第五章--生物多样性研究课件.ppt

1、 生物多样性是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果，是人类赖以生存的物质基础，而随着人口的迅速增长，人类经济活动的不断加剧，作为人类最为重要的基础的生物多样性受到严重的威胁。生物多样性保护和持续已是国际关注的全球环境之一。生物多样性生物多样性（Biological diversity，Biodiversity）,最初Wilson于1986年提出的，可以解释为“生物之间的多样化和变异及物种生境的生态复杂性”，是指包含植物、动物、微生物的全部物种和生态系统，以及物种所在的生态系统的生态过程（Mcnell 1991）。2019年，联合国环境规划署(UNEP)发表的全球生物多样性的巨著生物多样性评估(

2、GRA)给出一个较简单的定义：是生物和它是生物和它们所组成的系统的总体多样性和变异性。们所组成的系统的总体多样性和变异性。一般有两个不同的概念来说明生物多样性：物种丰富度物种丰富度(species richness)，即一个群落中物种的数目；物种平均度物种平均度(species everness),即物种的相对多度。生物多样性包括有基因、物种和生态系统基因、物种和生态系统三个层次。基因多样性基因多样性，是遗传的多样性，即物种资源在遗传上的变化，是遗传信息的总和。人们往往忽视遗传多样性的保护，这是一个非常值得注意的问题。物种多样性物种多样性，表示生物在种水平上的多样化，即种类的多少，例如全球已记

3、录的生物为141.3万种，高等植物24.84万种，昆虫75.1万种，可用区系（flora）来说明。生态系统的多样性生态系统的多样性，是指生物群落的多样化以及群落中的生境差异。然而，目前对于生物多样性的研究主要在物种及生态系统的水平上。景观多样性，景观多样性，指一组重复出现的、具有相互影响的生态系统组成的异质性陆地区域。景观的结构、功能和动态是景观三个最主要的特征。地球表面各种各样的景观如农业景观、森林景观、荒漠景观等就构成了景观多样性。生物多样性的价值：生物多样性的价值：1、使用价值使用价值，即被人类作为资源使用的价值，分为直接使用价值和间接使用价值。直接使用价值直接使用价值 生物为人类提供了

4、食物、纤维、建筑和家具材料、药物以及其他工业材料。还有非消费性的价值。间接使用价值间接使用价值 指间接的支持和保护经济活动和财产的环境调解功能，及生态功能。生物多样性的间接价值也可看作环境资源的价值，当前的调节功能表现为能量固定、改善地方气候，森林吸收污染物等。2、选择价值、选择价值(潜在价值)即为后人提供选择机会的价值。许多物种的价值目前还不清楚，如果遭到破坏，后代人就没有机会利用或在各种可能性中加以选择，因此，要加以保护。此外还有一种存在价值存在价值，即伦理或道德价值。自然界多种多样，及其繁复的物种及系统的存在，有利于地球生命支持系统功能的保持及其结构的稳定，无论发生什么灾害，总有许多会保

5、存下来，继续功能运作，使自然界的动态平衡不致遭到瓦解。这是难以用金钱来衡量的。一个地区的森林植物多样性主要通过调查植物种类的多少来确定，其反应为区系，植物区系的成分，以及区系组成的特点，一般以植物名录或植物种类组成来反映。（表）我国生物多样性的特点尤其表现在物种多样性高度丰富上。我国有高等植物约30000种，仅次于马来西亚和巴西，居于直接第三。生物群落是在一定地理区域内、生活在同一环境下的不同种群的集合。一个森林群落的生物多样性就是指生物群落在组成、结构及功能和动态方面表现的差异性，指群落中包含的树种数目和个体在种间的分布特征。群落多样性研究的是物种水平上的生物多样性。主要是通过样方调查方法，

6、对群落的组成及结构的多样性进行研究。主要采用和多样性指数。多样性指数多样性指数为生物群落内的多样性，是反映群落内部物种数和相对多度的一个指标，只具有数量特征而无方向性，主要表明群落本身的物种组成和个体数量分布的特征。多样性指数多样性指数则是指物种与种的多度沿群落内部或群落见的环境梯度从一个生境到另一个生境的变化速率与范围。主要用以表明群落内或群落间环境异质性的大小对物种数和相对多度的影响。多样性多样性，指不同地理地带的群落间物种的更新替代速率，主要表明群落间环境异质性大小对物种数的影响，是这些生境的多样性和生境之间的多样性两者的结合。（一）、（一）、多样性多样性 多样性的测度有物种丰富度指数（

7、species richness index）；物种均匀度指数；物种相对多度模型；物种多样性指数。1、物种的丰富度指数、物种的丰富度指数 物种丰富度即物种的数目，一般可用单位面积（m2）拥有的物种数，即物种密度表示；或者用一定数量的个体或生物量中的物种数目表示。几种重要的计算该指数的方法如下（S样地面积；N样地内某种植物的个体数）：dGL=S/lnN （Gleson，1992）dMA=（S-1）/lnN）（Margalef，1958）dMO=S/N （Monk，1966）2、物种相对多度模型、物种相对多度模型 相对多度是由物种的个体数量、生物量、植物盖度、频度对群落总多度的贡献。物种的多度分布

8、可以建立模型来说明。物种多样性分布模型，是物种多样性指数运用的基础。另外，可用物种重要性顺序表或物种多度分布表，来反映物种多度分布。生态学家常常采用几何级数分布几何级数分布，对数正态分布对数正态分布，对数级数对数级数分布分布，和分割线段模型分割线段模型来拟合物种多度的分布。几何级数分布几何级数分布（geometric series distribution）：群落中第r个物种的多度可用下式计算：Ar=E p（1-P）r-1 E为群落的总资源量 p最重要物种占有资源的比 该式的建立是假设群落中物种资源占优，同时假设每个物种的个体数量与它占领的资源量成正比。因此通常情况是第一个优势种的数量是第二个

9、的若干倍，第二个是第三个的若干倍，成几何级数。对数级数分布对数级数分布：在一个或少数几个环境因子占主导地位的群落中，物种多度分布常常服从对数级数分布，多度等级高的种类少,而多度等级低的种类多。对数级数的形式为：ax，ax2/2，ax3/3，axn/nax为预期只有一个个体的树种数目，依次类推 物种种数物种种数 s=a-ln（1-x）个体总数个体总数N=ax/（1-x）物种数和个体总数的关系物种数和个体总数的关系S=aln（1+N/a）其他几种分布形式不在这里介绍。Simpson 指数，又称优势度指数指数，又称优势度指数 (表)D=1-（pi）2 Pi=Ni/N Ni，第i种的个体数；N，包含有

10、s个种的总个体，D为多样性指数 Simpson 指数能够更好的反映样方中种的均匀性。Simpson 指数范围为0-1，0表示群落是纯林只有一个组成种。Shannon-Weiner指数指数：(表)H=-（P）（logP）H=（3.3219）log10N-1/N（Pilog10Pi）Shannon-Weiner指数的基本假设为个体随机地取自一个无限的总体，假如不能保证是随机的或是总体是有限的，如在一个可以普查的群落情况下，应该采用Brillouin多样性指数多样性指数。H=（1/N）logN！/N1！N2！Ni！N为群落中的个体数；Ni（I=1，2，s）为第I个物种的个体数。（二）（二）多样性多样

11、性 沿着环境梯度的变化物种替代的程度，同时还包括不同群落间物种组成的差异。不同群落或某个环境梯度上不同点之间的共有种愈少，多样性愈大。因此多样性可以用来指示生境被物种分割的程度，比较不同地段的生物多样性。Whittaker指数（w）：是第一个多样性指数。w=S/ma-1 S物种总数；ma各样方的平均物种数 多样性的另一方面，即不同群落间的多样性。可以采用群落的排序及群落的分类方法，运用相似性系数测度群落或生境间的多样性，如Jacccard 和Sorenson指数。Jacccard指数Cj=j/（a+b-j）j为两个群落或样地共有种。Sorenson指数Cs=2j/（a+b）a、b分别为样地A和

12、样地B的物种数。生物多样性是人类最重要的自然资源之一。生物多样性直接带来的经济效益也是毋庸置疑的，比如如果采用生物技术来治理污染场所的话可以节约八九成以上的开支，而生物技术很大程度上是指对各种土壤微生物、细菌、真菌物种的开发和利用。人类对各种物种的直接利用，以及人类活动引起的环境变化，是生物多样性变化的主要原因。研究和掌握生物多样性的变化规律，一方面为了更好的利用生物多样性为人类创造财富，另一方面为了能切实的实现生物多样性的保护。主要沿用群落调查的方法，一般可采用样方调查与样线调查的方法。1 1、样方法、样方法 最主要的是采用适当面积的样方。最小面积和种-面积曲线，是科学的确定样方面积的基础。

13、这最早由Arrhenius提出，可拟合成双对数曲线，其表达式为：Sa=cAm 或logSa=mlogA A，为调查面积；Sa，为到A似的累计种数；c，比例常数，m，用logSa 和LogA作图时的曲线斜率。现已建立了一种经验模式，例如一般采用的标准样地：温带森林400m2，亚热带1000m2，热带山地雨林10000m2。应该强调的是，如果计划对一种群落进行长期的定位研究，确定最小样方面积的工作不应省略。2 2、样线四分法、样线四分法 在地形比较复杂、坡度陡峭的立地常常采用样线法，又称四分法无样方取样技术。其方法是选定可取样的样地，设置样线，一般为两条或以上；在样线上设样点，确定两样点距离的原则

14、是不要使同一乔木出现在两个样点的调查范围中；在每一个调查样点上作垂直线，将样点所在的区划分4个象限，如图。在每一个象限内调查与坐标点最近的一株个体，记录物种、观察物侯、生长情况，测量该植株到样点的距离（p），同时观测各测树因子：树高、胸径、冠幅等。计算公式：计算公式：1.某个种的频度=有该种的样点数/样点总数 2.某个种的相对多度=该种的所有株数/样点测定的所有株数之 和 3.某个种的相对频度=该种出现的点数/所有种出现的点数之和 4.某个种的相对显著度=该种所有植株的断面积之和/样点测定的所 有植株的断面积之和 5.重要值=相对多度+相对频度+相对显著度 6.平均距离=所有植株到样点的距离之

15、和/所有象限数（或样点数4）7.密度=单位面积/平均距离2 生物多样性的动态监测，最能反映生态系统受干扰的程度。动态监测的基本方法是建立永久的观测样地，实现定期的观测，观测的时间愈长，愈能说明问题。例如全世界范围内的系统工作，可能开始于美国的一个研究生物多样性研究项目，进行全球范围的热带、亚热带森林生态系统为主的生物多样性测定和检测，内容包括：植物、动物，并建立了全球性的网络。基本方法基本方法：设立标准地；在标准地设网格化样地，每个样地400m2，按顺序编号；对每个样地内的植物进行调查（国际上采用对D10cm的个体进行监测，但曾庆波等认为，林下小乔木对环境变化的敏感性更大，建议采用D4cm为起

16、测值）；对调查的每一个体编号，并挂上标牌。调查个体的定位可采用坐标法，即实测个体到样方边线的垂直距离，如图x、y值，但在野外工作常有难度，也可实测到样地边线两端点的距离，如图a、b，然后计算出x、y值；建立数据库储存所有的资料，可通过专用的软件进行分析。四、影响生物多样性的因素以及生物多样性四、影响生物多样性的因素以及生物多样性丧失的原因：丧失的原因：环境的复杂性对物种多样性的影响：环境的复杂性对物种多样性的影响：Robert MacArthur是第一个测定环境异质性与物种多样性关系的生态学家。1985年Carl Jordan研究了森林中植物与土壤的关系，得出的结论是热带雨林多样性通过两种途径

17、表现：大量物种生活在几个大的森林群落中；在给定的区域，有大量的植物群落，每个群落由物种的组成进行区分。因为增加营养的可利用性，就降低了限制因子的数目。随后，当所有地方的营养都富足时，光照成了唯一的限制因子。这时，在对光照的竞争中处于优势的树种就在整个群落中占优势，树种多样性也随之下降。干扰发生的过于频繁或几乎不发生干扰时，生物多样性下降；中度干扰时，产生最多的生物多样性。影响生物多样性的另一个重要因素是人类的活动。地球的生态环境在发生变化，气候变暖、人为对自然生态系统的干扰愈来愈严重，所有这些造成物种的灭绝速度加快。导致全球生物多样性衰减的原因是非常复杂的，可以大致归为四类：由人类过度活动所引

18、起的自然生境的毁灭、破碎化、污染和退化；人类对动、植物的过度捕杀和采伐；外源物种的侵入；次生灭绝效应（由于以上三种原因而灭绝的物种进而导致与其密切相关的其它物种的消失）。种质保护种质保护是指建立种质基因库的保护办法；迁地保护迁地保护是将那些处于极端濒危阶段、种群已十分小的物种，迁移到人工建立的或其他理想生长的环境；就地保护就地保护则指保护物种生长的原始环境，这应该是最有效的保护方法。特别注意的是保护该物种生长的整个系统，而不是仅仅物种特别注意的是保护该物种生长的整个系统，而不是仅仅物种本身。本身。大多数生态学家认为，如果开展一个局域地区或较大地域范围的生物多样性研究，主要解决以下几个方面的问题

19、：一是了解该地区处于濒危、临危状态的物种，建立起地方性的濒危植物红皮书。二是对所有确定的保护树种进行调查，了解生长的环境，主要分布的范围。三是划定保护区的范围，即保护区面积的确定。保护区的范围应该以能维持最小的种群生长、发育、繁殖为基础。四是对于保护区的经营问题。这就需要研究，可以容许的人为干扰的程度。五是开展保护区的研究，主要进行保护区的生物多样性监测，确定主要观测树种，对保护区的有效性、保护区面临的威胁等方面进行监测。StuartChapin（2019）认为从生态学的角度出发，对于生物多样性和生态系统过程的关系至少有四种假设。假设假设1：物种丰富度（species richness）高，在

20、生态系统中每一个营养级对于资源的获得，以及资源的保留，达到最大的程度。如果植物物种在吸收有限营养或吸收营养的形式上存在时间与垂直分布上的差异，那么物种数的增加会增加利用资源的机会。假设假设2：物种多样性高，则当生态系统受到直接或偶然的环境变化的影响时，整个系统将减少剧烈变化的危险。如果这个假设是正确的话，物种多样性高将可能增加系统持续稳定的可能性。假设假设3：物种多样性高，当生态系统受到病菌或其他物种侵入时，在整个系统的反应过程中，系统大规模的变化的机会会减少。一些和陆地距离远近不同的岛屿，常常是研究物种多样性对于物种入侵反映的“自然实验站”。假设假设4：景观的异质性最强烈的影响依赖多种景观斑

21、块的生态过程及物种，他们受到物种流动，以及大气、水的流动的控制Community aSpeciesNumberProportion(Pi)Pi21300.30.092200.20.043200.20.044150.150.02255150.150.0225Total1001 D=1-（pi）2=0.879 Community bSpeciesNumberProportion(Pi)logePi1800.80.64250.050.025350.050.025450.050.025550.050.025Total1001 D=1-（pi）2=0.26 Community aSpeciesNumbe

22、rProportion(Pi)log2PiPilog2Pi1210.84-0.174-0.146210.04-3.219-0.129310.04-3.219-0.129410.04-3.219-0.129510.04-3.219-0.129Total251-0.662H=-Pi*log2Pi=0.662Community bSpeciesNumberProportion(Pi)log2PiPilog2Pi150.2-1.609-0.322250.2-1.609-0.322350.2-1.609-0.322450.2-1.609-0.322550.2-1.609-0.322Total251-1.601H=-Pi*log2Pi=1.601