生物多样性原理与研究方法.docx

1、生物多样性原理与研究方法生物多样性原理与研究方法Conservation Biology 作为保护生物学的基础第一章 生物多样性的概念与范畴一、 生命（生物）的基本特征1 细胞（cell）是除了病毒（virus）以外所有生物的基本组成单位；2 新陈代谢（metabolism）、生长和运动是生命的本能； 新陈代谢物质的合成与分解及能量转换。3 具有繁衍再生特性，通过繁殖（reproduction）而延续，以DNA作为生物遗传的基本物质；4 具有个体发育（individual devlopment）和进化（evolution）的历史； 无数个体生活史串联起来，物种的一些基本特征代代相传又有所改变，

2、即遗传与变异的组合统一，构成生物进化的历史。5 对环境具有适应性（adapability）。二、 生物多样性的概念 生物多样性(biodiversity,biological diversity)是指自然界有生命的部分及其所具有的多种多样的变化。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

3、有形的实体，如生物资源、特定的生态系统。三、 生物多样性的两层含意 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； 范例1：甘肃省陆生生态系统（植被类型）有184个群系；哺乳动物163种、鸟类479种、爬行类58种、两栖类24种；高等植物4000余种、木本植物约1400种。 范例2：祁连山自然保护区陆生生态系统（植被类型）有8个植被型组、21个植被型、34个植被亚型、87个群系；脊椎动物278种，哺乳动物70种、鸟类209种、两栖类2种、昆虫1471种、高等植物1311种、木本植物236种。 作为系统的特性和

4、属性，多样性是指地球上生命系统的各个层次和组成部分都具有丰富的变化，是一个可度量的参数。即指这样一种属性：地球上动植物基因、构成动植物体的细胞、器官、动植物种类以及由多种动植物、微生物构成的森林、草原、海底世界、沙漠植被都是多种多样、丰富多彩的。 从系统的特性和属性这个意义上理解，多样性是生命系统的普遍特征。 多样性的两层含意： 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。 范例1：甘肃省的整个陆生生态系统及其184个群系的全部植被； 163种哺乳动物、 479种鸟类、 58种爬行类动物、24种两栖类动物； 4000余种高等植物

5、、 1400余种乔灌木。 范例2：祁连山自然保护区的整个陆生生态系统及其87个群系的全部植被； 278种脊椎动物，藏羚羊、藏野驴等70种哺乳动物、 暗腹雪鸡、雪鸽、金雕等209种鸟类，黄凤蝶、红珠绢蝶、君主绢蝶、云杉阿扁叶蜂等1471种昆虫， 青海云杉、祁连圆柏等1311种高等植物。 在集合的意义上，多样性简单来说就是自然界中有生命的部分的同义词，即指地球上所有的动物、植物、微生物种类和它们所拥有的全部基因及其与环境共同形成的各种类型的生态系统的总体。 简而言之，就是把生物多样性视为生命实体本身。四、生物多样性的层次性 生物多样性的层次性取决于生命系统的等级性。 生命系统是一个等级系统（hie

6、rachical system），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 生物圈生物多样性的层次性 生物多样性包括三个主要层次和范畴： 遗传多样性（基因多样性） genetic diversity (gene diversity) 物种多样性 species diversity 生态系统多样性 ecosystem diversity（景观多样性landscape diversity）遗传多样性 遗传多样性（基因多样性） genetic diversity (gene diversity) 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

7、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(populations)间或同一群体内不同个体(individual)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（concepts of species ） 物种（species）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（definition of species ）

8、 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（historical products,outcomes）。 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。物种功能群多样性 功能群多样性(function group diversity)：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

9、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。 生态系统中三大物种功能群生产者（ producers ） 绿色植物、藻类、光合细菌、化能细菌消费者（ consumers） 动物（食草动物、 食肉动物、杂食动物）、腐食生物分解者（decomposers ） 真菌、细菌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（complex），是生命系统中重要的组织层次，是自然界的基本单位。具有物质循环、能量流动和信息传递等生态过程 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。 包括生境多样性、生物群落多样性（生态系统类型多样

10、性）、生态过程多样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（= 多样性+ 多样性）五、生物多样性的整体性生物圈biosphere; ecosphere;vivosphere; vitasphere生物界living nature; biological universe生物系统 biosystem;biological system生命系统living system；life syst

11、em生命支持系统lifesupport system六、生物多样性的时空特征生物多样性是进化的结果，是生物与环境相互作用的适应产物。（1）生物多样性的空间格局特征 在生物群落组成方面，受到生态因子的差异性影响，不同的气候带分布着不同的物种类型，同一地理区域由于海拔高度等因子的影响，物种分布呈现垂直梯度变化。 （2）生物多样性的时间格局 生物群落是个动态的概念，会因为群落自身的变化和自然影响而发生变化。也会随着时间的变迁而发生改变。七、生物多样性研究的热点问题( 1 ) 生物多样性起源与演化，生物多样性形成机制研究; ( 2 ) 物种的濒危机制与遗传多样性的变化和维持；( 3 ) 生物多样性的生

12、态系统功能及受损生态恢复机理; ( 4 ) 生物多样性编目、监测与信息系统建设；（5）全球变化与生物多样性；（6）生物安全与外来种入侵。(7)生物多样性的价值评估。Outline of Part 1 Biodiversity or biological diversity is the complexity of living organisms, as well as all relevant ecological processes. Biodiversity is the fundmental feature of all life systems. The diversity exis

13、ts at a variety of biological levels such as genes, cells, tissues, organs, populations, species, communities, ecosystems and landscapes. Most of biodiversity studies have been carried out on the three levels: genetic diversity (gene diversity), species diversity and ecosystem diversity. 学习目的 生物多样性原

14、理主要讲授生物多样性及保护生物学的基本概念、基本理论和研究方法。掌握生物多样性的基本概念，并为从事生物多样性及生物资源的科学保护和合理开发利用、自然保护区的科学管理、退化生态系统恢复工程、以及有害生物的可持续控制提供必要的理论基础和方法论。学习内容1生物多样性基本概念和范畴 生物多样性价值 生物多样性危机及其根源2生物多样性的三个主要层次内涵及其测度方法 遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性3. 生物多样性演化的历史4. 生物多样性的空间分布格局5. 物种形成与物种灭绝的机制6区域生物多样性调查分析和综合评价 物种编目、监测7. 濒危等级划分与物种优先保护评价8. 种群生存力分析的基本方法9

15、. 物种就地保护与迁地保护方法和措施 自然保护区设计与管理的基本原理10.生物多样性的基本国情和省情 重点保护野生动植物、特有物种、自然保护区11.国内外生物多样性研究现状和发展趋势学习要求1听课2.阅读文献(在线资料)3.勤于思考4 . 讨论5. 课程论文(研究型学习)主要参考书目： 1生物多样性研究的原理与方法,中国科学技术出版社，钱迎倩， 马克平主编，1994. 2保护生物学,浙江科学技术出版社，蒋志刚，马克平，韩兴国主编，1997. 3保护生物学基础,中国林业出版社，Richard Primack & 季维智主编，2001. 4物种多样性研究与保护,浙江科学技术出版社, 宋延龄，杨亲二

16、，黄永青主编,1998. 5中国生物多样性现状及其保护对策,科学出版社，陈灵芝等，1993. 6中国森林多样性及其地理分布,科学出版社，陈灵芝等，1997. 7中国生物多样性国情研究报告, 中国环境科学出版社，国家环境保护局，1998. 8. 中国生物多样性保护行动计划,中国环境科学出版社，国家环境保护局，1994. 9. 生态系统生态学，科学出版社，蔡晓明编著，2000. 10. 生态学，高等教育出版社，李博主编，2000. 11. 动物生态学原理，北京师范大学出版社，2001. 第二章 生物多样性价值The Value of Biodiversity 生物多样性的价值就是指地球上基因，物种

17、和生态系统对人类社会生存和发展需要所提供的产品和服务。 生物多样性是地球上生命经过35亿年发展进化的产物，是人类赖依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。可以说，生物多样性是大自然留给人类社会最为宝贵的财富。其中，物种多样性是人类基本需求的基础，遗传多样性是增加生物产量和改善物种品质的源泉，生态系统多样性维持着生物圈系统中基本能量，物质运动的过程，并保证能够物种正常发育与进化过程及其与环境的生态过程，从而保护了物种在原生环境下地生存能力和种内遗传变异度，进一步造福人类。生物圈的结构和功能取决于生物多样性状态。 由此可见，生物多样性实际上就是现实的和潜在的生物资源，具有价

18、值的多样性。 一、生物多样性价值观 Outlook on the Value of Biodiversity 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。 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

19、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。定义(Definition)： 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。 生物多样性价值既是一种抽象的概念（concept）,也是一种包含丰富的具体内容的范畴。 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，直接或间接、或多或少被人们所度量。 生态功能ecologica

20、l function ( as the results related to behavior and processes ,with no-utilitarian bias or tendency)生态系统服务ecological services (as the reasons related to utilities, with utilitarian bias to human beings)用途，效用utility二、生物多样性价值的多重性直接使用价值 direct value间接使用价值 indirect value科学研究价值scientific value美学价值 aesthe

21、tical value内在价值（伦理价值）intrinsic value (ethical value)选择价值 selection value直接使用价值 direct value生物资源可供人类消费的作用。包括生物多样性为人类提供食物，纤维，建筑和家具材料，药物，燃料及其它工业原料，其实用价值是人们普遍认识的。生物多样性的这些直接使用价值，由于可供人们消费，可以用货币来直接衡量，并纳入国家核算体系GDP中，因而易于被人们认识到。直接使用价值 direct value(1)食用方面： 生物多样性为人类提供了基本食物。全世界估计有8万余种陆生植物，而目前仅有150余种被大面积种植作为食品，进入

22、商品市场。世界上90%食物来源于20个物种。 目前，人类所需的粮食的75%是来自小麦，水稻，玉米，马铃薯，大麦，甘薯和木薯（非洲）7种作物。前3种占总量的70%以上。 许多最重要的食物来自禾本科和豆科植物。前者主要有水稻，小麦，玉米，大麦，高梁，小米，燕麦，黑麦等，它们为人类提供80%的卡路里（热量单位）。后者有大豆，花生，菜豆，豌豆，鹰咀豆，豇豆等。蔬菜类植物主要集中在茄科，十字花科，豆科，百合科，藜科，伞形科。果树主要集中在蔷薇科，芸香科。 一般来说，主要食用植物多起源与物种并不丰富而且季节性明显的地区。其原因之一是由于植物在季节环境中趋向与贮藏养分。 在人类饮食中，动物少于植物，它提供人

23、类食物蛋白质的三分之一，其中发展中国家约占20%，发达国家占55%。多数动物食品来自牛，羊，猪，骆驼，鸡，鸭，鹅，驯鹿，火鸡等几种家养动物。鱼类占世界总食物蛋白质的6%。一般来说，野生动物在发展中国家的食品中占较大比重。 随着人口增长，需要大力发展粮食作物和各类经济植物，开发新的食品和改良作物及家畜，家禽和鱼类的品种，更是势在必行。无论是作物品种改良还是家畜品种改良，都需要抗性强的野生种或野生近缘种与它们杂交，利用转移有利基因。（2） 医药方面 世界上许多医药是从植物，动物或微生物提取有用的物质制成或以天然化学成分为模式合成的。西方医药中使用的药物有40%含有最初在野生植物中发现的物质。 使用

24、的重要植物药材达1万种以上。发展中国家人口的80%依赖植物，动物提供的传统药物，以保证基本健康。世界卫生组织正式确定了20000种药用植物，其中只有200种做过较详尽的研究。可见其巨大的开发潜力。 生物多样性产生了生物化学的多样性，迄今已从植物提取并确定了20000个化合物。由于其利用潜力巨大，每年美国投资100亿美元用于植物制药。美国，中国，日本，印度，德国正在兴起天然药物的研究，这为热带国家提供极好的机会，因为生物多样性丰富的热带森林潜在的药用物种多种多样，而且这种初步筛选投入不大。（热带植物含有大量有毒化合物。）有活力的医药化合物来自毒素。像箩芙木（抗高血压），长春花（抗癌）。（3） 工

25、农业原料方面 动植物是主要的工农业原料。植物提供了橡胶，腊，油脂，薪炭，木材，饲料，纤维，树脂，肥料和观赏功能。动物提供油脂，燃料，蚕丝，皮革和羽毛等及宠物。 世界木材贸易每年达770亿美元。 非洲撒哈拉以南地区木材占总能源消耗的80%。 甚至煤，原油，天然气也都是由森林生态系统储藏了几百万年前的太阳能所供给的。 新兴的生物质能源（麻疯树、文冠果等）。间接使用价值 indirect value 指生物多样性间接地支持和保障经济活动和生命财产安全的环境调节功能和生态系统服务，（ecosystein service）,又称为生态功能价值。在使用过程中不被破坏。 由于它们不是通常经济意义上的物品和服

26、务，一般不纳入国家经济核算体系GDP中。 在公众的观念中，人为这部分服务是大自然的恩赐，可以“免费”使用。因而不被人们所重视。的80%。 科学研究价值scientific value 现有的生物多样性包含着丰富的科学研究材料和信息，具有科学研究的价值。 生物多样性对确定生命的起源和进化具有重要价值。生命的起源和生物多样性的产生一直是哲学和科学之谜。要揭开这个谜，必须通过对生物和生物多样性本身的研究才能实现。 范例：仿生学 小白鼠 野稻美学价值 aesthetical value 生物多样性提供了人类欣赏的对象，具有超越经济价值的精神和美学价值。在历史上，宗教思想家、诗人、艺术家和音乐家乃至普通

27、人，都从自然中获得了大量灵感。接触野生动椊物和各种景观，才能获得美的享受。 丰富多彩的动植物及其与山水组合形成的欣赏不尽的美景，不仅丰富了人们的精神生活，促进身心健康，也为美术，书法，文学，音乐，园林造景等艺术创造提供了灵感和借鉴。这种美学价值为生态旅游的开发创造了条件，仍然可以按照人们 （游客）的支付意愿推算其潜在的经济价值（商业价值）。 全球生态旅游业的产值达120亿美元。 一头狮子每年平均创汇2.7万美元（25万人民币） 每个象群一年约创收61万美元。内在价值（伦理价值、存在价值）intrinsic value 存在价值定义为“与任何使用目的无关”的价值,是对一种非商业性功能价值或对一种

28、尚未发现的使用价值的判断。 每种生命形式都和人一样有自身生存的权利，尊重自然、关爱生命，才能使人类生活得更好。这是世界自然宪章的基础，也是人类应在生活、生产中遵守的准则。 对生物多样性伦理价值的思考1.每一个物种，上论它目前对人类的重要性如何，上论物种大小，物种是简单还是夊杂，是古老的还是近代进化的，是经济上重要的还是没有直接经济价值的，都是世界上真实存在的。所有物种都是世界生物群落的一部分，享有同人一样的生存权利；2. 每一个物种都有其自身价值，即与人类需求无关的内在价值 (Naess，1986) ；3. 人类高智慧，上仅没有权力破坏任何物种，而且有责任采取行动来保护物种，使其免受人类活动破

29、坏，导致物种灭绝；4. 所有的物种都蕴藏着面对生存难题，解决生存难题的独特的生物学答案，因此其生存上应该受到人类的干扰；5.非动物的物种也通过对子代的生产和对环境的上断适应，表明它们的生存意愿，人类造成一个物种过早灭绝，从而摧毁这一自然过程，可以被认为是“超级杀戳” ，因为它上仅杀死了活着的个体，而且杀死了该物种未来的后代，阻止了进化和物种形成过程。6. 物种间相互依存。物种是自然群落的一部分，各物种之间以夊杂的方式相互作用。一个物种的灭绝或损失可能对这个群落的其它个体成员具有深远影响，可能会导致连锁灭绝。如盖尔假说（Gaia hypothesis）认为，生物群落具有创造和维护适宜于生物的生存

30、环境的作用。Ehrlich 1981 提出铆钉学说，认为生物种为铆钉，地球是舟。随着铆钉的丢失，舟会变得越来越上牢固。Myers1979 年形容地球为“正在沉没的一叶方舟”。7. 人类必须生活在与其它物种相同的生态学限度内。每个物种都利用环境中的资源来生存，而且所有的物种都受到环境容纳量的约束。当资源被破坏时，该物种的个体就会减少。人类必须把对环境的损害减到最小，因为伤害其它物种的可利用资源的同时，也伤害了人类自己。8. 人类必须负责任。人类必须对他们的行为负责，对未来的后代负责，避免资源的浪费。如果我们毁坏了地球上的自然资源，我们的后代将上得上以降低生活质量的方式付出代价。9. 人类应该把尊

31、重和关爱拓展到生态系统范畴。人类应该承认所有物种的固有价值，认同生命的所有存在形式，从而将尊重与关爱的范围外延到亲属、社会群体、所有人类、动物、所有物种、生态系统，乃至整个地球。二、生物多样性价值的多重性选择价值 selection value 为确保对某一资源未来使用的选择权而愿做出的支付。是人们为维护将来可能对生物多样性的利用而支付的货币，它类似于保险，常常介于可利用价值与非利用价值之间。 将来不可预定的价值。 人类对生物的认识还十分有限，许多生物的价值还有待认识和开发，必须尽可能多的保存生物基因库，保留将来可能有用的生物种类，为未来人类适应地球环境的变化提供更多的选择余地。参考材料 三、生物多样性价值的经济学评估（自学）第三章 生物多样性危机:生物多样性丧失的后果及其根源Biodiversity Crisis : The Consequences and Causes of Disappearanc