛屿生物地理学理论：平衡理论,平衡理论的内容:岛屿生物种类的丰富度完全取决于两个过程，即迁入和灭绝。当迁入率和灭绝率相等时，岛屿物种数量达到动态平衡，即物种的数目相对稳定，但物种的组成却不断变化和更新。迁入率和灭绝率将随岛上物种的丰富度的增加而分别呈下降和上升趋势。,平衡理论的不足,（1）迁入率和灭绝率曲线的确切形状无法估计，因此，难以对某个时期的种群做出准确的估计。该理论缺乏预测性。 （2）在模型中，平衡态物种的数目是由迁入率和灭绝率决定的。这样的假设过于简单化。 例如：某一种鸟暂时路过某个岛屿，能称之为迁入吗？如果是的话，当它离开时，是否可以称之为灭绝呢？再者，优势某种生物的许多个体迁入某个岛屿，但是如果它们找不到配偶，也是很快会灭绝。 （3）对于不同的动物类群、不同岛屿或者同一岛屿的不同时间来说，迁入率和灭绝率曲线是不同的。另外，灭绝率曲线还受到物种遗传学机制的影响。 （4）平衡理论将物种的迁入和灭绝看成是相互独立的过程，但实际上并非完全如此。 （5）平衡理论认为岛屿上物种存在的数目主要是由迁入率和灭绝率决定的，忽视了其他物种互作关系（如竞争、捕食、互惠共生、寄生）等调节群落结构的作用。 （6）岛屿生物地理学理论的另一缺陷是它假定同一分类群内不同的种之间的迁入率和灭绝率是一致的。但是，同一分类单位的不同种之间其扩散能力和灭绝脆弱性是不同的。,（一）岛屿生物地理学与自然保护区的建立 自然保护区由于受到人类活动的影响已经或正在成为生境岛屿 自然保护区的物种数量和面积需依据岛屿理论,岛屿生物地理学理论的应用,应用岛屿生物地理学理论设计自然保护区,Better design,Worse design,a.,e.,b.,d.,c.,保护区之间的连接和廊道,一个大的好还是几个小的好？,面积,f.,形状,1.保护区地点的选择 (1)具有物种丰富的地区 (2)特有种、受威胁种和濒危物种所需要的特殊生境 2.保护区的形状 最佳形状是圆形，尽量避免狭长形应为边缘效应人为影响 3.一个大的保护区好过多个小的保护区 3.几个保护区最好有廊道连接,总结,岛屿生物地理学理论阐述了居住岛屿的生物类群的数目与物种迁入率和灭绝率之间的定量关系。该理论认为，岛屿上物种的数目取决于物种迁入岛屿的速度和定居岛屿的物种的灭绝率。自然保护区和片段化的生态系统都可以看成是大小，形状和隔离程度不同的生境岛屿。 因此，岛屿生物地理学理论为生物多样性的保护提供了非常