森林生态学：19 生物多样性

1、第12章 生物多样性,1 概念与层次 2 生物多样性价值 3 生物多样性测度 4 岛屿生物地理学 5 自然保护区 6 生物入侵,1.概念与层次,生物多样性(biodiversity/ biological diversity): 生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性 研究层次(水平)： 遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 物种多样性(species diversity):群落中物种的数目和每一物种的个体数目,1.生物多样性的价值,直接价值 1 消耗性使用价值 薪材、饲料、野味 维持生存，在消耗完后购买时才体现价值 2 生产使用价值 （1）粮食 5000种植物作为食物，150种大面

2、积种植为食品，世界90食物来源于20个物种。,1.生物多样性的价值,2 生产使用价值 （1）粮食,1.生物多样性的价值,2 生产使用价值 （2）蛋白质来源,1.生物多样性的价值,2 生产使用价值 （3）药物,1.生物多样性的价值,2 生产使用价值 （4）工农业原料 木材、纤维、橡胶、油脂、毛皮、水果、藤条,1.生物多样性的价值,间接价值,调节气候 保持水土 涵养水源 固定C源，维持平衡 净化环境 促进物质循环,1.生物多样性的价值,美学、旅游、教研和伦理价值,3 物种多样性的测度,辛普森(Simpson)多样性指数(H): s s H=1Pi2 =1(Ni/N)2 i=1 i=1 其中, S群

3、落中物种总数，N所有种个体总数, Ni物种i的个体数目，Pi物种i的个体数目占物种总数的比例，Pi= Ni/N 香农-威纳(Shannon-Weiner)多样性指数(H): s H=Pilog2Pi i=1,（1）多样性（群落内物种组成状况）,种的丰富度(species richness):,一个群落或生境中物种的数目 Gleason丰富度指数: D=S/lnA Margalef丰富度指数: D=(S-1)/lnN 其中, S群落中物种总数 N所有物种的个体总数 A群落面积 种的均匀度(species evenness/equitability) 群落中各个物种的个体数比例 均匀度 E=H/H

4、max H为多样性指数,Hmax=log2S 不均匀度 R =(HmaxH)/(HmaxHmin),3 物种多样性的测度,Whittaker 指数 N=S/(ma-1) S为群落中物种总数； ma为样方的平均物种数 Cody 指数 c=(g(H)+I(H)/2 g(H)和I(H)分别为沿生境梯度变化的物种数目,（2）多样性（群落物种沿环境梯度变化） 反映各物种对不同环境条件的适应程度,3 物种多样性的测度,Wilson和Shmida指数 =(g(H)+I(H)/ma ma为样方的平均物种数; g(H)和I(H)分别为沿生境梯度变化的物种数目;,（2）多样性（群落物种沿环境梯度变化）,3 物种多

5、样性的测度,Bray-Curtis指数 CN=2Nj/(Na+Nb) Na为样地a中的个体总数； Nb为样地b中的个体总数； Nj为样地a和b中的个体数较少者之和。,（2）多样性（群落物种沿环境梯度变化）,3 物种多样性的测度,描述不同地理区域的群落间物种的更新替代速率，主要表明群落间环境异质性大小对物种数的影响。 多样性高的地区一般在地理上相互隔离但彼此相邻的生境中。 多样性是地理区域尺度上的多样性。,（3）多样性,4 生物多样性的消失原因与保护,1）栖息地的改变、丧失和破碎化 损失重要生境和生态过程 2）生境资源的过度开发利用 资源植物开发利用 3）环境污染 4）农林业品种的单一化 5)

6、外来物种的入侵,（1）消失原因,4 生物多样性的消失原因与保护,1）濒危物种等级的确定 划分指标：（定性指标） 种群数目（现状、变化趋势) 种群大小（现状、变化趋势） 种群特征（是否都为小种群） 分布与发生范围（宽或窄） 分布格局（有无破碎化、岛屿化趋势）,（2）生物多样性的保护,种群特征,4 生物多样性的消失原因与保护,1）濒危物种等级的确定 划分指标： 栖息地类型（单一或多样) 栖息地质量（现状、变化趋势） 栖息地面积（大小及变化趋势）,（2）生物多样性的保护,栖息地状况,4 生物多样性的消失原因与保护,1）濒危物种等级的确定 划分指标： 致危因素（存在与否) 灭绝危险（有或无）,（2）生

7、物多样性的保护,致危状况,4 生物多样性的消失原因与保护,1）濒危物种等级的确定 划分指标（定量指标） 种群个体总数（特别成熟个体数） 亚种群数及个体数 分布或占有的面积 分布地点数 栖息地面积 在时间段内指标上升与下降的比例,（2）生物多样性的保护,4 生物多样性的消失原因与保护,1）濒危物种等级的确定(早期) （国际自然保护联盟/IUCN）的划分等级： 灭绝种 濒危种 易危种 稀有种 未定种,（2）生物多样性的保护,4 生物多样性的消失原因与保护,就地保护（in situ conservation） 途径：建立保护区，在保护区之外采取附加保护措施，以及恢复已经破坏的生境或生物群落。 我国（

8、2003年）： 1999个保护区，占国土面积14.37 480个风景名胜区 510个森林公园 列入国际“人与生物圈”保护区9个 “世界自然遗产地”5个 “湿地公约保护区”6个,（2）生物多样性的保护,生物多样性保护的途径,4 生物多样性的消失原因与保护,迁地保护（ex situ conservation） 是将生物多样性的组成部分移到它们的自然生境之外进行保护。 方式：建立植物园、水族馆、种子库和基因库,（2）生物多样性的保护,生物多样性保护的途径,回归引种（reintrodution） 是指将一种植物释放到它以前曾生存过但现在已经灭绝的地方并加以管理。 主要针对退化生态系统导致物种生存受到威

9、胁甚至在原产地灭绝、种群数量减少、范围缩小等。,（2）生物多样性的保护,生物多样性保护的途径,就地保护与迁地保护： （1）就地保护可以让物种在较短的时间内适应生境，保证在生态系统、物种和遗传水平得到全面、持久和可靠的保护。 （2）很难通过紧急干预扭转各种导致物种灭绝的因素，如气候变化、生境破坏等；另突然的自然灾害也需要迁地保护。,（2）生物多样性的保护,（2）生物多样性的保护,2 生物多样性保护的途径（优缺点比较）,（1）岛屿的种类面积关系,S = C Az 或取对数 lgS =lg C + z(lgA),式中：S种数； A面积； z、C两个常数,岛屿效应：岛屿面积越大种数越多,5 岛屿生物地

10、理学原理,（2） MacArthur的平衡说,这种平衡与岛屿隔离程度、面积、年龄等有关：,MacArthur的平衡说：岛屿上的物种多样性决定于物种迁入和灭亡的动态平衡,物种多样性S = f（+ 生境多样性 干扰 + 面积 隔离程度 + 年龄）,1967年麦克阿瑟（Robert MacArthur）和威尔逊（E. O. Wilson）的“岛屿生物地理学平衡理论”,（3）岛屿的隔离程度,不同岛上物种迁入率和消失率（交点为平衡时的种数）,迁入率曲线与灭亡率曲线交点上的种数，即为该岛上预测的物种数,6 自然保护区设计,1 最小成活种群与种群生存力分析,（1）最小存活种群(minimum viable

11、population, MVP),是指种群为了保持长期生存力和适应力应具有的最小种群数量。即能保证一个物种存活所必需的个体数量（Shaffer）。,(2) 种群生存力（population viablity）,指种群具有不受统计随机性、环境随机性、遗传随机性及灾害随机性影响的能力。,6 自然保护区设计,1 最小成活种群与种群生存力分析,（3）适应力,是指种群能保持一定的活力、生育力和遗传多样性，以适应自然界的变化。,通常用特定时间内种群生存的概率描述MVP。一般用95概率生存100年或1000年所需的最小种群数量为该物种的MVP。,6 自然保护区设计,2 种群生存力的影响因子,（1）随机性因子

12、,环境随机性 影响整个种群发生变化的环境因子。 种群统计随机性 种群个体在存活率和繁殖力等的差异影响对种群参数的评估。 自然灾害 分物理性和生物性自然灾害，都会增加小种群的脆弱性，其实质为环境随机性 遗传随机性 指种群遗传特征的随机变化。基因的补充对维持种群有利。近亲繁殖和遗传漂变都会造成基因损失，降低种群存活力的概率。,6 自然保护区设计,2 种群生存力的影响因子,（2）确定性因子,是指植物群落自然演替过程中作用于种群的生态因子。它使种群生存力发生变化。 种间竞争 寄生 共生 生境片断化 栖息地面积的减小,6 自然保护区设计,3 种群生存力分析,是将实际调查数据和模型结合，运用模拟手段来预测

13、种群在一定时间内的灭绝概率，并提出相应的挽救措施的一个过程。,主要分析方法 分析模型 模拟模型 岛屿生物地理学分析,6 自然保护区设计,3 种群生存力分析,（1）划分种群的生活史阶段 （2）定期定点调查种群统计特征参数 （3）建立种群动态模型 （4）对模型参数化 （5）模型的敏感性分析,6.2 自然保护区设计,随着人们对自然资源保护的重视，现在自然保护区保护的重点已经转向保护自然资源和物中赖以生存的生态系统和栖息地。生态工作者也呼吁各国在特有种、稀有种、濒危种、受危种以及生态系统关键种分布区和“生物多样性热点地区”建立各种类型的自然保护区。,6.2 自然保护区设计,总原则(Diamond,19

14、75): 1 面积越大越好 2 集中比分割的好 分散的区域越近越好 分散的区域按等距离排列好 有走廊相连好 圆形好,岛屿生态与自然保护（Diamond,1990）,面积：保护区面积越大，越能支持或“供养”更多的物种；面积小，支持的种数也少 但，保护区对边缘种有利；且对于某些种类而言，小保护区比大保护区更好,自然保护区的设计比较（Diamond,1990）,优,劣,若每一小保护区内都是相同的一些种，那么大保护区能支持更多的种 从传播流行病而言，隔离的小保护区更好 如果在一个相当异质的区域中建立保护区，多个小保护区有利于保护物种多样性 对密度低、增长率慢的大型动物，为了保护其遗传性，较大的保护区是

15、必需的 在各个小保护区之间的“通道”或走廊，有利于迁入、减少钟灭亡的风险,大小：在相同面积下,(1) 自然保护区选址原则,近些年来耗散理论认为生态系统与周围环境进行着各种物流、能流、信息交换容易受到对其内在结构和功能的周期性影响 ，强调一种动态的平衡，因此将以一个群落或者系统与周围环境隔离作为保护区是不可取的。现在的生物保护学认为，在进行自然保护区的选址时，应该采取自上到下的阶梯方法来作决策，应该考虑到生物分布于生物多样性数量特征的热点地区。,一般说来，自然保护区选址的原则包括：1.典型性 即具有代表性 2.稀有性 稀特有种或者独特的群落及其生境3.脆弱性 对环境改变敏感4.多样性5.自然性

16、自然生态系统未受人类影响的程度6.感染力7.潜在价值8.科研潜力此外，还应在不同尺度上考虑代表性和生物多样性。,(2) 自然保护区形状、大小原则,保护区的面积应根据保护对象和目的而定。应该以物种面积关系、生态系统的物种多样性与稳定性以及岛屿生物地理学为理论基础来取定保护区的面积。这里有一个关系式 S = C*AzS 物种数 A 岛屿面积 C、Z为常数 保护区大小还与遗传多样性的保持有关。 保护区的大小也关系到生态系统能否维持正常的功能 保护区大小的确定还应该考虑到干扰和环境变化的作用，特别是全球变量对保护区的作用。,Wilson 2 小保护区很难保护所有的营养级水平; 3 小保护区物种灭绝速度

17、快; 4 保护区的破碎史不可逆的过程,(4) SLOSS辩论(single large or several small),several small(Simberloff): 1 大面积保护区不能保护更多物种; 2 几个小保护区可能拥有更多物种; 3 大保护区的建设受到地域和用地限制; 4 不同类群对面积的需求不同; 5 小保护区抗灾能力强,(4) SLOSS辩论(single large or several small),明确的观点: 1 不同类群,观点各异。对于扩散、迁移和定居能力强的物种，小面积多个保护区拥有物种较多; 2 不同保护目的和社会经济条件，保护区的规模和区划不同; 3 栖

18、息地破碎化是不可逆的过程，尽量建立大保护区;,7 外来物种入侵与生物多样性,外来物种（exotic species）的概念 是指一定区域内历史上没有自然发生分布而由人类活动直接或间接引入，在当地自然或人工生态系统中建立了自我维持的种群的物种。,2.外来物种入侵的现状 入侵我国的草本植物107种，微生物23种。 典型：微甘菊、水花生、资茎泽兰、水葫芦、松材线虫 方式：50以上由人工引种而致,7 外来物种入侵与生物多样性,3.外来物种入侵的途径 (1)自然途径 靠植物的营养器官在自然因素的驱动下传播。 速度慢，但在人类介入之前是主要方式。,（2）人为途径 无意识引入外来种 港口船只的压水舱和集装箱、各种包装材料 有意识引入外来种 引种驯化、引入天敌、转基因生物的投放,7 外来物种入侵与生物多样性,4.外来物种入侵的过程 （1）引入 （2）定居 （3）建群 （4）扩散 （5）暴发,7 外来物种入侵与生物多样性,4.外来物种入侵的影响,（1）对物种多样性的影响 强竞争和繁殖能力，形成单优群落，降低物种多样性 （2）对遗传多样性的影响 杂交和基因交流，造成本