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生物多样性保护导论 解焱中国科学院动物研究所 下次课程 12月7日资源调查和生物多样性信息管理 生物多样性保护导论7 中国生物地理区划和生物多样性特点解焱中国科学院动物研究所 生物地理区划的目的和意义 什么是生物地理区划 一个地域按照生物分布规律或相似性进行区划有什么作用 地区生态学信息突出显示出一些特别的生态区自然保护区系统的规划就地保护规划和物种持续利用的管理物种研究和保护 生物地理区划研究简介 19世纪中叶 Sclater 1857 Wallace 1876 世界6个界的划分 即 古北界 新北界 新热带界 埃塞俄比亚界 澳大利亚界和东洋界中国位于古北界PalaearcticRealm东部 东洋界OrientalRealm北线 生物地理区划研究简介 20世纪70年代M D F Udvardy古北界PalaearcticRealm 印马界Indo MalayanRealm 中国植被区划 吴征镒 1980基本原则 以植被的三向地带性 尤其是水平地带性为主 结合其非地带性 植物分类原则 a 物种种类组成 优势种 特征种 标志种 b 外貌和结构 c 生态地理特征 d 动态特征 中国动物地理区划系统 郑作新 张荣祖 1959年张荣祖 赵肯堂 1978中国科学院 中国自然地理 编辑委员会 1979张荣祖 1999 中国动物地理区划基本原则 符合全国主要的自然区划特别是植被区划 同时与世界性的动物地理区划相衔接 种的组成 动物的分布密度 优势种类 着重考虑各区中对人类有益或有害的种类 张荣祖 1999 界 2个 亚界 3个 区 7个 亚区 19个 省 54个 中国生物地理区划 JohnMacKinnon 1996 西藏高原东端和中部平原间的区划并不是一条狭窄的划分线 而是具有极其丰富生物多样性和众多地方特有种的一个生物地理区 云南西部 四川和陕西的秦岭该区是中国许多最重要和最突出的动物物种栖息的地带 地方或省动物地理区划 国际生物地理区划简况 详细通用的生态区 Ecoregion 数字化资料 国家的保护管理研究和规划 自然保护区建立和宣传教育越来越多地以生态区为单位建立了以生态区为研究对象的专家组 工作组 生态区划成为国家或地区范围进行GAP分析 GAPAnalysis 和生物多样性受危分析 BiodiversityRiskAnalysis 等的不可缺少的基本资料 加拿大共分了以下3级区划 生态带 EcoZones 15最广泛的地理和生态相似性划分 生态区 EcoRegions 194根据气候 地理和已有的省级生态区划划分的 有时也使用了更详细的省级气候和地理信息 以及植被和地质信息生态小区 EcoDistricts 1000多个每个生态小区具有相对同质的生物地理和气候条件 生态小区的区别特征包括 地区地形 当地地表类型 永久冻土分布 土壤演化 结构类型 植被 土地利用类型 降雨量范围以及平均温度等 中国地形概况 位于欧亚大陆的东南部西南是世界屋脊喜马拉雅高原东南和东部为世界最大海洋太平洋跨东经50 北纬50 总面积960万平方公里海拔最高的喜马拉雅山主峰达8848 13米 最低吐鲁番盆地海拔为 154米气候跨越明显的5个带 即寒温带 温带 暖温带 亚热带和热带 中国生物地理区划的基本原则 地域分异规律是生物地理区划的基础 地带性和非地带性规律根据同质地理 生态环境原理124个基本单元 中国生物地理单元的划分 中国综合自然地理区划 中国自然地理 1985 PhysicalGeographyofChina 1986 中国综合自然地理区划三大自然区七个自然地区三十三个自然区100个自然亚区 三大自然区NaturalRealm 哪三大自然区 东部季风区EasternMonsoonChina西北干旱区 蒙新区 NorthwestAridChina严寒的青藏高原区Qinghai TibetanFrigidPlateau 东部季风区EasternMonsoonChina 邻近海洋 受夏季海上季风影响强烈 风向和降雨量的季节变化均十分明显 气候为湿润或半湿润型 森林为其优势植被 虽然在我国北方和东北部降水量显著地从东到西递减 该地区的主要差别还是温度差异 从北到南温度逐渐增高 少有海拔2000米以上的山脉除少数地方外 人类活动的影响很大 事实上 所有适耕地都已开垦 自然植被也已变更 西北干旱区NorthwestAridChina 在近来的地质时期中 存在着显著的不同程度的地壳上升运动 大量形成了海拔500 1500米的高原和内陆盆地 另外 相当一部分地区因剧烈隆起而形成包围或横穿相邻高原和内陆盆地的高大山脉 例如海拔3500多米的天山山脉和3000多米的阿尔泰山 该地域由于地处欧亚大陆深处并被一连串的高山包围 受夏季海上季风影响较弱 因此气候为干旱或半干旱型 西北干旱区NorthwestAridChina 区内多为内陆水系 少有常年性河流 河水主要来源于周围山区的积雪融化和流失 湖泊数量众多 多为盐湖 从中生代起逐渐变得干燥 动植物物种和数量都较贫乏 与东部季风区相比 人类活动的影响不那么明显 但是 但近年由于对水资源分配的人为干扰 导致水资源分配改变 大量草原从古代起就被用作牧场 严寒的青藏高原区Qinghai TibetanFrigidPlateau 新近的大规模地壳上升运动使高原平均海拔高度超过4000米 其间点缀着一连串海拔7000甚至8000多米的大雪山 由于海拔很高 区内一般空气稀薄 温度低 永久冻结带分布广泛 日照和风都很强烈 大部分地方都有内陆水系 内陆盆地中的湖泊数量也很多 动植物物种丰富 垂直地带分布显著 区内自然条件总体上不利于人类活动 人口密度甚至低于西北干旱区 中国生物地理单元 GIS 地理信息系统亚区界限的修改和添加地形植被水系124个基本单元 物种分布规律是生物地理区划的根本 171种哺乳类509种高等植物分布信息进行聚类 物种数据库的建立 中国物种信息系统 ChinaSpeciesInformationSystem CSIS 所有脊椎动物信息基础数据录入 检查和修改 物种数据库的建立 GIS 地理信息系统地名 经纬度GIS点单元中物种存在与否的数据 物种选择的原则和标准 自然分布的所有物种不适宜物种广泛分布物种极狭窄分布物种分布信息不足物种国外引入物种广泛栽种物种分类学有争议物种 用于分析的动物物种 哺乳动物物种 171 食虫目 Insectivora 树鼩目 Scandentia 灵长目 Primate 偶蹄目 Artiodactyla 啮齿目 Rodentia 兔形目 Lagomorpha 用于分析的植物物种 509 松科 Pinaceae 杉科 Taxodiaceae 麻黄科 Ephedraceae 杨柳科 Salicaceae 桦木科 Betulaceae 山毛榉科 Fagaceae 毛茛科 Ranunculaceae 木兰科 Magnoliaceae 番荔枝科 Annonaceae 槭树科 Aceraecae 紫草科 Boraginaceae 基于物种分布的地理分区聚类分析方法 生物学群落有关的相似性指数 Jaccard 1901 1912 1928 S rensen 1948 Spatz 1970 S rensen多维样本相似性指数 多维分类排序 Ward方法 最小平方和误差函数极小化原理其他聚类方法NearestNeighbourFurthestNeighbourMedianGroupAverageCentroid 聚类方法 d2ir pd2ip qd2iq d2pq d2ip d2iq NearestNeighbour p q 0 5 0 5 0 5FurthestNeighbour p q 0 5 0 0 5Median p q 0 5 0 25 0GroupAverage p kp kr q kq kr 0Centroid p kp kr q kq kr p q 0Ward方法 p ki kp ki kr q ki kq ki kr ki ki kr 0 通用的分类程序 A Dekker博士2种相似性系数计算方法6种聚类方法 CLGRAF软件 用一小部分数据进行测验CLGRAF程序中选项2 S rensen进行相关矩阵计算选项6 Ward方法进行聚类分析 分析中国生物地理数据适宜方法的选择 聚类分析结果和主要结论 根据动物物种信息的聚类结果 根据植物物种信息的聚类结果 动植物聚类结果主要结论 三大自然区界线和动植物分布界线差异较大 蒙新干旱区的动物和植物都明显分为东西两个部分 内蒙古东部地区的物种类型更接近于东北和华中地区的物种 三大自然区界线和动植物分布界线差异较大 季风区的秦岭 淮河一带成为东边半个中国的动植物物种分界线 而不是自然地理的季风区北界 三大自然区界线和动植物分布界线差异较大 青藏高原区由于哺乳类在青藏高原东南部 特别是在横断山区呈现的广泛过渡性 哺乳类分布分界线明显向西北推移 动物和植物在青藏高原和塔里木盆地的分界线都不是自然区的盆地南缘 而是昆仑山 哺乳动物和植物分布特点差异 哺乳动物有更宽广的生态位 分布区覆盖低于6个 含6个 单元的哺乳类物种占用于分析的物种总数的33 而植物达50 分布区覆盖低于3个 含3个 的哺乳类不到17 植物达23 植物许多物种的分布型表现得非常原始 属于更新世以前的类型 表现为孓遗或间断分布 聚类结果显示植物比哺乳类更切合于地理分区 哺乳动物有更宽广的生态位 哺乳类的分布大多数更现代 为更新世或第四纪类型 间断分布现象较少 有更宽广的地理和生态位 例如食肉类 而植物除风媒植物外 大多数植物散播的速度都很慢 哺乳动物有更宽广的生态位 植物很容易受到霜线的限制 哺乳类经受能力却较强云南省 从南到北 植物呈现明显的区带变化 从南部和西南部的热带季雨林 到中部中高海拔亚热带常绿阔叶林区 再到高海拔横断山脉山地针叶林和高山草甸区 而哺乳动物在同样区域则体现了相当高的相似性 中印亚界的界线对植物和动物来说完全不一致也是很好的例证 动物和植物的中印亚界界限不同 植物在中国的中印亚界成分非常少 只是分布在南方国界边缘的狭窄范围 包括云南南部 海南 广西和广东沿海和台湾 这条线是以龙脑香科 Dipterocarpaceae 桑科 Moraceae 和樟科 Lauraceae 等南方科植物为主的热带森林向以山毛榉科 Fagaceae 和松科 Pinaceae 等植物为主的亚热带森林类型的转换线 温带植物区系向南方扩张的现象很明显 温带属植物和一些相关的温带草和灌木 金丝桃属Hypericum和堇菜属Viola等 等从山脉地区一直向南分布到赤道有天然松林分布的地区 如苏门答腊岛北部 老挝 柬埔寨和菲律宾 动物和植物的中印亚界界限不同 根据大多数代表性东洋界动物的分布 其界线大致与常绿阔叶林带的北界一致 相当于秦岭和淮河一线 这里是许多主要分布于热带 亚热带种类分布的北限 哺乳动物的中印亚界成分从热带南方到中国南部和中部都有分布 中国长江以南的丘陵地区广泛部分有东洋界的灵长类 穿山甲 果蝠 几种鹿类 大多数食肉类 有些属如猕猴 Macaca 甚至分布到北部地区 因此在综合考虑动植物因素的中国生物地理区划中再以东洋界和古北界作为最高级的分界线看来是可以商榷的 PalaearcticRealmandIndo MalayanRealm ThislineisthetransitionlinefromtropicalforestsfocusonsouthernplantssuchasDipterocarpaceae MoraceaeandLauraceaetosubtropicalforestsdominatedbyplantssuchasFagaceaeandPinaceae Primates pangolins severaldeerspeciesandmostcarnivoresoftheIndo MalayanRealmoccurbroadlyinhillssouthoftheYangzteRiver whereoncealsooccurredgaur elephantsandotherlargeanimalsthatnowadaysonlyoccurinsouthernYunnan SomegenerasuchasMacacaareevendistributedintothenorthernregion 哺乳动物明显被大型山脉和河流阻隔 山地动物的季节迁徙可在短距离 短时间内完成 故其山地垂直自然分布 显然不如植物明显 但是山脊和大型河流却能成为明显的阻隔 这种作用显然比对植物的作用明显 秦岭和长江显然是哺乳动物的分界线 而植物的分界线要更北一些 喜马拉雅山脊将哺乳动物的分布切断 成为哺乳动物的第一级聚类线 但喜马拉雅山南麓和雅鲁藏布江两个区的植物却有一定的相似性 这可能是因为雅鲁藏布江提供了水源 由于风或随雪水下流的植物种子 在雅鲁藏布江流域找到适宜地 而动物要跨越喜马拉雅山却很难 人类活动对动物和植物的影响 人类活动对哺乳动物的影响 是大大减少了哺乳类的种类和数量华北平原和冀晋山地 华北平原是中国重要的农业区 农作物面积占总面积的80 甚至90 以上 哺乳类在该地的种类仅限于少数鼠类 因此华北平原和冀晋山地在哺乳动物中的分界非常明显 植物只要有空闲地方就能生长 其种源多数来自周围植被区 通过风 虫 鸟或动物播传进入 因此这些高度农业化的地区 剩余的一点天然植被 在物种种类上与其周围的植被会比较相似 虽然在丰富度和植被结构上会大不相同 因此根据物种种类的聚类结果发现华北平原东部和冀晋山地植物类型居然很相似 区域生物多样性特点分析 尽管植物和动物差别很大 但从聚类分析结果来看 很多地区仍然紧密相关 无论我们从哪个门类来看 它们都被划分到一起 而其他地区动植物分布聚类结果的不同之处形成了两个门类的过渡区 海岛地区 两个门类的海南和台湾结果都表现了明显的海岛自然生态 而与其他地区区分开 西北地区 两个门类都表明了西北森林和草地大区与其他地区的明显区别 这个大区的天山和阿尔泰山显然和半沙漠地区有明显区别 而可被分立为区 阿尔泰山区山地森林与森林草原的动物区系确具有典型泰加林成分 其区系起源涉及高级区划 亚界级 而引起争议 1978年张荣祖 赵肯堂修订的中国动物地理区划中将阿尔泰地区附在大兴安岭亚区 1999年张荣祖认为可将其归属蒙新区或作特殊低级区划处理 西北地区 从植物来看 真正同时在大兴安岭和阿尔泰山出现的物种很少例如榛 单叶毛茛 沼地毛茛 松叶毛茛等 只占这两个地区同时或单独出现的物种的8 而在阿尔泰山和准噶尔盆地或天山同时出现的物种占总物种的30 左右 从哺乳类来看 同时在大兴安岭和阿尔泰山出现的物种也不多例如长尾黄鼠 松鼠 高山鼠兔 雪兔等 占这两个地区同时或单独出现的物种的20 而在阿尔泰山和准噶尔盆地或天山同时出现的物种占总物种的45 左右 西北地区 因此阿尔泰山地区更接近于准噶尔盆地而不是大兴安岭 从三大自然区和动植物分区界线的分析来看 自然地理的大分区界线 并不一定是动植物物种的分区界线 虽然阿尔泰山与大兴安岭在自然地理上有很多类似之处 但毕竟地理距离太远 除非是广布物种 否则很难跨越这样的地理距离 北部草地地区 两个门类都显示了明显的北部草地地区 不过植物向西部随着干旱和盐度的增加而表现明显的梯度变化 北部草地地区 蒙新区从东到西由干草原 荒漠草原 草原荒漠和荒漠组成I和IV区域界限几乎与4 0干燥度线重合 由于动物物种的过渡能力 这条界限被向西推进了许多之后成为哺乳动物物种的明显分野线 而不是蒙新区和季风区的分界线可见物种在C D之间的过渡性比以前预想的还要强 以至于将蒙新区分成了两个部分蒙新区之间缺乏物种交流的条件也是重要原因 大兴安岭 小兴安岭 长白山地区 两个门类表现了东北森林地区的独特性 植物的分布聚类结果显示 小兴安岭和长白山比较类似 而大兴安岭却是十分的不同哺乳动物的分布聚类结果显示 大兴安岭 小兴安岭和长白山地没有太多差异 温带森林对哺乳动物来说只是温带森林 小兴安岭和长白山地应该是更接近华中地区的植物类型 而大兴安岭则更接近北部草地物种类型 秦岭和大巴山 横断山地区 横断山北段地区是从中国南部和东部亚热带向西向寒冷干旱的青藏高原的过渡地区 秦巴山区是从温暖湿润的南部和东部向北向干旱北方的过渡地区 这两个地区不仅拥有两侧气候多样的特点 同时拥有丰富的当地特有和孑遗动植物物种 秦岭和大巴山 横断山地区 哺乳动物的分布聚类结果显示秦巴山地和横断山北段地区物种类型十分相似 这一点在中国科学院 中国自然地理 编辑委员会1979和张荣祖1999的中国动物地理区划中被忽略 不过和Udvardy 1975 的39区和MacKinnon等 1996 的39和15d区比较符合 植物的分布聚类结果显示 这两个地区截然不同 这又一次显示了哺乳类物种的广泛过渡性 秦岭和大巴山 横断山地区QinlingandDabashan HengduanMountainsRegion 大别山区 哺乳动物的分布聚类结果显示大别山的哺乳类物种类型更接近于冀晋山地的南部农业区的人类活动使大多数哺乳类无法生存 秦巴地区海拔较高 不很适宜 长江以南的丘陵虽然地理条件更接近 但由于长江的阻隔 使哺乳类无法跨越 而大别山和伏牛山之间哺乳类却能够比较容易地迁移 植物的聚类结果显示 农业区残存的植物物种类型常被周围环境所同化 而在物种类型上表现类似 柴达