高中生物第三册第10章生物多样性课件2沪科版.ppt

1、生物多样性(三) BIODIVERSITY,内 容,6生物多样性的生态系统功能 7生物多样性丧失有多快 8结 语,尽管生态学家说服了各国政府的决策者们重视生物多样性，1992年许多国家也已在生物多样性公约上签了字。直到1994年联合国环境规划署的环境问题科学安全委员会提出了生物多样性在生态系统中的功能是什么，科学家们才开始注意相关问题。,6 生物多样性的生态系统功能,多样性存在于生命世界从分子这样的微观层次到生物圈那样的宏观层次,“必要的”还是“多余的”？,一个生物应该有那么多的基因吗？ 一个生物有很多的基因，是否每个基因都是必需的？ 一个细胞过程有一系列的步骤，所有步骤都是必需的吗？ 生态系

2、统需要那么多的物种吗？ 一个生态系统有很多的物种，是否每个物种都是必需的？,几个至关重要的问题,为什么我们要保护生物多样性？ 生物多样性丧失的后果是什么？ 生物多样性与稳定性的关系是什么？ 生物多样性与生产力的关系是什么？,从两个方面讨论生物多样性的功能,生物多样性与稳定性（stability） 生物多样性与生产力（production）,稳定性有两种类型,抗干扰稳定(resistance stability) 恢复稳定性(resilience stability),抗干扰稳定性,面对干扰， 生态系统不容易 因为损害而改变,美国加州松树 树皮十分粗糙， 不容易燃烧， 表现出抗干扰 稳定性,恢复

3、稳定性,经过干扰，生态系统要发生改变，但总能够恢复到受干扰以前的状态,大河中下游的洪积平原， 经常受到洪水的淹没， 洪水过后，动植物种群的 数量很容易恢复,关于多样性与稳定性关系的两个对立观点,麦克阿瑟（R. MacArthur）认为“多样性带来稳定性” (diversity begets stability) 梅（R. May）认为“多样性高的生态系统更不稳定”,造成争论的原因,实验室种群还是野外种群总是变化的 实验生态学家力图用系统变化的量度来作为系统稳定性的指标 理论研究以平衡表示稳定 这可能是几十年来多样性稳定性之争的一个原因,“多样性带来稳定性”理论的主要内容保险假设(insuran

4、ce hypothesis),例 如果一个多样化的生态系统有很多的物种，一些物种耐受干旱，一些物种耐受洪水，一些物种耐受火 这个生态系统的抗干扰稳定性就比较高，因为许多物种可以对损害起缓冲的作用,生产力（productivity）和初级生产力（primary productivity),生产力是单位时间单位面积上的生物制造有机物质的量 初级生产力是单位时间单位面积上的植物利用二氧化碳转化太阳能制造有机物质的量，单位：kJ/m2d,Tilman1982年的试验,在4类草地的200个样地上进行长期研究 设计不同物种数的搭配，种植在不同样地上 收集关于植物物种丰富度、群落生物量、种群生物量随时间的动

5、态资料 目的：以探索多样性和稳定性间的关系,研究结果证明,物种数多的草地生产力能更快地从干旱中恢复 当物种数增加到某一数字，生产力的增加会达到一个饱和点 生态系统中前10 个物种对稳定性的效应最大，超出10个物种，稳定作用就不明显了 群落多样性（或物种丰富度）增加使稳定性也增加,一些研究进展说明，多样性是能够提高生态系统稳定性的 但是另外一些研究却得到相反的结论,多样性与生产力的关系,有的资料说明如果多样性高，生态系统生产力也较高，但有一个阈值，大多数自然生态系统可以超出这个阈值，虽丧失一些物种而生产力不致下降。 对于生态系统来讲，哪些物种是至关重要的？ 至关重要的物种与生态系统的哪些功能有关

6、？,关于生物多样性与生态系统生产力关系的两个假说,铆钉假说 冗余假说,铆钉假说,1981年美国斯坦福大学生态学家保尔（Paul）等人提出，生命的多样性就像飞机上的铆钉，每个物种就像一颗铆钉，对生态系统的正常功能起它那一小部分作用，一颗铆钉的丢失使飞机失去它的一小部分作用，丢失足够多的铆钉则会使飞机坠毁或无法飞行。,冗余假说,10年后，澳大利亚的瓦尔赫（B. Walher）提出了另一种完全对立的冗余假说，认为大多数物种是多余的，即更像过路人而不是铆钉，要维持生态系统的正常功能，只要不多几个关键物种就够了。,Naeem的试验,从16个物种库中，随机选择2、5或8个物种的一年生植物作为一组，在同样的

7、条件下种植在宽敞的温室中，共150余组。,结果发现,物种数增加使得生态系统中空间结构多样化，从高的草到匍匐的草，这样就可以吸收更多太阳能，生产更多的有机物 产量最高的组合是含有最多功能类型植物的组合 例： 单一高密度种植玉米就不如玉米与瓜、树和固氮的豆类一起种植时生产力高 农业种植中，超出45种农作物，生产力并无什么提高，有的物种在人管理的农业生态系统中确实像过路人,“过路人”假说的森林生态系统的例子,大多数生态系统的物种数比达到最高生产力所需的物种数多，比如同处于北半球的温带森林，东亚有876种树，北美有158种，欧洲只有106种，但在这三个洲的温带森林生产力却差不多。,物种数还是物种种类组

8、成更重要？,MacGillivray等人比较了英国北部5个相邻的生态系统在霜冻、干旱、火烧影响下表示出的差异，认为是优势种的功能特征在起作用，而不是植物多样性。 研究结果强烈地支持这样的观点：是优势植物的生物学特征，而不是植物种数在控制着生态系统生产力和生物地球化学过程。,植物多样性、功能组成和功能多样性-Tilman和 Hooper的试验,289块样地，每块169m2，撒播了多年生热带草原的禾本科植物种子，物种数分别为0，1，2，4，8，16，32。这些物种分别代表1、2、3、4和5个功能组(C3、 C4 、豆科植物、木本植物、非禾本科植物)。 人直接操作控制不同样方内不同物种数、功能组数和

9、功能组的类型。,结果发现,物种数和功能组数对植物生产力有十分显著的作用；而植物功能组的类型在很大程度上决定着生态系统的过程,1999年赫克多（A. Hector）等34人横跨欧洲的8国生态学研究,试验横跨欧洲，从北部的瑞典到南部的希腊，从东部的葡萄牙到西部的爱尔兰，在8个地点进行了试验。试验操作是控制草地多样性，观察到生物多样性的丧失对生产力的影响,研究结果,生物多样性的丧失导致生产力显著下降 多样性减半会导致生产力下降1020,生态系统内不同营养层次多样性对生态系统功能的影响,生产力对多样性的依存关系，决定于试验中受控制的只是生产者，还是如捕食者这样对生态系统十分重要的关键类群。,Pfist

10、erer和Schmid的研究与保险假设相反,物种稀少的群落比起有更多物种的群落来，同时具有抗干扰稳定和恢复稳定性 具有高的物种多样性的群落开始有更高的生产力，但抗干扰稳定和恢复稳定性却很低 但这个结论仍然不能应用于所有的群落,生物多样性的生态系统功能研究结果说明了，生物多样性不仅表现在它的组成上，还表现在生态系统的功能上。 关于生物多样性与稳定性和生产力之间的关系，我们还有大量的工作要做。,7 生物多样性丧失有多快,生物的灭绝有两类 自然灭绝 非自然灭绝,自然灭绝的结果,地球上有生物存在的3540亿年中，曾生存过的物种的99.9%已经消失，每个物种的平均地质寿命约400万年。,什么叫灭绝？,灭

11、绝是地球生命史中与物种形成完全相对立的事件。一个物种的灭绝不仅是说它没有一个种群、没有一个个体还在地球上生存，还指它也没有能够通过进化形成别的物种。,生物的灭绝是一种自然现象,物种灭绝为不同生物探索新生境、形成新的生物类型提供了机会。 没有自然灭绝，地球环境就不够了。,地球历史上5次大规模灭绝事件,奥陶纪末期（近5亿年前） 泥盆纪晚期（近4亿年前） 二迭纪晚期（近2.8亿年前） 三迭纪晚期（近2亿年前） 白垩纪和第三纪之间（ 1亿年6000万年前，又叫K-T灭绝）,二迭纪晚期的灭绝事件,5次中最突出的一次 所有生物科的灭绝率平均为60.9 陆地生物的科占62.9% 海洋生物的科占48.6%,K

12、-T灭绝事件,发生的时间最近 海洋动物灭绝了38%的属 所有生物科的灭绝率是14.7%29.5% 集中在海洋爬行类、海绵、蜗牛、蟹、菊石、海胆，陆地上爬行类、兽类、两栖类都有种或属灭绝 恐龙,第6次大规模灭绝,2000年F. Chapin等许多生态学家认为，人类造成的全球环境改变，已经触发了地球生命史上的第6次大规模灭绝,人类已成为地球生态系统中的优势物种,地球上比比皆是农田、牧场、人工林场、渔场、城市和道路 还在孜孜以求征服地球上的每个处女地高山、深海、峡谷、荒漠、密林、河源、南极和北极 地球上已经找不到一个地方没有人的足迹和影响,地球人口已经超过60亿,巨大的人口需要巨大的环境资源，以满足

13、工业、农业和第三产业的发展需要 人口增加是生物多样性丧失的根本原因,25个生物多样性热点地区的人口密度、人口增长率,2000年美国人口学家辛科塔（R. Cincotta）等指出 1995年25个热点地区平均人口密度为73人km2，是世界人口平均密度（42人km2）的1.71倍 有16个热点地区的人口密度高于世界平均水平 有24个热点地区的人口仍在继续增长 有19个热点地区的人口增长率高于1.3%的世界平均水平 有7500万人口生活在热带生物多样性最高的热点，他们的年人口增长率为3.1%，是世界人口增长率的2.4倍,人口影响的范围,人口常集中在城市及郊区，但城市人口对生态系统的影响超出城市半径1

14、00km以外 人口稠密地区即使增长率低也会比低密度高增长地区净增更多人口 人口密度和增长率又同时掩盖各热点地区人口的文化、富裕程度和技术方面的差异，使得生物多样性最丰富的热点，其丧失的速度也是最快的,人类造成了生物多样性的丧失,人不明智的活动，最终改变了地球的生物组成和数量，改变了地球上许多生态系统的结构，物种正加速灭绝，原始生态系统一个个消失，生物多样性正在迅速丧失。 现在生物物种灭绝速度是人类成为优势物种前灭绝速度的1001000倍。,人类活动导致地球陆地和海洋改变,陆地表面的改变是生物多样性丧失的最基本的原因，它的另一个最大的特点是其影响超出边界。 人类已影响了海洋生态系统从植物到顶级肉

15、食动物的整个食物链。,人类活动极大地改变了全球的气候,最典型的就是全球平均温度的上升，在未来50 100年中还将继续下去。 一组由美国和英国生态学家共同进行的研究发现，20世纪欧洲气温升高约0.80，欧洲大陆等温线平均北移120km，北美西部等温线北移105km。,人类活动导致了生物入侵,人类改变陆地的活动与生物入侵相互作用，国际动、植物贸易打破了它们分布的生物地理障碍。 生物入侵的后果常常不可逆转。 经过人工基因操作的转基因生物的释放，是一种新的生物入侵。,科学家们认为，生物基因工程事故的潜在危险甚于核事故，因为基因是有生命的，有害基因在环境中通过载体生物呈指数增长，对生物多样性可能造成灾难

16、性后果。,生物多样性丧失的三个阶段,第一个阶段是特有物种灭绝 。 第二阶段生境片断化十分严重，形成众多岛屿生境 。 第三个阶段，物种多样性将达到一个新的稳定状态 。,灭绝率的估计,一般是根据种面积关系和因滥伐森林所引起的生境丧失速度来估计。 美国斯坦福大学修斯等人估计了全球物种和种群灭绝速率。,如果我们放任大规模物种灭绝，对人类所造成的威胁将大于任何其它环境问题。在以后几十年里我们做什么，不做什么，都将决定作为人类生存基础的生物多样性的命运，决定人类自身的命运。,8 结 语,当人们大谈21世纪是生命科学世纪的时候，他们常常是指生物技术的产业化。许多人对我们这个星球上经过数十亿年进化才形成的生物

17、多样性并没有从根本上认识到它的重要性，没有把生物多样性看成是生命科学世纪的组成内容。,人类在取得对生物多样性的越来越多的支配权以后，生物多样性的丧失和地球环境的恶化就成为必然的结果。,生物多样性资源成本和利益的不公平分摊,生物多样性为全人类所共有，但常常被少数人用来获利，而生物多样性具有的成本为全人类共同承担,生物多样性资源作为整体具有非持续性(sustainability)特征,生物多样性是在漫长的地质历史时期里形成的，人类对其开发利用却是在极端的时间里完成的。因此人类造成的生物多样性丧失的速度，远远地高于生物物种形成的速度，它具有非持续性特征。,作为资源的生物多样性的价值常被低估,生物多样性作为资源进入市场，常常被低估了它的价值,在掠夺性地利用生物多样性资源的同时，从事掠夺的少数利益集团可以获得巨大利润，生物多样性丧失的恶果却由全人类承担。,生物多样性开发中利益和责任的不对称,遗