基于空间分析的保护生物学研究
植物生态学报 2004,28(4)562～578 ΞActa Phytoecologica Sinica
基于空间分析的保护生物学研究
江 洪1,2 马克平3 张艳丽4 朱春全5 James R.STRITTHO LT1
(1保护生物学研究所,俄勒冈州卡瓦里斯,美国 97333) (2南京大学国际地球系统科学研究所,南京 210093)
(3中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室,北京 100093)
(4俄勒冈州立大学,美国 97333) (5世界自然基金会中国项目处,北京 100006)
摘 要 保护生物学家和生态学家早就认识到只有准确地辨识保护对象的空间位置、范围、及其相邻的关系(例
如边缘)和连接度,以及依存的地形和气候等生境条件,才能发现生物种群和生境在空间的扩散与收缩、增长与
灭绝的动态,揭示分布的格局,从而系统、全面地了解保护对象和生境的存在状态、破碎程度和变化趋势,进行
有效的自然保护。得益于新兴的空间分析技术,保护生物学自20世纪90年代以来取得了很大的进步。基于空间
分析的保护生物学研究是最近10年左右大力发展的新保护生物学的重要基础。该文结合作者的研究工作,综述了
基于空间分析的保护生物学项目,探讨了保护生物学发展历史、主要研究方法与应用、以及今后的可能发展趋
势。在生物多样性的丰度和分布的空间解绎部分,通过综述世界保护监测中心的图解全球生物多样性的工作,如
国家尺度的生物多样性水平、植物多样性的分布中心和维管束植物科的多样性等的空间分布,介绍了D obs on等图
示美国主要濒危植物、鸟类、鱼类和软体动物等4个主要类群在县(C ounty)为基本空间单位上分布的空间格局,
讨论了生物多样性空间解绎的意义。在第二部分用世界资源研究所的全球森林监测(G lobal forest watch)项目,美国
的国家保护缺失区分析(G AP analysis)项目,美国林务局的无路自然区域(R oadless area)保护项目和加拿大自然审计
(Nature audit)项目,以及北美和东亚生物多样性空间分布的比较分析和生物入侵的空间分析等具体实例来说明生
物多样性空间分布变化比较分析方法的应用。过去20年来,面向空间格局的生态学和保护生物学研究得到了快
速的发展,特别是空间格局的描述、由地统计演变而成的空间统计、地理信息系统、基于个体(或栅格)的空间解
绎模拟模型、基于斑块(Patch)的种群理论及其发展(如复合种群理论,源2汇模型等)等。在第三部分,以美国森林
破碎度空间格局分析和美国太平洋西北演替后期森林的空间格局分析为例,介绍了空间格局分析在保护生物学中
的应用。同时介绍了澳大利亚保护生态学家Lindenmayer和美国著名景观生态学家Franklin2002年提出的模板(Ma2
trix)保护理论,把保护的眼光不局限在面积不多而且分散的保护区中,应注意景观模板和保护区相邻的原生区域的
综合保护,这样将大大扩展保护的范围,并且平衡保护与发展的关系。最后,介绍了在保护生物学中已有一定应
用的空间模型和模拟,包括了空间解绎模型(S patial explicit m odel)、基于过程(Process-based)的空间模拟模型、面向
代理(Agent-based)的空间适应模拟模型(SW AM)以及与此有关的动态全球植被模型(DG VM)。通过上面的讨论和综
述,预测一个新的保护生物学的分支:空间保护生物学,已经逐渐成熟问世,这门基于现代信息技术和空间技术
的新学科已经而且还将为全球生物多样性的研究和保育作出重大的贡献。
关键词 空间分析 保护生物学 生物多样性 空间格局 空间模拟 空间统计
CONSERVATION BIOLOG Y BASE D ON THE SPATIAL ANALYSIS
J I ANG H ong1,2 M A K e-Ping3 ZH ANG Y an-Li4 ZH U Chun-Quan5and James R.STRITTH O LT1
(1Conservation Biology Institute,Corvallis,Oregon97333,US A)
(2International Institute o f Earth System Science,Nanjing University,Nanjing210093,China)
(3Institute o f Botany,Chinese Academy o f Sciences,Beijing100093,China)
(4Department o f Forest Science,Oregon State University,Corvallis,Oregon,97333,US A)
(5WWF-China,Beijing100006,China)
Abstract The use of spatial analysis in conservation biology as a research tool has grown tremendously over
the past decade and a half.Although conservation biologists and ecologists have recognized the potential of
spatial in formation for in forming conservation biology and policy for a long time,such as for studying changes
Ξ 收稿日期:2003207221 接受日期:2004202213
基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(K ZCX1-10-05)
本文的工作曾得到世界自然基金会美国、加拿大和中国分会(WWF-US A,WWF-Canada,WWF-China)、美国农业部(US DA)、美国航空航天局(NAS A)、美国林务局(F orest Service-US A)、阿兰德(Paul G.Alland)基金会和帕卡德(David Packard)基金会等的支持,N oss和DellaSala博士提供帮助和建议,特致谢意
E-mail:hongjiang@https://www.wendangku.net/doc/6f3984450.html,
and trends in populations and habitats,it has been only recently that spatial analysis has been incorporated into m ost conservation biology studies.Since the1990s,conservation biology has developed quickly by the applica2 tion of spatial analysis technologies.In this paper,we review the history,methodologies and applications of this tool,and the potential for growth and other applications by using s ome projects and w orks in which the au2 thors were inv olved as exam ples.
First,we discussed the use of spatially explicit data on biodiversity and its distribution,and the signifi2 cance of using spatially explicit methods in conservation biology was summarized.We presented patterns of bio2 diversity at the global scale and country level,and discussed plant diversity centers and vascular plant family diversity as m onitored by the W orld C onservation M onitor Center(WC MC).We als o discussed the spatial dis2 tribution of four groups(plant,birds,fishes and m olluscs)of endangered species in the United States.Map2 ping the spatial distribution of biodiversity is a useful com parative tool for analyzing the patterns,magnitude and extent of biodiversity,changes in spatial distributions at different tem poral scales,understanding the rela2 tionships between populations and habitats,and for conservation by spatial overlap analysis as in G AP analy2 sis.Second,we reviewed various conservation projects including G lobal F orest Watch of W orld Res ource Insti2 tute,National G AP Analysis of United States,R oadless Area of F orest Service-US A,and Nature Audit of Canada.Als o,s ome exam ples from the literature were used,such as a com parative study of plant diversity richness between East Asia and North America and the spatial analysis of biological invasions.The spatial analysis of patterns of biodiversity and habitats were discussed in the third part of this paper.During the last tw o decades,pattern-oriented ecology and conservation biology has made a lot progress,especially spatial pat2 tern analyses,spatial statistics originating from geo-statistics,geographic in formation systems,spatially explicit m odel-based growth of individuals(grid),population theory based on patch analysis(e.g.,metapopulations and s ource-sink m odels),and s o on.The application of spatial pattern analysis in conservation biology was summarized by examining tw o conservation projects:the forest fragmentation analysis of the US A and late seral forests spatial pattern analysis in the Pacific Northwest,US A.We als o presented the theory of“Matrix conser2 vation”by Lindenmayer and Franklin,“C onserving F orest Biodiversity,A C om prehensive Multiscaled Ap2 proach”(2002).We agree with the authors of this new initiative that extends conservation efforts bey ond nature reserves to integrated conservation strategies that balance conservation and development at landscape or regional https://www.wendangku.net/doc/6f3984450.html,stly,m odels that are used widely in conservation biology,the spatially explicit m odel,process-based spatial m odel,agent-based spatial adaptation m odel(SW AM)and Dynamics G lobal Vegetation M odel (DG VM),were discussed.This new branch of conservation,spatial conservation biology,has matured as a new discipline that contains a lot of spatial and in formation technology and may make m ore contributions to the global biodiversity conservation.
K ey w ords S patial analysis,C onservation biology,Biodiversity,S patial pattern,S patial m odeling,S patial statistics
基于空间分析的保护生物学研究主要是源于两个方面的驱动。一个是对保护对象和生境的空间位置、范围和动态变化的强烈需求,另外一个是在基于系统保护的新保护生物学(New conservation biolo2 gy)框架中,空间分析是一个必不可少的研究手段(Meffe&Carroll,1996)。在保护生物学的研究和实践中,人们较早就发现没有空间分析就很难辨识如位置、范围、及其相邻的关系(例如边缘)和连接度,以及地形和气候等生境的空间条件,很难发现生物种群和生境在空间的扩散与收缩、增长与灭绝的动态,不能揭示分布的格局,因此不可能系统全面地了解保护对象及其生境的存在状态、破碎程度和变化趋势,因而不容易进行有效的自然保护(R osenzweig,1995;Lindenmayer&Franklin,2002)。虽然自然保护已有较长的历史,可以追溯到很早的历史时期(钱迎倩等,1995;Primack&Ji,2001),但是传统的自然保护侧重于对单个物种的保护,其保护的效果有限(Fiedler&Jain,1992)。自20世纪80年代后期开始,一个强调对整个生态系统及其相应的全部生物组分与过程保护的“新”保护生物学逐渐兴起(Meffe&Carroll,1996)。新保护生物学的兴起与发展和空间分析有着十分密切的关系(Lindenmay2 er&Franklin,2002)。正是得益于空间分析的应用,保护生物学自从20世纪90年代以来取得了很大的进步(Meffe&Carroll,1996)。受助于现代信息技术的飞速发展,空间分析的技术、方法和理论有了长足的进步。特别是高分辨率和多光谱的数字卫星遥感空间解译技术、地理信息系统空间分析技术、计算机空间模拟技术、源于地统计的空间统计方法、植根于复杂性分析的面向代理(Agent-based)的方法等在最近20年深入到了许多生物学和地学领域,使许多传统学科的研究与应用发生了很大的变化。本文
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的目的是综述基于空间分析的保护生物学的研究项目,探讨其发展历史、主要研究方法与应用,以及今后的可能发展趋势,试图为开展这方面的工作起一定的促进作用。
1 生物多样性丰度(Biodiversity richness)和分布的空间解绎
图解生物多样性丰度(Mapping biodiversity rich2 ness),包括物种和生态系统的丰度和空间分布在保护生物学中是一个十分重要而基础的议题。图解生物多样性的空间分布对于生物科学的研究和科学的决策都很重要(Bowker,2000)。作为试图建设一个全球已知生物的综合空间数据库的项目“SPECIES 2000”早在1991年就被I UBS(International Union of Bi2 ological Sciences),C ODAT A(C ommittee on Data for Sci2 ence and T echnology)和I UMS(International Union of Microbiological S ocieties)等大型国际组织提出(Bowk2 er,2000)。与此相似的是NAS A(National Aeronautics and S pace Administration)也提出了地球监测计划,其中包括了生物学过程的空间监测(Elichirig oity, 1999)。通过近10年的努力,全球性的大型生物多样性的空间数据库已经初具规模,其中比较有代表性的是设立在英国剑桥大学的世界保护监测中心(W orld C onservation M onitoring Centre,WC MC),它隶属于联合国环境规划署(UNEP),开展了大量全球生物多样性空间分布的研究工作,包括:生物圈、物种多样性、生物多样性的时间变化、人类活动对生物多样性的影响、陆地生物多样性、海洋生物多样性、淡水生物多样性、生物多样性对全球变化的响应等方面的全球空间数据库。虽然受制于数据来源和人力与物力资源,这些数据的精度和空间分辨率还有许多有待提高的地方,但是它们已为全球的生物多样性保护提供了一个坚实的科学基础和决策依据。图1表示了国家尺度的生物多样性水平、植物多样性的分布中心和维管植物科的多样性等的空间分布。这方面的工作还比较多,例如,Dobs on等(1997)报道了美国主要濒危生物的空间格局,分别表现了植物、鸟类、鱼类和软体动物等4个主要类群在县(C ounty)为基本空间单位上的分布(图2)。这些生物多样性和濒危生物的分布图为我们清晰地显示了其地理位置及其分布的梯度。
另外,比较经典的物种丰度和空间分布的工作,当推种-面积曲线和MacAuthur和Wills on(1967)提出的岛屿生物地理学理论。种-面积曲线可以追溯到1859年英国生态学家Wats on在英格兰的工作,他利用对数坐标巧妙地绘制了一条直线,表达了不同空间尺度(范围)物种丰度的分布(图3)。MacAu2 thur与Wills on的岛屿生物地理学理论则从理论上阐明了物种-面积曲线的形成机制。由于新的物种的迁入和原有物种的灭绝,物种的数目在岛屿中存在动态平衡,当迁入和移出数量相等时,岛屿内的物种数量处于稳定状态(MacAuthur&Wills on,1967;韩兴国,1994;邬建国,2000)。岛屿生物地理学说虽然还存在许多争论,而且部分内容已被复合种群理论所更新(Hanski,1999),但是,它为自然保护区的规划作出过许多重要的贡献。
2 生物多样性空间变化的比较分析
生物多样性空间分布变化的比较分析是一种直观有效的分析方法,可以用来比较不同地理区域间生物多样性的数量和空间分布特征,也可用来比较生物多样性的空间分布在不同时间尺度的变迁,或者是把不同的保护对象与生境进行叠加分析,找出保护对象与生境的关系,或保护区的缺失,以及分析濒危动植物的空间分布和变化趋势。我们用世界资源研究所的全球森林监测(G lobal forest watch)项目,美国的国家保护缺失区分析(G AP analysis)项目,美国林务局的无路自然区域(R oadless area)保护项目,加拿大自然审计(Nature audit)项目,北美和东亚生物多样性空间分布的比较分析和生物入侵的空间分析等具体实例来说明它的应用。
2.1 全球森林监测项目(G lobal forest watch)
森林生态系统是陆地生态系统的主体,是许多陆地生物的主要栖息地,同时也是遭人类活动破坏最严重的生态系统。由世界资源研究所主持的全球森林监测项目就是试图监测森林的空间变化和预测其未来的发展,并为生物多样性保护服务(http:// w w https://www.wendangku.net/doc/6f3984450.html,)。全球森林监测项目主要由美国、加拿大、俄罗斯、欧洲和南美洲森林覆盖率相对较高的国家利用卫星遥感的方法监测森林的变化。为了保证数据的客观和准确,项目都由非政府的研究机构承担。现在开展的研究工作主要是历史森林、现实森林和无干扰原生森林的空间分布的比较分析(图4)。美国保护生物研究所是该项目在美国的负责单位,研究区域覆盖了美国阿拉斯加和太平洋西北部区域。通过全球森林监测项目发现,由于人类
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图1 国家水平的生物多样性(A )、植物多样性的分布中心(B )和维管束植物科的多样性(C )等的空间分布
Fig.1 The spatial distribution of biodiversity at country level (A ),plant diversity center (B )and vascular plant family diversity (C )
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图2 美国4个生物类群的濒危生物的空间分布(以县为单位)
Fig.2 The geographic distribution of four groups of endangered species in the United S tates
A:植物Plants B:鸟类Birds C:鱼类Fishes D:软体动物M oluscs(引自D obs on et al.,1997) The maps illustrate the number of listed
species in each county.Alaska and Hawaii are shown in the bottom left-hand comer of the maps(not to scale)(after D obs on et al.,1997
)
图3 图中所示种2面积曲线开始于英国物种最丰富的Surrey郡的一小块面积,直到覆盖全岛,它是世界上已知的最早描述生物多样性空间格局的实例(R osenzweig,1995)
Fig.3 This plant species-area curve begins with a bit of Britain’s richest county,Surrey,and then build up to the whole island.It is the w orld’s old2 est known em pirical exam ple of a biodiversity pattern(after R osenzweig, 1995)
活动的干扰,全球森林已经锐减,中纬度和热带的许多原生森林已经消失。除了巴西亚马逊流域的部分热带雨林,全球仅存的原生森林主要分布在高纬度的环极地北方森林区域。作为重点研究区域,该项目运用高精度陆地资源卫星和空间分析(如缓冲区分析)的方法,评估了环极地原生森林的状态及其对生物多样性的影响(图5)。原生森林对于许多植物、哺乳动物、鸟类、昆虫和真菌等具有极其重要的价值。原生森林的消失严重威胁生物多样性的分布和数量(Fiedler&Jain,1992)。中国的原生森林已十分稀少,仅分布在西南山地和东北部分未开发的林区,亟待加以保护。
2.2 保护缺失区分析(G AP analysis)
美国国家保护缺失区分析是一个综合的生物多样性空间分析的项目。它起源于著名鸟类保护生物学家Michael J.Scott20世纪80年代在美国夏威夷研究濒危鸟类所发展出来的一套方法。他首先图解了各种鸟的空间分布,然后把这些空间分布图叠加在一起作分析,结果发现全岛只有不到10%的鸟类得到了保护(Scott et al.,1993)。基于他的研究结果,美国自然保护协会和联邦州政府采取措施,对濒危程度较高的鸟类进行了有效的保护。应用Scott 空间比较分析的研究方法和理论,美国国家地质调查局(USG S)建立了美国国家保护缺失区分析的大
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图4 全球历史森林、现实森林和无干扰原生森林的空间分布(引自世界资源研究所主持的全球森林监测,2003) Fig.4 Original forest extent(A),current forest cover(B)and remaining frontier forest(C)in the w orld
(after W orld Res ource Institute,G lobal F orest W atch,2003)
型研究计划。这个计划的目标是:1)通过辨识保护缺失区以保证常见种的长期存在;2)为公众和资源管理部门提供保护缺失区和生物多样性的信息;
3)强化这些信息在资源管理活动中的应用(http:// w w https://www.wendangku.net/doc/6f3984450.html,)。保护缺失区分析需要3层基础空间数据:卫星遥感获取的现存植被空间分布、土地所有权分布图(包括私有土地、国有土地、各种保护区)和陆地脊椎动物分布图(由植被图和模型预测产生)(Jennings,2000)。其分析的技术流程见图6。保护缺失区分析已经在美国大部分州完成,其理论和方法已逐步引入到其它许多国家(http:// w w https://www.wendangku.net/doc/6f3984450.html,)。这是空间分析在保护生物学研究中的一个重要突破。而且值得提及的是,由保护缺失区分析项目产生的遥感现实植被分布图已成为了美国许多保护生物学和生态格局和过程研究的基础空间数据(Noss&K ranz,2001)。根据保护缺失区分析的结果,世界野生生物基金会美国分部(WWF-US A)和美国保护生物研究所建立了定期更新的美国和加拿大保护面积空间数据库(Protected areas database,PAD)(DellaSala et al.,2001)。
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图5 全球森林监测项目评估的环极地原生森林的状态及其对生物多样性的影响(引自世界资源研究所主持的全球森林临测,2003)
Fig.5 The remained wildness boreal forests in the w orld (after W orld Res ources Institute ,G lobal F orest W atch ,2003
)
图6 保护缺失区分析的空间数据流程Fig.6 The spatial data flow chart of G AP analysis
据该数据库的统计,美国和加拿大只有5.1%和6.5%
的国土面积处于严格的自然保护状态(G AP1)。在美国,保护面积比例最大的是阿拉斯加(35.3%),最小的是东部各州(小于1%);在加拿大,保护面积比例最大的是不列颠-哥伦比亚省(11.0%),最小的是纽芬兰省(1.6%)。美国和加拿大所覆盖的30个具有全球重要价值的生物多样性分布的WWF 生态区中,共有8.2%的土地面积被保护,在这些保护面积中,大部分(97%)面积小于一万公顷,只有很小一部分(0.53%)大于十万公顷(图7)。2.3 国家森林无路自然区域的保护(R oadless area )自然保护区对于生物多样性的保护具有极其重要的意义。但是由于多种原因,自然保护区的数量少,面积小,非常分散,而且有些主要是为特定的物种保护而建立,保护的作用受到限制(Meffe &Carroll ,1996)。在美国,与许多国家公园和州保护区相比邻的是联邦所有的国家森林。相对于私有林地,这些未保护的国家森林还有很大的一部分尚处于原生状态,没有遭到砍伐和破坏。如何利用这些原生状态的森林以增加生物多样性的保护面积,缓
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图7 世界野生生物基金会美国分部(WWF-US A)和美国保护生物研究所建立的定期更新的美国和加拿大保护面积空间数据库Fig.7 Protected area database(PAD)of ecoregions in north America,WWF-US A and conservation biology institute,US A
解物种急剧消失的压力是美国保护生物学家思考的问题。自1964年以来,他们发起了在国家森林中保护原生状态的经调查的无路自然区域(Inventoried roadless areas,IRAs)项目。经过30多年的不懈努力, 1999年10月,美国总统克林顿终于批准IRAs作为美国国家林务局正式的法规进入国家的保护区域(DeVelice&Martin,2001)。据研究的结果,在美国83个WWF生态区中,有32个生态区中的IRAs保护面积有12%,在大约462个IRA保护区域中,小于20250hm2的区域有295个,大于101175hm2的区域有45个。显而易见,IRA大大增加了原生森林的保护面积,从而加大了生物多样性保护的效果。另外,通过在全球生物多样性关键区域之一的温带雨林的克拉马斯(K lamath-Siskiy ou)生态区(位于北加利福尼亚和南俄勒冈州)的研究,Strittholt和Del2 laSala(2001)发现在该生态区内无路自然区域的面积是原生自然区域(自然保护区)的2倍,并且包含了整个生态区36%的自然遗产成分、37%已识别的生境类型、36%的演替后期的森林、42%对于水生生物多样性保护十分重要的集水区。
2.4 加拿大自然审计(Nature audit,Canada)
生物多样性空间分布的时间序列分析是一个十分重要的领域。因为空间与时间是一个不可分割的整体。系统的空间行为总是在一定程度上与时间尺度相耦合(常杰等,2001)。选取多个时间断面研究系统空间特征的变化是一种有效可行的时空综合研究方法。生物多样性演变的时空组合特征,如演替(中小时空尺度的变化)和进化(大时空尺度的变化)都是空间分析在保护生物学研究中非常关键的课题。由WWF-加拿大主持,美国保护生物学研究所等单位参加的“加拿大自然审计”是一个非常有代表性的利用生物多样性空间分布的时间序列作比较分析进行保护生物学研究的项目。该项目的主要分析思路是利用美国保护生物学研究所根据大量历史
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空间数据编制的1600年左右欧洲移民前加拿大和相邻的美国北部各州的历史植被空间分布数据作为基线(Baseline )(图8),研究400年来(从1600～2000年),由于人类活动和气候变化引起的生物多样性变迁及空间格局,并预测未来20年左右(2020年)由于经济活动加剧,可能发生的进一步变化(WWF -Canada ,2003)。该报告深入比较和分析了森
林、草地、海洋、淡水生态系统,以及鸟类、两栖类、海洋和淡水鱼类、蝴蝶、树木、K 对策与r 对策物种的格局变迁,分析了变化的原因及保护对策。2.5 生物多样性空间分布的比较分析
生物多样性空间分布的比较分析是十分重要的领域,通过这样的分析可以揭示不同地理区域在生物多样性上的差异,及其与所处的气候和其它自然条件的关系。Qian 和Ricklefs (2000)作了北美和东
亚生物多样性空间分布格局比较研究的工作(图
9)。他们发现与东亚植物多样性相似度较高的是北美东部而不是与东亚比邻的北美西部。而且在相似的环境条件下,东亚温带植物属的种数大约是北美东部温带植物属内种数的二倍。因为在这两个地区的这些属是姐妹成对的关系,在分离以前,共享相似的适应历史和生态关系,因此,他们认为这是净多样化(Net
diversification )的结果,不是分类上的虚假赝象或生境抽样的结果。他们推断东亚温带区较高的地理异质性(G eographical heterogeneity )通过独自的特化过程为其创造了丰富的进化辐射的机会。2.6 生物入侵的空间分析生物入侵是影响生物多样性数量和组成的重要因子(Hengeveld ,1989;Pimentel et al .,2002)。据统计,在美国的42000种植物中,外来种大约有
图8 1600年左右欧洲移民前加拿大和相邻的美国北部各州的历史植被空间分布(引自Jiang &S tritthert ,2003)
Fig.8 The historical vegetation spatial pattern of pre-european settlement in Canada and adjacent N orthern US A (after Jiang &S trittholt ,2003)
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图9 东亚和北美维管束植物的不相邻属的地理空间分布(引自Qian &Ricklefs ,2000)
Fig.9 G eographical distribution of disjunct genera of vascular plants in eastern Asia and north America (after Qian &Ricklefs ,2000)
25000种,约占59.5%;134644种微生物中,外来
种有20000种,大约15%;英国的27515种植物
中,外来种大约有26000种,大约94.5%;澳大利亚的20000种植物中,外来植物有1952种,大约10%(Pimentel et al .,2002)。由此可见,外来种对生物多样性有巨大影响。对入侵生物的空间分布格局和动态的分析有助于深入研究其入侵速度、方向、条件和机理,并预测其潜在的扩散趋势。在生态学中,通常用扩散和迁移来表示物体在空间移动的距离和方向,短距离和无方向的运动称为扩散,长距离和有方向的运动称为迁移(Hengeveld ,1989)。空间分析是辨识生物入侵扩散和迁移的主要工具。Davis (1981)比较研究了云杉(Picea engel 2mannii )、铁杉(Tsuga canadensis )、山毛榉(Fagus grandifolia )和栗(Castanea dentata )在北美大陆于冰期后向北入侵的过程(图10)。图中通过空间比较分析可以发现不同植物具有不同的入侵扩散速度和方向。另外,通过研究佛罗里达沙地松(Pinus contor 2ta )向长叶松(Pinus palustris )45年(1949～1994)入侵之空间格局的比较分析,McCay (2001)发现从1949年到1994年,在研究区域中大约有44%的长叶松的分布区域被沙地松入侵,沙地松的入侵范围从原来的低海拔扩散到该区域的全部海拔梯度,虽然它的最适宜生长条件在河岸地带。
3 生物多样性和生境的空间分布格局分析
过去20年来,面向空间格局的生态学和保护生物学研究得到快速的发展(Wiens ,1995;T illman
&K areiva ,1997),特别是空间格局的描述(McG ari 2gal &Marks ,1995;陈吉泉,1995;李哈滨等,1998)
由地统计演变而成的空间统计(Turner et al .,2001),地理信息系统(Aspinall ,1994),基于个体(或栅格)的空间解绎模拟模型(Shugart ,1998),基于斑块(Patch )的种群理论及其发展(如复合种群理论,源-汇模型等)(Hanski ,1999)等。
3.1 生境破碎的空间分析及其在物种保护中的应
用
生境的破碎严重影响生物多样性的保护,破碎的生境容易导致稀有生物的灭绝已经是大家公认的事实(蒋志刚等,1999;陈灵芝等,2001,)。生境的破碎化将导致一系列的生物学后果:1)稀有生物绝灭的排除(Elimination )效应;2)栅栏(Barrier )和隔离(Is olation )效应;3)拥挤(Crowding )效应;4)局部和区域的灭绝效应;5)边缘(Edge )效应;6)物种组成变化效应(Meffe &Carroll ,1996)。定量研究生境的空间格局与破碎程度和破碎过程是景观生态学的核心研究内容之一(F orman ,2001;Turner et al .,2001)。自从20世纪80年代以来,一系列描述空间格局破碎的定量方法涌现出来,促进了这方面的研究。其中比较突出的是两个方面,一个是空间格局分析的统计指数,包括描述格局破碎度的斑块指数(平均斑块大小,斑块数量,最大斑块指数等);表征斑块形状复杂性的指数(如形状指数,分形指数等),度量内部面积的指数(如内核面积,平均内核面积指数等),表示边缘的指数(边缘长度,边缘指数),以及说明斑块间连接度的指数(连接度,平
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图10 云杉、铁杉、山毛榉和栗在北美大陆于冰期后向北入侵的过程(引自Davis,1981)
Fig.10 The invasion of spruce,hemlock,beech and chestnut post-glacier in north America(after Davis,1981)
均邻近距离等)和揭示格局多样性的指数(Shannon 指数和Sim ps on指数)。这些指数的计算已被编入空间格局分析软件,例如FRAG ST AT,促进了它们的广泛应用。在保护生物学实践中,这些指数或者它们的组合对于从空间定量分析生境的破碎度,帮助确定物种濒危的机制和指导制定保护对策发挥了很大的作用(McG arigal&Marks,1995)。另外一个是复合种群(Metapopulation)生物学理论,多种复合种群的格局模型,例如Levins模型,大陆-岛屿模型,斑块模型和混合模型等,以及描述种群空间扩散的源-汇学说,对于从生物学机理出发定性描述空间格局的形成和变化提供了很好的基础(Hanski, 1999;邬建国,2000;Turner et al.,2001)。如何将定量的格局统计指标与定性的复合种群格局类型结合起来进行保护生物学的空间分析是需要进一步研究的方向。
美国保护生物学研究所的Heilman等(2002)利用空间格局分析的方法研究了美国大陆森林破碎的空间分布。在研究中,首先把森林分布区利用TIGER高速公路空间网络数据划分为小的土地管理单位(Land unit),然后,把航天遥感得到的现实森林分布空间数据分配到每一个土地管理单位作为景观格局分析的单元。对每一个单元作景观格局分析(FRAG ST AT),把分析结果取5个因子,每一个因子划分5个水平进行打分累计,0分为最破碎,25分为最不破碎,最后把每个土地管理单位的格局破碎得分值用地理信息系统图示出来,直观地表现了森林景观的破碎程度及其与道路密度的关系。从图11中可以发现,破碎度最低的是太平洋西北部,五大湖边的明尼苏达州,以及新英格兰地区的缅因州,五大湖南面,纽约州等地区破碎度高,其它森林地区破碎度一般。这一结果为大陆尺度的保护对策提供了空间格局分布的依据。
3.2 保护对象的空间分布格局的分析
空间格局的统计分析也逐渐应用到对保护对象的研究中,分析物种,或者生态系统的空间分布格局及其变化,并与保护生物学的实践相结合。这方面比较典型的是分析森林格局的变化,例如,S pies
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植 物 生 态 学 报28卷
图11 美国大陆森林破碎的空间格局(引自美国保护生物学研究所的Heilmann等,2002) Fig.11 The spatial pattern of forest fragmentation in continental US A(after Heilmann et al.,2002)
等(1994)研究了美国俄勒冈州西部森林生态系统的格局变化,Turner等(1996)研究了美国华盛顿州和北卡洛林纳州森林生态系统的格局及动态,Staus (2002)等研究了北加利福尼亚20年森林格局的动态及与人类活动的关系。我们应用空间格局的统计方法研究了美国太平洋西北部(PNW)具有重要保护意义的演替后期森林(Late seral forests,LSF)空间格局的变化及其与海拔梯度、土地所有权属、原生性的关系(图12)。应用尺度的等级结构(Hierachy struc2 ture),将研究的尺度分为3个等级:整个PNW,8个不同的WWF生态区代表不同的环境条件,在生态区中抽样研究了10个典型的景观(每个景观中包含有大致相同面积的原生森林、未保护的国家森林和未保护的私有林地),研究了空间格局特征在3个等级尺度上的变化规律以及与人类干扰的关系。研究结果发现,由于人类活动的长期压力,LSF的破碎度在低海拔区高于中海拔区,但是因为自然条件的分异,高海拔的破碎度也高于中海拔;同时发现不同空间尺度的分析结果有较大的差异,例如,由于自然保护区分布比较分散,而且大都分布在较高海拔区。整个PNW的LSF空间格局显示保护区的平均斑块面积与非保护区相比偏小,空间的隔离程度较高;但生态区尺度,特别是景观尺度则相反,保护面积的斑块面积大,空间连接度高。通过比较研究,发现了格局在不同干扰条件下的变化速率,并发现可以根据这些速率重建LSF历史空间格局,预测未来变化的趋势,从而为这些重要的老森林的保护提供科学依据。
英国保护生物学家Lee和Eversham(2000)利用遥感获取的植被空间分布图与景观格局特征研究了空间格局指数与物种丰度的关系,建立了回归的经验模型。他们发现,景观格局的边缘长度(T otal edge)与物种丰度的相关指数可以达到0.6948,平均斑块大小与物种丰度可以达到0.5506,而斑块数量和景观中类型面积的百分比则与物种丰度呈负相关,相关系数分别为-0.3622和-0.1691。可以预见,利用空间分析的方法间接地估计大尺度生物多样性的分布将是未来的一个重要研究方向。
3.3 模板(Matrix)保护理论
景观生态学中通常区分了斑块(Patch),廊道(C orridor),网络(Netw ork)和模板(Matrix)等不同的组分(邬建国,2000;F orman,2001,Turner et al., 2001)。过去的许多研究侧重于在斑块的尺度上研究其分布、大小、破碎、连接和变化,作为系统特征的模板没有得到应有的重视。2002年,澳大利亚保护生态学家Lindenmayer和美国著名景观生态学家
4期江 洪等:基于空间分析的保护生物学研究573
图12 美国太平洋西北部(PNW )演替后期森林的空间分布格局
Fig.12 The spatial pattern of late seral forests in Pacific N orthwest (PNW ),US A
A.空间位置与生态区Location and ecoregions
https://www.wendangku.net/doc/6f3984450.html,NDS AT ET M +数字卫星遥感图False color com posite of Landsat ET M +imagery for land cover of PNW
C.演替后期森林的空间分布The late seral forests spatial distribution based on the imagery classification
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Franklin 合著了一部专著“保护森林生物多样性,一
个综合的多尺度的方法(C onservaing forest biodiversi 2ty ,a com prehensive multiscaled approach )”。这个新的
理论对传统的主要依赖于自然保护区进行生物多样性保护的理论和应用框架提出了挑战(图13)。就像我们在前面讨论了IRA (无路自然区域)与比邻的自然保护区结合会加大保护效果一致,模板保护理论特别强调保护自然保护区以外的景观模板,即在一
个区域中,生物多样性的保护不仅要有效地设计和
管理自然保护区,同时也应该很好地管理非保护的景观模板,使其有机地结合起来为大尺度的生物多样性保护服务(Lindenmayer &Franklin ,2002)。我们认为,基于空间格局和尺度的模板保护理论将会帮助保护生物学家放开眼界,把生物多样性保护策略的制定与可持续发展紧密结合,从而极大地改善保护与发展的矛盾,取得更好的保护效果
。
图13 综合与多尺度的模板(M atrix )保护的理论框架(引自Lindenmayer 和Franklin ,2002)
Fig.13 M atrix conservation theory framew ork ,a com prehensive multiscaled approach for the biodiversity conservation (after Lindenmayer &Franklin ,2002)
4 生物多样性空间分布和变迁的模拟
模型和模拟的最大优势是它们的预测能力
(Shugart ,1998;Jiang et al .,1999;Murray &Snyder ,2000)。利用数学模型和计算机空间模拟系统模拟
生物多样性空间分布及变迁是基于空间分析的保护生物学的又一特点。这方面的工作包括了空间解绎模型(S patial explcit m odel ),基于过程(Process-based )的空间模拟模型,一种面向代理的空间适应模拟模型(SW AM ),以及与此有关的动态全球植被模型(DG VM )。
空间解绎模型和基于过程的空间模拟模型大部分是从原来的生态系统演替和动态模型,以及个体
增长模型等机理模型发展而来(Shugart ,1998)。一种方法是把模型的运行条件和运行结果与地理信息系统的空间图示功能耦合,而模型的运行则独立于空间解绎器(如地理信息系统)(Aspinall ,1994),基本模拟单位可以是栅格,也可以是多边形。另外一种方法是把过程模型植入地理信息系统,或开发包括空间解绎和图示模块的空间模拟系统,直接实现空间的模拟,这种方法通常是以栅格为基本模拟单元。比较普遍的是第二种方法,它的最大优点是可以模拟如扩散、迁移等空间的变化。LANDIS 是一个比较成功的基于过程并且在景观尺度上模拟物种丰度和分布的空间解绎模型,已在美国的许多区域得到应用(He &Mladenoff ,1999)。
4期江 洪等:基于空间分析的保护生物学研究575
美国圣塔菲研究所(Santa Fe Institute)在复杂性分析方面作了大量工作(Su et al.,2001)。他们开发了基于适应性原理的空间模拟方法———SW ARM,一种面向代理的空间模拟系统(Minar et al.,1996)。这种空间解绎的动态模拟系统的原理是把模拟对象的不同组分有机地综合在一起,通过自组织系统的自适应学习实现模拟效果的优化。从真实世界抽象出的对象和对象间的相互作用是模型的核心,然后把对象组织在一个等级结构(Hierachy)中,对象的相互作用性质可以得到生物学的解释。Su等(2001)应用SW ARM空间模拟系统研究了澳大利亚W AR2 RA长期生态研究站(LTER site)的物种多样性在环境压力和火干扰下的空间动态变化,其模拟结果得到了观测数据的检验,取得了较好的模拟效果。
在大尺度,例如全球或大陆尺度模拟生态系统空间变化的是DG VM(Pentience&S olomn,1990; Neils on&Running,1996)。DG VM是基于生理过程的数值模拟,特别是侧重预测植被对全球变化的反应,有代表性的DG VM模型有BI OME4,M APSS,和I BIS等(F oley et al.,1998;Peng,2000)。Hansen等(2001)根据7个不同的大气环流模型(G C M)(OS U, GISS,H ADC M2和CG C M1等)产生的未来气候变化的脚本(Scanarios),用DG VM模型中的M APSS模型模拟了生物群区(BI OME)和植被类型的变化,同时用回归树分析(Regress tree analysis)研究了树木种类和群落类型的变化,用基于能量的Currie模型研究了树木、哺乳动物、鸟类、爬行动物和两栖动物的物种丰度。用DG VM模型和其它模型模拟生物多样性伴随气候和土地利用变化的动态对于生物保护和管理决策非常重要,其进一步的趋势是模拟更详细的植被功能型和物种多样性的变化,并提高空间的分辨率。
还有一些大型的与空间分析有关的国际保护生物学研究项目,如DI VERSIT AS(陈灵芝等,2001), LTER中关于生物多样性和生态系统功能的相互作用所涉及的空间分析(Symstad et al.,2003)等。
空间分析的重要技术基础是遥感和地理信息系统。全球定位系统(G PS)为它们提供了技术支持。同时还包括了许多其它的空间分析技术和方法,例如前面已提到的空间格局分析和空间动态模拟,以及空间统计分析等。详细技术细节请参阅有关的文献(邬建国,2000;Turner et al.,2001;江洪等, 2003)。同时,高精度遥感在现实植被分类和变化监测中的应用,通过数字化地球大力建设丰富的基础空间数据库,发展模拟置信度较高、预测效果可靠的生物多样性格局与变化的空间模拟系统是空间分析在保护生物学中广泛应用的重要基础。
我们预测,一个新的保护生物学的分支:空间保护生物学,已经逐渐成熟。这门基于现代信息技术和空间技术的新学科已经而且还将为全球生物多样性的研究和保育作出重大的贡献。
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责任编委:张大勇 责任编辑:姜联合
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从麋鹿还乡谈迁地保护在生物多样性保护中的作用
从麋鹿还乡谈迁地保护在生物多样性保护中的作用 摘要 我国是生物多样性极为丰富的国家，也是生物多样性面临严重威胁的国家。本文以麋鹿保护的成功为范例，简单分析了麋鹿保护在国内外的研究动态，介绍了我国在野生动物保护研究中所取得的成绩以及研究前景，论述了我国生物多样性保护的对策和措施，并对本领域今后的发展提出相关建议。 关键词 麋鹿迁地保护生物多样性 引言 我国是生物多样性极为丰富的国家，但是随着栖息地丧失或破坏，不少我国的珍稀物种濒临灭绝，必须进行迁地保护。其中麋鹿的保护是一个极端的例子。20世纪初，麋鹿在中国已经灭绝，从国外引进，长途迁地保护，是我国对麋鹿保护唯一可行的措施。随着环境变迁，和人类活动的破坏，许多适合野生动植生存的空间，如湿地、森林等在日益缩小，甚至消失。还有，随着城市规模扩大，使得许多在郊区动物栖息地被斑块化，尤其不利于一些活动领域大的动物的生存。因此，为了任何人和野生生物能够和谐发展。我们不得不不让一些野生动植物“搬家”。植物园、动物园及野生动物饲养场是迁地保护的优良场所。 麋鹿面临的主要威胁 （1）栖息地丧失或破坏。由于我国经济高速发展，大面积森林被砍伐，土地开垦剧增，草场退化严重，沙漠化不断扩大，导致麋鹿栖息地面积日益减少，种群数量下降。 （2）遗传多样性丧失。一般而言，遗传多样性越丰富，生物对环境变化的适应能力也越强。麋鹿种群由于遗传多样性贫乏而将影响其种群长期健康存活。 （3）过度利用导致资源枯竭。过度利用的直接影响是造成野外麋鹿种群数量的急剧下降，并最终导致资源枯竭与濒危灭绝。 （4）外来种入侵。外来入侵种侵占了本属于当地生物的生态位，造成生态系统出现单一化的趋势。 （5）环境污染。环境污染物能引起人类或动物产生多种多样的毒性，严重的则会导致死亡。（6）疾病。病原体会影响麋鹿的正常生理机能，严重时会导致死亡。特别是群发性的恶性传染病会对麋鹿群体产生致命的影响，导致种群数量急剧下降。 麋鹿迁地保护历史及现状 麋鹿曾在1900年八国联军攻入北京时被西方列强劫杀一空，以致在中国本土灭绝。随着时间的流逝，圈养于欧洲一些动物园中的麋鹿纷纷死去，种群规模逐渐缩小。从1898年起，英国十一世贝福特公爵出重金将原饲养在巴黎、柏林、科隆、安特卫普等地动物园中的18
生命科学概论论文
生命科学概论论文题目：“草草”引发的思考 学院：土木工程学院 专业：给排水科学与工程 姓名：余小航 学号：201609834 班级：给排水（本）201603 指导老师：邹立扣
【摘要】大自然中，奔腾于草原上的骏马，穿梭于林间的飞禽走兽，翱翔于长空的展翅雄鹰，以及深藏于海底的奇珍异宝……生命的形式如此丰富，她们中的任何一个都值得我们去探索与发现。 这些生物具有多样性，然而它所提供的价值在其有效实现之前会有一个在空间上的一个积累过程，也就是说她提供的可利用价值是间接的，需要一个转化过程。正如森林，她提供的果实这一部分的使用价值人们可以马上享受到，然而她提供的另一部分价值，例如森林系统所涵养的水流就需要在空间上的一个流动积累，才能汇集成河流为我们所用。之前上课时，邹老师放了一个关于大熊猫“草草”的视频，给了我不少关于生物多样性思考，同时也让我联想到了另外一种动物就是华南虎 关键词：华南虎生态系统人类活动生物多样性 华南虎是中国特有的虎亚种，生活在中国中南部，也叫做中国虎，是中国十大濒危野生动物之一。野生华南虎主要生活在山地，多单独生活，不成群，喜食新鲜肉，捕食对象包括业主、野牛和鹿类。由于人类活动范围的扩大和人类文明对华南虎生存环境的破坏，华南虎的数量剧减，目前在野外几乎灭绝，仅在各地动物园繁殖基地人工饲养着100多只华南虎不发挥着极其重要的作用，且其起源以及分布区的变迁过程在研究虎的 起源和演化等方面具有不可替代的科学价值。华南虎是中国独有的虎亚种，因此也叫做中国虎。但是作为中华民族的图腾之一，华南虎的命运却着实让人担心。从新中国建立到现在，华南虎种群的数量锐减，到现在已经基本确定境内华南虎灭绝。保护华南虎，保护濒临灭绝的野生动植物，是人类义不容辞的责任和义务。野生华南虎惨淡的生存现状要从建国开始研究。 建国初期，野生华南虎的数量还有4000多头。经过20世纪50年代和60年代华南虎标本持续进行的大规模捕杀，华南虎种群遭受重创，一蹶不振。当时，政府宣布华南虎为“四害” 之一，除虎如同剿匪，大打人民战争，还组织专门的打虎队，由解放军和民兵协同作战，赶尽杀绝。而在1962年9月国务院颁布指示保护和合理利用野生动植物资源，列出19种动物为严禁捕猎动物，并在一些地区受到保护，华南虎再度被排斥在外，这对华南虎的种群数量又是一次打击。之后国务院颁布一些条例规定，将华南虎的保护级别逐步提升。到1979年，农业部才把华南虎列为一级保护动物。不过这个措施为时已晚，因为据估计，1981年，的种群数量已经只有150-200了。1996年，联合国国际自然与自然资源保护联盟发布的《植物国际公约》将华南虎列为第一号濒危物种，列为世界十大濒危物种之首。据传人类最后一次在野外看见华南虎，也是2007年10月13日在重庆和陕西交界的大巴山原始森林。后经专家组研究认定这种说法可信度很低，并断定华南虎已经灭绝。由此可见，华南虎的受威胁程度是非常严重的，早年受政府下令捕杀，等到种群数量很低政府出台条例保护华南虎时， 华南虎面临的捕杀危机虽然减弱，但是生存环境由于人类的活动而急剧减少，一只成年公存所需的100公顷的森林在华南虎种群分布范围内已经很少见。重重困难和危机下，华南虎群遭到灭顶之灾。而维持华南虎个体数量的圈养华南虎种群形势也不容乐观。由于数量极其有限，动物园和繁殖基地的华南虎的近亲繁殖系数极高，生下的幼崽常有多病痴呆等症状，种群面临严重衰退。生活在这种环境的华南虎体质和免疫力低下，正常的繁殖都需要人类助，很难承担维持种群数
《保护生物学》2020期末复习思考题库
《保护生物学》学习思考题 一、名词解释： ★1．保护生物学、生物多样性 保护生物学：保护生物多样性的生物学分支；解决由于人类干扰或其他因素引起的物种、群落和生态系统出现的各类问题，提供生物多样性保护的原理和工具的一门综合学科。它兼容基础和应用研究两种途径，来阻止生物多样性的丧失，生物群落的破坏。 生物多样性：是指一定范围内多种多样活的有机体(动物、植物、微生物) 有规律地结合所构成稳定的生态综合体。地球上所有的生物——植物、动物和微生物及其生存环境的总和，包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性、景观多样性四个层次。 5．生境破碎、生境退化、沙漠化、温室效应 ★生境退化：是指外在因素使生物群落和物种受到人类活动的影响，群落结构有可能受到破坏，物种有可能被推向灭绝，由于尚未能改变群落中居于支配地位的植物结构，所以，这种破坏还不会立即呈现。 沙漠化：是由于人类活动，季节性干旱气候下，许多生物群落发生了渐进的、不可逆转化沙漠化的人工沙漠模型。 ★温室效应：又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。 7．最小生存种群（MVP）、物种最小动态区（MDA） 最小生存种群：任何生境中任一物种的种群，在可预见的种群数量、环境、遗传变异和自然灾害等因素影响下，以一定的概率存活一定时间的种群数量。确保种群在可预见的将来，具有很高的生存机会所必需的个体最小生存种群数量。在可预见的种群数量、环境、遗传变异和自然灾害等因素影响下，都有99%的可能性存活100 年。 8．再引种计划、增强项目、引种计划 再引种计划：将圈养繁殖个体或野外采集个体释放到它们历史上曾经分布而现在不分布再
生物科学专业(070401).
生物科学专业(070401) 一、培养目标 培养具有现代生物科学基础理论和基本实验技能的生物科学专门人才。生物科学教育方向的毕业生能够胜任中学生物学和其他自然科学的理论和实验教学、教学研究及管理工作。生物制药方向的毕业生能够胜任生物学领域特别是生物制药领域的科研、生产和经营管理等工作。 二、培养规格 通过学习生物科学的理论、实验技能和经过一定时间的实践锻炼，毕业生具备从事生物科学教学或科研的基本能力。具有良好的科学精神、敬业精神、责任心和事业心，以及良好的社会公德和职业道德。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1．掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识； 2．掌握动物生物学、植物生物学、微生物学、生物化学、细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经生物学、分子生物学、生态学等方面的基本理论、基本知识和基本实验技能； 3．了解相近专业的一般原理和知识； 4．了解生物科学的理论前沿、应用前景、国家生物高科技科技政策、知识产权等有关政策和法规； 5．掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力； 6．生物科学教育方向的学生要熟悉教育法规，并能够将教育学、心理学基础理论运用于教学实践，具有良好的教师素质。 三、学制及学习年限：学制四年，学习年限为三至八年。 四、毕业最低学分：175.5+10，其中10学分为课外学分。 五、授予学位：理学学士 六、主要课程与实践环节简介: （一）理论课程 1．基础化学学时：108学时，专业必修课。 内容简介：无机部分主要讲授化学热力学基础；原子结构和分子结构理论及四大化学平衡（酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡、络合解离平衡）原理；重要元素及其化合物的结构、组成、性质、变化规律；酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法和比色法等的基本原理。有机部分讲授有机化合物的分类、命名、各类有机化合物官能团的性质，以及其与结构的关系。 教材：《无机及分析化学》第三版，南京大学，高等教育出版社；《有机化学》第三版，汪小兰，高等教育出版社。 2．植物生物学学时：54学时，专业必修课。
《保护生物学》作业
北京林业大学广西分院林学本科班 《保护生物学》作业题 一、解释概念 生物多样性：是指一定范围内多种多样活的有机体(动物、植物、微生物) 有规律地结合所构成稳定的生态综合体。 保护生物学：一门处理当今前所未有的生物多样性危机的，所有科学的综合学科，它兼容基础和应用研究两种途径，来阻止生物多样性的 丧失，生物群落的破坏。 物种：简称“种”，是生物分类学研究的基本单元与核心。是在自然界中占据特殊生态位的种群的一个生殖群体，在生殖上与其它物种相隔离。 生境破碎：人类活动改变了生物生境的形状、类型及其在景观中空间排列的现象。 即在人类活动的影响下一个生境缩小并分割成两个或更多生境斑块的 现象。 最小生存种群：是任何生境中任一物种的种群，在可预见的种群数量、环境、遗传变异和自然灾害等因素影响下，以一定的概率存活、一定时间的 种群数量。 迁地保护：是指为了保护生物多样性,把因生存条件不复存在,物种数量极少或难以找到配偶扥原因,而生存和繁衍受到严重威胁的物种迁出原地,移入动物园,植物园,水族馆和濒危动物繁殖中心,进行特殊的保护和 管理. 是对就地保护的补充。 趋同：由于生活习性或环境相似，导致亲缘关系较远的生物获得形态相似或功能相同的特征的演化现象。 退化生态系统：指在一定的时空背景下，生态系统受自然因素，人为因素或两者的共同干扰下，使生态系统的某些要素或系统整体发生不利于生物和人类 生存要求的量变和质变，系统的结构和功能发生与原有的平衡状态或进化 方向相反的位移。 濒危：濒，临近，接近。接近危险的境地。 生物入侵：物种从自然分布地区 可以是其他国家和中国的其他地区 通过有意
或无意的人类活动而被引入 在当地的自然或人造生态系统中形成了自 我再生能力 给当地的生态系统或景观造成了明显的损害或影响。这种 现象称为“生物入侵”。 二、问答题 1.环境问题的主要表现有哪些方面？ 答：1.日益严重的局部污染和生态破坏导致环境质量的下降； 2.温室效应引起了全球气候的变暖； 3.臭氧层的破坏； 4.酸雨区的扩展； 5.自然资源的短缺和耗竭； 6.生态破坏和生物多样性的减少； 7.固体废弃物堆弃。 2.简述生物技术在物种保护中的应用？ 答：1.对未知物种的定名和描述，完成物种的调查和编目工作； 2.可解决小群遗传多样性损失和近交衰退问题 3.分析种群遗传结构和适应潜力、 4.物种和群落的长期保存 5.生物安全问题。 3.生物物种间关系有哪几种类型？ 答：有共生、共栖、协作、竞争、寄生、捕食6种。 4.试述第四纪冰川对生物多样性的影响？ 答：1.第四纪冰川是决定现代物种分布、形成与灭绝的重要因素，影响了现代生物多样性的布局；2. 第四纪冰川对全球的气候产生过深刻的影响，是生物进化历程中的一个瓶颈，作为影响生物多样性的宏观因素，为现代人类社会产生以前的生物多样性格局描绘了基本色调；3.第四纪晚期澎湖海沟的古动
保护生物学论文
保 护 生 物 学 论 文 姓名：林姿余 学院：园林学院 班级：13级环境设计二班 学号：20133895
摘要针对我国目前保护生物以及生物发展状况，论述了现代生物的发展状况以及采取的措施，保护生物的关键所在对人类的影响。 关键词保护生物生态环境使用价值保护措施 新兴学科在发展过程中会经历很多变化，初期建立起来的秩序都可能被未来新的发现所推翻，学科体系在时间的推移和事实的验证中不断逐渐完善。当今全球环境问题、生态问题恶化趋势尚未扭转IUCN近期的分析报告和国内外的众多保护生物学研究所都在不断警告人类迅速行动，遏制生物多样性的高速、毁灭性消失的灾难，研究的紧迫性和时效性更为突出。 认识生物的多样性是为了更好地保护和合理利用生物的多样性。保护生物的多样性是一项艰巨的任务，涉及到方方面面的问题。保护生物的多样性是可持续发展的重要内容 保护生物多样性就是在生态系统、物种和基因三个水平上采取保护战略和保护措施.主要有： 1.就地保护，即建立自然保护区。 2 .迁地保护，如建立遗传资源种质库、植物基因库，以及野生动物园和植物园及水族馆等。 3. 制定必要的法规，对生物多样性造成重大损失的活动进行打击和控制。 保护生物多样性，是全球共同的大事，最主要的是要行动，这必须所有缔约国广泛合作，积极行动，制定必要的法规，对生物多样性造成重大损失的活动进行打击和控制，对濒临灭绝的物种、破坏严重的生态系统和遗传资源实行有效的保护和抢救。 生物多样性包括生物种类的多样性、基因的多样性和生态系统的多样性。生物多样性的意义主要体现在生物多样性的价值，对于人类来说，生物多样性具有直接使用价值、间接使用价值和潜在使用价值。 直接使用价值：生物为人类提供食物、纤维、建筑和家具材料、药物及其他工业原料。 生物多样性还具有美学价值。如大千世界色彩纷呈的植物和神态各异的动物
智慧树知到《保护生物学》章节测试答案
1、目前全球严重退化的耕地约占总耕地面积的 % 答案：13 2、目前全球水量明显减少或被严重污染的河流约占河流总数的 % 答案：自卫目标、区域目标、全球目标 3、全球正在受到威胁的两栖类约占两栖类种数的 % 答案：全面建成小康社会、全面深化改革、全面推进依法治国、全面从严治党 4、全球正在受到威胁的哺乳动物约占哺乳动物种数的 % 答案：全面建成小康社会、全面深化改革、全面推进依法治国、全面从严治党 5、全球正在受到威胁的鸟类约占鸟类种数的 % 答案：全面建成小康社会、全面深化改革、全面推进依法治国、全面从严治党 第2章单元测试 1、昆虫雌雄二型是遗传多样性引起的。 答案：对 2、遗传多样性指物种内的遗传变异，包括同种显著不同的群体间或同一群体内的遗传变异。答案：对 3、生物多样性保护的关键是保护物种的遗传多样性或进化潜能。 答案：以上都对 4、遗传多样性是生态系统多样性和物种多样性的基础。 答案：DNA 5、遗传多样性越丰富，该物种对环境变化的适应能力则愈小，其进化的潜力也就愈小。 答案：×
1、明朝李时珍编著的《本草纲目》记载的许多药物都取自于野生的动物、植物，这些是利用了生物多样性的（） 答案：1644年 2、下列关于调查校园内的生物种类的步骤，正确的是（）①分组②选择调查范围③调查记录④归类⑤设计调查路线⑥整理 答案：爆炸 3、我们对生物多样性最直观、最基本的认识是（） 答案：正确 4、水葫芦从国外引进，在滇池里疯狂生长，导致其他水生生物几乎灭绝。导致滇池生物多样性遭到破坏的原因是（） 答案：有意引入 5、被称为“活化石”的爬行动物是 答案：扬子鳄 第4章单元测试 1、在生态系统的物质循环中，磷大部分的单向流动的，不能构成磷循环，因此磷酸盐资源也因而成为一种不可再生的资源。 答案：上述都正确。 2、生态系统多样性指数中的α多样性指数是用于以测度群落的物种多样性沿着环境梯度变化的速率。（） 答案：× 3、生态系统是由非生物环境、生产者、分解者和消费者组成的，它们均是生态系统缺一不可的组成部分。（） 答案：× 4、生态系统是存在于自然界的基本单位，其分布受制于自然条件，有明显的规律性，从大的格局上看，水分和温度状况是决定生态系统分布的主要因子。（）
知到全套答案保护生物学黑龙江联盟课后作业答案.docx
知到全套答案保护生物学黑龙江联盟课后 作业答案 问：在艺术品结构层次的构成要素中，能集中体现艺术品之审美特质的要素是（） 答：艺术意象 问：在艺术起源时期，诗歌与舞、乐融为一体。 答：对 问：在艺术上，李白极其复古 答：对 问：在艺术上、科学、文学、哲学上，大多数最美好的创造性的工作都是这样子的一刹那的结果。是谁的观点： 答：罗素 问：在艺术上代表了莎士比亚戏剧最高成就的是（）。 答：《哈姆莱特》 问：在艺术世界中，无论是创作者们还是接受者们都是单数的，而不是复数的。（） 答：错误 问：在艺术世界中,无论是接受者们还是创作者们都是单数的,而不是复数的。() 答：× 问：在艺术形式上，擅长歌行的四杰中的谁？
答：卢照邻，骆宾王 问：在艺术院团为未来一年的演出安排设计介绍手册时，哪一条不作为主要设计依据？（） 答：特约艺术家声誉 问：在艺术中，精神是在感性中呈现。（） 答：正确 问：在艺术中要追求虚拟和现实的什么关系？ 答：对立统一 问：在艺术作品当中，质料本来是仅当成物质载体来看的一个要素，其实是艺术作品一个非常重要的基础。（） 答：正确 问：在艺术作品的层次构成中,任何一个作品都必须具有()。 答：艺术语言和艺术形象 问：在艺术作品的层次构成中，任何一个作品都必须具有哪两个层次：（） 答：艺术语言和艺术形象 问：在艺术作品的接受过程中有（），承认差异并不是否定艺术真理。 答：个体的差异 时代的差异 民族的差异 问：在艺术作品中，美与真理比肩而立。（） 答：错误 问：在议会行使监督权时，弹劾这一方式效果最为显著、社会影响最大。（） 答：正确
问：在议会民主的国家中起监督职能的是（）。 答：少数党和反对派 问：在议价阶段，需要采取以下四个步骤中的部分或全部才能使交易达成，其正确的顺序是（）。 答：探明对方报价的依据、对谈判形势作出判断、互为让步磋商、打破僵局 问：在异步传输时，每个字符是分别同步的，即字符中的每个二进制位是同步的。 答：对
保护生物学课程复习
保护生物学课程复 习 ●保护生物学：保护生物学是 解决生物多样化危机的科学， 其原则是：进化的眼光，动 态和综合的观点，必须考虑 人的观点，分析、解决（缓 解）矛盾。 ●生物多样性：生态系统的多 样性，物种的多昂性，基因 的多样性。【是指一个地区的 生物、他们遗传多样性、他 们所属生态系统的类型。】 ●种群：一个地区内相同个体 的集合。 ●生态系统：一个空间内所有 生物及其无机环境的统一整 体。 ●景观：不同生态系统组成的 异质性区域。 ●物种:可以交配并繁衍后代 的个体的集合。 ●生态系统服务功能：生态系 统在能流、物流的生态过程 中，对外部显示的重要作用， 如改善环境，提供产品等。 ●林奈的分类系统：界（动物 界）、门（脊索动物门）、纲 （哺乳纲）、目（灵长目）、 科（人科）、属（人属）、种 （智人）->人 ●物种形式存在的意义：1.物 种的分异是生物对环境异质 性的应答；2.物种间的不连 续抵消了有性生殖带来的遗 传的不稳定性；3.物种是大 进化的基本单位；4.物种是 生态系统中的功能单位-食 物链 ●小进化：种内的个体和种群 层次上的进化改变。基本单 位：无性繁殖系或种群遗传 组成的变化。
●大进化：种和种以上分类群 的进化。基本单位：物种。 ●生态系统各成员间通过营养 关系【食物链】、【食物网】 彼此连成一个整体。 ●物种丰度：一个地区物种的 数量。 ●物种多度：即单一物种的度， 有相对多度和绝对多度。多 度可用数量或生物量来测量。 ●物种多样性：如果根据丰度、 生产力或数量等某种重要性 来衡量物种，就是在谈论物 种的多样性。 ●
●关键种：是指它们的消失或 削弱引起整个群落和生态系 统发生根本性变化的物种。 ●旗舰物种：代表某个物种对 一般大众具有特别号召力和 吸引力，可促进大众对动物 保护的关注。 ●伞护种：是指那些生存环境 需求能够涵盖许多其他物种 生存环境需求的物种。 ●指示种：是指其生物学或生 态学特性可表征其他物种生 长环境或环境状况的生物种。 ●生物多样性指数： Shannon-Wiener index（H’） 和Simpson index(D)。 ●种群数量：一个地区某一特 定时间种群的数量。 ●种群动态：种群数量在时间 和空间上的变动规律。 ●热点地区：具有丰富的地方 特有种的地区。 ●生物多样性遭受的威胁：1. 栖息地破坏、破碎化和改变； 2.物种入侵（入侵种：某物 种通过自然或人为的手段， 被引入一个原来没有该物种 的生态系统中，逐渐发展繁 殖，并对当地自然或人为生 态系统产生毁灭性影响的物 种）；3.过度开发和过度开采； 4.污染和有毒物质的产生。 5.连锁效应和协同效应。 ●连锁效应：一个物种的绝灭 导致另一物种的绝灭。 ●协同效应：单独因素无作用， 但因素协同后影响巨大。 ●生物多样性公约：是一项保 护地球生物资源的国际性公 约，签署于1992年6月1日。 ●UNEP：联合国环境规划署（united nations environment programme ） ●IUCN：世界自然保护联盟
生物资源学复习2
一、名词解释 ⒈自然保护区：具有法定边界，被指定用来承担具有特殊价值或利益及特定自然特性等区域的保护任务的地区，叫自然保护区。 ⒉动物驯化：引种动物对引种区内一些环境因子的耐受范围发生适当调整，在生理习性、形态结构上存在一定程度的变化，以适应新的环境条件的过程。 ⒊生物资源的周期性：是生命现象特有的时间上的层次排列，表现为生物资源的数量周期性和质量周期性两个方面。 ⒋直接价值：与生物资源消费者的直接利用和满足有关。通过标价，直接价值通常比较容易觉察和衡量。 ⒌生物资源：指生物圈中对人类具有一定经济价值的动物、植物、微生物有机体以及由它们所组成的生物群落。 ⒍区系： ⒎生物资源的系统性：指任何生物物种在自然界中并非单独存在，而是形成一种系统关系，因此在利用生物资源时，一定从整体出发，进行综合利用。 ⒏种群的最大持续产量：是在单位面积或某一自然地段上的自然生态系统中，能够长期不断地获得人类所需的某种或某类生活物质能接近或能达到的最大理论产值。要维持种群的最大持续产量，应使资源种群保持在N（种群内个体数）=K（环境容纳量）/2水平，如果N>K/2，表示种群利用不足，如N 保护生物学 一、名词解释 （1）保护生物学：是研究从保护生物物种及其生存环境来保护生物多样性的科学。 （2）物种：是在自然界中占据特殊生态位的种群的一个生殖群体，在生殖上与其它物种相隔离。 （3）生态系统多样性：是生物圈生境和生物群落所组成的复合体，以及与此相关的生态过程的多样化。 （4）最小生存种群：对于任何一个生境中的任何一个物种，不论可预见的统计因素、环境因素、遗传随机性和自然灾害如何影响，该种能在1000年之有99%的几率保存下来的最小种群数量，叫最小生存种群数量。 （5）恢复生态学：国际恢复生态学会提出，生态恢复是修复被人类损害的原生生态系统的多样性及动态的过程;生态恢复是维持生态系统健康及更新的过程。（6）生态灭绝：当一个种的数量减少到，其对群落其它成员的影响微不足道时认为是生态灭绝。 （7）创始者效应：是指几个个体离开大群体而建立一个新种群，这个特殊的遗传瓶颈效应。 （8）遗传多样性：是生物体决定性状的遗传因子及其组合的多样化。包括同种显著不同的种群间或同一种群的遗传变异。 （9）关键种：指一个物种的活动和丰富度决定种群的完整性，并在一定时间保持系统的稳定，该物种被称为关键种。 （11）物种灭绝的第一冲击效应：是指导致物种灭绝的一种强烈干扰作用（如人为干扰、物理干扰），在这种干扰的基础上，竞争、捕食、被捕食和病菌寄生等生物因素起作用，使物种灭绝。在正常情况下这些生物因素不能单独起作用引起物种灭绝。 （12）野外灭绝：经过科学调查在某个种原分布区和一切可能的分布区，已经没有存活的个体，但有栽培（或饲养）的种群的物种，认为该物种已经野外灭绝。（13）功能群：：是生态系统，具有相似结构和功能的物种的集合，这些物种对生态系统的结构和功能具有相似的作用，集合中的成员之间互相替代对生态系统的功能发挥、生态过程的执行以及生态系统的稳定性影响较小。 （14）有效种群数量：是可生育成体的有效数量。 二、填空 1、生物多样性的价值分为直接经济价值、间接经济价值、潜在利用价值、伦理价值。 2．按不同的分类依据生态系统可以划分为不同的类型，若按系统与外部环境联系的程度划分生态系统分为开放系统；封闭系统；隔离系统；若按人类的影响程度划分生态系统分为自然生态系统；人工生态系统。 3．生物性公约又称为里约热卢公约，是 1992 年在巴西签定的，中国在 1992 年加入该公约。 1IUCN确定的濒危物种是指不久的将来具有高度的灭绝可能性的物种。 4、动态种群一般有一个或几个核心的种群和若干个附属的种群。 5、恢复生态学采取的主要方法有不行动；恢复；重建；替换等4项。 6、到目前为止世界上已经命名的物种约为 140-170万种？预计世界上现存物种数在 1000-3000万种之间。 7、生态系统是由非生物环境和生产者、消费者、分解者所组成。 8.《濒危野生动植物种国际贸易公约》又称为华盛顿公约，在美国签定的，中国在 1980 年加入该公约。 三、简答题 1．什么是生物多样性？生物多样性包括几个层次？ 答：（1）生物多样性(biodiversity)：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。包括所有生物和它们所拥有的基因，以及生物与环境形成的复杂生态系统。（2）生物多样性的层次包括：遗传多样性(或基因多样性)、物种多样性和生态系统多样性三个主要层次上的多样性。 2．什么是遗传多样性及研究遗传多样性有哪些意义？ 答：(1)广义的遗传多样性可泛指地球上所有生物携带的遗传信息，包括不同物种的不同基因库所表现出来的多样性。（1分） (2)狭义的遗传多样性：指物种的遗传变异。种的遗传变异既包括群体的个体间变异，也包括群体间或群体系统、地理宗、生态型、变种、亚种间以及农作物品系、品种间的遗传差异。（1分） （3）遗传多样性研究的意义（3分） ①有助于追溯生物进化的历史； ②探究现存生物进化的潜能； ③可以评估现存的各种生物的生存状况； ④预测其未来的发展趋； ⑤在遗传多样性研究的基础上才能制定保护策略和措施； ⑥指导人类生存和社会发展 3．实施迁地保护的原则是什么？ 答：（1）物种的种群数量极低；（1分） （2）物种原有生活环境被自然或者人为因素破坏甚至不复存在；（1分） （3）当物种的生存条件突然恶化时；（1分） （4）IUCN 建议当一个濒危物种的野生种群数量低于1000 只时，应当将人工繁育迁地保护作为保护该物种的重要手段。虽然这些物种仍有许多个体，但却面临着生存危机，这种情况下应当考虑实施迁地保护。（2分） 4．简述自然保护区的基本功能及任务？ 答：（1）展示生态系统的本底 （2）保存生物多样性 （3）提供科学研究的天然实验室 （4）开展宣传教育的课堂 （5）人类游憩的场所 （6）涵养水源和净化空气 （7）可持续利用资源的示 （8）促进国际交流与合作 5．关于生态系统多样性与系统稳定性有哪些主要假说？每个假说的主要观点是什么？ 1）冗余种假说：该假说认为保持生态系统正常功能需要生物多样性具有一定的阈值，当生物多样性水平低于阈值时生态系统的稳定性将受到影响，稳定性降低。当生物多样性的水平高于阈值时部分物种在生态系统中不起作用，即出现冗余物种。 海南师范大学生命科学学院 保护生物学 论文题目：丹顶鹤的保护现状及保护对策 学院：生命科学学院 系别：生物科学系 专业：生物科学 学生姓名：符淑乾 学号： 201208010209 填表时间：年月日 丹顶鹤的保护现状及保护对策 摘要：丹顶鹤是我国著名的文化鸟类，在我国文化历史上具有极高的地位，历来受到全国人民的喜爱。近年来，由于环境的迁和人为的干扰，野生丹顶鹤数量逐年下降，全球现存数量仅为2600只左右，而东亚的大陆总数量约1500只左右。国内外就丹顶鹤的保护现状及保护对策进行了大量的研究工作，并取得了明显的成果，丹顶鹤是在我国研究最广泛、最深入的鸟类，从宏观到微观，从个体到群落，从野生到饲养等各个领域；到目前为止，我国发表的涉及丹顶鹤的文献共1162篇，并对论文发表年代，研究内容、涉及领域进行了统计和分析，并提出了我国丹顶鹤的保护现状及保护对策。 关键词：丹顶鹤；现状；保护；对策 丹顶鹤属鹤行目，鹤科，为大型涉禽，是国家一级重点保护动物，世界涉危鸟类，被列入CTTES附录中。自古以来丹顶鹤深受人们的喜爱，文人墨客常把它同松树会写在一起制作（松鹤图）作为长寿的象征加以赞美和歌颂。丹顶鹤栖息繁殖于湿地中，被人们冠以“湿地之神”之美称。由于它对湿地的文化十分敏感，又被称为“环境变化指示剂”。丹顶鹤也是世界上著名的文化鸟类，在诗歌、绘画、雕刻、文学、音乐及舞蹈中均有种种表现。 一、生存现状及保护现状 在中国东北和远东地区人类活动对湿地的破坏在1960年代以后急剧加重，对湿地的围垦不仅侵占了原有的栖息地还是原本流通的水系阻断，再加上近年远东地区气候干燥化趋势明显，水域面积缩小严 《保护生物学》期末考查 姓名: 学号： 一、简述生物多样性的价值 生物多样性具有直接价值、间接价值、选择价值、遗传价值及存在价值，还具有巨大的无形资产。 1、直接价值 生物多样性的直接价值表现在当地消耗使用价值（如食物，消费等）和生产使用价值（野外收获进入贸易市场）。地消耗使用价值，是指诸如猎物、薪柴等在当地消耗而不进入国内或国际市场的物品的价值。生产使用价值是指从野外收获、在国内或者国际商品市场销售的产品价值。 2、间接价值 生物多样性的间接使用价值一般表现为涵养水源、净化水质、巩固堤岸、防止土壤侵蚀、降低洪峰、改善地方气候、吸收污染物，并作为二氧化碳汇集在调节全球气候变化中的作用，以及宜人价值（生态旅游、自然史与教育）等。 3、选择价值 生物多样性的长期价值也是选择价值或者潜在价值。今天，没有人敢确定现在还未被利用的那些物种在将来也不会有利用的价值（一些具药用的物种）。栽培植物的野生亲缘种究竟能提供多少对农林业发展有用的遗传材料也很难确定。 4、存在价值 生物多样性的存在价值，指伦理或道德价值，自然界多种多样的物种及其系统的存在，有利于地球生命支持系统功能的保持及其结构的稳定。存在价值常常受保护愿望来决定，反映出人们对自然的同情和责任。一个物种的存在价值有多大，它的消失究竟带来多大的损失，目前人们还难以准确评估，正如人们不能评估一只恐龙的存在价值一样。生物多样性的存在价值也可以是收益价值或遗产价值——为保护子孙后代的某种价值而愿意支付的价值总和。 二、论述全球气候变化对对生物多样性的影响 全球变暖研究最早从1824年法国物理学家Fourier提出温室效应的概念开始，至今己开展了将近200年，现在全球变暖己成为一个公认的事实。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出，1880-2012年全球地表平均温度己升高0.85℃。自1950年以来，气候系统的许多变化是史无前例的，科学家认为1983-2012年可能是北半球近1400年来最暖的30年，如果没有积极有效的措施，预计到21世纪末，全球年平均气温将比前工业时代至少上升1.5℃[1]。 1950-2010年间，全球有约5.7%的陆地面积发生了主要气候类型的转变，包括：干旱气候类型以及高纬度大陆气候类型的扩张、极地和中纬度大陆性气候类型的缩减、温带、大陆性以及极地气候的显著向极移动、热带和极地气候的海拔增长[2]。在中国，到2010年，己经能在气候带交界地区（约全国7.5%的陆地面积）诊断到气候带的变化，包括：东北地区温寒混交林气候向温带落叶林气候的转变：青藏高原苔原气候（ET）的消失；中国西南地区温带冬早气候的西进北抬。到21世纪末，全国将有超过52.6%的面积发生气候类型的转变[2]。 全球气候变暖对生物多样性具有大尺度的综合性影响。过去的气候变化已使物种物候、分布和丰富度等改变，使一些物种灭绝、部分有害生物危害强度和频率增加，使一些生物入侵范围扩大、生态系统结构与功能改变等。未来的气候变化仍将使物种物候和行为、分布和丰富度等改变，使一些物种灭绝、使有害生物爆发频率和强度增加，并将可能使生态系统结构与功能发生改变等[3]。 我将从陆地、湖泊和海洋生物多样性三个方面论述全球气候变暖对生物多样性的影响。 1、对陆地生物多样性的影响 气候带北移、两极冰山退缩，植物向高纬度地区、高海拔山地移动[1,4,5]。到2100年，全球陆地表面49%的植物群落以及全球陆地生态系统37%的生物区系发生改变，同时在无任何减排努力、全球升温4℃的最悲观模型中，全球植物多样性的平均水平将下降9.4%[4]。海平面上升，海滨植物大面积萎缩、生物入侵加剧；植物种间竞争关系发生改变，优势种改变；早春温度提前升高，植物物候节律改变；荒漠草原区土壤增温使得植物群落发生演替，植物数量减少，植物物种加速灭绝[4]。以及森林群落生产力下降，森林火灾和病虫害威胁加大[1,5]等。 野生动物的分布区整体上向北移，如鸟类的北扩或西扩[6]，昆虫向两极和高海拔地区扩展[7]，种群灭绝风险增加、物种多样性降低，如蝴蝶[8]。物候期提前，加快昆虫的生长发育， 思考题： 1、保护生物学的主要研究内容：灭绝、进化的潜能、群落和生态系统、生境的恢复、物种的回归自然和圈养繁殖、生物技术在物种保护中的应用 2、生物资源的价值：直接价值：也叫使用价值或商品价值。是人们直接收获和使用生物资源所形成的价值。包括消费使用价值和生产使用价值两个方面。 间接价值：包括非消费性使用价值、选择价值、存在价值和科学价值四种 非消费性使用价值：生物资源为人类提供经济收益，而在使用过程中不被收获、也不受损害。 选择价值：保护野生动植物资源，以尽可能多的基因，可以为农作物或家禽，家畜的育种提供更多的可供选择的机会。 存在价值：有些物种，尽管其本身的直接价值很有限，但它的存在能为该地区人民带来某种荣誉感或心理上的满足。 科学价值：有些动植物物种在生物演化历史上处于十分重要的地位，对其开展研究有助于搞清生物演化的过程 3、物种---面积关系原理：面积缩小10倍的岛屿，其物种数减少一半。 岛屿上物种与面积的关系在多数情况是一种曲线关系。这种关系可以用一个数学公式来表示，即：S=CA Z 其中S为物种数；A为岛屿面积；C，Z均为无单位的参数。 Z和C的数值取决于岛屿的类型以及物种的类型（Simberloff 1986a)。Z值一般为0.25左右，变化范围在0.15—0.35之间；C值在种数较多的生物类型较高（如昆虫），而在种数少的类群值较小（如鸟、兽）。 4、岛屿平衡理论：MacArthur和wilson认为一个岛屿上的物种数实际上是由迁入和灭绝两者的平衡决定的，而这种平衡是一种动态的平衡，物种不断地灭绝或被相同的或不同的种类所替代。 首先考虑迁入，假设一个岛屿上尚无任何物种存在，此时迁入速率会非常高，因为任何一个迁入的个体都代表着这个岛屿的新种。然而，随着定居种类的增加，新种迁入的速率就会下降。当所有来自“种源库”（Source pool）（即大陆或其它临近岛屿）的物种都在岛屿上出现时，新种迁入率降到零。 5、邻近生境的作用：为一些迁徙性很强的种类提供足够的活动空间、水源、食物等资源。例如水鸟：海鸟在岛屿上营巢，而在水域中取食鱼类。为一些濒危种群补充一些个体，防止已处于灭绝危险边缘的小种群的灭亡，这一作用也有人称之为“营救效应”。 6、栖息地异质性假说：William(1964)认为面积增加包含了更多类型的栖息地，因而应有更多的物种可以存在。Westman(1983)和Buckley(1982)也认为物种随岛屿面积增加而增加的原因是由于栖息地增加的结果，而不是平衡假说中岛屿面积效应的结果。 随机样本假说：认为物种在不同大小岛屿上的分布是随机的，大的岛屿只不过是大的样本，因而包含着较多的物种。Dunn和Loehle(1988)指出，取样范围会影响物种数一面积的关系。 7、岛屿生物群落的影响因素： 1面积的大小； 2地形的复杂与否：地形复杂的岛屿將可供给较多的生物种类栖息。单就蕨类而言，台湾就有四百多种，比起欧洲大陆的种类还多。 3距离大陆块的远近：海洋就一般生物而言，都是极大的地理障碍；故一个岛屿距离大陆块愈远则生物的种类愈少。 4邻近地区生物相的复杂性：在和一个岛屿相鄰的陸地，如果生物相丰富，则此岛屿的生物相也將较复杂。 5生物种类的差异：不同的生物对于跨越各种地理障碍的能力不同，故在较远的海洋岛，很不容易看到淡水魚及两栖类。 6外來物种的入侵及生物的灭绝：在一个岛屿现存的生物种类较少時，则外來生物能夠入侵的几率也就较大，同時現存种类灭绝的速率也就越慢。相反的，则种的灭绝速度不但加速，而且外来种入侵成功的机遇率將減少。 8、自然选择可以分为以下三种模式： 稳定性选择：即淘汰少数极端个体的选择。是自然种群中占优势的一种选择模式。对许多性状而言，其种群的平均值往往具有最大的适合度（fitness）。 定向选择：指有利于某一极端性状的选择。在环境发生剧烈变化时发生作用。同时，它在动植物的人工育种中为一种常用方法。 东北林业大学 2003—2004学年第一学期考试试题及答案 森保2000保护生物学参考答案 一、名词解释（每小题3分，共18分） 1.保护生物学：是研究从保护生物物种及其生存环境来保护生物多样性的科学。 2.遗传多样性：是生物体内决定性状的遗传因子及其组合的多样化。包括同种显著不同的种群间或同一种群内的遗传变异。 3.关键种：指一个物种的活动和丰富度决定种群的完整性，并在一定时间内保持系统的稳定，该物种被称为关键种。 4.最小生存种群：对于任何一个生境中的任何一个物种，不论可预见的统计因素、环境因素、遗传随机性和自然灾害如何影响，该种能在1000年之内有99%的几率保存下来的最小种群数量，叫最小生存种群数量。 5.物种灭绝的第一冲击效应：是指导致物种灭绝的一种强烈干扰作用（如人为干扰、物理干扰），在这种干扰的基础上，竞争、捕食、被捕食和病菌寄生等生物因素起作用，使物种灭绝。在正常情况下这些生物因素不能单独起作用引起物种灭绝。 6.野外灭绝：经过科学调查在某个种原分布区和一切可能的分布区，已经没有存活的个体，但有栽培（或饲养）的种群的物种，认为该物种已经野外灭绝。 二、填空（每空1分，共10分） 1.不远的将来；灭绝； 2.一个或几个核心、附属； 3.不行动、恢复、重建、替换； 4.1992、巴西； 三、简答下列问题（共30分） 1.Simpson指数是如何表达的？各变量分别代表什么？（5分） λ=∑[N i(N i-1) / N(N-1)] D=1-λ D=1-∑[N i(N i-1) / N(N-1)] 当N很大时，λ=∑（N i / N）2=∑P i2，其中：P i=N i / N 式中——N：为总个体中个体总数；N i：为总体中第i个种个体总数；λ： 为集中性D：为多样性测度指标 2. 关于生态系统多样性与系统稳定性有哪些主要假说？每个假说的主要观点是什么？（7 保护生物学课程作业 浅析长白山自然保护区的优点与不足 学院： 姓名： 专业： 学号： 浅析长白山自然保护区的优点与不足 一、长白山自然保护区概况 吉林长白山国家级自然保护区，位于吉林省的东南部，地跨延边朝鲜族自治州的安图县和浑江地区的抚松县、长白县，与朝鲜毗邻。经纬度为E127°42’55”，W128°16’48”，N41°41’49”，S42°51’18”。其主要保护对象为温带森林生态系、自然历史遗迹和珍稀动植物。长白山是一个年轻的、典型的火山地貌区域，自下而上主要由玄武岩台地、玄武岩高原和火山锥体三大部分构成。属于受季风影响的温带大陆性山地气候，具有明显的垂直气候变化带谱特征，主要是由太阳辐射、地理及大气环流相互作用而成。 一、合理性 长白山自然保护区位于我国东部的吉林省境内，在我国保护区一级区划中属东北大区，是我国最大、建立的最早的综合性自然保护区之一，也是我国面积最大、自然环境和生态系统保存最为完整的森林生态系统。 长白山有丰富的物种资源与旅游资源，综合长白山自然保护区的相关图例可以看出，其布局存在相当的合理性。构建的近似与长圆形的保护区架构图，最大限度地有效利用地形将其划分为核心区、缓冲区、实验区，并在相应周边位置设置管理局，实现了保护与发展的双重目的。 二、不足处 在整体中长白山自然保护区体现了设计的合理性与人文情怀，但仍存在一些问题。 长白山核心区的面积较大，但周边的缓冲区与实验区较小，虽然在一定程度上可以起到保护自然景观的作用，但不利于长白山保护区实况的监测与发展。尤其是贴近核心区的外围区过渡带较窄。随着经济资源的发展与生活的改善，生活舒适度被人们广泛认知，开发与开采都会带来极大的危害。其缓冲带窄，保护作用弱，周边的不定性影响因子可能对内部区域造成未知影响。 同时，管理局建设分布过于分散。尽管均匀分布于长白山自然保护区周围各处，但是各个机构的职能不尽相同。分布上应具有相互沟通及时协调的特性，以便及时处理各项突发事件。 此外，基于研究现状而言，长白山自然保护区内物种丰富度极高，但对其认知与保护力度却不足，以入侵物种美国白蛾为例，即需加大注意力度。长白山自然保护区靠近边境地区，属保护薄弱地带，需加强防护。保护生物学习题答案
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全球气候变化对对生物多样性的影响
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长白山自然保护区的分析