湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议-硕士论文

分类号 密级 华中农业大学硕士学位论文 l8305l6 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究 与保护建议 S T U D YO NT H EP O P U L A T I O N ，C O M M U N I T Y A N D P R o T E C T I O NS T R A T E G YO F C e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e s I N H U B E IP R O N C E 研究生： 指导教师： 指导小组： 专业：园林植物与观赏园艺 获得学位名称：农学硕士 刁百灵 王鹏程副教授 周志翔教授 姚崇怀副教授 徐永荣副教授 研究方向：城市生物多样性 获得学位时间：2 0 1 0 年6 月 华中农业大学园艺林学学院 二。一。年六月 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 毛 如需保密，解密时间年 月日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同2 r _ 作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明。并表示了谢意 研究蝴：乞泵 帆伽多月浙 糊黼张a 乙磺糊张圳莉 签名日期：伽f 口年钿日 签名日期：1 夕p 年多月多日 注；请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 目录 摘要I A b s t r a c t I I I 1 前言。11 日舌 1 1 研究目的及意义1 1 2 文献综述1 1 2 1 生物多样性。l 1 2 1 1 生物多样性的概念和层次2 1 2 1 2 生物多样性的价值3 1 2 1 3 生物多样性的消失原因与保护4 1 2 1 4 中国生物多样性保护进展5 1 2 2 保护生物学概论7 1 2 2 1 保护生物学的基本概念7 1 2 2 2 保护生物学特点8 1 2 2 3 保护生物学的内容、任务以及研究热点。8 1 2 3 物种濒危机制。9 1 2 4 中国珍惜濒危蕨类的现状及保护1 0 1 3 研究背景1 1 1 4 主要研究内容1 4 2 研究对象与研究区域。1 4 2 1 研究对象1 4 2 2 研究方法l5 2 3 样地的选取及概况17 3 粗梗水蕨伴生植物及区系研究2 0 3 1 粗梗水蕨伴生植物种类2 0 3 2 伴生植物生活型分析2 2 3 3 粗梗水蕨伴生植物的区系分析2 3 3 3 1 粗梗水蕨伴生植物科的区系分析2 3 3 3 2 粗梗水蕨伴生植物属的区系分析2 5 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 4 粗梗水蕨种群及群落特征研究2 9 4 1 粗梗水蕨种群研究。2 9 4 2 粗梗水蕨群落特征研究31 4 2 1 粗梗水蕨群落多样性特征研究3 1 4 2 1 1 上层( 挺水层、湿生层) 物种多样性3 2 4 2 1 2 中层( 漂浮层、浮水层) 植物物种多样性3 2 4 2 1 3 下层( 沉水) 植物物种多样性3 2 4 2 2 粗梗水蕨群落数量特征3 3 4 2 2 1 粗梗水蕨群落上层植物的数量特征3 3 4 2 2 2 粗梗水蕨群落中层植物的数量特征3 5 4 2 2 3 粗梗水蕨群落下层植物的数量特征3 6 5 粗梗水蕨分布影响因子3 6 5 1 水质3 7 5 2 伴生植物3 8 5 3 水位因素3 8 5 4 风浪因素。3 9 5 5 气候节气3 9 5 6 病虫害。3 9 5 7 人为因素3 9 6 结论与讨论4 0 6 1 主要结论4 0 6 2 讨论与保护建议4 l 参考文献。4 3 附录4 9 致 射5 9 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议 摘要 由于得天独厚的地理位置、湖泊资源以及气候特点，湖北省成为水蕨科植物在 中国集中分布地之一。 粗梗水蕨( C e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e s ( H o o l cJH i e r o n ) 是水蕨科( P a r k e r i a c e a e ) 水蕨 属( C e r a t o p t e r i s ) 的一年生蕨类，是国家二级重点保护野生植物。近年来，由于原生 境的破碎化和片段化等，使得该物种种群和个体数量都呈现急剧下降趋势，表现出 较为明显的濒危特征。 本文在对湖北省粗梗水蕨的分布范围、种群数量及大小等较为详细调查的基础 上，以沉湖、龙感湖、梁子湖等3 个粗梗水蕨相对集中地为研究样地，选择曾经有 粗梗水蕨而现在据推断及调查已经绝迹的东湖、洪湖、长湖、青菱湖、涨渡湖等为 对比，结合多种数学分析方法，对粗梗水蕨、伴生植物的区系特征、种群和群落的 多样性及数量特征、分布限制因子等方面进行了初步研究，主要结果如下： ( 1 ) 粗梗水蕨的伴生植物共有1 9 科2 6 属2 8 种。伴生植物生境且具有极高的 一致性，复杂程度非常低。 ( 2 ) 粗梗水蕨伴生植物的区系组成及地理成分比较简单、相比之下属的区系 分布类型较科的要丰富；优势科、属不明显；在科的层次上，粗梗水蕨伴生植物主 要以温带为其特征，在属的层次上，植物区系主要现出热带性质，温带也占有一定 比例，说明其所处环境区系特征与粗梗水蕨主要分布地带的地理特征相符，因此湖 北省所处位置及其气候特征比较适合粗梗水蕨的繁衍和生存。 ( 3 ) 粗梗水蕨生活型较为特殊，营漂浮生活，分布较随机，没有稳定的适宜 伴生顺序，但是要注意防范入侵植物对粗梗水蕨的威胁。 ( 4 ) 粗梗水蕨受水因子制约强烈，粗梗水蕨均成片分布于岸边或者上层植物 的间隙中，独立分布的较为少见，而且其分布有流动性特点。 ( 5 ) 影响粗梗水蕨分布的因素很多，他们相互作用，相互影响，但是根据本 次调查，主要影响因子仍为人为因素，水质中的电导率等也是主要影响因素之一。 ( 6 ) 从此次调查的种群以及群落特征看来，粗梗水蕨并没有表现出濒危现象； 但从整个湖北省来看，由于生境片段化效应和破碎化效应的发生，导致粗梗水蕨出 现小面积不连续的岛屿状分布，且岛屿范围有不断缩小趋势，生存前景不容乐观， 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 应引起有相关部门的重视，以加强该物种的保护。 ( 7 ) 对于粗梗水蕨的保护要多方面结合，在注意对人为干扰进行控制的同时， 要进行水质污染的治理，必要情况下可以考虑采取异地保护等措施。 关键词：粗梗水蕨；物种多样性；区系；种群特征；群落特征；影响因子；保护建 议 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议 A b s t r a c t D u et os p e c i a lg e o g r a p h y , l a k er e s o u r c e s ，c l i m a t ea n dh e a t ，H u b e iP r o v i n c eb e c o m e s o n eo ft h ec o n c e n t r a t i n gd i s t r i b u t i o np l a c e so f P a r k e r i a c e a ep l a n t si nC h i n a C e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e s ( H o o k ) H i e r o ni s a na n n u a lf e mb e l o n g i n gt oC e r a t o p t e r i s , P a r k e r i a c e a e I ti st h ep l a n ti nI Id e g r e eo ft h ep r o t e c t e di nC h i n a T h ef r a g m e n t a t i o no f p r i m a r yh a b i t a tc a u s e dt h es h a r pd e c r e a s ei nn u m b e ro f t h es p e c i e sp o p u l a t i o nf a c e d 、J l ，i m e x t i n c t i o n T h ep o p u l a t i o na n dd i s t r i b u t i o n , m a i ne c o l o g i c a lt r a i t sW a si n v e s t i g a t e di np l o t ss e t i nC h e n h uL a k e ，L o n g g a n h uL a k ea n dL i a n g z i h uL a k e ，a n dD o n g h uL a k e ，H o n g h uL a k e ， C h a n g h uL a k e ，Q i n g l i n g h uL a k e ，Z h a n g d u h uL a k ea r ec o n t r a s t i n gl a k e s B yn u m e r i c a l a n a l y s i st h et h ef l o r at r a i t sa n dd i v e r s i t yo fc o m p a n i o np l a n t s ，t h eq u a n t i t a t i v et r a i t so f p o p u l a t i o na n dc o m m u n i t y ，t h el i m i t i n gf a c t o r sf o rt h ed i s t r i b u t i o no ft h ep l a n ta n dS Oo n h a db e e nc o n s i d e r e d T h er e s u l t sa r e a sf o l l o w s ： T h e r ea r e2 8s p e c i e sw h i c hb e l o n g e dt o2 6g e n e r aa n d19f a m i l i e so fc o m p a n i o n p l a n t so fC e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e si nt h e3p o p u l a t i o n s ，a n dt h e yh a v eh i g hc o n s i s t e n c y T h ec o m p a n i o np l a n t so fC e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e sa r ec h a r a c t e r i z e db ys i m p l ef l o r a a n dg e o g r a p h y ，a n dt h es t y l eo fg e n e r a Sf l o r at r a i t sa r em o r et h a nt h ef a m i l y S L e v e li n f a m i l y , t h ec o m p a n i o np l a n t so fC e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e sa r eC h a r a c t e r i z e db yt e m p e r a t e ， a n dl e v e li ng e n e r a , t h e ya l eC h a r a c t e r i z e db yt r o p i c a l ，b u tt h ep l a n t so ft e m p e r a t ea l s o h a v eac e r t a i np e r c e n t a g e T h e s es h o wt h a tH u b e iP r o v i n c ei sas u i t a b l ep l a c ef o r C e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e st og r o w a n dr e p r o d u c t i o n B e c a u s eo ft h es p e c i a ll i f ef o r m ，t h e r ei sn os u i t a b l ec o m p a n i o ns e q u e n c ef o r C e r a t o p t e r i s p t e r i d o i d e s , b u tt h ei n v a s i v ep l a n t ss h o u l db ec o n s i d e r e d C e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e sd e p e n d so nw a t e rr i g i d l y M o s to ft h e m t r a c tl o c a t e di nt h es h o r e o rt h eg a po ft h eh i g h e rp l a n t s T h e r ea l em a n yf a c t o r st oi m p a c tt h ed i s t r i b u t i o no fC e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e s , b u t h u m a n Sa c t i v i t i e sa n dt h ec o n d u c t i v i t yo fw a t e ra r et h em a i nf a c t o r s T h o u g hb a s e do nt h ep o p u l a t i o na n dc o n u n u n i t yt r a i t sC e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e sd i d n o ts h o w e db e i n gi nd a n g e r , t h ec o n t i n u a l l yr e d u c i n gc a u s e db yt h ea c u i t yo fh a b i t a t I I I 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 f i - a g m e n t a t i o na n di n H u b e iP r o v i n c eh a sm a d ei tt ob et y p i c a le n d a n g e r e dp l a n t G o v e r n m e n ts h o u l dp a ym u c ha t t e n t i o nt op r o t e c tt h ep l a n ts p e c i e s C e r a t o p t e r i sp t e r i d o i d e s s h o u l db ep r o t e c t e di nm a n ya s p e c t s ，s u c ha sp a y i n g a t t e n t i o nt oh u m a n Sa c t i v i t y , c o n t r o l l i n gt h ep o l l u t i o no fw a t e r , a n dS Oo n I fn e c e s s a r y , e xs i t uc o n s e r v a t i o nC a nb ec o n s i d e r e d K e yw o r d s ：C e r a t o p t e r 捃p t e r i d o i d e s ；S p e c i e sd i v e r s i t y ；A r e a l - t y p e s ；P o p u l a t i o n c h a r a c t e r i s t i c ；C o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c ；I m p a c tf a c t o r s ；P r o t e c t i o ns u g g e s t i o n s I V 印度等国家，粗梗水蕨也被列为濒危植物。湖北省湖泊湿地资源丰富，加之适宜的 气候和水热条件，成为粗梗水蕨在中国主要集中分布地之一。 粗梗水蕨分布范围虽然相对比较广泛，但由于其生长环境和生活型比较特殊， 加之人类对湿地的干扰日渐加剧，目前粗梗水蕨在世界各分布区的范围正不段缩 小，长期以来，特别是近几十年来，由于人类活动对水生生境的影响，粗梗水蕨在 中国的分布范围和种群数量正日趋减少，在我国已濒临灭绝( 于永福，1 9 9 9 ) 。湖北 省内分布的粗梗水蕨情况同样不容乐观，由于挖藕养鱼以及水质受到污染等情况， 也出现粗梗水蕨在一些湖泊内绝迹的现象。 粗梗水蕨作为模式植物，在遗传学、重力生物学、生物化学和分子生物学等学 科的基础研究中起到了重要的作用，同时具有一定的经济价值，而且，汪松和解焱 在中国物种红色名录中将粗梗水蕨濒危评价等级定为C R - 极危，较之于水蕨的 评价等级V U 易危更为严峻( 汪松和解焱，2 0 0 4 ) ，因此，从一定程度说明较之于 近年来研究比较多的水蕨，粗梗水蕨面临的威胁更为严峻，应该受到相应的重视。 综合以上原因，对粗梗水蕨种群、落结构进行研究，并分析其分布影响因子， 在此基础上提出保护建议，有利于对粗梗水蕨在湖北省的分布情况进行更充分的了 解，并为对其进行更加合理的保护提供数据及理论参考。 1 2 文献综述 1 2 1 生物多样性 陈灵芝认为生物多样性的锐减是导致人口、粮食、资源、环境、能源是人类社 会面临的五大生态危机产生的原因( 陈灵芝，1 9 9 4 ) 。而以上的这些危机终将影响 人类的生存与经济社会的可持续发展。因此，保护物种、避免生态灾难成为人类密 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 切关注并且是关乎人类自身的安危与发展的课题。目前在整个世界范围内，生物多 样性都是生态学研究的三大热点问题之一( 余作岳，1 9 9 6 ) 。 1 2 1 1 生物多样性的概念和层次 为了表示各种群落的变异性，很多生态学家提出了生物多样性( d i v e r s i t y ) 的 概念。早期阶段对于群落多样性的研究，大多都是局限于简单的描述同级群落的物 种数和个体数，而且现在对于生物多样性( b i o d i v e r s i t y ) 仍有多种不同的解释，至 今未有一个严格、统一的定义。 “生物多样性”这一概念是在1 9 8 7 年被联合国环境规划署正式引用的；1 9 9 2 年，中国等国家在联合国环境与发展会议( U N C E D ) 上签署了生物多样性公约， 公约上将生物多样性进行了明确的定义；1 9 9 5 年，联合国环境规划署( L 丌怔P ) 发 表了关于生物多样性的巨著全球生物多样性评估，则为“生物多样性”做出了 一个较为简单的定义，即生物多样性是所有生物种类、种内遗传变异和它们与生存 环境所构成的生态系统( 孙儒泳，1 9 9 9 ) 。至此虽然对生物多样性的含义有许多的 解释，但是本质上表述的内容基本是一致的。美国生态学会( E S A ) 生态远景委员 会在研究了许多报告后提出，全世界生态学研究中第二位重要的问题就是生物多样 性的问题( 陈灵芝，1 9 9 3 ) 。生物多样性是人类极为宝贵的生产和生活等资源，它 是维持自然的生态平衡，保持人类环境的同时为人类提供食物、药物以及工业原料 等人类生活必不可少的物质，具有综合的、绝非单一的价值意义。 生物多样性范围极广，研究对象包括数以百万计的动物、植物、微生物和它们 所拥有的基因以及其与生存环境所组成的复杂的生态系统，因此生物多样性是一个 非常复杂的概念群系，由多门学科综合而成，具有极其丰富的内涵，包含多个层次 或水平。为了更为方便的明确相关责任，准确的研究问题，生物多样性通常被划分 为遗传多样性( g e n e t i cd i v e r s i t y ) 、物种多样性( s p e c i e sd i v e r s i t y ) 、生态系统多样性 ( e c o s y s t e md i v e r s i t y ) 和景观多样性( 1 a n d s c a p ed i v e r s i t y ) 四个层次。遗传多样性 也被称为基因多样性，是指所有生物个体中包含的各种遗传物质和信息，既包括了 同一种的不同种群的基因变异，又包括了同一种群内的基因差异( 季维智和宿兵， 1 9 9 9 ) 。种内多样性是物种以上个水平多样性的重要来源，是一个物种对人为干扰 能否进行成功适应的决定因素。物种的遗传变异越丰富，对环境的适应性就越广( 薛 建辉，2 0 0 6 ) 。所有的遗传多样性都发生在分子水平，并且与核酸的理化性质紧密 2 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议 相关( 曹凑贵，2 0 0 2 ) 。遗传多样性拥有较为复杂的测度，主要包括染色体多样性、 蛋白质多样性和D N A 多样性；物种多样性从分类学、系统学和生物地理学等角度 研究一定区域内物种的状况，其中物种的濒危状况、灭绝速率和灭绝的原因、生物 区系的特有性、物种保护和持续利用等都是物种多样性研究的对象，而其概念则具 体是指一个地区内物种水平的生物多样性，包括所有生物体( 动物、植物和微生物 物种等) 的多样性，是生物多样性最直观的体现，是生物多样性概念的核心( 田兴 军，2 0 0 5 ) 。丰富多样的物种是生态系统必需的组成部分，其最一般的测度方法是 物种丰富度指数，即在一定区域内物种的数目。而物种水平的生物多样性编目是了 解物种多样性现状包括受威胁现状最有效的途径，这是一项非常艰巨且亟待加强的 课题；生态系统多样性是生物多样性的研究重点，指生物圈内生境、生物群落和生 态过程等的多样化，也包括生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性。其中生 境的多样性是生物群落多样性乃至整个生物多样性形成的基本条件，生态系统多样 性则体现了生物多样性研究具有高度综合性的特点，保护生物多样性的最基本要求 就是保护生态系统和和自然生境，维持、恢复物种在自然环境中有生存力的种群( 薛 建辉，2 0 0 6 ) ：景观多样性是指由不同类型景观要素或生态系统构成的空间结构、 功能机制和时间动态方面的多样化或变异性，是人类与自然因素综合作用的结果。 1 2 1 2 生物多样性的价值 生物多样性也就是生物资源，是人类赖以生存的基础。C o s t a n z a d 等在调查的 基础上估计，全球生物多样性每年为人类创造的价值高达3 3 万亿元美元( C o s t a n z a R e t a l ，1 9 9 7 ) 。 虽然有的生物资源已被人们因为需要而充分利用，但也仍然有为数不少的生物 作为潜在的生物资源，还未被人们完全搞清其潜在的利用价值，由此可见生物多样 性的价值并未被人们完全和充分重视，因此对于生物多样的价值应该有一种适当的 评价方法，以便于直观的体现生物多样性的价值对国民经济的贡献，进而引起人们 对生物多样性保护的重视。M c N e e l y 等认为生物多样性的价值可以分为直接价值和 间接价值( M eN e e l ye ta 1 ，1 9 9 0 ) 。直接价值是人类直接收获或使用的产品，其中内 容包括消耗性使用的价值和生产实用的价值：间接价值和生态系统的服务功能相关 联，即与生态系统生态过程的关系非常密切，间接价值不通过市场的流通就可以直 接被消费，一般情况下来看，生物多样性的间接价值要远远超过其直接价值。生物 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 多样性的间接价值某些意义上也等同于环境资源的价值，它的意义可以从遗传库、 生态的平衡、满足人类自然爱好、教育方面的价值、科学研究等多个方面体现。另 外，生物多样性也具有美学、科学、精神以及伦理等方面的价值。 1 2 1 3 生物多样性的消失原因与保护 虽然地球经过漫长地质年代至今产生了极为丰富的生物多样性，但是由于各种 各样的原因，人类地球的生物多样性正在急剧萎缩，并且逐渐接近或濒临崩溃的边 缘，显现出涉及面广，规模大，时间快的生物灭绝的特点。在过去的每一年中都有 一种植物物种从地球上消失，每个世纪都有多种脊椎动物灭绝。 生物多样性保护的关键性问题是保护生物物种，而物种丧失的直接原因则主要 是生物栖息地被破坏、环境污染、资源过度开发利用、外来物种引入后失控泛滥、 以及全球气候的变化等。但归根结底，大规模人类活动的干扰和影响是致使生物多 样性以空前速度丧失的主要因素( 李典谟等，2 0 0 5 ) ，单从物种的灭绝角度而论， 仅从1 6 0 0 年起，到现在为止，世界上大约已经有1 3 的鸟类和2 1 的兽类灭绝， 而造成此等现象的原因是因为人类活动所致的比例高达9 0 以上，而且，随着人类 活动及干扰的加剧，物种灭绝速度的不断加快，现在物种灭绝的速度已经是自然灭 绝速度的1 0 0 0 倍之多( B r a a t ze ta 1 ，1 9 9 2 ) 。 生物多样性的消失已经直接威胁到了人类的生存，与人类能否健康、繁荣、持 续地发展息息相关，对生物多样性的保护已是刻不容缓。因此，对于生态系统中物 种多样性的保护是保持生态系统平衡中至关重要的一个问题，就目前来看，保护物 种多样性的途径包括就地保护( i ns i t uc o n s e r v a t i o n ) 、迁地保护( e xs i t uc o n s e r v a t i o n ) 和回归引种( r e i n t r o d u c t i o n ) 。其中就地保护是最有效的保护生物多样性的措施，一 般包括建立相应的保护区，在保护区外采取附加保护措施以及恢复已经遭到破坏的 生境或生物群落。而其关键措施是建立自然保护区和风景名胜保护区，就地保护是 长期保护生物多样性的最重要、最根本的方法和最佳的方式：迁地保户的最高目标 是建立野生群落，是指将生物多样性的组成部分迁移至它们的生境之外进行保护， 和就地保护不脱离原来的自然环境有着根本的区别。迁地保护在保护野生生物物种 方面有着非常重要的作用，通过迁地保户的实践和研究，就可以为就地保护措施提 供生物资料和检测数据等，获得管理野生种群的经验，为生境已经不存在的物种提 供最后的生存机会，并且可以补充野生种群的后备基因库：回归引种是将一种植物 4 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议 释放到它以前曾经生存过但是现在已经灭绝的地方而加以管理，是连接就地保护和 迁地保户的桥梁，因此可以看做是生物多样性保护的一个组成部分。 总体来说，就地保护和迁地保护各自存在不同的局限性，需要两者相辅相成， 互为补充，互为后备的进行，而且两者有时在某些方面并无明显区分的界限，因而， 对生物多样性进行保护时要采取包括就地保护和迁地保护等多种手段在内的综合 保护措施，同时应该尽可能考虑生态系统、物种以及遗传水平上的综合保护以及不 同物种的综合保护，这样才能以最大程度地有效地保护生物多样性。 1 2 1 4 中国生物多样性保护进展 中国幅员辽阔，地势丰富多变，西高东低，地跨热带和亚热带，延伸至温带和 寒温带，气候、水资源等都非常的丰富，海拔起伏较大，自然地理条件十分复杂多 样，并且中国是一个多山的国家，境内群山耸立，山中拥有着数量庞大的生物资源， 以上种种原因使得中国具有非常丰富的生物多样性。M i t t e r m e i e r ( M i t t e r m e i e r , 1 9 8 8 ) 曾经提出，地球上有少数的国家拥有着世界物种的主要百分比，它们被称为“巨丰 富多样性国家 ( m e g a - b i o d i v e r s i t yc o u n t r i e s ) ，其中中国就是他所指的世界上少数的 几个生物多样性特别丰富的国家之一，中国同样也是第一批加入生物多样性公约 的国家之一，是全球生态系统第一大国，中国的生物多样性居世界第8 位，北半球 第l 位( 陈立标等，2 0 0 2 ) 。中国还具有“世界植物王国 称号，拥有高等植物3 万 多种，占世界所有种数的1 0 ，仅亚于巴西和哥伦比亚而居世界第三位。丰富的生 物多样性资源中，苔藓植物属约2 2 0 0 种，占世界总种数的9 1 ，隶属1 0 6 科，占 世界科数的7 0 ；蕨类植物约有2 2 0 0 - 2 6 0 0 种，隶属5 2 科，占世界科数比例达8 0 ； 中国拥有约3 2 8 科，3 1 2 3 属的被子植物，分别占世界科、属的7 5 、3 0 ；尤其值 得一提的是，中国是世界上裸子植物最多的国家，全世界裸子植物约1 5 科7 9 属8 5 0 种，中国就拥有l O 科，约2 5 0 种；中国拥有脊椎动物6 3 7 4 种，占世界种数约1 4 ； 中国还是世界上鸟的种类最多的国家之一，共有鸟类1 2 4 4 种，占世界总种数的 1 3 1 ；中国的鱼类资源也非常丰富，拥有鱼类约3 8 6 2 种，占世界鱼类总种数的 2 0 3 ( 田兴军，2 0 0 5 ) 。因此，中国仅植物和脊椎动物两类就已经占据了世界物种 总数的7O 。 中国生物的物种不仅数量多，而且特有程度非常高，生物区系起源也很古老， 成份非常复杂，空间格局较多种多样，种质资源也异常丰富，并且拥有着大量的珍 5 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 稀孑遗物种。因此，中国的生物多样性在全球环境的保护、生物多样性稳定保持、 人类社会的可持续发展等方面都起着举足轻重的地位。 但是由于历史和自然的原因以及人类在开发利用自然界各种资源的同时，对生 物多样性的重要性没有充分认识和足够重视，致使乱砍滥伐，过度放牧和养殖，不 合理的围湖造田以及没有采取有效措施及时控制外来物种的入侵等现象发生，使得 我国成为了世界上生物多样性受到威胁最严重的国家之一：钱迎倩和马克平等调查 发现我国高等植物中面临威胁的种数已经高达高达40 0 0 - 50 0 0 种，占总种数的 1 5 0 旷2 0 ( 钱迎倩和马克平，1 9 9 4 ) ；在“濒危野生动植物种国际贸易公约( C I T E S ) 中共列出6 4 0 个世界性濒危物种，我国有1 5 6 种，约占濒危物种总数的2 5 ( 范志 勇，1 9 8 7 ) ；而在世界受危动物中，我国的受威胁兽类和鸟类都排在了世界前三位， 受危的鸟类约有1 8 3 种、鱼类约有9 2 种、兽类大约有1 2 8 种、爬行类约有9 6 种、 两栖类有约2 9 种，而且多种动植物已经在我国绝迹或者野外灭绝；在我国高等植物 中，有5 左右的种类有可能在将来的近几十年内发生灭绝( 田兴军，2 0 0 5 ) ；我国 包括青藏高原在内的十大陆地态系统无一例外出现退化现象；目前，我国连续几十 平方公里的天然森林已极罕见，大面积天然森林几乎难寻其迹，其他类型的森林也 呈现岛屿状，零散分布在大面积退化环境中( 刘光华，2 0 0 7 ) 。 中国对生物多样性保护的科学研究与国际一致，大多是从稀有、濒危生物的保 护研究上发展起来( 邹喻苹等，1 9 9 4 ；宋会兴，2 0 0 2 ；岳春雷等，2 0 0 2 ；李巧明等， 2 0 0 3 ) 。并随着对生物多样性保护的逐渐发展采取一系列措施，如：我国于1 9 5 6 年 建立第一个保护区一鼎湖山自然保护区；中国科学院在1 9 9 0 年召开了第一次“生 物多样性研讨会 ；1 9 9 2 年包括中国在内的1 5 3 个国家在巴西的里约热内卢召开的 联合国环境与发展大会上签署保护生物多样性公约等。 近十多年来，我国也在积极的履行国际生物多样性公约：我国实施了重点防护 林建设工程、天然林保护工程、退耕还林工程等生态工程建设，并且为了更好的保 护和持续利用生物多样性，我国还专门制定了一系列的法律法规和政策规定等，加 大了对生物多样性相关科研研究的投入，深化了对生物多样性研究的程度，积极广 泛的对公众进行生物多样性的宣传和教育。据统计，到2 0 0 3 年年底，我国已经建 立保护区1 9 9 9 个，总面积占全国国土面积1 4 3 7 。此外，我国还建立风景名胜区 4 8 0 个和森林公园5 1 0 余个，其中许多在保护生物多样性方面起到了非常重要的作 用。而且有9 个保护区被列入“人与生物圈”，5 个进入“世界自然遗产 ，6 个成 为“湿地公约保护区 ( 薛建辉，2 0 0 6 ) 。以上的种种措施都取得了很好的生物多样 6 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议 性保护效果。 但是，由于我国生物多样性保护相对于此方面一些国家起步较晚，而且中国是 世界上人口最多的国家，对各类资源都有着庞大的需求量，又由于中国幅员辽阔， 地形复杂，生态环境多样，对生物多样性的统计及保护本身存在一定难度，加之人 们保护自然、保护环境、保护生物多样性及科学发展和可持续发展的观念还处于形 成过程，以及国力所限和对于生物多样性保护研究本身的复杂性，我国的生物多样 性保护仍然面临着严峻的考验，仍需要政府及相关组织采取一些紧急的对策和切实 可行的措施，加强对生物多样性的保护和研究，以期尽量降低我国生物多样性所面 临的威胁，更好的保护我国生物多样性及其可持续发展。 1 2 2 保护生物学概论 当今人类面临世界物种与生境大灭绝，即人类活动动造成生境退化、毁灭；对 生物资源过度开发与捕杀；外源物种入侵并泛滥：次生灭绝效应导致物种连锁性消 亡，也就是所谓的“四祸端 ( 邬建国，1 9 9 1 ；R i c h a r dP r i m a c k 和季维智，2 0 0 1 ； 季维智和朱建国，1 9 9 4 ) 。 这些危机的出现促使必须有一门以保护生物多样性为核心内容的学科产生，在 此趋势下，保护生物学应运而生。保护生物学在2 0 世纪8 0 年代兴起于美国，而我 国的保护生物学则始于2 0 世纪9 0 年代，目前属于一个热门学科。保护生物学产生 的直接背景是物种的迅速丧失、环境的破坏、生物多样性危机的出现。- 1 2 2 1 保护生物学的基本概念 保护生物学( C o n s e r v a t i o nB i o d i v e r s i t y ) 是从保护生物及其生境的角度出发来 保护生物多样性的科学，因此，其核心内容是生物多样性的保护( 迟德富等，2 0 0 5 ) 。 保护生物学首先需要研究的是生物多样性的原理，了解其现状和丧失的原因，然后 再从多个层次、多个角度上对其加以保护，并用国际间公约、保护法律法规等多方 面做为保护的保障手段，促进和保障保护措施的顺利实施。保护生物学研究的目标 是搞清楚自然生态系统在人类的干扰下被破坏的过程和被破坏的程度，了解人类活 动的干扰对物种、群落和生态系统等方面的影响；在以上的基础上提出较为合理的 保护和管理措施，用相对较为实用、易行的方法阻止物种灭绝，尽量恢复已经处于 濒危境地的物种在生态系统中的正常功能；保护生物学的目的是阻止并扭转人口激 7 华中农业大学2 0 1 0 届硕士论文 增和自然资源被过度破坏造成的生物多样性急剧下降的危机状况。因此，保护生物 学具有极强的实践性，在保护区建设、生态恢复、防止外来物种入侵和珍惜濒危植 物保护等方面都有着其他学科所不可替代的作用。 1 2 2 2 保护生物学特点 保护生物学是解决由人类活动而引起生物及其生境受到极大威胁等问题，从保 护生物及其生存环境的角度出发来保护生物多样性的一门学科，有着其自身鲜明的 特点：保护生物学是多门学科交叉的- - N 综合性学科，是学术界对生物多样性危 机的直接反应( S o u l 6 ，1 9 8 5 ) 。保护生物学的理论涉及到植物学、动物学、遗传学、 微生物学、生态学等等诸多的自然科学，它将以上多门自然科学的理论和实践相结 合并应用到保护生物多样性的研究和实践中，是应用科学与纯科学相结合，自然科 学与社会科学相结合的综合性学科。保护生物学是一门处理危机的学科。保护 生物学是依据统计规律进行决策的学科。保护生物学的对象是复杂的生态系统，而 且要求要在短时间内提出科学合理的危机处理方法，又因为生态问题的客观特征， 这些就决定保护生物学家们经常不能对一个多样性保护问题提供简单的答案，必须 要依靠现有不完全的知识充分考虑问题中存在的可能性或者概率，对于有可能产生 的后果要有充分的认识和谨慎的态度。保护生物学具有价值取向。保护生物学是 为了实现对生物多样性的保护，而对生物多样性保护的直接目的是为了保护生物多 样性的价值。保护生物学要考虑进化的时间尺度。保护生物学要能实现生态系统 多样性、功能和结构的长期保持，并使生态系统进化的历程得以保持。保护生物 学具有长期性。保护生物多样性不能是短时间的，阶段性的，必须是一个能解决已 存在问题，并能根据新出现的问题而不断调整对策的一个具有长期性的过程。( 迟 德富等，2 0 0 5 ) 1 2 2 - 3 保护生物学的内容、任务以及研究热点 保护生物学的内容非常广泛，主要包括：探明在不同层次上的全球生物多样 性的性状；揭示物种灭绝的根本原因并确定不同生物的最小生存种群，为预防其 灭绝的发生提供理论及数据基础，并以此为基础探索就地保护和迁地保护的方法， 提出针对不同物种的不同的保护措施：分析种群生存力，对濒危种类进行划分、 分析并展开调查：分析物种消失对生态系统尤其是生态系统的结构和功能带来的 8 湖北省粗梗水蕨种群、群落结构研究与保护建议 影响；防止灭绝的发生；修复退化的生态系统；运用生物技术等现代科技手 段加速保护生物学的开展等。 目前，保护生物学研究的热点及难点问题主要体现在：小种群的生存概率； 物种濒危和灭绝机制；生境破碎化问题；自然保护区的建立；生物多样性 和生态系统稳定性的关系；珍惜濒危物种的遗传多样性水平；生物多样性价值 评估体系的建立；关键种的确定和功能群的划分以及保护；o 恢复生态学等 ( M y e r s ，2 0 0 0 ；迟德富等，2 0 0 5 ) 。 1 2 3 物种濒危机制 物种濒危机制及其基于科学研究基础上如何制定保护原理和策略是当今生物 多样性保护热点科学命题的核心问题之一( 高贤明等，2 0 0 7 ) 。物种的濒危和灭绝 是由许多复杂的因素共同作用而形成的，但物种以前所未有的速率快速灭绝的原因 则是因为人类的活动干扰了整个生态系统，导致自然生态系统的时空均发生了较大 变化。 一个国家或地区有效开展物种保护工作的前提是评定物种的濒危程度和保护 级别，而这也是当前保护生物学研究的焦点问题。物种的濒危等级是对物种的本身 而言的，但是物种的保护等级是根据物种科学研究价值以及社会经济利益的角度来 考虑濒危物种是否值得保护，两者的概念不同。 珍稀濒危植物的分类依据是植物的稀有、受危程度，早期对珍稀濒危植物受威 胁的评价分析依据都是概念性的、定义的描述，并没有用数量指标来进行分析和评 价，其中I U C N 多年来一直致力于对于珍惜濒危物种的评价和分析，它将植物分为 濒危、渐危和稀有3 个等级( C N ，1 9 8 4 ；I U C N ，1 9 8 8 ；I U C N ，1 9 8 9