森林植被恢复与生.ppt

森林植被恢复与生物多样性保护研究原理与方法,安定区林业局2008年7月,一、森林植被恢复基本原理与技术途径,恢复生态学是研究如何修复由于人类活动引起的原生生态系统生物多样性和动态损害的一门学科,它是森林植被恢复重建的重要理论基础.就森林植被而言,它主要研究退化森林生态系统的成因、特征、恢复可行性评价、恢复技术、恢复生态系统的生态学过程、恢复过程中的生物安全以及恢复理论.其具体理论包括:植被的发生与气候及气候的变迁耦合或生物的发生与环境耦合理论、植物多样性是生态系统稳定性的基础理论、生态演替理论和作为系统的生态系统的结构和功能相适应理论等.从国内大量的生态恢复重建实践来看,森林植被的恢复重建研究需要解决以下一些问题:注重探讨森林植被退化的进化与历史决定因素、注意研究恢复森林生态系统在恢复中的生态学过程、重视森林植被恢复重建中的生物安全问题以及大尺度的森林植被恢复重建问题。自然因素与人类活动的作用,驱动生态系统向不同方向演变.冰期和间冰期的气候变迁、火、火山活动、地震,人类活动对全球氮循环、土地覆盖的改变以及大气有害辐射的增加等都可能造成自然生态系统生产力的下降、生物多样性的降低、系统功能的退化.近百年来,主要是不合理的人类活动造成了大量自然生态系统的退化,特别是森林生态系统遭到了严重破坏,热带雨林、常绿阔叶林、温带森林等都不同程度的被砍伐、开垦和用于城市发展等.改善环境、恢复和重建受损的森林生态系统,已成为人们关注的重要问题.本文着重探讨了作为森林植被恢复重建的理论基础的恢复生态学的概念、森林植被恢复重建研究的主要内容、森林植被恢复重建的一些具体理论,以及在森林植被的恢复研究中需要注意解决的几个问题,以期对退化森林生态系统的恢复重建研究有所促进。,一、森林植被恢复基本原理与技术途径,1、森林植被恢复重建的理论是恢复生态学2、森林植被恢复重建的一些具体理论3、森林植被恢复重建的基本原理及有利条件4、森林植被恢复重建研究中需要注意解决的几个问题5、退化生态系统的诊断,1、森林植被恢复重建的理论是恢复生态学,生态恢复研究,始于100 年前的山地、草原、森林和野生生物等自然资源的管理研究.20 世纪80 年代得到迅速发展.1995 年(国际)恢复生态学会给出了恢复生态学的定义.1996 年美国生态学年会把恢复生态学作为应用生态学的五大研究领域之一。对恢复生态学的概念,往往由于研究地的区域环境以及研究的侧重点不同,其涵义也各有所侧重.在英文文献中常使用的 等术语,尽管都体现了生态恢复的概念内涵,但分别强调的是对退化生态系统的恢复、重建、复原、改良、修补、更新与再植.恢复生态学的概念,余作岳、彭少麟等人以及恢复生态学会都曾从不同的角度给出.恢复生态学会认为,恢复生态学是研究如何修复由于人类活动引起的原生生态系统生物多样性和动态损害的一门学科,其内涵包括帮助恢复和管理原生生态系统的完整性的过程.这种完整性包括生物多样性临界变化范围、生态系统结构和过程、区域和历史内容、可持续发展的文化实践.从这一定义可以看出,它主要强调的是对恢复技术及生态恢复过程的研究。,1、森林植被恢复重建的理论是恢复生态学,恢复生态学是森林植被恢复重建的重要理论基础.森林植被的恢复重建主要研究的是:退化森林生态系统的成因,如引起生态退化的干扰因子类别、关键干扰因子、干扰的频率和强度以及干扰的空间格局等.退化森林生态系统的特征,如森林生态系统退化的空间范围、类型、退化程度、历史过程、退化速度与退化趋势等.退化森林生态系统恢复的可行性评价,如生态恢复的自然条件的、社会的、文化的、经济的、技术的可行性,恢复区的生态条件、工程与技术等的生态、经济、社会、文化影响与风险,恢复重建的生态不确定性等.生态恢复技术,如土壤、水体、大气等的恢复技术、生物群落恢复技术以及生态系统结构和功能恢复技术等.恢复生态系统的生态学过程,如恢复生态系统内的物种竞争、共生,种群的波动、周期与混沌,群落的演替以及群落对恢复干扰的反映,生态系统的结构和功能的变化、物质循环与能量流动过程,恢复生态系统对恢复区的生态改善作用等等.生态恢复过程中的生物安全,如乡土种的选育、生物入侵控制等.退化森林生态系统恢复重建的理论等.对于森林植被的恢复重建研究,目前还主要集中在对退化森林生态系统成因、评价,以及恢复重建技术方面的研究上,而对退化森林生态系统恢复中的生态学过程与恢复生态系统的管理、生态恢复的生物入侵控制等还未予以充分的重视,而这又恰恰是森林植被恢复重建研究以及恢复生态学研究的一个非常重要的内容.,1、森林植被恢复重建的理论是恢复生态学,随着生态恢复的大量实践,森林植被恢复重建的理论在近年有了新进展.即森林植被的恢复重建应基于环境的动态变化之中,重在追求恢复生态系统的功能、恢复生态系统对恢复区的生态改善作用。生态恢复总是在一定的环境背景及较大的时间尺度下进行的,而环境是不断变化的,总是处于动态的变化之中.退化森林生态系统的恢复重建应基于环境的动态变化,以现实的气候和环境条件为基础,从恢复生态系统的功能的角度,构建与恢复区现实的气候与环境条件相一致的功能生态系统,而不是恢复过去曾经存在的生态系统.生态恢复所强调的应是所构建生态系统对恢复区的生态改善作用、所构建生态系统的功能,而不仅仅是所构建生态系统的类型与模式。,2、森林植被恢复重建的一些具体理论,A.植被的发生与气候及气候的变迁耦合或生物的发生与环境耦合理论。B.植物多样性是生态系统稳定性的基础,是森林植被恢复重建的又一指导性理论。C.生态演替理论。D.生态系统结构和功能相适应的理论。,2、森林植被恢复重建的一些具体理论,植物多样性在生态系统中的意义 其一,一个群落中的物种越多,能量通路就越多,在面临组成该群落的物种之一的密度发生不正常的增大或减少时,其他物种在密度上的反映可能越少；其二,植物的多样性越高,生态系统中食物链、食物网的结构越复杂；其三,多样的植物生活型,增大了生态系统的空间异质性。,2、森林植被恢复重建的一些具体理论,此外,还有一些来源于种群生态学、景观生态学的原理,如生物种群密度制约与分布格局原理、缀块廊道基底理论等。,3、森林植被恢复重建的基本原理及有利条件,鉴于上述不同情形，恢复生物群落和生态系统的主要途径可有四种选择：不采取任何行动，任其自我恢复到干扰、开发或破坏前的初始状态；大量引进原有物种，尤其是栽培和种植原有的植物物种，恢复到该地原有的物种组合与结构；复原至少一部分生态系统功能以及一部分原有物种；替换为另一种具有较高生产力的生态系统类型。此外，在实践上，生态恢复计划还必须考虑到恢复速度、所需费用、恢复结果的可靠性与持续性、技术要领以及后期维护上的劳力、物力投入。生态恢复成功与否的关键因素之一是：这个计划是否既满足当地社会群体的需要，又能满足生境恢复的需要。植物是陆地生物群落的主体，为其它生物类群提供了多样化的栖息地和营养源，因此，植被恢复是陆地生态系统恢复的关键举措。,3、森林植被恢复重建的基本原理及有利条件,森林植被的生态恢复，就是综合运用恢复生态学原理、生态系统工程与森林培育技术，最大限度地减少或解除干扰因素的强度、频率及持续时间，甚至解除干扰压力，保护并扩大森林资源，保持森林生态系统健康。其基本内涵包括：充分遵循自然规律，挖掘现实森林植被及潜在森林植被中所蕴藏的自我调节、自我更新的巨大潜力，充分体现树种与环境、树种与树种之间互利共生原理，灵活运用森林抚育更新技术措施，建立树种间、树种与根状真菌等其它生物组分间、树种与环境间、人与森林间的和谐关系；根据森林植物群落演替的过程和阶段，将积极而有益的人为干预同充分发挥森林与环境的自然潜力紧密结合，缩短森林植被恢复与重建周期，扩展森林生态系统尺度规模，优化森林生态系统结构，提高森林生态系统自我维持能力、植被生产力和生态效能，保持森林生物多样性及正常的生态过程。,4、森林植被恢复重建研究中需要注意解决的几个问题,许多生态恢复重建实践表明,从促进恢复生态学学科发展的角度,我们认为,在森林植被的恢复重建研究中需要注意解决以下一些问题.,4、森林植被恢复重建研究中需要注意解决的几个问题,1)森林植被退化的进化与历史决定因素探讨.生物学是一门受历史事件强烈影响的学科.生物群落的发生、发展总被打上时间的记忆;过去的环境与自然选择对种群、群落的作用形成了当前的生物群落结构;而最近的历史又是形成当前生态学过程与景观结构的最重要因素,它影响群落的结合方式,也可能影响群落被恢复的可能性.我们需要对群落的发生史,以及正在进行的演替、森林植被退化的历史过程及其驱动力与退化机理等问题有一个较好的理解.,4、森林植被恢复重建研究中需要注意解决的几个问题,2)注意研究恢复森林生态系统在恢复中的生态学过程.生态恢复的最终目标之一在于维持生态系统恢复后的自我持续状态,我们需要对恢复中的生态系统的一系列生态学过程进行长期的监测、研究,以期了解退化生态系统在恢复过程中对环境的响应,这也是恢复生态学需要着重解决而目前又重视不够的问题.,4、森林植被恢复重建研究中需要注意解决的几个问题,3)重视森林植被恢复重建中的生物安全问题.生物入侵、全球变化和动植物生境的丧失已成为全球三大环境问题.实例证明,生态恢复过程中的生物入侵往往给被恢复区带来灾难性的后果,在森林植被的生态恢复与重建过程中,尤其是森林植被的重建中,要特别注意评估引入种的生态风险、土著种的可替代性等.,4、森林植被恢复重建研究中需要注意解决的几个问题,4)森林植被恢复重建的大尺度运作问题.目前关于退化森林生态系统的恢复研究还仅停留在一些小的、局部的区域范围内或单一群落或植被类型上,在空间上还缺乏从大的区域尺度上研究,今后需要加强对大尺度的生态恢复研究,而且只有在大的尺度上的研究取得进展,森林植被的恢复才有更突出的意义.,5、退化生态系统的诊断,退化生态系统具有结构和功能简化、生产力和抗逆力低、生物多样性下降等基本诊断特征，由于区域背景和人类活动干扰的差异，生态系统退化具有不同的类型、过程和阶段。退化生态学是生态学近期的研究热点。退化生态系统作为一类”病态”的生态系统，在实际研究工作中，如何正确地对其进行诊断与定性或定量评价，是研究退化生态系统时首先要遇到和必须解决的问题。,5.1退化生态系统的诊断特征,生态系统从一个稳定状态演替到脆弱的不稳定的退化状态，它在系统组成、结构、能量和物质循环总量与效率、生物多样性等方面均会发生质的变化。与成熟生态系统相比(表1)，退化生态系统表现出如下特征:(1)在系统结构方面，退化生态系统的物种多样性、生化物质多样性、结构多样性和空间异质性低。(2)在能量学方面，退化生态系统的生产量低，系统储存的能量低，食物链多为直线状。(3)在物质循环方面，退化生态系统中总有机质存储少，矿质元素较为开放，无机营养物质多储存在环境库中，而较少地储于生物库中。(4)在稳定性方面，由于退化生态系统的组成和结构单一，生态联系和生态学过程简化，退化生态系统对外界干扰显得较为脆弱和敏感，系统的抗逆能力和自我恢复能力较低。,5.1退化生态系统的诊断特征,5.1退化生态系统的诊断特征,生态退化评价指标体系的建立对某一事物进行评价，指标体系的建立是其首要的和关键的一步，建立的好坏直接关系到评价的精确性和科学性。用以诊断生态系统退化的指标很多，但各种指标之间可能相互交叉、重叠和包含。有的可能属于主要指标，有的可能属于次要指标。对不同的区域以及不同尺度的生态系统而言，对退化指标的选取和要求也是不相同的。为了评价的准确性、客观性，在建立生态退化指标体系时，需遵循下面的原则:(1)整体性原则;(2)指标概括性原则;(3)指标的动态性原则;(4)定性指标与定量指标相结合的原则;(5)评价指标体系的层次性原则。生态系统是由生物和无机环境组成的生物环境统一体，而且其尺度和范围可大可小，因此，在实际研究工作中，往往由于评价的对象、目的和涉及的区域范围和层次的不同，生态退化评价的指标体系也将有所不同。,5.2土壤退化指标体系,土壤是生态系统的载体，是陆上动植物生长和生活的物质基础，是地下生物的容器，而且它也是环境生态系统中物质循环和能量交换的主要场所。土壤具有支撑功能、肥力功能、环境功能三大基本功能。土壤退化是由于自然或人为干扰或二者共同作用导致土壤基本结构及其三大功能的劣化或丧失。由于土壤肥力是土壤的物理、化学、生物等性质的综合反映，因此土壤退化指标也必然表征这几个方面的特性(图1)，在这些退化诊断指标中，土壤厚度、质地、水分、养分及其有效性是最基本的诊断指标。,5.2土壤退化指标体系,5.3植被退化指标体系,植被在生态系统中扮演着重要的角色。绿色植物是食物链营养级的基盘。植物作为生产者，具有能量固定、转化和贮存和调节区域环境的功能，是维持生态系统平衡的杠杆。相对无机环境而言，它是有生命物质，而对于动物和人类而言，它又作为一个环境要素。可见，植被具有双重作用。植被退化势必导致整个生态系统的瓦解和崩溃，它是生态系统退化的重要标志。植被退化主要表现在植被数量、组成与结构、生产力与功能、品质等几个方面。表征植被数量的指标有植被覆盖率、裸地化面积等，表征植被组成与结构的指标包括植物种类、丰度、优势度、密度、均匀度和物种多样性指数等;表征植被生产力与功能的指标有:净第一性生产力、生物量、光合产物量;表征植物品质的指标有:植物中养分含量、污染物含量、微量元素含量等（图2）。,5.3植被退化指标体系,5.4大气退化或异常的指标体系,大气是生态系统物质和能量的携带者，它自身成分的变化及其运动都会给生物和环境带来较大的影响。大气退化主要包括两个方面的内容:(1)大气质量的恶化。主要指标有大气污染、能见度、降尘、温室效应气体含量增加、臭氧层破坏及其对人或动物的舒适效应等。(2)气象灾害的增多和频发:其度量指标包括干旱、大风、洪涝等发生的多度、频度和强度等(图3)。,5.4大气退化或异常的指标体系,5.5水体退化指标体系,水是生态系统的“血液”，它本身不仅是生物生长发育必需的物质，同时，它也是生态系统中物质和能量运移的载体，绝大多数养分物质只有溶于水后才能被动植物吸收。水资源的减少一则可使动植物数量减少，且向旱生群落的方向发展，二则也可使土壤层的抗蚀能力降低，土壤结构和肥力有效性下降。水分的枯竭和缺乏是生态系统脆弱性和不稳定性的重要诱发因素，它可导致生态系统的整体变化。水资源包括大气水、地表水和地下水三个部分。水分退化主要是指水资源数量减少及其质量的下降(图4)。,5.5水体退化指标体系,二、生物多样性研究原理与方法,1、生物多样性的概念与范畴2、生物多样性价值3、生物多样性危机:生物多样性丧失的后果及其根源4、物种与物种多样性测度5、遗传多样性起源与检测 6、生态系统多样性7、生物多样性保护的战略目标与对策,1、生物多样性的概念与范畴,1.1生物多样性的概念1.2 生物多样性的层次性,1.1生物多样性的概念,生物多样性的概念 生物多样性公约（1992，联合国环境与发展大会通过，世界自然保护联盟IUCN）中关于生物多样性的概念：“生物多样性”是指所有来源的活的生物体中的变异性，这些来源除其它外包括陆地、海洋和其它水生生态系统及其所构成的综合体；包括物种内、物种间和生态系统的多样性。在所有形态、水平和组合中的生命的变异性。而用“生物多样性组成部分”表示特定的有形的实体，如生物资源、特定的生态系统。具体来讲，生物多样性是指自然界有生命的部分及其所具有的多种多样的变化。,1.1生物多样性的概念,生物多样性的两层含意其一，描述一个生命系统复杂、变化的特性或属性特定系统中含有多少个（品）种、多少个群落生态系统类型、多少种基因型；其二，指代一个系统内全部实体的集合特定系统中所有基因、种群（居群）的生命实体及由其构成的物种、群落和生态系统。,1.2生物多样性的层次性,生命系统是一个等级系统，其等级特征决定了生物多样性的层次性。基因 细胞 组织 器官 种群 物种 群落 生态系统 景观 生物圈,1.2生物多样性的层次性：,生物多样性包括三个主要层次：遗传多样性（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,广义概念：是指蕴藏在地球上动物植物和微生物个体的基因中的遗传信息的总和(麦克尼利等,1990)。所有生物携带的遗传信息的总和(施立明等，1993)。狭义概念：是指种内基因的变化，包括同一种类显著不同的群体间或同一群体内不同个体间的遗传变异总和（全球生物多样性策略，世界资源研究所WRI,1992）。,物种多样性,物种的概念 物种简称“种”，是生物分类的基本单位。是生物分类学家（即：对生命有机体进行比较、分类和命名的科学家）为描述地球上的生命形式等级而设置和使用的一种分类单位。物种的定义 居群中所有个体都具有共同的形态特征、生理、生态学特性；与近缘种之间有明显的差异；占据一定的地理区域；同种个体间能进行交配繁殖，而与其它种的个体杂交不易成功。物种是生物进化过程中从量变到质变的一个飞跃，是自然选择的历史产物。,物种多样性,研究物种的意义 1物种是生物分类的基本单位，是地球上生命存在的基本形式。4物种是生物进化的基本单元。2物种是生物进化链条中的基本环节。3物种是生物多样性的主要的主要表现形式。5物种多样性是人类基本生存需求的基础。6物种是生物多样性研究与保护的主要对象。物种多样性具体是指物种丰富度、物种均匀度、物种多样性指数、物种密度、特有物种数及功能群多样性等测度参数。,物种多样性,多样性首先涉及的是物种。经过长期的进化，物种与物种之间存在很大的内在生理和外在形态的差别，它们对资源的利用、生长的季节性以及生活史对策等方面都不尽相同。所以研究多样性对生态系统功能的作用时，不能把多样性的增加简单看成物种数目的增加。系统内添加物种的不同，导致了系统内物种关系的变化，从而使生态系统功能发生了变化。目前有关这方面的研究主要表现在取样效应,研究者已开始注重物种的特性和功能团在多样性中的作用。功能群多样性：这是从生态系统功能的角度对物种多样性概念的拓展。一般认为，功能群是与系统的某种功能直接相关的物种群。功能群数目的多少比物种数目的多少可能更能说明多样性对生态系统功能的影响；功能群的具体组成对生态系统的功能也有重要作用。,生态系统多样性,生态系统是生物群落与其环境构成的生态复合体,是生命系统中重要的组织层次，是自然界的基本单位。生态系统多样性充分体现了生物多样性研究最突出的特征，即高度的综合性。生态系统多样性的测度包括生物群落和生态系统两个水平的多样性测度。重点是群落水平，因为生物群落是生态系统的核心部分，它决定了生态系统多样性乃至景观多样性。因此，多以生物群落多样性测度代替整个系统的多样性测度。群落多样性测度指标：多样性、多样性、多样性,2、生物多样性价值,2.1生物多样性价值观2.2 生物多样性价值的多重性,2.1生物多样性价值观,生物多样性价值观就是人们对地球生命系统所能提供的功能、用途及价值计量的一般看法、认识和观点。定义：生物多样性价值一般是指生物基因、物种和生态系统直接或间接促进人类社会持续生存和健康发展的作用和贡献，包括它所能提供的产品和服务。这种价值或多或少可以被人们所感知和度量。生物多样性价值既是一种抽象的概念,也是一种包含丰富的具体内容的范畴。,2.1生物多样性价值观,生物多样性价值是一种客观存在，不以人的意志为转移，同时它的存在可以借助多种形式和途径被人们所感知和表达。人类长此以往对生物多样性所采取的不公正态度和待遇，以及由此所导致的严重后果，究其根本原因，就是人类对自身行为的一切选择总是完全基于人的立场、意志和功利。从认识论角度评判，其失误在于用人类有限的认识看待生物多样性乃至整个自然界无限的内涵和发展运动。人类是自然界的一部分，一切决策和行动应建立在人与自然的协调关系上。尊重生物多样性就是尊重人类自己。辨证唯物主义的生物多样性价值观生物多样性是人类赖以生存和持续发展的物质基础，它满足了人类基本生活需求和生存条件。生物多样性是大自然留给人类社会最为宝贵的财富。人类是生物多样性中智能高度发达的组成部分。生物多样性有独立的存在价值。,2.1生物多样性价值观,生物多样性价值的多重性直接使用价值 间接使用价值 科学研究价值美学价值内在价值（伦理价值）选择价值,3、生物多样性危机,3.1全球生物多样性现状总体评价3.2生物多样性危机的主要表现 3.3生物多样性危机的根源,3.1全球生物多样性现状总体评价,当代的生物多样性高于历史上任何地质年代生物多样性处于不断的演变之中：由无到有，由简单到复杂，由低级到高级；每一物种经历着形成、发展、灭亡的自然过程；大陆漂移、海陆变迁及气候波动等宏观环境的变化深刻影响着生物物种的生存与演化；从大的时间尺度进化时间上看，在内因与外因的综合作用下，地球上物种多样性呈现增加的总趋势；某些类群在某一地质时期有显著下降(蕨类植物、裸子植物、两栖类动物、爬行动物)。,3.1全球生物多样性现状总体评价,全球的生物多样性正以空前的速度丧失生物物种灭绝乃至整个生命系统的兴衰属于自然过程。但是，由于当今世界人口、粮食、资源、环境、能源五大危机，致使生物多样性受到严重威胁，遗传基因、物种、种群及生态系统各层次的衰减过程都有明显加速生物多样性整体处于危机状态。许多证据表明，近代以来是生物多样性大量衰减的开始阶段，物种灭绝速率几乎超过史前的任何地质时期。,3.2生物多样性危机的主要表现,物种损失物种灭绝加快全球性灭绝 生物物种灭绝本质上是自然过程，当代物种灭绝的速率和方式，由于人类活动对地球的影响而大大改变。诸多证据表明，现在是物种大量灭绝的开始阶段,3.2生物多样性危机的主要表现,1、物种损失A.物种灭绝加快全球性灭绝B.局部种群消失地方性灭绝C.种内变异类型减少种内遗传多样性损失D.家养动物和栽培作物的品种减少种内遗传多样性损失。2、生态系统损害与退化,生态系统损害与退化,生境及其生态系统类型减少；生境及其生态系统面积减少；生境及其生态系统结构被改变或破坏；生境及其生态系统功能丧失或衰退。,3.3生物多样性危机的根源,栖息地（生境）丧失和片断化（碎化）；掠夺式过度利用；环境污染；农林品种单一化；外来种入侵；全球气候变化；自然灾害。,4、物种与物种多样性测度,4.1物种多样性保护的紧迫性4.2物种多样性保物种的概念与范畴4.3特有物种与特有现象4.4物种多样性概念4.5区域内物种多样性测度4.6功能群多样性护的紧迫性,4.1物种多样性保护的紧迫性,物种灭绝是生物多样性危机最严重的方面。退化和面积缩小的群落；只要所有的原始物种能够幸存，群落仍然有恢复的潜在能力。同样，随着种群变小，一个物种的遗传变异会减少，但通过突变，自然选择和重结合，物种也具有恢复遗传变异的潜力。然而一旦一个物种，被灭绝，其DNA 分子链中所蕴藏的特有遗传信息和所拥有的特征组合将永远消失。一旦物种走向灭亡，其种群将不可恢复，它所生活的群落将变的贫乏，其潜在价值将永远不被人所认识。,4.2物种多样性保物种的概念与范畴,物种简称“种”，是生物分类的基本单位。是生物分类学家（即：对生命有机体进行比较、分类和命名的科学家）为描述地球上的生命形式等级而设置和使用的一种分类单位。根据其级别和范畴，标准的分类单位依次为界、门（部）、纲、目、科、属、种。可以看出，同一属内的两个种比同一科内不同属的两个种之间的亲缘关系更近。,4.2物种多样性保物种的概念与范畴,类群及其等级概念类群泛指任何分类等级的某一生物族群。界门 亚门纲 亚纲目 亚目科 亚科（族、亚族）属 亚属（组、亚组）种 亚种 变种（亚变种）变型涉及到“种”的问题，生物系统学家历来认为物种是系统学中最为重要的和最基本的层次单元之一，也是最为复杂和最具争议的基本概念之一，至今悬而未决、难以统一。两个世纪以来，生物学家一直对“物种本质是什么”而争论不休，从而产生（形成）了所谓生物学物种、系统发育物种、进化物种以及形态种（或表征种）等等诸多关于“种”的定义和概念。,4.2物种多样性保物种的概念与范畴,涉及到“种”的问题，生物系统学家历来认为物种是系统学中最为重要的和最基本的层次单元之一，也是最为复杂和最具争议的基本概念之一，至今悬而未决、难以统一。两个世纪以来，生物学家一直对“物种本质是什么”而争论不休，从而产生（形成）了所谓生物学物种、系统发育物种、进化物种以及形态种（或表征种）等等诸多关于“种”的定义和概念。基于当代研究成果对此下定论的尝试都无益于问题的根本解决。但是，综合理解这些不同的物种概念，有助于较为准确地把握不同尺度测度物种多样性，符合逻辑地研究物种的多重属性。,4.2物种多样性保物种的概念与范畴,关于种的概念，大致分为生物学种和分类学种两大类：生物学物种:从过程上考虑：“种”是繁育个体的总和，具有其空间上的暂时隔离。从式样上考虑：“种”是一类事实上或潜在的互交自然群体组合，与其它这样的组合存在生殖隔离。分类学物种:A.系统发育物种B.进化物种C.表征种,4.3 特有物种与特有现象,特有物种:一切不属于世界性分布的科、属或种，都可以称之为分布区内的特有科、特有属或特有种。如：大熊猫、金丝猴、珙桐科、银杉属、银杏科。特有现象：当物种自然分布范围有一定限制时，称为特有现象或特有性。,4.4 物种多样性概念,物种多样性就是物种水平的生物多样性。或：生物多样性在物种水平上的表现形式。作为系统的特性或属性，通常指一个地区或群落中物种的多样化程度。作为生命实体的指代,是指一个地区内全部物种的总和（集合意义）。综合上述两层含意：物种多样性是指一个地区物种实体的集合及其所具有的多种多样的变化。,4.4 物种多样性概念,在具体运用这一概念时，物种多样性主要是指前一种含义（系统的特性或属性），采用物种丰富度、物种密度,特有物种比例、物种均匀度、物种多样性指数及功能群多样性等可度量的参数或指标，作为一个有限区域内或群落取样单位中物种组合多样化程度的一种状态描述。物种多样性可进一步分解为区域物种多样性和群落物种多样性（生态多样性）两个空间尺度的概念：,4.4 物种多样性概念,区域物种多样性：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一个特定区域内物种的组合状况进行全面系统的调查统计和评价。群落物种多样性或生态多样性：在生态学方面表达群落中物种分布的均匀程度。常常是从群落组织水平上进行取样调查和测度分析。,4.5 区域内物种多样性测度,区域内物种多样性测度原则：区域内物种数目大，而且物种间亲缘关系远，则物种多样化程度高；区域内特有种比例大，则物种多样化程度高；区域内属以上分类等级多，则物种多样化程度高。,4.5 区域内物种多样性测度,区域内物种多样性测度指标：物种丰富度：一个有限地区的物种总数。物种密度：一个有限地区范围内单位面积或单位体积的物种数。特有物种比例：一个有限地区范围内特有物种数占该地区物种总数的比例。属种系数：一个有限地区范围内总属数占该地区物种总数的比例（属数/物种总数）。科种系数：科数/物种总数。科属系数：科数/物种总数。,4.6 功能群多样性,物种经过长期的进化，物种与物种之间存在很大的内在生理和外在形态的差别，它们对资源的利用、生长的季节性以及生活史对策等方面都不尽相同。所以研究多样性对生态系统功能的作用时，不能把多样性的增加简单看成物种数目的增加。系统内添加物种的不同，导致了系统内物种关系的变化，从而使生态系统功能发生了变化。研究者已开始注重物种的特性和功能群在多样性中的作用。,4.6 功能群多样性,功能群多样性：这是从生态系统功能的角度对物种多样性概念的拓展。一般认为，功能群是与系统的某种特定生态功能直接相关的物种群。不同功能群的介入对生态系统功能的影响不同。比较而言，功能群数目的多少（功能群多样性）比物种数目的多少（物种多样性）更能说明多样性对生态系统的影响。同时，功能群的具体组成对生态系统的功能也有重要作用。,5、遗传多样性起源与检测,5.1 遗传多样性的概念与范畴5.2 遗传多样性的起源5.3 遗传多样性的表现层次5.4 遗传多样性检测,5.1 遗传多样性的概念与范畴,遗传多样性亦称基因多样性 广义概念：是指蕴藏在地球上动物植物和微生物个体的基因中的遗传信息的总和(麦克尼利等,1990)所有生物携带的遗传信息的总和(施立明等，1993)。狭义概念：是指种内基因的变化，包括同一种类显著不同的群体间或同一群体内不同个体间的遗传变异总和（全球生物多样性策略，世界资源研究所WRI,1992）,5.1 遗传多样性的概念与范畴,遗传变异概念与意义 遗传变异是生物体内的遗传物质发生变化而造成的一种可以遗传给后代的变异。遗传变异导致生物在不同水平上（体现出的遗传多样性。遗传变异水平的高低通常作为遗传多样性最直接的表达方式。生物居群中遗传变异水平的高低与其进化速率成正比。研究遗传变异有助于揭示物种或居群的进化历史，诸如：物种起源的时间、地点、方式等，为进一步分析进化潜力和未来命运提供重要资料。尤其有助于物种稀有和濒危原因及过程的探讨。为遗传育种、系统分类提供理论依据。,5.1 遗传多样性的概念与范畴,遗传多样性的外延 不仅指遗传变异水平的高低，也包括遗传变异分布格局居群（群体）的遗传结构。立论依据：1、个体寿命有限，必须组成群体和群体系统才在进化时间上延续不断，成为进化的基本单位。2、居群在地球表面有其特定的分布格局。,5.2 遗传多样性的起源,遗传多样性根本来源归因于DNA复制过程中偶尔发生的“错误”，导致子细胞或后代在DNA的顺序或数量上有别于母细胞或亲本，即：遗传物质的改变突变。突变是“创造”遗传多样性的过程，也是创造生命的过程。突变：分为染色体畸变和基因突变（点突变）两大类。染色体畸变。基因突变。重组。,5.3 遗传多样性的表现层次,遗传信息通过转录和转译过程决定了多态链中的氨基酸顺序。由多态链构成的蛋白质进一步形成细胞和组织，或在生物体内执行不同功能，引起一系列错综复杂的代谢变化，最后表现出各种各样的形态和生理性状。遗传多样性的表现层次包括：分子水平 细胞 器官 生理代谢（过程及其产物）形态学水平,5.4 遗传多样性检测,A.表型分析（形态学性状）B.分子水平（等位酶分析、限制性片段长度多态性分析、随机扩增多态)分析、DNA序列分析）C.数量遗传学,6、生态系统多样性,6.1 概念与范畴6.2 生物多样性与生态系统功能,6.1 概念与范畴,生态系统是生物群落与其环境构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。这一概念强调的是系统中各成员之间功能上的统一。生态系统多样性充分体现了生物多样性研究最突出的特征，即高度的综合性。生态系统多样性研究在理论与实践中都具有十分重要的意义。一方面，生态系统类型多样，其组成、结构、分布格局和动态等特征具有及其丰富的变化；另一方面，生态系统多样性研究又为其它水平（层次）的生物多样性研究提供了有用的资料（其中，栖息地方面的研究与保护是保护生物学的重点。,6.1 概念与范畴,生态系统多样性概念 是指地球上所有生物（动物、植物、微生物等）、它们所包含的基因以及由这些生物与环境相互作用所构成的生态系统的多样化程度。生态系统分类及其空间格局生态系统类型多样性生态系统多样性测度群落多样性生态系统多样性测度的内涵与类别生态系统多样性的测度包括生物群落和生态系统两个水平的多样性测度。重点是群落水平，因为生物群落是生态系统的核心部分，它决定了生态系统多样性乃至景观多样性。因此，多以生物群落多样性测度代替整个系统的多样性测度。群落多样性测度侧重于群落的物种组成和结构多样性，以及群落功能和动态多样性。目前的研究往往根据结构与功能的关系间接推论群落功能多样性。群落多样性包括：多样性、多样性、多样性,6.2 生物多样性与生态系统功能,有关物种在生态系统中作用的假说生物多样性研究的重点已从生物多样性各层次的一般性检测和测度向生物多样性与生态系统功能之间的关系即生物多样性的生态功能研究转移。其中，物种多样性与生态系统结构维持机制和功能稳定性之间的关系是核心问题。换句话说，物种多样性的改变将会给群落带来什么样的生态影响？由于人们对群落物种多样性的本质、作用机制及生态系统稳定性概念与内涵的理解不同，产生了有关物种在生态系统中的作用的诸多不同假说：冗余种假说、铆钉假说、特异反应假说、零假说、多样性稳定性假说。其中，影响较大的是多样性稳定性假说。,6.2 生物多样性与生态系统功能,（一）多样性稳定性假说（二）冗余种假说（三）铆钉假说（四）特异反应假说（不确定假说）（五）零假说该假说 上述假说对于解释物种在生态系统中的作用具有不同程度的启发性,但其在实践中的适用性、正确性有待进一步研究。部分学者在自然和人工生态系统中开展实验工作检验这些假说，并取得一些进展。,6.2 生物多样性与生态系统功能,上述假说中都没有对每个物种的作用强度做出明确的说明。实践中，可见，生态系统中不同物种的生态作用是有差别的。其中有一些物种的作用是至关重要的，它们的存在与否会影响到整个生态系统的结构与功能，这样的物种即称为关键种或关键种组。关键种的概念是由Paine于1969年提出的，用以描述海洋生物群落中的捕食者。关键种是指其活动和丰富度决定群落的完整性并在一定时间内保持系统稳定的物种。去除关键种将引起系统中部分物种的丧失和其它物种的侵入。关键种的作用可能是直接的或是间接的；可能是常见的或是稀有的。可能是特异的（特化），或是普适性的。可将关键种分为捕食者（海獭、选择性采食种子的动物）、食草动物（大象）、病原体和寄生物（粘液瘤菌）、竞争者（建群种、杂草）、共生种（被依赖的植物资源、传粉者、传播者）、掘土者（兔子、白蚁、河狸）、系统过程调控者（固氮菌、菌根真菌分解者）等7类。功能群是指具有相似的结构和功能的物种的集合。在生态系统中具有相似的功能作用，成员相互替代后对生态系统过程影响较小。强调物种的集体作用，简化对生态系统结构功能和过程的认识。,生态系统稳定性理论,(1)具有不同内涵的稳定性概念A恒定性：指生态系统的物种数量、群落生活型或环境的物理特征等参数不发生变化。可见这是一种绝对稳定的概念，这种稳定在自然界几乎是不可能的。B持久性：指生态系统在一定边界范围内保持恒定或维持某一特定状态的历时长度。这是一种相对稳定概念，且根据研究对象不同，稳定水平也不同。C惯性：生态系统在风、火、病虫害以及食草动物数量剧增等扰动因子出现时保持恒定或持久的能力。这与恒定性概念基本相同。D弹性：指生态系统缓冲干扰并仍保持在一定阈限(threshold boundary)之内的能力。这与持久性概念类似，但强调生态系统受干扰后恢复原状的速度，即其对干扰的缓冲能力。E恢复性：与弹性同义。F抗性：描述系统在给予扰动后产生变化的大小。即衡量系统对干扰的敏感性。G变异性：描述系统在给予扰动后种群密度随时间变化的大小。H变幅：生态系统可被改变并能迅速恢复原来状态的程度。即强调其可恢复的受扰范围。,生态系统稳定性理论,由上可以看出，稳定性包括了两个方面的含义：一方面是系统保持现行状态的能力，即抗干扰的能力；诸如前所述的恒定性、持久性、惯性。另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向，即受扰动后的恢复能力。如弹性、恢复力。至于抗性、变异性、变幅则反映了系统受扰后的变化大小，标定了生态系统的稳定域。,生态系统稳定性理论,(2)具有不同外延的稳定性概念A局部稳定性：系统受较小的扰动后仍能回复到原来的平衡点，而受到较大的扰动后则无法回复到原来的平衡点，则称该平衡点的稳定为局部稳定，或邻域稳定。处于演替初期的群落常常如此。B全局稳定性：系统受到较大的扰动后远离平衡点，但最终仍能回复到原来的平衡点，则该系统具有全局稳定性。处于演替末期的群落常常如此。C结构稳定性：在系统状态方程里，参数的变化(由扰动引起)，可通过转移矩阵的传递，在解空间里反映出来，当数学解在空间的变化小到可以忽略时，便说明该系统的传递矩阵性能较好，因而称该系统为结构稳定。此强调系统组成的有序性。D循环稳定性：生态系统经过一系列变化后仍能恢复原来的状态的特性。是具循环演替的生态系统的另一种稳定形式。E轨迹稳定性：生态系统在其原有状态被扰动并改变成各种不同的新状态后复归至