保护生物学讲义 45页

保护生物学讲义绪论1.1定义*（Definition)*研究生物多样性保护的科学,即研究从保护生物物种及其生存环境着手来保护生物多样性的科学。研究人类社会活动和环境变化对生物多样性的影响，以及如何对自然生态系统进行有效的管理与保护，使之能够为人类持续利用的一门学科。研究直接或间接受人类活动或其它因子干扰的物种、群落、生态系统的生物学。研究保护物种，保存生物多样性和持续利用生物资源问题的学科。生物多样性的定义与层次*生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体，以及与此相关的各种生态过程的总和。包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统。*四个层次：遗传（基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性、（景观多样性）遗传多样性指生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样性。它决定其他两个层次的生物多样性。物种多样性指生命的有机体即动物、植物、微生物物种的多样化。生态系统多样性指生物圈内生境、生物群落和生态系统的多样性以及生态系统内生境差异、生态过程变化的惊人的多样性，代表各种不同生境条件下物种的群集反应。1.2生物多样性的价值1.3人类与自然关系的演化1.4生物多样性的危机及其根源1.5保护生物学的诞生1.6保护生物学的结构和特征1.7保护生物学的未来研究第一章遗传多样性*geneticdiversityDefinitionsofgeneticdiversity广义：指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和。通常谈及生态系统多样性或物种多样性时也就包含了各自的遗传多样性。1\n*狭义：主要指种内不同群体间（两个隔离地理种群间）及单个群体（种群）内个体间的遗传变异总和，即基因多样性(genediversity)。一、遗传多样性的含义遗传多样性是指生物种内的遗传变异；遗传多样性的表现是多层次的；遗传多样性是指种内可遗传的变异；遗传多样性的本质是生物体在遗传物质上的变异，即编码遗传信息的核酸（DNA或RNA）在组成和结构上的变异。二、遗传多样性的起源遗传突变mutation，包括点突变和染色体突变重组染色体突变染色体突变是指染色体结构、数目和大小的改变染色体结构的变化有几种情况：缺失deletion，即染色体上一个片段的丢失；重复duplication，即染色体上某些片段的重复性增加；倒位inversion，即染色体内部结构的顺序发生颠倒；易位translocation，即非同源的染色体片段出现了交换。染色体数目的变化包括非整倍体、单倍体和多倍体现象点突变指在核酸上一个或少数核苷酸的改变，包括：碱基替换basesubstitution：指一个碱基对被另一个碱基对替换。插入或缺失突变（或称移码突变frameshiftmutation）：指一个或几个碱基对的增加或丢失，可造成蛋白质的氨基酸序列发生较大的变化。重组包括DNA分子间重组和染色体重组DNA重组指DNA分子间通过交换等相互作用而产生新的分子形式。染色体重组，传统上也称遗传重组，通常指两个同源染色体间部分区段的交换或互换。遗传多样性表现形式的层次*–在分子水平，可表现为核酸、蛋白质、多糖等生物大分子的多样性；–在细胞水平可体现在染色体结构的多样性以及细胞结构与功能的多样性；–在个体水平，可表现为生理代谢差异、形态发育差异以及行为习性的差异。–遗传多样性通过对上述各层次的生物性状的影响，导致生物体的不同适应性，进而影响生物的分布和演化。2\n–许多遗传变异并不导致任何可观测到的表型上的差异。三、检测遗传多样性的主要方法形态学水平染色体水平等位酶水平DNA水平四、研究遗传多样性的意义有助于进一步探讨生物进化的历史和适应潜力；有助于推动保护生物学研究；有助于生物资源的保存和利用。第二章物种多样性speciesdiversity一、物种多样性的概念**指生命的有机体即动物、植物、微生物物种的多样化。代表物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，同时给人们提供了资源和后备资源。物种多样性的两方面含义*（1）一定区域内物种的总和。主要从分类学、系统学和生物地理学角度对物种的状况进行研究，或称为区域物种多样性；（2）生态学方面的物种分布的均匀程度，常常是从群落组织水平上进行研究，或称生态多样性或群落物种多样性。两种含义的区别主要在于研究的层次和尺度的不同。前一种含义主要通过区域调查进行研究，后一种含义主要是通过样方或样点在群落水平上进行研究。新种连续不断被发现。上个世纪发现的两个重要的新种是涉及到了“活化石”（livingfossil），即该种被认为早已灭绝。1938年印度洋矛尾鱼（Latimeriachalumnae），属于海洋鱼类腔棘鱼，它们曾在古海洋普遍分布，但认为在650万年前已灭绝。进化生物学家对腔棘鱼有特别的兴趣，因为它被认为可能是最初陆生动物的祖先。1945年于四川东部（现湖北省利川县）发现了水杉（Metasequoiaglytostroboides）。随后的调查和植物学研究弄清楚了这种树木属于一个曾在中生代广泛分布并遍及北半球的植物属，但它显然已经在数千万年前灭绝。其它更多不显眼的种？物种多样性特丰富国家*巴西、哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁、墨西哥、扎伊尔、马达加斯加、澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚、马来西亚在内的12个生物多样性特丰富国家拥有全世界60-70%甚至更高的生物多样性。重要生物类群物种数目最多的前10个国家热点地区及特有物种Myers（1988－1990）提出18个物种多样性热点地区属于热带的有14个，属于地中海类型的有4个。它们虽然仅有地球表面积的0.5%，却拥有全球20%的植物物种，拥有500003\n个特有植物物种。Internationalhot-spots(Myersetal,2000)?热点地区的选择：–特有性1500种特有维管植物（世界植物总数的0.5%）鱼类以外的脊椎动物–受威胁程度：原始植被的丧失率大于70%热带物种丰富的原因分析?现象–世界热带森林仅占全球面积的7%，但它包含有世界上一半以上的物种。–这个估计仅只是根据有限的昆虫和节肢动物的样方推算，并类推出占有世界物种的大多数。–May（1992）认为热带地区未被记录的昆虫种数约有500到3000万种。如果该数字是正确的，意味着分布在热带森林的昆虫可能构成世界物种的90%以上。有花植物、裸子植物、蕨类植物约有86000种产于热带美洲，38000种产于热带非洲和马达加斯加，热带亚洲包括新几内亚和热带澳洲共有45000种。其总数约为全世界250000种的三分之二，即10万种以上的这些植物产于热带森林中。大约有世界鸟数30%的种，即1300种产于热带美洲，热带非洲有400种，热带亚洲有900种—均依附于热带森林。由于没有包括可能部分依赖热带森林的迁徙性鸟类。这个数可能估计偏低。原因在地质时期，热带比温带具有更稳定的气候。热带群落比温带群落古老、专化。多数热带地区暖热和高湿度为许多不适宜温带的种类提供了良好的条件。热带可能有来自有害生物、寄生和疾病的极大压力。协同生存。热带植物的异型杂交（outcrossing）率（与同种其他个体远系繁殖，以避免自花授粉）似乎较温带植物要高。在一年内热带地区比温带地区可能接受更多的太阳能。协同生存1976年，德国学者哈肯创立了“协同论”，描述了系统进化过程中内部要素及其相互之间的协同行为，并指出这种协同行为是系统进化的必要条件。协同进化理论的核心是中国古代的“相生相克”理论，即一些生物个体、种群的进化与另一些生物个体、种群的进化相互关系是相生相克的关系，它们之间通过生存竞争，各自夺取所需资源，求得自身的生存和发展；又通过协同，相互利用、共同生存、节约资源，求得生态系统的生存平衡和持续发展。三、中国的物种多样性?我国疆域辽阔，地形、气候复杂，南北跨越寒、温、热三带，生态环境多样，孕育了丰富的物种资源。由于具有独特的自然历史条件，特别是第三纪后期以来，受冰川影响较小，使我国的动、植物区系具有自己的特点，保留了许多北半球其他地区早已灭绝的古老孓遗和残遗的种类。我国是生物多样性特丰富国家之一。4\n在亚洲，中国维管束植物、哺乳动物、鸟类、两栖类、爬行类、鱼类及凤尾蝶类物种最为丰富。中国的物种数量约占世界物种总数的10%左右。其中哺乳动物占有种数为世界第5位，鸟类为世界第6位，两栖类为世界第6位，种子植物居世界第3位。新分类群和新记录仍在不断发表和增加。估计有昆虫15万种以上，而已定名的有4万种左右，约占总数的1/4。相对来说，动物中的哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类及鱼类，植物中的苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物，已知种数较为清楚。我国特有物种较为丰富，特有植物估计有15000-18000种，约占维管植物总数的50-60%，在世界上处于第7位。特有高等脊椎动物在世界上处于第8位。各类群中特有属、种所占比例存在较大差异。特有物种在地理分布上也不均匀。中国植物特有属大致有川东-鄂西、川西-滇西北和滇东南-桂西三大特有现象中心。脊椎动物中，横断山区、青藏高原也具有较多的特有种。我国有14个具有国际意义的陆地生物多样性关键地区，5个湿地和淡水生物多样性关键地区，11个海岸和海洋生物多样性关键地区。（生态系统多样性中讲）第三章生态系统多样性ecosystemdiversity生态系统是生物群落与其环境形成的生态复合体，是生命系统中重要的组织层次，是自然界的基本单位。生态系统类型多样，其组成、结构、分布和动态等特征极富变化；又为其他水平的生物多样性的研究提供有用的资料，特别是栖息地。一、概念*concept与类型type生态系统多样性*指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样性以及生态系统内生境差异、生物群落和生态过程变化的惊人的多样性。*代表各种不同生境条件下物种的群集反应。此处的生境主要是指无机环境，如气候、地貌、地形、土壤、水文等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。生物群落的多样性主要指群落的组成、结构和动态（包括演替和波动）方面的多样化。生态过程指生态系统的生物组分之间及其与环境之间的相互作用或相互关系，表现在系统的能流、物质循环和信息传递等方面。是生物多样性研究的重点。生态系统多样性是生物多样性研究的重点?是基因到景观乃至生物圈的不同水平研究的综合。例如，濒危物种的保护从不同水平上去探索物种濒危机制，从生境或生态系统水平上考虑保护措施；?不同类群或不同学科研究的综合。生态系统多样性维持机制的研究不仅注重生境更注重不同生物类群的作用及其相互关系对系统稳定性的影响。5\n生态系统的分类及分布规律*?生态系统类型宏观上主要按生境性质划分。如海洋、湿地、森林生态系统等。?在地球上不同的地理环境中，由于太阳辐射、降水、氧分压、蒸发强度等因素的差异，发育着不同的生态系统类型。?这些生态系统类型的分布具有纬度、经度和垂直地带性分布规律。二、中国生态系统多样性?中国生态系统分类多以中国植被的分类为依据，并将其分成595类生态系统：–中国主要陆地生态系统类型（1）森林生态系统（2）灌丛生态系统（包括灌草丛生态系统）（3）草原生态系统（4）荒漠生态系统（5）湿地生态系统（6）海洋与海岛生态系统（7）农田生态系统森林生态系统?寒温性针叶林?温带针阔混交林?暖温带落叶阔叶和针叶林?亚热带常绿阔叶林和针叶林?热带季雨林、雨林草原生态系统?温带草原–草甸草原–典型草原–荒漠草原?高寒草原?荒漠区山地草原生物多样性的关键地区criticalarea?是指对于生物多样性保护具有重要意义的地区。?确定关键地区的4条原则*：–丰富性。热带最丰富。–特殊性。我国的高寒植被和常绿阔叶林。–受威胁的程度。濒危物种、易危物种、稀有物种、稀有物种、数量下降但未列入IUCN名录的物种。–经济价值。热带最高。中国生物多样性关键地区*具有国际意义的陆地生物多样性关键地区I吉林长白山地区II河北北部山地地区6\nIII陕西秦岭太白山地区IV四川西部高山峡谷地区V云南西部高山峡谷地区VI湖南、贵州、四川、湖北边境山地地区VII广东、广西、湖南、江西南岭山地地区VIII浙江、福建山地地区IX台湾中央山脉地区X西藏东南部山地地区XI云南西双版纳地区XII广西西南石灰岩地区XIII海南岛中南部山地地区XIV青海可可西里地区具有全国性意义的陆地生物多样性关键地区1.黑龙江内蒙古交界大兴安岭山地地区2.内蒙古锡林郭勒地区3.新疆阿尔泰山地区4.新疆伊利天山地区5.甘肃南部东祁连山地区湿地和淡水水域生物多样性关键地区1.东北穆棱、三江平原湿地地区2.湖南、湖北平原湿地地区3.贵州威宁草海地区4.云南洱海区域5.四川西北若尔盖湿地地区海岸和海洋生物多样性关键地区海南南沙群岛海区海南西沙群岛海区海南东南海岸珊瑚礁海区海南文昌澜港红树林区域广西合浦山口沙田半岛海区广东珠江口南海海岸和海洋区域浙江平阳南麂列岛海区江苏盐城沿海海区山东青岛沿海海区山东庙岛群岛海区辽宁蛇岛老铁山海区景观多样性*Landscapediversity*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。?景观：由一组以相似方式重复出现的、有相互作用的生态系统所组成的异质性的陆地区域。?景观基本结构是由斑块(patch)、廊道(corridor)和基质(matrix)组成。斑块是指动、植物群落或非生命物体如裸露岩石和土壤以及建筑物等。廊道是指不同于两侧基质7\n的狭长地带，如树墙、防护林、河流、道路等，这些大多是人类干扰所形成。基质是景观中面积最大、连续性最高的景观要素。三生物多样性的价值Valuesofbiodiversity?生物多样性强大的生态系统功能和价值?Costanza(1997)在Nature上发表文章，估计平均每年整个生物圈可以提供价值33万亿美元的服务（ecosystemservice）?哥伦比亚一体育场预建地有一种玉米，含有玉米7种病毒抗体中的5种?问题：北京沙尘暴、98年洪水、气候变暖等3.1生物多样性的经济价值*?消耗性使用价值(薪炭、饲料、野味等)?生产使用价值(食品、药物、木材等)?娱乐与生态旅游(狩猎、钓鱼、观鸟)?环境监测(指示生物及群落)?选择价值(潜在的如基因)?教育和科学活动(银杏)生物多样性的利用方式?消耗性使用：商业性狩猎、运动性狩猎、职业狩猎、商业性捕鱼、垂钓、渔业为生、猎皮、为获取动物及其内脏器官和宠物交易而捕猎、其他途径的非直接杀害（污染、车压）、对动物构成真正的或觉察到的威胁的根除计划。?低消耗性使用：动物园和动物公园、水族馆、科学研究。?非消耗性使用：鸟类欣赏、鲸鱼观赏、摄影旅行、散步、商业摄影以及电影摄影、公园、保护区和旅游区的动植物观察。3.2生物多样性的生态价值*?生态系统生产力?生命支持系统?涵养水源?保护土壤?调节气候?对污染物质的吸收和分解?物种关系3.3生物多样性的伦理价值?每一物种都有生存的权力?所有物种均相互依存?人类必须和其他物种一样生活在同一个生态范畴之内?人们必须对他们的行为负责任?资源不应浪费?尊重人类生活和人类多样性与尊重生物多样性相一致?自然具有超越经济价值的精神和美学价值?生物多样性对确定生命的起源是必要的8\n?生物多样性的选择价值(OptionValue)。潜在价值，持有价值。?生物多样性的生存价值(ExistenceValue)。“魅力动物”（charismaticanimal）。四、生物多样性的生态系统功能生物多样性的生态系统功能的几个假说*–冗余种假说。认为生态系统保持正常功能需要有一个物种多样性的域值，低于这个域值系统的功能会受到影响，高于这个域值则会有相当一部分物种的作用是冗余的。–铆钉假说。观点与冗余种假说相反，认为生态系统中所有的物种对其功能的正常发挥都有贡献而且是不能相互替代的。–特异反应假说。认为生态系统的功能随物种多样性的变化而变化，但变化的强度和方向是不可预测的，因为这些物种的作用是复杂而多变的。–零假说。认为生态系统的功能与物种多样性无关，即物种的增减不影响生态系统功能的正常发挥。–关键种的概念与类型–在生物群落中，某些种类对决定大多数其他种类在群落中的持续生存能力具有重要意义，它们的存在与否会影响到整个生态系统的结构与功能，这些物种即称这为关键种（keystonespecies）或关键种组(keystonegroup)。–关键种的应以优先保护，因为假如其在保护地丧失，众多其他物种也会随之丧失。–由于许多热带昆虫的取食行为表现出高度的专性，仅只靠一种或少数有关植物种维持生命。Raven（1976）宣称每一种热带植物的灭亡会潜在性地导致一连串的灭绝事件发生，即带来10-30种昆虫的丧失。甚至单个植物种的灭绝会消亡掉数百种昆虫。–功能群的概念–指具有相似的结构或功能的物种的集合，这些物种对生态系统具有相似的作用，其成员相互取代后对生态系统过程具有较小的影响。–将生态系统中的物种分成不同的功能群可以使复杂的生态系统简化，有利于认识系统的结构与功能，弱化了物种的个别作用，从而强调了物种的集体作用。–最简单、最容易的划分法是将所有的生物分为3个功能群，即生产者（植物和一些微生物）、消费者（动物和一些微生物）和分解者（微生物）。植物功能群的划分：一般依据质量特征、空间和时间上的变化3个方面的标准。质量特征主要包括生活型、形态结构、干物质在不同器官的分配比例、生理特点（如C3和C4光合途径等）、外貌特点（生理和形态特征相结合的途径）等；空间变化主要包括物种或其器官（如叶片和根系等）的水平和垂直分布格局；时间变化主要指物种的生长发育节律即物候学特征。争议?是物种多样性还是物种组成对生态系统功能起作用？?哪个水平的物种多样性对生态系统功能起作用？9\n?物种丰富度、均匀度与多样性指数?种间差异?功能群多样性?功能群内物种数?食物网复杂性?不同水平的多样性同时“有效”第四章生物多样性的危机物种灭绝及其原因第一节物种和物种的形成speciesandspeciation一、物种的定义definitionofspecies?物种是能够（或可能）相互配育的自然种群的类群，这些类群与其它这样的类群在生殖上相互隔离着（Mayr1953);?物种是繁殖单元，由又连续又间断的居群所组成；物种是进化单元，是生物系统线上的基本环节，是分类的基本单元（陈世骧1978）。每个物种都有一定的生活习性，要求一定的空间居住场所，这些空间分布区域大大小小，分散而互不连续，因此把物种分为居群?实质性的物种划分标准：生殖隔离?实践中考虑的特征：形态学、地理学、遗传学等。生物学物种(Mayr1982)**物种是在自然界中占据特殊生态位的种群的一个生殖集群（生殖隔离）。生物学种概念的关键是生殖隔离?生殖隔离分两大类型：地理隔离和生理隔离?生态位亦是其隔离机制之一。?生态位（Ecologicalniche），又称小生境或是生态龛kan位，生态位是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。生物学种基本特征*?形态学特征同一物种必须具有相对稳定的、一致的形态学特征。?地理学特征物种以种群的形式生活在一定空间内，占据着一定的地理分布区。?遗传学特征每一物种具有特定的遗传基因，表现为同种的个体之间可以配育，不同种之间不能配育或虽可偶然杂交但杂交的子代不具繁殖能力。–“生殖隔离与否”在判断物种与未知种群间的关系上是关键性的条件三、物种形成speciation物种形成的含义*10\n?概念：一个物种内部分异而产生新种的过程，为物种形成。第二节物种灭绝extinctionofspecies一、灭绝的概念*?*灭绝(extinction)：当一个物种不再有活着的个体存在于这个世界时。?*野外灭绝(extinctioninthewild)：如果一个物种仅有的个体在圈养或其它人类控制的条件下存活。–具备上述两种情况中的任一种的物种即被认为是全球灭绝。?*局部灭绝(localextinction)：若一个物种在其曾经生活过的某个地方再也没有被发现，但在世界其它地方仍有发现。生态灭绝(ecologicalextinction)：如果一个物种虽然存在，但其数量已经减少到其对同一群落中其它物种的影响可以忽略不计的地步。第三节物种灭绝机制一、外部机制*(生物学机制、物理学机制、人类活动)1.生物学机制*(种间竞争、猎物动态的关系、病菌及病害的流行)*1）种间竞争竞争的两种类型：资源利用性竞争和互干涉竞争?竞争的结果：–两个物种或两个种群的生态位分化或占据不同的分布区–一个物种或一个种群排挤掉另一个物种或另一个种群，造成另一物种或种群的消失。?生态习性相似的种往往构成镶嵌型分布，使两个竞争物种可能长期共存。?竞争可能使一个物种的地理分布范围和数量减少。?竞争往往要伴随其他因素才会导致物种的灭绝。–只有在特殊情况下，如较小的岛屿、重大的地质事件以及人类干扰，才有可能使一个物种或种群走向灭绝。如在较小的岛屿上，一个新的物种的侵入有可能导致当地种的灭绝。–仅仅是竞争这单一因素造成的物种或种群灭绝很少见*2）猎物动态的关系广义的捕食者，包括草食者、肉食者和寄生虫。捕食者和被捕食者的关系在长期的协同进化过程中，逐步从单方的依赖变成了双方的依赖，其种群数量亦常常围绕着一个平衡点按照一定的周期摆动。这对于维持生态系统的稳定性起着非常重要的作用。外界的干扰将会影响捕食者和被捕食者之间达成的上述平衡，并增加其摆动的幅度，进一步的干扰就有可能导致一个种群的灭绝，或两个种群的同时灭绝。*3）病菌及病害的流行11\n?从适合度意义上讲，有毒病菌的适应性很差，这是因为有毒病菌使寄主致死或严重衰弱的同时，也不可避免地导致了自身的灭亡。?因此，病菌的致病能力减弱，这是在长期的协同进化过程中逐步形成的。在这一过程中，被寄生物种对病菌逐渐产生了抗性，同时病原体的毒性也逐渐降低。（协同进化）?病害的广泛流行相当罕见。只有在长期存在的生态平衡被打破的情况下，该区域才有可能发生广泛的病害流行。?病害流行通常可分两种情况：（1）当易受感染的寄主物种从未受病菌感染的区域迁入病菌感染强烈的地区时；（2）当病菌传入没有病菌传染的地区时。在一个孤立的生物区系中突然流行病害，往往出现灭绝波（waveofextinction）。?导致病害流行的一个因素是接触传染。现代城市居民最容易遭受严重的病菌流行感染。?竞争、捕食和流行病等单个因素都不可能导致一个物种的灭绝，尤其对稳定发展的陆地生物区系来说更是如此。?就现有资料分析，除岛屿外，至少近300年来还没有发现任何一个物种的灭绝纯粹是由于这些因素单独作用的结果。?然而，这些并不能说明上述因素对研究灭绝和进化不重要。它们会使物种增加能量和遗传上的负载、种群中个体寿命缩短。物种灭绝中的第一冲击效应美国松鸡的例子19世纪，松鸡遭到大量捕杀。1870年，松鸡仅生存于马萨诸塞州的一个小岛上。1908年，松鸡只剩50只。?1908年建立了1600英亩的保护区。1915年，岛上的松鸡已自然增殖到2000只。?1916年以后，森林火灾、捕食者—苍鹰大爆发和百年罕见的低温冻害天气，加之种群数减少和性比失调所引起的近交和家养火鸡的病菌传播流行，使松鸡在1927年锐减到11只雄鸡和2只雌鸡，1928年底仅剩1只。?1932年3月11日该种从地球上灭绝。该物种的灭绝过程可分二个阶段–第一阶段：大量无度的捕杀对松鸡的生存从未有过的强烈冲击。种群数量快速下降、分布范围迅速缩减。–第二阶段：一系列接踵而来的生物学和物理学事件使该物种最终走向灭绝。–如果没有第一阶段的强烈冲击，第二阶段中任何一个事件的发生都不可能有如此巨大的效果。–第一阶段人类的过度捕杀是造成松鸡最终灭绝的首要因素，这就是第一冲击效应（firststrikeeffect）。否则一个已建立起完善的适应体系的物种很难迅速灭绝。2.物理学机制*(缓慢的地质变化、气候变迁和灾变事件)*1）缓慢的地质变化地壳整个布局的改变破坏了原来的生存条件，同时又创造了新的生存环境。12\n–如二迭纪和三迭纪交界时期，超级大陆—联合古陆（Pangaea）的形成使大量生存在大陆架上的海洋生物灭绝，同时又为陆地生物的进化创造了必要条件。在这一缓慢的地质变化中，裸子植物逐渐取代了蕨类植物，成为植被中的优势成分。*2）气候变迁气候的变化或变迁超过了某一物种或分类群的调节限度，就可能导致该物种或分类群不可避免地走向灭绝。如：–晚白垩纪全球气候的干旱化使38%的海生生物属彻底灭绝，陆地动物遭受灭绝的规模更大；–第三纪始新世末期，由于气温迅速变冷，许多在古新世后期和始新世占优势的植物类群灭绝；–第四纪冰川的影响使大量的植物类群销声匿迹。分布在岛屿的物种在气候发生变迁的情况下更容易灭绝。*3）灾变事件海退现象中的生物区系危机火山爆发和造山运动所引发的生物大灭绝?短时期内大量的火山爆发时，其效应和小行星与地球相撞所产生的气候效应相似，大量的火山灰冲入大气层，加强了地球对光的反射能力，使辐射到地球表面的太阳光迅速减少，导致地球表面的气温急剧下降。－几次生物区系的危机均发生在火山爆发和造山运动时期。如奥陶纪后期、泥盆纪后期和白垩纪后期所发生的3次生物大灭绝事件均伴随着火山爆发和造山运动。?大多数火山爆发的持续时间和生物大灭绝时期相吻合。来自外星系的灾变事件（晚白垩纪生物界的大灭绝）?人类活动对生物区系的巨大冲击首先表现在对地球生态系统的巨大改变?地球表面40%的区域被人类作农业、城市、公路和水库之用，那些天然的动植物区系被农作物、混凝土建筑和其他人工产品所替代。如巴西的圣保罗地区，从公元1500年至1845年间仅有2%的森林被毁，然而自1907年以来，90%的森林已被毁灭殆尽。至80年代初，全球41%的热带雨林已经消失。人类目前对热带森林的破坏仍以大约每分钟47ha的速度进行着。热带森林将在25年到50年内消失，大量的热带生物种类在生物系统学家还未来得及鉴定归类之前就会消失掉。?人口的稠密程度、人类获取自然资源的方式以及人类对自然认识的观念人类的间接影响也是巨大的?人工引种以及人工造林代替天然林常常改变某一区域的植物群落结构，从而打破了该区域各个生物类群，包括动物、植物、微生物长期以来所建立的平衡。?此外，人工生态系统仅仅由单一或少数几个物种组成，如农作物种植、人工造林使得遗传多样性和变异性降低，因此是一种潜在的危险状况。?气温的升高往往使陆地沙漠化扩大生态系统失调自然环境恶化从而使一些物种失去了原13\n有的生存条件而灭绝?目前动植物的进化速度不可能跟上人类改变地球面貌的步伐二、内部机制*每次大灭绝之后，随之而来的是许多次生物类群的强烈分化和增殖，一些全新的高级类群随之出现，即生物类群巨大的分化波。–如恐龙灭绝后哺乳动物迅速扩展1.灭绝和进化创新**灭绝在进化中的作用就是通过消灭物种和减少生物多样性来为进化创新提供生态和地理空间。–但一些低等生物有例外。最典型的是前寒武纪细菌等形状和结构与它们现在生存的种类在上很难区别。2.物种灭绝与类群的系统发育年龄**对于新类群来说，幼期阶段是它们系统发育中的瓶颈阶段，因其仍缺乏对环境的有效适应。常常在它们还没有来得及扩展自己时又将它们扼杀在摇篮之中了。只有少数类群能够度过这一瓶颈阶段。*几乎所有的大灭绝事件中，比较古老的支系往往受到较大的影响。在正常的地质时期，古老支系的灭绝率也比其他类群高得多。–这些古老支系在系统发育过程中处于衰亡阶段—生存脆弱性。–与个体一样，一个物种或类群适合度也缓慢地被侵蚀，直至其所有进化潜能全部耗尽，最终走向灭绝。3.形态单一的类群容易灭绝*?*形态性状单一的类群似乎缺乏比较多样化的生理功能（尽管它们可能在某些生理功能方面具有一定优势），缺乏对外界干扰的应变能力。?形态性状多样的类群往往具有多样化的生理功能以及较完善的生态适应性，具有较高的生存率。4.特有类群尤其是特有属容易灭绝**地方性特有类群，尤其是属级水平上的地方性特有类群更容易灭绝。一些地方性特有属在正常的地质年代具有丰富的多样性，然而却在大灭绝来临之时首遭恶运。–白垩纪后期的大灭绝中分布于海岸平原的特有属和非特有属的幸存率，双壳类分别是9%和55%，腹足类分别是11%和50%。5.热带分布类群容易灭绝*?*热带雨林具有相对稳定的群落结构，在正常地质时期，其物种丰富性以及群落结构的复杂性对灭绝具有更强的抗性。?*当干扰超出一定范围，如全球性气温变冷，热带区系中那种似乎很精细的群落结构则显得十分脆弱；当遇到与高纬度区域同样强度的环境干扰时，热带类群就会遭受大得多的损失。14\n?*热带区系中丰富的特有类群在环境干扰下很容易灭绝。第四节岛屿物种灭绝与岛屿生物地理学一、岛屿上的物种灭绝速率?岛屿种通常是在较低竞争、捕食及疾病威胁的水平下进行演化并产生新种。当捕食者和竞争引进岛上时，它们就会消灭大部分没有任何防卫能力的岛屿种。?很多海岛物种是地方特有的，故最易遭灭绝。–近350年大多数鸟的灭绝发生在岛上，同时至少90%海岛小种群植物正处于灭绝或相当大的灭绝危险之中。?相反，在大陆上的竞争、捕食和疾病成为了自然选择强大的动力。?大陆种往往在大范围内有许多种群，故一个种群的消失不会给整个种的生存带来灭顶之灾。1600年以来灭绝种数证明岛屿物种更易遭灭绝。–岛屿面积比很小，但在已知724种灭绝的动植物种中，有351种（约占半数）是岛屿种。–相比之下，海洋中灭绝的物种较少，但已知的数目肯定是偏低的。也可反映海洋物种对干扰具有较大恢复能力。–已知灭绝的哺乳动物、鸟类和爬行类，大多数属岛屿种类。–而鱼类及高等植物的灭绝则在大陆。?马来半岛淡水鱼中，以前采集到的266种的大多数种现已不复见到。?在北美，有1/3以上的淡水鱼处在灭绝危险之中。e.g.夏威夷群岛（研究得最透彻）–公元400年波利尼西亚人进入夏威夷之前，该岛有98种本地特有鸟。?波利尼西亚人引入了波利尼西亚鼠、家犬、家猪，并因农业生产砍伐森林。由于捕猎及破坏的增长，致使在1778年欧洲移民进入之前就有50种鸟类灭绝。–欧洲人旋即带来猫、新种类的鼠、印度猫鼬、山羊、牛及猫头鹰，同时也无意带入鸟病，还为了定居和农业发展开垦了更多的土地。–在过去的200多年间，另有17种鸟遭致灭绝。–现存的许多种的种群都很少且几近灭绝。人为干扰和外来种的引入最终会导致该岛全部特有鸟类的灭绝。岛上的欧洲移民通常比其他移民破坏性更大，因为他们采伐更多，并大规模地引进欧洲占领者的特征种。–1840-1880年，60多种脊椎动物，特别是草食动物如羊，被有意引入澳洲，在那里它们取15\n代了当地种类，并改变了许多群落。–十五世纪最先到达马斯克林岛的观光者放出了猴子和猪，这些引进的动物及随后而到的荷兰殖民者导致20种鸟类及8种爬行动物灭绝。–引进的捕食者对岛上种类造成压力的最明显例子是一种不能飞的Stephen岛的鹪鹩，它是一种新西兰岛外的一个小岛上的特有种，后来岛上全部的鹪鹩被灯塔看守人养的一只猫吃掉。岛屿植物种类同样是由于生境破坏而受到灭绝的威胁–夏威夷至少91%自然生长的植物是岛上特有，当地特有种约10%已经灭绝，保存下来的有40%的特有种亦受到灭绝威胁。–在马达加斯加，80%植物种是特有的并且受到灭绝的威胁。第五节对灭绝的脆弱性几个概念：–普遍种：地理分布区广泛、广幅生境特性和局部的大种群数量。–稀有种：某种具有小的地理分布、局限的生境特性且通常只有小的种群数量。–地方特有种：只生长在某专一的地理分布区的物种。如大熊猫、银杏为中国特有种。–稀有种特别容易灭绝，普遍种不那么容易灭绝。稀有种有三方面涵义：（1）一个物种占有狭域的地理分布区，在该狭域的地理分布区内可能有局部的繁茂，也可能在其分布的小范围内也很稀少；（2）一个物种以前分布很广，但现在由于人类活动破坏了它的生境而分布局限；（3）一个物种只生长于一个或少数几个特殊的生境。容易灭绝的物种*地理分布区狭窄的物种*只有一个和少数几个种群的物种*种群规模小的物种*种群密度低的物种*需要较大生活空间的物种*个体较大的种类*种群个体数增长速率低的物种*不能有效扩散的物种*迁移性物种*很少遗传变异的种类*需要特殊生态位的物种*长期或暂时群聚的物种.*被人类猎取或收获的种类*以稳定生态环境为特征的物种16\n第五章生物多样性面临的胁迫Threatstobiodiversity生物多样性灾害四重奏*–生境的破坏和片断化–资源过度开发–环境质量恶化–外来种入侵第一节人口数量与资源过度利用一、人类对生物多样性的威胁二、不合理利用自然资源三、过度开发第二节栖息地（生境）的破坏和片断化一、栖息地破坏二、生境的片断化(1.生态系统的变化2.物种局域灭绝和物种多样性下降的机制3.边缘效应4.生态学后果)第三节生境的退化与污染一、杀虫剂污染二、水体污染三、大气污染(1.酸雨2.臭氧3.有毒金属)四、全球性的气候变化第一节人口数量与资源过度利用Increasingofpopulationandoverexploitation一、人类对生物多样性的威胁1根源?人口数量增长–现代医学技术以及可靠的食物资源保障导致人口迅速增长?低效和不合理利用自然资源2直接作用?生境的破坏、破碎和退化(包括污染)?对物种的过度开发?外来种的引入?疾病的加速传播二、不合理利用自然资源–工业资本主义和现代物质社会的发展促使对自然资源的加速需求–工业化国家（包括发展中国家的少数富裕阶层）占有了世界上大部分能量、矿产、木材产品和食物–美国年人均使用的石油产品是印度的43倍，铝是印度的34倍，磷肥是印度的58倍17\n三、过度开发Overexploitation第二节栖息地（生境）的破坏和片断化*HabitatdestructionandFragmentation?对生物多样性下降最大的威胁是生境的丧失?保护生物多样性最关键的手段是保护生境一、栖息地破坏Habitatdestruction生境丧失是现趋于灭绝物种的最大威胁-此次大灭绝不同于以往几次的特点（规模大、涉及面广、时间短）许多国家尤其是人口稠密的岛屿，绝大多数的原始生境都已经被毁–61个热带国家中已有49个国家50%以上的野生动物生境已遭到破坏–在亚洲热带国家中，有65%的野生生物生境已不再存在。其中孟加拉国达94%、香港97%、斯里兰卡83%、越南和印度均为80%。受到威胁的热带雨林?热带湿润森林仅占地球面积的7%，但其拥有的物种数量占全球物种的50%以上。2?全球原有热带雨林的面积在1600万km左右。22?1982年热带雨林面积仅剩950万km，1985年再次统计显示三年中丧失了100万km的热带雨林。222?目前以每年18万km的速度递减，其中8万km完全毁灭，10万km发生退化。?2040年除了很少部分得到保护的之外，地球上将不再有热带雨林。?后果：由于土壤瘠薄、营养不足和大雨的侵蚀使生态系统出现严重的退化。举例朗多尼亚州–位于巴西亚马逊，1975年以前几乎被原始的雨林所覆盖，当时该分布区的面积为24.3万22km，仅有1200km受到破坏。2–由于政府鼓励形成的土地开发潮，1982年就使1万km的森林遭到毁灭，1985年另外26000km森林同样变成了无林地。–80年代末该州人口每年递增15.8%，而毁林速率却以每年37%的速率高速增长。–与世界其他地区相比，这里的两个速率都是遥居高位的。马达加斯加2–由于流动耕作、放牧以及火灾等因素，每年毁林的面积达3000km。使森林面积由原有的18\n226.2万km下降到2.6万km。巴西大西洋海岸2–未受破坏前，这些森林成狭条状分布于南美沿海，面积达100多万km。–因种植甘蔗、咖啡和可可，巴西境内的森林几乎全部被毁，残留的比例不到5%，总面积2只有5万km。–虽然这一大块森林看来还是可观的，但这些残留林(remnants,fragments)还被分成无数的2小片，其中面积最大的也仅有7000km。其他受到威胁的生境常绿阔叶林–亚热带常绿阔叶林在我国的分布区占国土面积的1/4。由于人为砍伐，大量地被杉木林、马尾松林、次生灌丛甚至荒山所取代。除一些人迹罕至的地方保存得较好外(大多数已成立自然保护区)，多数是因风俗和宗教等原因保留着下来的零星分布的常绿阔叶林片断—“风水林”和“寺庙林”，生境破坏和片断化现象十分严重。热带干旱林–与热带雨林相比，热带干旱林更适于被开垦用于发展农业和畜牧业。适中的雨量（150-2000mm/年）使土壤中的矿质营养能被保存以利于植物的吸收。–中美洲干旱林区的人口密度比其邻近的雨林高出5倍以上，使中美洲太平洋沿岸落叶性的干旱林仅残存不到2%。红树林–在非洲和其他的热带地区，红树林却被开垦用来种植水稻或者改造成虾和对虾养殖场。–东南亚有15%的红树林被改造用于水产养殖。菲律宾近100年中使一半以上的红树林遭到破坏，泰国在1961年到1979年就失去了30%的红树林。湿地和水生生境–在过去的200年中，美国一半以上的湿地遭到破坏。这种现象在其他工业化国家和地区如欧洲、日本也同样严重发生。–湖北省的江汉湖群正在迅速消失，1959年至围垦终止的1977年，在正常水位时的总面积222由原来的4707.5km下降到2656.6km，减少了43.3%，面积0.5km以上的湖泊由原来的609个下降为309个，减少49.3%。22–洞庭湖曾是我国第一大淡水湖，1949年面积为4350km，到1978年仅为2740km，缩小3了三分之一以上，调蓄容积损失近100亿m。荒漠化由于人类活动，许多生物群落在季节性的干燥气候中退化—荒漠化。–（特别是在干燥多风的年份）连续耕作，导致土壤侵蚀和失去保水能力。19\n–家畜如牛、绵羊和山羊对牧草的过度取食、砍伐木本植物作为薪炭材，使生物群落进一步退化，进而失去表土层，直到形成荒漠。–荒漠化一旦出现就很难逆转。沙尘暴警示。二、生境的片断化Habitatfragmentation定义?生境片断化(habitatfragmentation)：一个面积大而连续的生境缩小并分割为两个或更多小块的过程。Wiens(1989)认为人类对生境进行干扰而形成片断化生境的过程存在着两个不同过程:–林窗形成（gapformation）:干扰从生境内部开始–片断形成（fragmentation）:干扰从生境外部开始–两种过程单独或协同作用均可导致生境片断化，协同作用时片断化加速。研究中一般将两者分开，本节主要针对更常见、影响更大的后者。生境片断与原有生境有两点重要区别?单位面积生境中，片断具有更长的边界线?对每一生境片断来说，中心到边界的距离较近片断化的后果最初两个现象：–各片断之间的隔离(isolation)－内部小气候(microclimate)的变化(如太阳辐射、风和水分循环)?进一步导致片断中物理、化学和生物学因素的一系列变化片断化的后果1.生态系统的变化?植物群落空间结构、种类组成、物种多样性、动态，植物功能群(functionalgroup)结构、种群更新格局和生殖生态等的变化，物种局域灭绝。?竞争、捕食者-被捕食者和寄生等种间关系，避难鸟类的拥挤效应。?养分循环变化–因土壤热量增加及由其引起的土壤微生物和无脊椎动物数量和活性、凋落物分解、土壤湿度等改变。2.物种局域灭绝和物种多样性下降的机制片断化的后果?破坏性干扰。一些种类会因生境遭破坏而有效性降低、异质性丧失而灭绝。因居住范围20\n缩小使种群大小受限制，使遗传多样性下降、纯合度增加而适合度下降。物种迁入率下降或迁入受妨碍。?边缘效应。片断越小则边缘比例增加、其相对重要性越大?次生灭绝（secondaryextinction)。片断化扰乱了群落内很多重要的相互作用，如竞争、捕食关系、寄生关系、互惠共生等等，这些关系的破坏导致物种灭绝和多样性下降。?外来种的侵入，许多外来种在新的生境内成为竞争的胜利者，尤其在热性(如朝南)边缘。藤本片断化的后果3.边缘效应片断的边缘将形成一个小气候和土壤特征的梯度。–与林内相比，林缘的光合有效辐射(PAR)、空气和土壤温度、蒸汽压差(vaporpressuredeficit，VPD)增加、空气和土壤湿度、死地被层含水量下降、对风的开放程度增加，边缘小气候由“凉湿效应”转化为“干暖效应”。4.生态学后果1）植物与植物群落–耐阴植物被局限在片断内部；从林内到林缘,次生性和喜光物种的幼苗和幼树、杂草种类、风媒和水媒植物增加,而成熟性、靠脊椎动物传粉的树种数量减少。–树木密度增大、林下植物叶片密度增加而林冠植物叶片密度减少；林冠开放度增加；植物功能群结构不稳定。接近林缘的植物死亡率上升、种群更新能力下降。使种子库和幼苗密度发生变化，从而影响以后的群落特征。–落叶量大大增加，叶子的凋落可使养分损失和死亡率增加。–热带森林片断边缘10-25米的一条带内藤本和其它次生植被快速生长。–森林植物的生物量、生产力的变化。2）动物与动物群落?物种扩散和建立种群的机会减少。许多林内的鸟、哺乳动物和昆虫不愿穿过哪怕是很短距离的开阔地。如果它们冒险进入开阔地，等候在外面的鹰、猫头鹰和其他捕食动物就会把它们吃掉。100m宽的农田对许多无脊椎动物可能是难以逾越的障碍。－使动物的搜寻能力降低。许多动物种类，无论是单一的个体，还是社会性的群体，都需要能够在分布区自由地穿越境地在星散资源中觅食。某一种资源在动物的一年中可能只需要几个星期，甚至在几年中只需一次。但是，由于栖息地被分割，物种被限制在狭小的区域而不能去寻找所需要的分散的食物资源。如马来猩猩和其他的灵长类。–对动物的求偶、交配产生限制，以致影响动物的繁殖。–加速种群数量的下降和灭绝，每一个亚种群被限制在一定的区域，由于交配困难，遗传漂21\n移和其他问题会变得更加脆弱。–遗传漂移是指在小的种群里基因频率随机增减的现象，种群越小往往遗传漂移的作用越大。–杂食性的动物可能会沿着林缘增加种群数量，并在林缘大量捕杀昆虫和两栖动物。–捕食动物较易深入栖息地内部，致使距林缘数百米深处的许多动物不能成功地繁殖。–片断化也缩短了家畜与野生动物之间的距离。因此，家畜的疾病也就更容易在没有抵抗力的野生种群内传播。第三节生境的退化与污染*HabitatDegradationandPollution最微妙的生境退化是环境污染。原因：–工业和人类居住地释放的杀虫剂、化学品和污水–工厂和汽车排出的废气–由被侵蚀的山坡沉积下来的淤泥污染不仅威胁到生物适应性，而且影响人类健康。－有时环境污染是清晰可见和异常激烈的，例如由海湾战争引起的大规模原油泄漏和500起油井大火。一、杀虫剂污染1962年雷切尔·卡森所著的《寂静的春天》–以DDT和其他有机氯杀虫剂为中心内容，描述了它们被用于杀死植物上的害虫和水体中的蚊子，而农药又进入到食物链中杀死野生种群的过程。?鸟类取食大量接触过DDT并把它富集于自身组织中的昆虫、鱼和其他动物。经过这个过程，鸟体内含有很高浓度的农药，它们常产下不正常的薄壳卵，孵化过程中极易遭到压碎，这就危害到这些鸟类的抚育幼鸟和种群。猛禽类如鹰和雕尤其明显。?上世纪50年代和60年代猛禽数量的减少最重要的原因是杀虫剂污染导致的繁殖失败。–有机氯杀虫剂如DDT，它能分解为一系列的产物，如DDE、DDD、狄氏剂（dieldrin）及一些相关化合物。这些衍生物使卵壳变薄，抑制胚胎的正常发育，改变发育成熟鸟类的行为，甚至直接导致鸟类死亡。机制：猛禽处在食物链的终端，它们对这些化合物尤其敏感。有毒的化学物质通过生物放大过程(biomagnification)在食物链的终端达到较高的浓度。–如：DDT浓度湖水－0.000003ppm，水中浮游动物体内－0.04ppm，以浮游动物为食的小鱼体内－0.5ppm，吃小鱼的大鱼体内－2.0ppm，以大鱼为食的鹗体内－25ppm。–游隼食海滨鸟、鸣鸟，后者是以吃鱼、水生动物和昆虫为主的。因此，游隼的捕食行为将22\n毒素的浓度再进一步提高，比直接以鱼类为食的鸟类遭到的危害性更大。人类的反应?一些工业化国家开始禁用有机氯杀虫剂。美国1972年通过了禁用这些农药的法律。采取了禁用措施后，鸟类如猎隼、鱼鹰、白头雕的种群得以恢复。?但是世界上其他许多国家仍在使用这类农药。?生物农药、有机农药前景广阔二、水体污染来源：–杀虫剂、除草剂、原油产品、重金属（如水银、铅和锌）、去污剂和工业废水。–河流、湖泊和海洋成了工业废水和居民排污的场所。特点：–直接杀死生物或改变环境不再适于生物生存；–污染随着水流而大面积扩散。后果：–对水生生物群落构成严重的威胁；–破坏食物资源、污染饮用水，对人类的健康产生直接和长期的危害。机制：–有毒化合物（杀虫剂、杀草剂和重金属等）直接致死。–营养物质（N、P等，来自工业、生活废物、废水或耕作、退化的地表水等）导致富营养化—藻类滋生—掠夺光资源、释放毒素—生物多样性严重下降。三、大气污染1.酸雨?成因：冶炼工业和以煤、油为燃料的电力工厂在生产过程中向大气释放大量的硝酸盐和硫酸盐，其与大气中的水分相结合形成硝酸和硫酸。上述两种酸类化合物成为云层的一部分并大地降低了雨水的pH值。?作用：使土壤和水体的pH值降低，也对许多植物种类造成直接的危害。?后果：–鱼类直接死亡或失去繁殖能力，抑制微生物的分解作用，减慢矿物质循环的速率，降低生态系统的生产能力。–使树木生长衰弱易受虫害威胁、易感染各种病害。23\n–世界工业化地区的许多池塘丧失了本地动物群落的大部分。2.臭氧?来源：汽车、电厂和其他工业过程排放出由内燃机内燃料燃烧的副产品，如碳氢化合物和一氧化氮。在阳光下，这些化合物与大气反应生成臭氧和其他次生化合物，并产生光化学雾。?利：臭氧对于防止紫外线的辐射有着重要的作用。?弊：近地面高浓度的臭氧可危害植物组织，并使植物变得脆弱。–城市中心的树长得比郊区的快。3.有毒金属?来源：含铅汽油、采矿、金属冶炼和其他的工业生产过程释放出大量的铅、锌和有毒金属进入到大气中。?危害：对植物和动物产生直接的毒害。四、全球性的气候变化?“温室气体”：二氧化碳、甲烷和其他的微量气体。它们气体和水汽（以云的形式存在）吸收地球以热方式释放的能量，并减慢地球上热量释放的速度并把它们反射到空间。像覆盖在地球表面上的一层“毛毯”。?二氧化碳：近100年（主要是近50年）大气中的浓度由290ppm升高到367ppm。主要是近50年估计到2030年可达400-550ppm。–原因：大量燃烧矿物燃料如煤、油和天然气的释放。甲烷：过去的100年大气中的含量由0.9ppm提高到1.7ppm。–与二氧化碳相比，甲烷对热的吸收能力更强。–原因：由于开发农业、发展畜牧业、垃圾堆中微生物的作用、热带林火和草地火灾以及燃烧矿物燃料等。上世纪全球均温上升了0.5℃，这世纪可能是2℃-6℃。影响：－温带的变化——北温带和南温带气候将向两极扩展。北美东部落叶阔叶林21世纪将会以每年5-10km的速率向北迁移。对比：最近的更新世冰期过后，气温回升，树木以每年100-400m的速度迁移回到北美－热带的变化——对热带的影响比对温带要小得多。?但将对物种的组成（尤其候鸟种群）、植物繁殖时间以及对火灾的敏感性产生巨大影响。?热带地区的飓风会变得更加严重和频繁，而这种因素决定着森林的结构和组成。?飓风是一股巨大而强劲的风暴,旋转的风速可达每小时120公里.常被气象学家称为热带风暴的飓风.它一般都以每小时20公里的速度,沿著通常的风向掠过海面,会带来滂沱大大雨和掀起巨浪.当飓风登到陆地时,会导致很大破害,破害陆地的建筑物等和引发该地区的大水灾.24\n当飓风形成时,水蒸气从海水中上升,并形成厚厚的云墙.随著温暖的水蒸气和空气上升,开始向上旋转.更多的温湿空气冲进上升空气的下方,这便变形成了一股飓风.－海平面升高——温度升高会使高山冰川融化和格陵兰冰层收缩。?在未来的50-100年中，冰川融化增加的水将使海平面升高0.2-1.5m。?后果：淹没沿海地区的湿地群落。建筑在湿地附近地区的居民住房、道路和防洪大坝成为物种迁移的直接障碍。据估计，海平面升高将会使美国沿海25-80%的湿地被淹没。?一些地势较低的国家，如孟加拉国大部分的国土将会在100年左右消失。?海平面升高对珊瑚礁种类有极大的危害。因珊瑚生长对水深度的光照与水流组合、水温有严格的要求。1982和83年太平洋不寻常的高温就使与珊瑚共生的藻类死亡，发白的珊瑚遭受到严重的饥饿，由此导致18m深处70%-95%的珊瑚大量死亡。－植物种群的变化——一些植物种类能够适应二氧化碳浓度的提高而增加自己的生长速度，而一些适应性差的植物就不能快速生长。?总之：难以预测，应密切监测全球变化对生态系统的影响第六章外来种入侵一、基本概念二、外来种的传播三、入侵种的主要特点四、入侵机制五、入侵种对生物多样性的影响六、入侵种对社会经济的危害七、外来种的控制八、展望一、基本概念1.本地种2.外来种3.外来入侵种4.生物入侵1.本地种*?nativespecies，indigenousspecies；?*指在其过去或现在的自然分布区域和扩散潜力范围内（即物种自然分布，或无直接间接引入或不需要人类干预能够存活繁衍的范围）的物种、亚种或更低级的分类群。?变种和亚种(subspecies)没有本质差别,时常混用。习惯上植物多用变种,动物多用亚种。2.外来种*?alien/non-native/non-indigenous/foreign/exotic25\nspecies；?*指出现在其过去或现在的自然分布范围以外（即在原分布范围以外自然定殖的、或没有直接或间接引进、或没有人类活动就不能定殖）的物种、亚种或更低级的分类群，包括能够存活下来并繁殖的任何部分、配子或繁殖体。?美国的生物区系中至少有5万种为外来种，我国外来种的比例可能也较高。?广义的外来种包括遗传饰变生物体(GMOs)。就是指凭借现代生物技术获得的遗传材料新异组合的活生物体。实际上就是将外源DNA导入生物体基因组，引起了遗传改变，改变了遗传组成的生物，就是转基因生物。外来种的类型有益。如玉米、小麦、大麦、马铃薯、辣椒、番茄、棉花、花生、番薯。又称引进种。中性。在一定的条件下维持相对稳定。如广玉兰、桉树属植物等。有害。外来有害种，入侵种。3.外来入侵种*?alieninvasivespecies；*指在自然、半自然生态系统或生境中定居下来的，对本地生物多样性产生影响并构成威胁的外来种。如喜旱莲子草、凤眼莲、微甘菊、松材线虫、美洲斑潜蝇、紫茎泽兰等。外来种成为入侵种的概率约为1/1000。？问题?本地种、外来种及外来入侵种三者之间的界限并不是显而易见的，如外来种在侵入1000年后就很难从本地种中区分开来，有相当的物种难以判定是本地种还是外来种。?目前我们所定义的外来种中潜伏着一些未来的入侵种，这也常常是外来种管理上的疏漏之处，因为人们通常只注重那些已经产生危害的入侵种，而忽视了即将出现的入侵种。?如：巴西胡椒(Brazilpepper)许多年来被人们栽种于院落作为观赏树种，上个世纪40年代末50年代初突然爆发，至今人们还无法解释其泛滥成灾的真正原因。4.生物入侵*26\n*当外来种进入一个新的地区并能存活、繁殖，形成野化种群(feralpopulation)，其种群的进一步扩散已经或即将造成明显的生态和经济后果，这一事件称生物入侵(biologicalinvasion)。被认为是新千年三个最棘手的问题之一，另两个为全球变化和生境丧失。二、外来种的传播?人为传播。包括两种情况：–有意引进。如引进各种农作物或畜禽优良品种、观赏植物、天敌昆虫和授粉昆虫等。如喜旱莲子草、凤眼莲、米草、水盾草、薇甘菊。–无意传入。在各种国际交往的过程中，随进口的货物、交通工具及其他载体，偶然传入新的区域。国家和地区间的贸易和旅游等活动是外来种跨越高山大洋传播扩散的主要途径。如松材线虫、斑潜蝇。?非人为传播。借助自然因子传播到达新的区域，这些自然因子包括风雨、气流、江河、动物的迁移等等。如紫茎泽兰。四、入侵机制1.外来种的生物学特性（已讲）2.入侵种与本地种的相互作用3.群落的可侵入性4.生境变化入侵种与本地种的相互作用?缺乏天敌的控制。但不完全是如此。如喜旱莲子草。?种间抑制。有时是导致入侵成功的主要因素。?外来种与本地种间的竞争。外来种在新生境中的竞争能力往往强于生态位相似的本地种，通过排挤后者获得成功。如火蚁。?外来种的协同入侵。如携带病原体或寄生虫的外来种。松材线虫，光靠它自己是无法进行远征的，扩散速度会慢得多，所以它就选取了松墨天牛作为自己的运输机；而松墨天牛呢，它在松材线虫的帮助下，当然更容易在树林中泛滥成灾了。?杂交促进入侵。外来种与本地种杂交产生的后代可能兼具双亲的有利性状，还能产生双亲不具备的新特征，使其能生活于双亲不能生存的生境中。同时，杂交种往往具有较高的遗传多样性，摆脱双亲有害基因的影响，有利于其生存。群落的可侵入性(invasibility)?生物多样性有时对抵抗外来种入侵起着关键性的作用。物种组成较丰富的群落比组成简单的群落对生物入侵的抵抗力强(Elton，1958)。?另外一种观点：多样性高的群落因其生境条件较好，反而以利于外来种入侵。关于群落可入侵性的一些假说*群落物种丰富度communityspeciesrichness假设物种丰富的群落不能给外来种提供足够生态位，所以可以抵抗外来种的入侵。空缺生态位vacantniches假设本地种缺乏，对外来种没有足够的生物抵抗。27\n群落生态学（Communityecology）假说–把“生态位机遇”作为阐述群落可侵入性的着手点。–三种因素影响着外来种的生长速率：资源、天敌和物理环境。它们均有随时空变化的特性，物种对这三种因素及其时空变化的反应决定着其入侵能力。–成功的入侵者正是利用各种机遇的胜者，它在群落中缺乏专性甚至兼性天敌，波动的资源正好被它利用，本地竞争者对资源的利用不如它、且兼性天敌对其的控制力很强使其无法与入侵者竞争，物理环境也对其有利。生境变化?干扰的影响。一般认为生境受到干扰有利于生物入侵的发生。但也不完全这样：–过强的干扰使物种多样性下降而促进入侵，适当的干扰则结果相反。–在缺乏干扰的情况下，一些本地种会爆发，使物种多样性降低，减弱群落的抵抗力。–入侵可能使群落特征改变，反过来影响群落受干扰的难易程度。?全球变化。全球变化也促进生物入侵的发生。如CO2浓度增加会延缓草原的演替进程，这样就为外来种入侵提供了更多的机会。–生物入侵又在全球范围内影响生态系统的结构和功能，反过来影响全球环境，因而全球变化对生物入侵的促进会对全球环境产生长远的影响。五、入侵种对生物多样性的影响?使生物多样性下降。少数种取代大多数其它物种，导致区域和全球范围内的生物均匀化(biotichomogenisation)、生态系统及其功能的退化。?美国的夏威夷和佛罗里达，植物外来种的数量分别占45%和40%。水盾草优势度和沉水植物群落物种丰富度呈负相关。凤眼莲，大米草。六、入侵种对社会经济的危害?美国每年由于入侵植物影响而造成的经济损失，估计达1230(1370)亿美元。我国约为570亿元。?典型实例（如马铃薯晚疫病病原菌，葡萄根瘤芽，欧洲玉米螟，地中海实蝇，按蚊传播的疟原虫）?我国的外来病虫害（如紫茎泽兰，豚草，松材线虫，美洲斑潜蝇）?对农业生产的破坏（如墨西哥棉铃象）–3R：抗性(Resistance)，残留(Residue)，再猖獗(Resurgence)七、外来种的控制1.法规防治2.扑灭3.传统生物防治4.综合治理5.我国控制外来种案例第七章生物安全一、基本概念二、转基因生物的诱人前景三、生物多样性与生物技术四、生物技术与生物安全28\n五、生物安全的措施一、基本概念1.遗传修饰生物体2.生物安全遗传修饰生物体?将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。人们常说的"遗传工程"、"基因工程"、"遗传转化"均为转基因的同义词。经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为"遗传修饰过的生物体"（Geneticallymodifiedorganism，简称GMO）。?常称转基因生物或工程生物。2.生物安全生物安全性，简单说，就是生物体对人是否安全，一般特指生物体经过基因工程改造后对人是否还依然安全。?80年代后期出现。原因：生物技术产品,主要是基因工程产品（转基因生物）将可能给环境、人类健康甚至伦理道德各方面带来危机。?生物安全已成为世界各国关注的焦点问题之一。1992年联合国《生物多样性公约》的条款中将它列入。《公约》生效后，两次缔约国大会上生物安全的问题都是大会的主要议题。二、转基因生物的诱人前景?提高作物产量，增加经济效益。?节省费用。–减轻管理工作的强度；–减少化学农药。三、生物多样性与生物技术?生物多样性是生物技术的基础?生物技术在生物多样性保护和持续利用中的作用四、生物技术与生物安全?《生物多样性公约》与生物安全?遗传修饰生物体释放的生态风险种群和物种的保护第八章小种群问题一些需要了解的科学结论29\n?没有一个种群能永远长存;?由人类活动引起的物种灭绝速度比物种自然灭绝速度快约1000倍，也远远超过新物种能进化的速度;?濒危物种是由一个或多个种群组成，保护种群是保护物种的关键;?小种群比大种群更易遭致灭绝。两个概念?最小生存种群(minimumviablepopulation，MVP)数量*：种群免遭灭绝而必须维持的最低个体数量。?最小动态区(minimumdynamicsarea，MDA)*:维持MVP所必需的最适生境的量。小种群局部灭绝的主要原因*?由于遗传变异性丧失、近亲繁殖、杂合性和遗传漂变等引起的遗传问题。?由于出生率和死亡率的随机变化引起统计波动。?由于捕食、竞争、疾病和食物供应的变化，及不定期发生的由单一事件产生的自然灾害如火灾、洪水、火山爆发、风暴或干旱等引起的环境波动。第一节遗传变异性的丧失第二节统计变化第三节环境变化与自然灾害第四节灭绝旋涡第一节遗传变异性的丧失?遗传变异性（geneticvariability）*：是指种群内不同个体具有不同类型的基因即等位基因。这对促使种群适应于不断变化的环境很重要。?在某一种群内，这些等位基因在出现频率上可能是变动的，从普遍到稀少。通过随机突变，种群中会产生新的等位基因。太空育种?遗传漂变（geneticdrift）：在小种群里，等位基因的频率从一个世代到下一个世代30\n仅仅由于机率也会发生变化。在小种群中当一个等位基因的频率很低时，那么它在各世代中丧失的可能性非常大。问题:维持遗传变异性需多少个体？?Franklin(1980)提出，50个个体可能是维持遗传变异性必需的最小数量。?根据动物饲养员的实际经验：每个世代丧失2%-3%的遗传变异性也能维持动物家系而得出。?同时，利用Wright方程计算也可以得出，在50个个体的种群里每个世代只有1%的遗传变异性丧失。?然而，把依据家养动物的工作经验用于广泛的野生物种则是不准确的。?因此，Franklin（1980）提出，在500个个体的种群里，通过突变产生新的遗传变异性的速度可以抵消因小种群数量而丧失的遗传变异性的速度。这个取值范围已被称为50/500法则：孤立种群至少需要50个个体，更好则需要500个个体才能维持其遗传变异性。?有效种群数量?用等位基因频率测定有效种群数量?遗传瓶颈?遗传变异性降低的后果1.有效种群数量(effectivepopulationsize)?有效种群数量*：种群保持遗传变异需要的个体数。?50/500法则假定在一个由N个个体组成的种群中所有个体的交配概率和生育后代的概率相等。这难以在实际中应用。?由于诸如年龄、不健康、不育、营养不良、个体小以及阻止某些动物寻找配偶的社会结构等因素而不能产生后代，生育个体有效种群数量(Ne)常常明显地小于实际种群数量。在以下任何一种情况下，实际有效种群数量均比预期值要小：–不等性比–生殖量的差异–种群波动2.用等位基因频率测定有效种群数量3.遗传瓶颈(geneticbottlenecks)?概念*：由于环境或统计事故使一个种群中大部分个体死亡而剩下几个个体，导致该种群数量偶然地明显下降的现象。?机理：当一个种群的数量显著降低时，种群中稀有等位基因将会丧失，如果拥有这31\n些等位基因的个体不能存活的话，种群的等位基因少且杂合性降低，那么种群中所有个体的整体健康状况也下降。?当几个个体离开大种群而建立一个新种群时，就出现一种被称为创始者效应*(foundereffect)的特殊瓶颈类型。4.遗传变异性低的后果(1)近交衰退?在大多数大的动物种群中，个体通常不与近亲交配，个体常常远离它们的出生地，或通过独有的个体气味或其他感觉提示而被阻止与其近亲交配。?许多植物的各种形态和生理机制也促进杂交授粉并防止自花授粉。?在某些情况下，尤其当不能找到其他配偶时，这些阻止近交的机制则失去作用。近亲之间的交配，例如亲裔交配、同胞交配和表亲交配导致近交衰退。其特征是子代数量少、子代衰弱或子代不育。(2)远交衰退?当两个独立物种的个体交配时，由于从不同亲代遗传而来的染色体和酶系统缺乏亲合性，其子代常常衰退或不育。?同亚种之间的交配，甚至是同种植物的趋异基因型之间或同种种群之间的交配也能产生远交衰退。(3)进化灵活性的丧失第二节统计变化?在一个稳定的环境里，一个种群将不断增长直到其达到环境的承载能力(K)为止。这时，每个个体的平均出生率(b)与平均死亡率(d)相等，种群数量没有净变化。?而在实际种群中，个体产生子代的数量通常并不与种群子代平均数相等；相反，个体也许不产生子代，有些则低于平均数，有些则高于平均数。第三节环境变化与自然灾害第四节灭绝旋涡?种群变得越小，越容易受统计变化、环境变化和遗传因子的影响，这些因素又使种群数量更加减少并驱使种群走向灭绝。小种群衰退直至灭绝的这种趋势已被拟为一种旋涡效应(vortexeffect)*。第九章濒危种的种群生物学?第一节自然史和个体生态学?第二节种群监测?第三节种群生存力分析?第四节物种和生态系统的长期监测问题？?在一个自然保护区内，一个濒危种的种群会持续生存甚至会增长吗？?该物种会衰退，需给予特别的关注才能使之免遭灭绝吗？?物种在自然保护区持续生存的能力通常能利用种群生物学的方法和种群生存力分32\n析(PVA)予以预测。用这些技术还能够估算MVP。第一节自然史和个体生态学?物种与其生存环境之间的关系及该物种种群的状况，称物种的自然史*(naturalhistory)，其学科称为个体生态学(autecology)。掌握以上问题是保护和管理某一稀有或濒危种的关键。1.所需研究和了解的重要问题环境分布?生物间相互作用物种需要何种食物和其它自然资源？有何物种与之竞争哪些资源？有哪些捕食者病害和寄生者会影响该种群的数量？?形态学物种的形状、大小、颜色、表面构造如何？这些特征的功能是什么？是怎样帮助其在环境中生存的？?生理学一个个体需要多少食物、水、矿物质和其他必需品才能维持其生存、生长和生殖？其利用资源的效率如何？物种对极端气候，如热、冷、风和雨的承受能力如何？?种群统计学过去和目前种群大小有多大？个体数量是稳定、增长还是下降？?行为学个体行为如何使其在环境中生存？种群中个体怎样择偶和繁育后代？个体间以何种方式交流、合作或竞争？?遗传学个体间在形态和生理特征方面的变化，在多大的程度上受遗传因素的控制？2.采集自然史信息的渠道?已发表的文献–图书馆索引、如生物学文摘(BA)或动物学记录(zoologicalrecord)，计算机网络，参考书和参考文献。?未发表资料–访问自然保护区、政府渔业、林业和野生动物管理机构、自然保护的有关协会、自然保护的有关国际组织(ICUN、世界自然基金WorldWideFundforNature、世界野生动物基金会WWF)等。野外工作某一物种自然史的知识常来自野外的仔细观察。－必不可少，因为地球上被研究的物种只是所有物种中极其微小的一部分，而且很多物种的生态学特征由于分布不同而有差异。－如白颈长尾雉、常绿阔叶林的野外研究。第二节种群监测?种群监测可有效反映种群对其生存环境的变化所做出的反应。33\n?如：长期的调查记录可帮助分辨种群长期走向，是变大还是变小？是否由人类或天气、其它无法预测的自然事件的干扰引起？?随着政府机构和保护组织越来越关注稀有种和濒危种的保护，监测研究正在显著地增加。?如我国从1997年开始的全国野生动物资源调查和1998年开始的全国野生植物资源调查工作。都已结束。种群监测方法*1.*种群编目2.*种群抽样调查3.*统计研究4.*种群生存力分析(专节)1.种群编目(populationinventory)?指对现有的种群数量进行清点计数。在连续的时间间隔重复清查可确定种群数量是否稳定，是增加还是减少，并能发现物种分布区的变化。?如：夏威夷海豹，种群编目证明，该种群从20世纪50年代的约100头成年个体下降到60年代末的14头。1976年美国濒危物种法案宣布其为濒危种。2.种群抽样调查(populationsurvey)?使用重复抽样估计一个群落或一定区域内某一个物种的种群密度。–它适用于种群数量很大或其分布很广的物种调查。?步骤：–将某一地区划分为若干个样地单元–在每一个样地单元里计算个体数量–根据每个单元所计算的个体数量来估计实际种群数量。3.统计研究(demographicstudies)?依据已知种群中的个体来确定其出生率、生殖率和存活率。这种研究应涉及物种的不同年龄、不同大小的个体。?统计研究能提供一个种群年龄结构的资料、种群的生殖特征，还可帮助人们确定环境承载量。第三节种群生存力分析?1.目的：研究物种的灭绝问题。?2.意义：建立各种自然保护区，需要研究种群存活的最低条件、建立保护区的数目、大小以及在何地建立保护区。3.目标：确定MVP–一种是种群统计学概念，即种群以一定概率存活一定时间的最小种群大小；–另一种为遗传学概念，即在一定时间内保持一定遗传变异所需的最小种群大小。4.MVP大小：关于MVP曾提出50/500法则。但现在的研究认为MVP包含三个要素：–作用于种群的各种随机效应；34\n–保护计划中的时间期限；－种群存活的安全界限。?后两个问题与社会经济等关系密切。因此，MVP的时间期限和存活概率标准是可变的。?不同物种因其种群特性和遗传学特征，所处的生态环境和受威胁程度不同，MVP不同。?不同国家和民族，不同社会和经济条件对同一物种制定的MVP标准也不同。?不存在某个神秘的种群大小，不存在对所有种都适用的MVP。?如：存活概率标准可以是50%、95%或99%；保持遗传变异的标准是90%，95%或更高；而存活时间可定为50年、100年或者1000年。?通常把低于100年的存活时间称为短期存活，把100年或大于100年小于1000年的存活时间定为中期存活，而把1000年以上的存活时间称为长期存活。5.导致物种灭绝的因素：–外在因素。与其他种的有害相互作用(竞争、寄生、捕食和疾病等)、有害事件、生境的有害变化等；–内在因素。物种的遗传特征的随机变化以及这些特征与环境间的相互作用。包括统计随机性，不适应的特征或行为对种群造成的不利影响，近亲繁殖带来的遗传退化，遗传漂变等。6.研究的基本原理7.促使物种灭绝的随机干扰(五类)：(1)统计随机性由一定数量个体存活和繁殖中的随机事件产生；(2)环境随机性由栖息地常数和种群间的竞争、捕食、寄生和疾病随时间变化而引起；(3)自然灾害随机性如洪水、大火、干旱等以随机时间间隔的方式发生；(4)人为干扰随机性由人类的经济活动与社会活动而引起；(5)遗传随机性由创始者效应、随机固定或近亲繁殖的基因频率变化能上能引起。8.常见的分析模型：现在最为常用的是VORTEX模拟模型程序。第四节物种和生态系统的长期监测*第十章物种保护的措施第一节物种受胁等级和保护优先序第二节迁地保护策略35\n第三节新种群的建立第一节物种受胁等级和保护优先序一、确定物种受胁等级的主要指标二、极危、濒危及易危的标准三、物种保护的优先原则一、确定物种濒危等级的主要指标1、定性指标?种群数(现状：多或少，变化趋势：增加/减少)?种群大小(现状：大或小，变化趋势：上升/下降)?种群特性(是否都是小种群)?分布或发生范围(宽或窄)?分布格局(有无片断化或岛屿化现象或趋势)?栖息地类型(单一、少数或多样)?栖息地质量(现状：好或坏，变化趋势：改善或退化)?栖息地面积(现状：大或小，变化趋势：增大或减小)?致危因素(存在与否)?灭绝危险(有或无)2、定量指标?种群个体总数(特别是成熟个体数)?亚种群数?亚种群个体数(特别是构成小种群的阈值)?分布或占有面积?分布地点数?栖息地面积?在一段时间内(年或代)以上各指标的上升或下降的比率和物种或种群灭绝概率二、极危、濒危及易危的标准三、物种保护的优先原则物种保护价值测定标准*?受胁物种的等级与物种数?物种多样性：物种多样性指数，常见的有Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Margalef指数等。?物种多样性相关参数：如指示种与多分类单元评价。?多样性与特有性（endemism)?分类学的独特性（taxonomicdistinctiveness)保护区域确定的实际方法?Gapanalysis法第二节迁地保护策略*一、概论二、*动物园三、*水族馆四、*植物园五、*种子库与基因资源库两个概念：就地保护(insitu或on-sitepreservation)*：指保护在野外的自然群落和种群。36\n是生物多样性长期保护的最好策略。迁地保护(exsitu)或易地保护(off-sitepreservation)*：指在人类控制的条件下维持种群个体。许多物种在野外灭绝了，但还存活在笼养侨居地(captivecolonies)，例如麋鹿和野马。迁地保护与就地保护比较的局限性：－种群规模。为了防止遗传漂变，迁地保护种群至少要维持数百个个体。但在任何一个动物园和植物园中均做不到这一点。－适应性。迁地保护种群可能对人为条件经历了遗传适应。例如，人工饲养下许多世代的动物可能由于动物园的食物发生了口器和消化酶的变化。当将这种变化了的动物放回到野外时，它们可能难于取食它们的自然食物。学习技能。迁地保护种群的个体可能已丧失它们在自然环境生存的本领，可能不能在野外长期存活。例如，笼养繁殖的动物，因无学习技能的机会，如将它们再放回野外，可能不会识别野生食物或探测水源。遗传变异性。迁地保护种群可能仅代表该物种基因库的一个有限部分。例如一个笼养种群的最初个体是从温暖低地收集来的，可能在生理学上就不能适应从前由该种占据的寒冷高地。持续性。迁地保护工作需要连续的资金支持和稳定的37\n政治制度。集中性。因为迁地保护工作有时集中在一个相对较小的地方，存在着整个种群被突发灾害如火灾、飓风或流行病摧毁的危险。尽管有这些局限性，当一个种的就地保护困难或不可能时，迁地保护可能是最好的或唯一的选择。二、动物园?动物园传统上是把重点放在大型脊椎动物特别是哺乳动物上，因为这些种类能引起一般公众的极大兴趣。这有忽视昆虫和其他无脊椎动物的巨大危险。然而，它能激发公众对野生动物保护的热情。如果对保护野生动物有兴趣，就会捐钱，就会对政府施加压力。结果，终于促使设立了这些物种的保护区，并使其它数千种分布于这些环境的动物和植物也得到保护。这些动物可称为“旗帜种(flagspecies)。”全世界动物园现今保持有50万头陆生脊椎动物，代表3000种哺乳动物、鸟类、爬行类和两栖类。现在全球12%鸟类、1/4哺乳动物和1/3鱼类已濒临灭绝。仅在美国，约有5千万只猫被养作宠物。三、水族馆四、植物园植物园的主要目的是搜集、培育珍稀濒危植物。五、种子库与基因资源库1.种子库(seedbank)第三节新种群的建立新种群建立的方法*1.重新引进计划(reintroductionprogram)*2.增大计划(augmentationprogram)*3.引入计划(introductionprogram)*三、哺乳类和鸟类新种群的建立四、植物新种群的建立生态系统水平的保护第十一章自然保护区38\n第一节自然保护区的基本概念第二节建立自然保护区的意义第三节自然保护区的类型第四节自然保护区的规划第五节自然保护区的管理第六节广东省自然保护区简介第一节自然保护区的基本概念一、自然保护区的定义二、国际上常用的保护区名称三、自然保护区的保护对象一、自然保护区的定义*?*IUCN1994年：保护区专门用于生物多样性与有关自然和文化资源的管护，并通过法律和其它有效手段进行管理的陆地和海域。?*自然保护区的职能：保护生物多样性的基地，开展科学研究的天然实验室，进行宣传教育的自然博物馆，合理开发利用自然资源的典范。?另一定义：自然保护区是具有代表性的自然景观区域（如生物多样性丰富地区、濒危物种的天然分布区、重要的天然风景区、水源涵养区、具有特殊意义的自然地质剖面和重要的自然遗迹及人文遗迹等）以及为了科研、教育、文化娱乐目的而划分出的保护区域的总称。三、自然保护区的保护对象*?全面保护对象（保护生态系统）。使自然、近自然生态系统的多样性与完整性得到充分发展，半人工、人工的生态系统能持续稳定和不断增产，破坏或退化的生态系统能迅速恢复。?部分保护对象（保护遗传资源）。主要保护生物群落中有遗传价值的种群，如作物、果树、经济林木、畜禽等的野生种或近缘野生种。?特别保护对象（保护濒危、孓遗物种等）。主要39\n保护生物群落中极危、濒危、易危、特有、孓遗物种及其适于繁殖的生境，不同动植物区系的过渡地带以及独特的生态系统，有重要科研价值的地质剖面。第二节建立自然保护区的意义*1.维持生态平衡。–在改善环境、保持水土、涵养水源和维持生态系统的稳定性等方面具有重要的作用。尤其是在河流上游、公路两侧及陡坡上划出的水源涵养林。2.生态系统的天然“本底”–为衡量人类活动结果的优劣，提供了评价的准则。3物种基因库－现今世界上至少有500万种生物，但由于人类活动影响使得许多物种越来越难以获得其所需的生境。4科学研究的天然实验室－保护区保存有完整的生态系统、丰富的物种、生物群落及其赖以生存的环境。?此外，自然保护区还是向人们进行有关自然和自然保护知识宣传教育的重要场所。并可在不破坏自然保护区和严格管理的条件下，开展生态旅40\n游。第三节自然保护区的类型一、自然保护区的类型*?保护区的面积、保护对象、任务和目的各不相同。?*IUCN把自然保护区统一划分为8个类型(其中前5个是真正的保护区，目的是保护生物多样性)：*严格的自然保护区与公共莽原区*国家公园*国家历史遗迹和文物地有管理的野生动物禁猎区和自然保护区*陆地和海洋景观保护地*资源保护区*自然生物区和人类学保护区*多用途管理区二、世界上现有保护区?全世界1997年底保护区总面积1323万km2。?最大的公园：格陵兰，70万km2。?保护区面积比例较大的国家：奥地利(25.3%)，德国(24.6%)。?保护区面积最大的国家依次为美国、澳大利亚、格陵兰(丹)、加拿大、中国。三、中国的自然保护区1.中国自然保护区数量?1956年成立第一个自然保护区－鼎湖山。?截止2001年底，全国内地已建立各种类型和不同级别的自然保护区1551个，面积12989万公顷，陆地保护区的面积约占陆地国土面积的12.9%。?国家级自然保护区171个，面积5903.8万公顷；省级自然保护区526个，面积5725.92万公顷；地市级自然保护区269个，面积423.24万公顷；县级自然保护区585个，面积936.01万公顷。2.中国自然保护区类型*1）*生态系统自然保护区2）*珍稀植物或特殊植被及水源涵养自然保护区3）*野生动物自然保护区4）*森林公园（自然公园）5）*自然历史遗迹保护区第四节自然保护区的规划一、保护区的选址原则二、保护区的设计原则一、保护区的选址原则*1.典型性(typicalness)：在不同自然地理区域中选择有代表性生物群落的地区建立保护区。41\n?保护区所代表的自然地理区域的范畴对确定该保护区的类型和级别有着至关重要的意义。2.稀有性(rarity)：濒危种、稀有种、地方特有种或群落及其独特生境，以及汇集了一群稀有种的动植物避难所。3.脆弱性(fragility)：对环境改变敏感的生态系统具有较高的保护价值。需要特殊的管理。4.多样性(diversity)：群落的数量多寡和群落多样性。由保护区立地条件的多样性以及植被的发生历史因素决定。5.自然性(naturalness)：自然生态系统未受人类影响的程度。对于建立以科学研究为目的的保护区或保护区的核心的选择具有特别的意义。6.感染力(intrinsicappeal):由于不同的物种和生物群落类型是不可替代的，因此各个物种、生物群落和自然景观都是等价的。但由于人类的感觉和偏见，不同有机体有不同的感染力，它对选择风景保护区来说很重要。7.潜在价值(potentialvalue)：一些地域由于各种原因遭到了破坏，如森林采伐、沼泽排水和草原火烧等。如能进行适当的人工管理或减少干扰，通过自然演替恢复原有的生态系统，有可能发展成为比现在价值更42\n大的保护区。8.科研潜力(scientificresearchpotential)：包括一个地区的科研历史、科研基础和进行科研的潜在价值。二、保护区的设计原则保护区设计的6项原则*(Diamond，1975)：大保护区比小保护区好。因为大保护区的物种迁入速率和灭绝速率平衡时，大保护区拥有较多的物种数量，而且大保护区的物种灭绝率较低。如果栖息地是同质性的保护区，但又必须被分成几个不相连的小保护区，则这些保护区应尽可能靠近。因为这样将有利于增加保护区的物种迁入速率，降低物种的灭绝概率。–若栖息地是同质性的保护区，分成不相连的碎片愈少愈好。原因是在大保护区存活率高、小保护区低，同时大保护区比总面积之和等于该大保护区的几个小保护区拥有更多的物种。–如果有几个不相连的保护区，这些保护区应是等距离排列，而不是线性排列。因为等距离排列意味每一个保护区的物种可以比较容易地在保护区之间迁移和再定居的可能性。若有几个不相连的保护区，用“走廊”将它们连接起来，也许明显改变其保护功能。因为物种可能在保护区间通过“走廊”扩散，从而会增加物种的存活机会。－保护区应尽可能按圆形设计，以减少保护区间物种扩散的距离。如果保护区太长，保护区局部发生物种的灭绝，物种从中心地区向边缘地区扩散的速率也许很低。因此，无法防止类似于岛屿效应的局部灭绝。1.保护区的规模2.物种的有效保护3.降低边缘效应和片断化效应4.原有保护区和新保护区的协调5.栖息地走廊第五节自然保护区的管理一、保护区的功能分区?自然保护区—核心区+缓冲区+实验区。–核心区：绝对保护地，唯一允许的活动是“监测”。–缓冲区：为核心区的保护“围栏”。功能：科研、监测、生物多样性管理、教育培训、旅游。–实验区：用于持续利用和实验研究、示范(含社区发展示范)。二、对保护区胁迫的对策三、栖息地管理四、景观生态学和保护区设计景观：一组相互影响的生态系统，以相似的形式重复出现在一个特定区域。五、关键资源六、自然保护区与当地居民43\n第六节广东省自然保护区简介?广东湛江红树林国家级自然保护区?广东车八岭国家级自然保护区?广东丹霞山国家级自然保护区?广东南岭国家级自然保护区?广东内伶仃岛-福田国家级自然保护区?广东惠东港口海龟国家级自然保护区?广东鼎湖山国家级自然保护区第十二章保护区之外的保护和恢复生态学第一节问题和价值第二节生态系统管理第三节恢复生态学第一节问题和价值?围困心理(siegementality)。对保护区之外保护的忽视，殃及保护区。?保护区内某物种的数量可能小于MVP。?很多非保护区保留了部分原始生物区系成分。如澳大利亚79%的濒危和脆弱植物种分布于保护区之外；在美国，最佳自然生境往往是处在军事维持区；在中国，风水林和寺庙林保存得很好。欧洲有些皇家贵族占有和保护了数百年的土地不动产，保存和不少罕见的老树森林。第二节生态系统管理?起因：生态系统健康。?生态系统管理*：为了实现长期地保护当地生态系统的完整性的总目标，将复杂的社会政治和价值标准间的生态学关系的科学知识整合在一起。?“以人为本”的管理很难改变。生态系统管理的重要题目?找出在生态系统中所以层次和尺度上的联系。个体－种群－群落－生态系统。?在合适的尺度上进行管理。而不是根据人为政策制定的界限和政府建立的行政优先权。?监测生态系统的重要成分（重要物种的个体数、植被覆盖、水质等），收集必要的数据，然后根据结果调整管理措施，采用适合的方法。第三节恢复生态学?恢复生态学*：研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。?生态恢复：有意识地改造一个地点，建成一个确定的、本土的、历史的生态系统的过程。这个过程的目的是竭力仿效生态系统的结构、功能、多样性和动态。恢复生态系统的主要方法*44\n1.不行动。因为重建花费太大，或以前的重建努力已失败，或因实践已表明该生态系统能自己恢复。最后一种的典型例子是北美东部的弃耕地，在放弃农业后的数十年间恢复成森林。2.恢复。恢复到该地原来的种类组成和结构。需采取重新引入的行动计划，特别是栽植和播种原有种类。3.重建。复原一部分生态系统的功能和一部分原有种类。如用植树造林更新已退化的森林。4.替换。用另一种有生产力的生态系统替换退化的生态系统。如将退化的森林替换为草原。45