0917生物多样性基础

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1、1保护生物学保护生物学是解决生物多样性危机的科学。2013.9.172保护生物学的原则保护生物学的原则进化的眼光动态和综合的观点必须考虑人的存在分析、解决（缓解）矛盾进化的眼光动态和综合的观点3保护生物学一 关于生物多样性二 关于生物多样性危机三 恢复生态学一些基本概念。4生物多样性生物多样性5生物多样性生物多样性1.什么是生物多样性2.保护中的物种3.全球生物多样性状况4.生物多样性分布5.物种多样性分析6.物种和保护6生物圈生物群系(景观)生态系统群落种群生物体器官组织器官系统细胞细胞器基因生物层次生物层次层次层次 hierarchy 事物按等级序列排事物按等级序列排列，相邻的两个层次以低

2、级层次为组列，相邻的两个层次以低级层次为组成部分成部分基因物种生态系统生物多样性7在一个兔子种群内的在一个兔子种群内的遗传遗传变异变异在一个草原生态系统在一个草原生态系统中的物种多样性中的物种多样性整个区域景观整个区域景观内的生态系统多样性内的生态系统多样性种群：一个地区内相同个体的集合生态系统：一个空间中所有生物和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。8I.什么是生物多样性什么是生物多样性1.生物多样性是指一个地区的生物、他们的遗传多样性、他们所属生态系统的类型。9巴拿马Gatun湖一个食物网的研究结果生态系统各成员间通过营养关系，即食物链，彼此连成一个整体。食物链彼此交

3、错联结，形成一个网状结构，即食物网。10生物多样性公约定义：生物多样性公约定义：lBiodiversity is defined by the Convention on Biological Diversity as the variability among living organisms from all sources,including terrestrial,marine and other aquatic ecosystems and the ecological complexes of which they are part,this includes diversity

4、within species,between species and of ecosystems.More simply,biodiversity is the variety of the worlds organisms,including their genetic makeup and the com munities they form.11万物皆种也，以不同形相禅万物皆种也，以不同形相禅庄子：杂篇寓言2、保护中的物种12林奈的分类系统 人家猫界 Kingdom 动物界 门 Phylum 脊索动物门 纲 Class 哺乳纲 目Order灵长目食肉目 科Family 人科猫科 属 Ge

5、nus 人属猫属 种 Species 智人家猫生物学物种的概念生物学物种的概念13l物种：一群或几群能互相交配的个体，他们和其他这样的群体存在生殖隔离（生物学定义）生殖隔离（生物学定义）。l一组个体，其形态、生理和生化特征与其他个体显著不同，能够相互区分（形态学定义）14物种形式存在的意义 物种是生态系统中的功能单位 物种的分异是生物对环境异质性的应答物种是大进化的基本单位小进化小进化 ：种内的个体和种群层次上的进化改变。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单位：物种。15l物种之间有各种各样复杂的相互作用。无花果小蜂可以为隐头花序的无花果传粉，为无花果的繁殖做

6、出至关重要的贡献。163 生物多样性状况生物多样性状况 目前，已知的有150万活物种和约30万化石种。但据估计地球上的物种有360万到1亿1170万Global Biodiversity Assessment 1995。普通生态学，201217陆地和海洋中有多少生物？普通生态学，201218n2、陆地生物多样性。Mora,et.al.2011.How many species are there on earth and in the ocean?PLoS Biol 9(8):e1001127.doi:10.1371/journal.pbio.100112719203 生物多样性状况生物多样性

7、状况 类群 描述过的物种数 鱼类 19056两栖类4184爬行类6300鸟类9198哺乳动物4170总计4290821已被描述的物种生物多样性如何形成？22l无生命的地球经过上亿年的演化假想中的原始地球形成了丰富多彩的生物多样性234.生物多样性分布：生物多样性分布：（4.1:时间格局）时间格局）l最早的细胞生命：在38亿年前出现244.生物多样性分布：时间格局生物多样性分布：时间格局（4.1 生物多样性的形成）生物多样性的形成）l最早的真核生物：在20亿年前出现原核生物：只有核区，没有核膜。细菌&蓝藻真核细胞：有细胞核255亿年前（三叶虫，腕足类，海百合等）4.4亿年前（棘皮动物，珊瑚类，笔

8、石，介形亚纲动物，头足类）2.5亿年前（三叠纪）26www.wolfhowl.org/images/evolution.jpg 进化树27陆生植物种类丰度距现在时间（百万年）蕨类植物：孢子囊是蕨类植物进行繁殖的重要器官 28陆生植物种类丰度距现在时间（百万年）裸子植物：孢子叶基部着生裸露的胚珠，胚珠不被孢子叶包被29陆生植物种类丰度距现在时间（百万年）被子植物：被子植物即指种子有子房壁(即果皮)包被的植物。304.2 生物多样性的分布：空间格局生物多样性的分布：空间格局4.2.1 纬度梯度格局双壳类314.2 生物多样性的分布：空间格局生物多样性的分布：空间格局4.2.1 纬度梯度格局北美32

9、4.2.2 海拔梯度：新几内亚的鸟4.2 生物多样性的分布：空间格局334.2.3 在水中的分布格局：水生无脊椎动物4.2 生物多样性的分布：空间格局345、物种多样性分析、物种多样性分析l一个地区内物种的数量物种物种丰度丰度 是保护生物学中作为生物多样性的衡量指标，因为我们对某一物种的数量一般不了解，而对稀有物种又过分注意。355、物种多样性分析、物种多样性分析l物种丰度（species richness）：一个地区内生物物种的数量l物种多度（species abundance）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。l物种多样性（species diversity

10、）：如果根据丰度、生产力或数量等某种重要性来衡量物种，就是在谈论物种多样性。l均匀度（evenness）：用来反映物种多度的分布均匀度。365、物种多样性分析：、物种多样性分析：生物多样性指数生物多样性指数1、Shannon-Wiener index（信息指数）)ln(iippHpini/n，pi 是第i个物种的相对数量（或生物量或生产力）375、物种多样性分析：、物种多样性分析：生物多样性指数生物多样性指数2、Simpson index:（重复率指数，即从一种群随机抽取两个个体为同一物种的概率）21iPDpini/n，pi 是第i个物种的相对数量（或生物量或生产力）38举例：举例：AB物种丰

11、度：5种物种多度和：8039pini/n=16/80=0.2H=-5*0.2*ln（0.2）=1.6152.051122iPD例A：40p1n1/n=40/80=0.5pono/n=10/80=0.125H=-0.5ln(0.5)-4*0.125ln(0.125)=1.392.3125.045.011222iPD例B：以下分类：Whittaker（1972）定义三种多样性多样性：局域多样性，可以物种丰度表示多样性：局域差异多样性，通常以两个地区/系统内物种数目的差异表示多样性：区域多样性，大尺度物种总数Whittaker,R.H.(1972).Evolution and measurement

12、 of species diversity.Taxon,21,213-251.普通生态学，2012415、物种多样性分析、物种多样性分析普通生态学，201242假想物种林地灌丛开阔地1X2X3X4X5X6XX7XX8XX9XX10XX11X12XX13X14X多样性1073多样性林地vs灌丛：7灌丛vs开阔地：8林地vs开阔地：13多样性145种2种6种2种10种3种如果单纯数物种数，会掩盖太多信息436、物种和保护、物种和保护 1.保护的是物种而不是拉丁名44保护生物学的原则保护生物学的原则进化的眼光动态和综合的观点必须考虑人的存在分析、解决（缓解）矛盾进化的眼光动态和综合的观点45保护一个

13、物种，不但要保护物种的个体，还应该保护其生态功能，应该将其放到生态系统中 生态灭绝46不是所有的物种都是平等的不是所有的物种都是平等的l关键种：l旗舰物种l保护伞物种（伞护种）l指示物种l重要经济物种47l关键种:l是它们的消失或削弱能引起整个群落和生态系统发生根本性的变化的物种。个体数量关键种的个体数量可能稀少，但也可能多，其功能或是专一的也可能是多样的 l营养上的关键种：顶级捕食者l关键栖息地的改造者l关键的食物资源48l旗舰物种：l旗舰种主要用来引起公众对保护行动的关注，通过关注一个旗舰种和它的保护需求，便于管理和控制大面积生境，这不仅是为了这些受关注的物种，而且是为了其他影响力较小的物

14、种。旗舰种应能够在国家和世界范围内为其保护活动凝聚关注，如大熊猫已成为世界自然基金会的象征。此外，在设置保护区时，旗舰种同样也是一个重要的宣传工具。49l伞护种lWilcox于1984年最早提出伞护种的概念，他认为“伞护种就是选择一个合适的目标物种，这个目标物种的生境需求能涵盖其他物种的生境需求，从而对该物种的保护，同时也为其他物种提供了保护伞，这种目标物种的生境需求应综合了其他种类生境需求的信息”http:/ 50指示种指示种l从生物多样性保护的角度而言，指示种是指这样一类物种，其生物学或生态学特性（如出现与缺失、种群密度、传布和繁殖成功率）可表征其他物种或环境状况所具有的，难以直接测度或测

15、度费用太高的特征参数（Landres等1988）。l指示种依其应用可区分为两种类型，即指示高生物多样性区域的生物多样性指示种以及用来测度环境变化的指示种51唐纳雀(蜜旋木雀)(Honeycreeper)52达尔文雀达尔文雀http:/www.rit.edu/rhrsbi/GalapagosPages/DarwinFinch.html53保护生物学一 关于生物多样性二 关于生物多样性危机三 恢复生态学一些基本概念。54二、生物多样性的丢失和遭受到二、生物多样性的丢失和遭受到的威胁的威胁1.历史上的大灭绝事件2.环境的变化造成灭绝3.灭绝的热点地区4.生物多样性遭受的威胁三、生态恢复简介三、生态恢

16、复简介551、历史上的大灭绝事件、历史上的大灭绝事件在地球上出现的物种，99.9%都已经灭绝了(Raup 1991)。旧的物种灭绝，新的物种产生，地球上的物种数目保持稳定并略有增长。目前的物种数是有史以来最多的。大的灭绝事件，一般是环境变化造成的但是，有众多的证据表明，我们正处在新的大规模绝灭事件中，它有可能超过历史上的任何一次。产生的原因是人类的发展壮大。56寒武纪：包括许多三叶虫在内，寒武纪：包括许多三叶虫在内，总科数达总科数达50%泥盆纪：包括无颌类、盾皮类泥盆纪：包括无颌类、盾皮类和许多三叶虫类动物，总科数和许多三叶虫类动物，总科数达达30%二叠纪：包括超过二叠纪：包括超过95%的海洋

17、的海洋物种在内，总科数达物种在内，总科数达50%；众；众多的树种、两栖类，大多数苔多的树种、两栖类，大多数苔藓动物和腕足动物，所有三叶藓动物和腕足动物，所有三叶虫虫三叠纪：包括许多爬行动物和海三叠纪：包括许多爬行动物和海洋软体动物，总科数达洋软体动物，总科数达35%白垩纪：爬行类（恐龙）、包括白垩纪：爬行类（恐龙）、包括有孔动物和软体动物在内的许多有孔动物和软体动物在内的许多海洋物种海洋物种更新世：大型哺乳类和鸟类更新世：大型哺乳类和鸟类57热带雨林：养育着地球上一半的物种。2、环境的变化造成灭绝581992年，航空照片。巴西某地热带雨林被砍伐后的情况。59热带雨林：消失率：每年150，000

18、平方公里，占2%。如果人类的活动不加以控制，这个数字会翻番。2、环境的变化造成灭绝602、环境的变化造成灭绝珊瑚礁：单位面积中物种数量多于热带雨林面积：600,000 km2，海洋面积的0.2%61最适宜生长的温度需在20以上。海水清净。海水盐度保持在35左右。新鲜而充足的氧气。生长的深度不超过40-60米。现代珊瑚礁海岸现代珊瑚礁海岸大陆岛大陆岛礁裙礁裙礁斑礁斑礁带礁带6293%的珊瑚礁遭到损害；的珊瑚礁遭到损害；5-10%被毁坏；被毁坏；60%将在未来的将在未来的20-30年后消失。年后消失。632、环境的变化造成灭绝E.O.Wilson(1989,1992)估计：如果热带雨林消失的速率是

19、每年1%，则每年有2-3的物种会消失。若热带雨林中物种数目为2百万，每年消失4000-6000种现在，热带雨林消失的速率是每年2%，则每年有2-3的物种会消失。若热带雨林中物种数目为6百万，每年消失20，000-30，000种，每天50-80种。64灭绝速率灭绝速率背景灭绝率(background extinction rate):人类出现之前的灭绝速率.当代的物种绝灭率比之高1000至10000倍。Wilson,E.O.1989.Threats to biodiversity.Sci.Am.261:108-117生态灭绝653、灭绝的热点地区热点地区(hot spot)：生物地理学家确认了

20、18 块地区,这些地区具有丰富的地方特有种,这些地区被称为“热点地区”.这些地区同时是灭绝的热点地区.66热带雨林中有14个：另外4个在地中海生物圈中3、灭绝的热点地区6768保护国际界定的生物多样性热点保护国际界定的生物多样性热点地区地区l保护国际界定保护国际界定l34个地区，占地球表面个地区，占地球表面2.3%l保护了地球上保护了地球上75%的兽类，鸟类和两栖类的兽类，鸟类和两栖类l地球上地球上50%的维管植物和的维管植物和42%的陆生脊椎动物的陆生脊椎动物只生活在这些地区只生活在这些地区69lExtinct(EX)lExtinct in the Wild(EW)lCritically E

21、ndangered(CR)lEndangered(EN)lVulnerable(VU)lNear Threatened(NT)lLeast Concern(LC)lData Deficient(DD)lNot Evaluated(NE)http:/www.iucnredlist.org/static/categories_criteria_3_1http:/ 704、生物多样、生物多样性遭受的威胁性遭受的威胁714、生物多样性遭受的威胁生物多样性遭受的威胁l栖息地破坏、破碎化和改变7273现今大熊猫地理种群的分布现今大熊猫地理种群的分布普通生态学，201274四川旅游线九寨环线将大熊猫栖息地割

22、裂754、生物多样性遭受的威胁、生物多样性遭受的威胁l栖息地破坏、破碎化和改变l引入物种&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改物种的生态系统中,即成为引人物种.但是,并不是所有的引入种都会对当地生态系统产生严重影响.有些物种进入新的生态系统后,逐步发展繁殖,并且对当地自然或人为生态系统产生毁灭性的影响,我们称这样的引人种为入侵种(invasive species).76尼罗罗非鱼，又称非洲鲫鱼。原产于约旦的坦噶尼喀湖，已广泛分布于世界各地。1978年引入我国，在全国各地推广，是长江流域以南,特别是广东、福建的重要养殖品种。生活习性：杂食性杂食性，滤食浮游生物和刮食腐屑、萍类、

23、藻类。摄食配合饲料能力强，对碳水化合物利用较好，对粗纤维耐受较强，对无机盐尤其是磷的要求量高，饲料的无机盐添加量要求为鲤鱼的2-2.5倍。尼罗鱼是最大型的罗非鱼品种，全雄性尼罗鱼雄性率高达95以上，不仅具有原种尼罗鱼食性广、抗病力强、抗逆性好、容易养殖的优点，而且克服了原种尼罗鱼多次繁殖、滋生幼鱼的缺点，生长快，产量高，饲养越冬鱼苗当年可达0.61.0公斤。尼罗罗非鱼7778Galapagos turtle50-270 kg7980lIntroduced grazing animals such as wild goats have no natural enemies on Galpagos

24、 and strip the land bare.l-Introduced insect pests,such as the woolly shield bug,have no natural enemies and cause considerable damage.l Introduced plants,such as blackberries,thrive and push out endemic plants.81牛蛙牛蛙Leopard frog82合欢合欢 memosa83铁杉球蚜Adelges tsugae,1924年到达美国 84课下阅读：中国的外来入侵种http:/ 对野生生物

25、资源的直接商业性开发（森林采伐，捕鱼，猎鲸等）对非生物资源如石油、煤炭、金属等矿产品的开采带来的环境副作用，如石油喷发，地表塌陷而破坏栖息地、有毒物质的排放等 非故意的猎杀，如捕鱼的网造成其他非目标物种的死亡 过度猎杀（藏羚羊，加州的棕熊）国际野生生物贸易 估计，每年有2500030000灵长类，2-5百万只鸟，56亿只观赏鱼，910百万株兰花，78百万株仙人掌87CITESl附录I禁止贸易l附录IIl严格控制的贸易，需要进出口许可证l附录IIIl可以贸易，需许可证。禁止不可持续的和非法的开发http:/www.cites.org/eng/app/index.shtml 88课下阅读：四大美味

26、（2005年上载）8990915、生物多样性遭受的威胁、生物多样性遭受的威胁l栖息地破坏、破碎化和改变l引入物种l开发和过度开采l污染和有毒物质的产生 9293www.cbc.yale.edu/people/skelly/Perry.jpghttp:/mac.usgs.gov/isb/pubs/booklets/scientists/frog.htmlwww.science.psu.edu/alert/Kiesecker7-2002.htm Malformed frogDeformed frog94l 随着各种化学物质的不断产生和应用，有害物质的种类和来源也进一步复杂，食品污染可分为：(1)食

27、物中存在的天然毒物。(2)环境污染物。(3)滥用食品添加剂。(4)食品加工，储存，运输及烹饪过程中产生的有害物质。食品污染可以影响食品的感官性状，造成急性食物中毒，引起机体的慢性危害，甚至可使人致畸，致突变，致癌。l由于吃了用激素饲料喂养的禽肉，妇女更年期紊乱，孩子性成熟加快，在部分城市，我国女孩月经初潮已由20年前的平均14岁左右提前为现在的10岁左右，更有资料显示，中国人的生育能力已经降低，目前我国每8对夫妻就有一对不育。我国男性平均精子数仅有2000多万个，相比40年代6000多万个的平均数减少了60%。http:/ 96三、生态恢复三、生态恢复(ecological restorati

28、on)lRestoration（恢复）:to bring backinto a former or original statelRehabilitation（复原）:很宽泛的定义，不必完全回复到以前的状态lReclamation(改造):在极度被损地点的恢复工作lRe-creation(再建):一个地方极端被破坏，没有任何基础恢复。lEcological recovery：无人为努力，靠自然力97大熊猫的重引入大熊猫的重引入(re-introduction)1991年的标准，1997年的答案98大熊猫的重引入大熊猫的重引入(re-introduction)1991年的标准，1997年的答案l

29、1、造成大熊猫数量减少的因素是否已经被消除？（如狩猎，森林砍伐，贸易）l可能还存在l2、是否有足够的被保护的安全栖息地？l新建保护区内栖息地难以达到“被保护的”“安全的”标准。99l3、是否有原有野生种群不存在或密度很小的栖息地？l无足够信息l4、确定放归不会对当地原有野生种群造成危害l无足够信息大熊猫的重引入：大熊猫的重引入：1991年的标准，1997年的答案100l5、是否有足够的关于该物种的野外生态学知识，以便能够对于项目成功与否做出评价？l无足够信息l6、是否存在保护方面的教育？l在卧龙有环境教育，其他保护区不清楚大熊猫的重引入：大熊猫的重引入：1991年的标准，1997年的答案101

30、l7、圈养大熊猫种群是否安全、管理良好而且有剩余？l1993年6月30日，饲养个体113只，其中57只（30雄27雌）没有后代。01岁死亡率60%l8、是否了解放归方法？l其他食肉动物成功放归的经验几乎没有。大熊猫的重引入：大熊猫的重引入：1991年的标准，1997年的答案102l9、释放后的监测手段？l有l10、是否需要增大野生种群的大小和遗传多样性？l种群：不了解；遗传多样性：基于25只个体的研究表明大熊猫的遗传多样性低。大熊猫的重引入：大熊猫的重引入：1991年的标准，1997年的答案103课下阅读课下阅读l上载的文件：四大美味l了解34个热点地区lhttp:/www.biodiversityhotspots.org l了解IUCN、CITESl利用天然植被改善中国退化环境l恢复中国的天然植被http:/www.baohu.org/wcs/show.php?gid=21 104课下阅读：恢复中国的天然植被http:/www.baohu.org/wcs/show.php?gid=21 要点要点l了解什么是生物多样性，生物多样性的形成及分布格局；掌握物种、种群、生态系统的概念；物种多样性相关概念；生态恢复的相关概念；生态死亡和生态灭绝l了解历史上的灭绝事件；了解生物多样性面临的威胁；了解IUCN、CITESl知道保护生物学遵循的基本原则l推荐阅读105