第七章 生物多样性保护 学时数：3学时 第一节生物多样性的基本概念 第二节生物多样性的生态系统作用 第三节生物多样性和生态系统稳定性 第四节关键种 第五节冗余种 第六节铆钉假说和冗余假说 第七节生物多样性现状、受威胁 及其形成原因 第八节生物多样性的研究与趋势
第七章 生物多样性保护 学时数：3 学时 第一节 生物多样性的基本概念 第二节 生物多样性的生态系统作用 第三节 生物多样性和生态系统稳定性 第四节 关键种 第五节 冗余种 第六节 铆钉假说和冗余假说 第七节 生物多样性现状、受威胁 及其形成原因 第八节 生物多样性的研究与趋势
重点掌握： 生物多样性的基本概念以及三种多样性 了解生物多样性的生态系统作用 理解不同内涵和外延的稳定性涵义 理解关键种、优势种和冗余种的不同，铆钉假说和冗余假说 了解生物多样性分布格局理论 明确生物多样性研究趋势
重点掌握： 生物多样性的基本概念以及三种多样性 了解生物多样性的生态系统作用 理解不同内涵和外延的稳定性涵义 理解关键种、优势种和冗余种的不同，铆钉假说和冗余假说 了解生物多样性分布格局理论 明确生物多样性研究趋势
第一节生物多样性的基本概念 生物多样性(biological diversity,或缩写为biodiversity):是地 球上生物圈中所有的生物，即动物、植物、微生物，以及它们 拥有的基因和生存环境。 生物多样性包括多个层次，主要是：遗传多样性、物种多样性、生态系 统多样性和景观多样性。 遗传多样性(genetic diversity)又称基因多样性：是指广泛存在于生物体 内、物种内以及物种间的基因多样性。 任何一个特定个体的物种都保持着大量的遗传类型，是个基因库。 遗传多样性主要包括分子、细胞和个体三个方面的遗传变异的多样 性。一个物种遗传变异越丰富，它对环境适应的能力越强，而一个物 种适应能力越强，则它的进化潜力也越大。 物种多样性(species diversity):是指物种水平的生物多样性。 景观多样性(landscape diversity):是指不同类型的景观在空间结 构、功能机制和时间动态方面的多样化和变异性。 景观是一个大尺度的宏观系统。景观要素可分为斑块 (patchness)、廊道(corridor)和基质(matrix) 斑块是景观尺度上最小的均质单元。它的大小、数量、形状和起 源等对景观多样性有重要意义。 廊道是成线状或带状，是联系斑块的纽带。不同景观有不同类型 的廊道。 基质是景观中面积较大、连续性高的部分，往往形成景观的背景。 景观的异质性是景观的重要属性。地球表面的景观多样性是人类 与自然因素综合作用的结果。 第二节生物多样性的生态系统作用 一、物种的数量和多度 物种的数量，也就是物种的丰富度(species richness)。生物群 落中物种数目的多寡是会影响生态系统某些过程和功能。 一个生态系统中应有多少物种才能维持系统的最高生产量：对于各 类不同生态系统过程，物种的数量是怎样作用于生态系统某个过程 的，这种关系又在什么点上达到饱和：物种的增加或减少又会产生多 大的影响？目前尚难以确切地回答。 研究发现农田生态系统如果超过4~5种作物后，再增加物种几乎不
第一节 生物多样性的基本概念 生物多样性（biological diversity,或缩写为biodiversity）：是地 球上生物圈中所有的生物,即动物、植物、微生物,以及它们 拥有的基因和生存环境。 生物多样性包括多个层次，主要是：遗传多样性、物种多样性、生态系 统多样性和景观多样性。 遗传多样性（genetic diversity）又称基因多样性：是指广泛存在于生物体 内、物种内以及物种间的基因多样性。 任何一个特定个体的物种都保持着大量的遗传类型，是个基因库。 遗传多样性主要包括分子、细胞和个体三个方面的遗传变异的多样 性。一个物种遗传变异越丰富，它对环境适应的能力越强，而一个物 种适应能力越强，则它的进化潜力也越大。 物种多样性（species diversity）：是指物种水平的生物多样性。 景观多样性（landscape diversity）：是指不同类型的景观在空间结 构、功能机制和时间动态方面的多样化和变异性。 景观是一个大尺度的宏观系统。景观要素可分为斑块 （patchness）、廊道（corridor）和基质（matrix）。 斑块是景观尺度上最小的均质单元。它的大小、数量、形状和起 源等对景观多样性有重要意义。 廊道是成线状或带状，是联系斑块的纽带。不同景观有不同类型 的廊道。 基质是景观中面积较大、连续性高的部分，往往形成景观的背景。 景观的异质性是景观的重要属性。地球表面的景观多样性是人类 与自然因素综合作用的结果。 第二节 生物多样性的生态系统作用 一、物种的数量和多度 物种的数量，也就是物种的丰富度（species richness）。生物群 落中物种数目的多寡是会影响生态系统某些过程和功能。 一个生态系统中应有多少物种才能维持系统的最高生产量；对于各 类不同生态系统过程，物种的数量是怎样作用于生态系统某个过程 的，这种关系又在什么点上达到饱和；物种的增加或减少又会产生多 大的影响？目前尚难以确切地回答。 研究发现农田生态系统如果超过4～5种作物后，再增加物种几乎不
增加产量。由此，Tilman设想可能存在一个阈值，超过阈值后增加更 多的物种，在生产力、稳定性以及其他方面可能的回报是很少的。 二、物种生物量的高低 物种生物量与生态系统功能之间存在广泛的联系。一个具有高生物量的物种能降 低系统内水分的流失和增加土壤持水力， 另外，Ward等曾报道，当灌木生物量增加100倍，生态系统中与灌木有关的节肢 动物种群也随之增加了4倍：当植物生物量增加100倍时，会引起鸟类物种多样性增 加10倍。在过度放牧的草原生物量大减，物种多样性也随之大大下降。 三、物种属性的差异 不同物种有不同的属性。一般来说，根据不同物种属性对生态系统过程的 影响划分为两类： 类主要是量的效应， 类是质的效应 物种的相对生长速率及其大小特征，具有量的效应。即大的或快速生长的 生物可以从土壤中吸收更多的水分和氮肥，产生更多的生物量，因而对于系 统生态过程和其他部分有重要效应。然而，将这些物种移走，其他物种会增 加资源的利用率，降低物种丢失所造成的功能影响。 对于系统功能有较大影响的物种特征，具有质的效应。该物种能改变整个 系统用水和养分的总量，或者能改变火灾、疾病爆发及其他主要扰动频率的 效应特征。 四、物种增加改善了生态系统的资源库 物种主要改变了水和营养物质的周转和供应。如引进深根植物增加了水分 和营养物质，增加了维持生态系统生产力的资源库。 绿色植物通过光合作用利用太阳辐射能产生有机物质，枝和落叶都是农业 上重要的生物资源，它不仅保护土壤免受侵蚀和水分流失，而且给土壤提供 有机和无机的营养物质，大大提高了土壤的肥力，同时有利于生物多样性的 增加。 五、对生物地化循环的影响 物种多样性对系统内生物地化循环的性质和进程的改善，主要是： 1)不让单一物种或小数量的物种在生存和定居中失败： 2)不使单种栽培在波动不定的环境种遭受毁灭性打击： 3)改变目前地球生态系统变化的方向。 六、物种的间接效应 有的物种对生态系统功能的作用很小，但是，它们的间接影响确实很大。 例如一些种子传播者和授粉者，它们常常对生态系统过程有较大的影响。它 们在生态系统过程中直接影响较小，但是，某些优势种的繁育又必须依靠它 们授粉进行种子迁移或传播
增加产量。由此，Tilman设想可能存在一个阈值，超过阈值后增加更 多的物种，在生产力、稳定性以及其他方面可能的回报是很少的。 二、物种生物量的高低 物种生物量与生态系统功能之间存在广泛的联系。一个具有高生物量的物种能降 低系统内水分的流失和增加土壤持水力。 另外，Ward等曾报道，当灌木生物量增加100倍，生态系统中与灌木有关的节肢 动物种群也随之增加了4倍；当植物生物量增加100倍时，会引起鸟类物种多样性增 加10倍。在过度放牧的草原生物量大减，物种多样性也随之大大下降。 三、物种属性的差异 不同物种有不同的属性。一般来说，根据不同物种属性对生态系统过程的 影响划分为两类：一类主要是量的效应，一类是质的效应。 物种的相对生长速率及其大小特征，具有量的效应。即大的或快速生长的 生物可以从土壤中吸收更多的水分和氮肥，产生更多的生物量，因而对于系 统生态过程和其他部分有重要效应。然而，将这些物种移走，其他物种会增 加资源的利用率，降低物种丢失所造成的功能影响。 对于系统功能有较大影响的物种特征，具有质的效应。该物种能改变整个 系统用水和养分的总量，或者能改变火灾、疾病爆发及其他主要扰动频率的 效应特征。 四、物种增加改善了生态系统的资源库 物种主要改变了水和营养物质的周转和供应。如引进深根植物增加了水分 和营养物质，增加了维持生态系统生产力的资源库。 绿色植物通过光合作用利用太阳辐射能产生有机物质，枝和落叶都是农业 上重要的生物资源，它不仅保护土壤免受侵蚀和水分流失，而且给土壤提供 有机和无机的营养物质，大大提高了土壤的肥力，同时有利于生物多样性的 增加。 五、对生物地化循环的影响 物种多样性对系统内生物地化循环的性质和进程的改善，主要是： 1）不让单一物种或小数量的物种在生存和定居中失败； 2）不使单种栽培在波动不定的环境种遭受毁灭性打击； 3）改变目前地球生态系统变化的方向。 六、物种的间接效应 有的物种对生态系统功能的作用很小，但是，它们的间接影响确实很大。 例如一些种子传播者和授粉者，它们常常对生态系统过程有较大的影响。它 们在生态系统过程中直接影响较小，但是，某些优势种的繁育又必须依靠它 们授粉进行种子迁移或传播
第三节生物多样性和生态系统稳定性 稳定性概念 不同内涵的稳定性概念 恒定性(constancy)：指生态系统的物种数量、结构、群落配置或环境的物理特征等参数 沿有发生恋化 惯性() 生态系统对外部干扰，如风、火、食草动物及病虫害的数量剧增等扰动时 保持持久的能力： 弹性(resilience)或称恢复力：指生态系统受干扰后恢复原来功能的能力： 持久性(er心)：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持续 时间： 回复性(elasticity):指生态系统在干扰后回到以前状态的速度： 变幅(amplitude)：生态系统可恢复的受干扰范围。生态系统被改变并能迅速恢复原来状 本， 变异性(varibility)：系统在受到干扰后，种群密度随时间变化的大小 抗性（ 或称抵抗力：生态系统受到干扰后产生变化的大小。此为衡量系统受 外界干 持原状 的能力。 2. 不同外 的稳足性概尼 局部稳定性(local stability):是指生态系统受较小干扰后仍能回复到原来状态的能力， 如受较大干扰后则无法回复到原来的状态，为局部稳定或邻近稳定性(neighbourhood stability): 全局稳定性(global stability):系统受较大干扰后回到原来状态的能力： 脆弱性(fragility),能在环境改变不大条件下保持稳定的状态，是脆弱系统： 强壮性(robustness),能在环境急剧的大变化中保持稳定的状态，是强壮系统 二、两种不同的理论 1.MacArthur和Eton的假说 认为自然群落的稳定性归结为取决于两个方面的因素， 是物种的多少 二是物种间相互作用的大小，而物种的多少对稳定性的作用是最基本的，一个物种较 多的群落就可能保持稳定。 2.May的挑战 认为随机构浩的复杂系统只是在关联度的某一临界值内稳定，招越该值 系统就会突然不稳定：复杂性的增加，将不可避免地减低、削弱系统的稳定性。 三、生物多样性与系统稳定性小结 Pimm提出：形成多样性 一稳定性关系的两种不同学说主要的原因在于多样性 复杂性和稳定性有许多不同的定义和概念。 司时全面的总结了多样性 一稳定性的 关系，认为：理论上，对于 一个有更多物种的群落①要使群落更加稳定，就需要物 种间的联结变得更少：②群落内种群的弹性将变得更小：③当一个物种丢失以后， 群落内种类成分和生物量有较大变化：④一个物种丢失后的状态将保持更长时间。 对于一个种间联结较多的群落，①要使之稳定，就必须包含较少的物种：②当一个 物种丢失后，其他物种丢失的可能性较大：③群落中种群的弹性较大：④群落的种 类成分能保持较长时间的稳定；⑤当一个物种丢失后，生物量则很难恢复。 第四节关键种
第三节 生物多样性和生态系统稳定性 一、 稳定性概念 不同内涵的稳定性概念 恒定性（constancy）：指生态系统的物种数量、结构、群落配置或环境的物理特征等参数 没有发生变化； 惯性（inertia）：生态系统对外部干扰，如风、火、食草动物及病虫害的数量剧增等扰动时 保持持久的能力； 弹性（resilience）或称恢复力：指生态系统受干扰后恢复原来功能的能力； 持久性（persistence）：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持续 时间； 回复性（elasticity）：指生态系统在干扰后回到以前状态的速度； 变幅（amplitude）：生态系统可恢复的受干扰范围。生态系统被改变并能迅速恢复原来状 态； 变异性（varibility）：系统在受到干扰后，种群密度随时间变化的大小； 抗性（resistance）或称抵抗力：生态系统受到干扰后产生变化的大小。此为衡量系统受 外界干扰而保持原状的能力。 2. 不同外延的稳定性概念 局部稳定性（local stability）：是指生态系统受较小干扰后仍能回复到原来状态的能力， 如受较大干扰后则无法回复到原来的状态，为局部稳定或邻近稳定性（neighbourhood stability）； 全局稳定性（global stability）：系统受较大干扰后回到原来状态的能力； 脆弱性（fragility），能在环境改变不大条件下保持稳定的状态，是脆弱系统； 强壮性（robustness），能在环境急剧的大变化中保持稳定的状态，是强壮系统。 二、两种不同的理论 1. MacArthur和Elton的假说 认为自然群落的稳定性归结为取决于两个方面的因素，一是物种的多少， 二是物种间相互作用的大小，而物种的多少对稳定性的作用是最基本的，一个物种较 多的群落就可能保持稳定。 2. May的挑战 认为随机构造的复杂系统只是在关联度的某一临界值内稳定，超越该值， 系统就会突然不稳定；复杂性的增加，将不可避免地减低、削弱系统的稳定性。 三、生物多样性与系统稳定性小结 Pimn提出：形成多样性——稳定性关系的两种不同学说主要的原因在于多样性、 复杂性和稳定性有许多不同的定义和概念。同时全面的总结了多样性——稳定性的 关系，认为：理论上，对于一个有更多物种的群落①要使群落更加稳定，就需要物 种间的联结变得更少；②群落内种群的弹性将变得更小；③当一个物种丢失以后， 群落内种类成分和生物量有较大变化；④一个物种丢失后的状态将保持更长时间。 对于一个种间联结较多的群落，①要使之稳定，就必须包含较少的物种；②当一个 物种丢失后，其他物种丢失的可能性较大；③群落中种群的弹性较大；④群落的种 类成分能保持较长时间的稳定；⑤当一个物种丢失后，生物量则很难恢复。 第四节 关键种