第12章 生态环境内的生物多样性 2.docx

1、第12章 生态环境内的生物多样性 2第12章 Chapter 12生态环境内的生物多样性（Biodiversity within a habitat）图1为英国诺森伯兰郡Hauxley自然保护区边缘处的一片树林。树林覆盖的地方原来是一个露天开采的煤矿。煤矿关闭时，整个采矿区域被塑造成了一个多湖泊环绕的岛屿。1983年，诺森伯兰郡野生动物基金会（Northumberland Wildlife Trust）将这个地方开发成了一个野生动物保护区。基金会还决定种植树木，造了如图所示的小树林。图1：英国诺森伯兰郡Hauxley自然保护区边缘处的一片树林诺森伯兰郡野生动物基金会所提问题：我们应该种什么样的

2、树？种在哪里？这两个问题的答案将影响到树林里生活的其它生物（包括鸟类、昆虫和哺乳动物）的数量和种类。基金会想要不同物种的生物在树林里面混合分布-尽可能拓宽树林的生物多样性（biodiversity）。为了帮助回答以上问题，科学家进行了调查。下面我们将看到科学家对林地鸟类所做的部分研究结果，如图2所示。就决定生活在树林中生物种类的因素来说，我们对于鸟类的了解要比其它动植物种类要多。这是因为有很多科学家已经研究过鸟类种群。另外，供养多种鸟类的树林也能供养其它多种生物，这是公认的事实。因此，植树造林时如果要选择树的种类、决定种植的地点，鸟类研究就非常有用。图2：林地部分鸟类研究示意图。（a）不同大小

3、的林地中发现的鸟种类数。（b）一个林地中鸟种类数和与树种类数的关系。（c）离树林边缘的距离对蓝冠山雀、苍头燕雀、黑冠雀和柳莺繁殖种群的影响。(a)Number of species of breeding birds 繁殖鸟类的种类数Area of wood/hectares 树林面积/公顷(b) Number of species of breeding birds 繁殖鸟类的种类数Number of tree species 树的种类数(c)breeding birds per ha 每公顷的繁殖鸟类blue tit蓝冠山雀chaffinch苍头燕雀blackcap黑冠雀willow wa

4、rbler柳莺Distance from edge of wood/m 离树林边缘距离/米Distance from edge of wood/m 离树林边缘距离/米Distance from edge of wood/m 离树林边缘距离/米Distance from edge of wood/m 离树林边缘距离/米我们先看一下图2（a）中的数据。图形显示的是不同大小（面积）的树林中发现的鸟种类数。图中x轴上，表示树林大小的数字是按对数刻度标注，也就是说，x轴上的值每次增长的倍数是10倍。与等值增加不同（如0，0.2，0.4，0.6公顷等等），刻度是从0.1增加到1.0，10.0公顷。按对数刻

5、度绘图的优点是显示的树林大小范围更大。关于树林大小对鸟种类数的影响，人们已经做了很多研究，而且发现研究结果都与图2（a）相似。图中穿过所有点的线被称为最佳拟合线。最佳拟合线表示数据的总趋势。由于线是向上倾斜，总的趋势是向上的，因此鸟种类数和树林面积之间存在一种“正相关”的关系。也就是说，我们可以认为随着树林面积的增加，鸟种类数也在增加。图2（b）所示为第二次研究所收集的数据。图中，根据现有不同树木的种类数和繁殖鸟类的种类数绘制线性图，且这两者明显相关。现有的树木种类越多，繁殖的鸟类数就越多。最后，我们来看一下图2（c），收集这些图形的科学家研究了离树林边缘的距离对特定种类鸟类被记录的次数的影响

6、。这些图形表示的四种不同鸟的记录。注意蓝冠山雀的记录基本分布均匀。然而对其它三种鸟，它们更多是被发现在树林边缘，树林内部较少。上述图形中所示的科学研究结果帮助我们做出生物多样性方面的决策，例如诺森伯兰郡野生动物基金会的做出的生物多样性方面的决策。这些研究结果揭示了如下三个结论：-由于树林面积和鸟的种类数明显相关，树木的种植面积应越大越好。-应该种植不同种类的树木。这也是因为树的种类与鸟的繁殖种类明显相关。-树林应该形状不规则，或内部有开阔区域。这样，树林的边缘地带就更多，形成适合大多数鸟类栖息的生境。不论开发何种生境（如诺森伯兰郡Hauxley自然保护区的树林），我们都需要综合考虑。其中一个需

7、要综合考虑的问题就是：人工造林不可避免的破坏空地，而空地是那些不生活在树林中的物种的生境。另外，有些树种需要特定的生态条件，而人工造林限制了对合适树木的选择性。赤杨和柳树生长在湿润的土壤，桦树在浓荫处无法生长，山毛榉需要碱性土壤。很显然，不是所有树种都会生长在一个地方。在诺森伯兰郡野生动物基金会的项目和其它类似项目中，第二个需要综合考虑的问题是种植不同种类的树，鼓励扩大鸟的种类数，不要只种在该地区长势良好的树种。图3：这个树林中有很多不同种类的树。多样性指数是一个同时考虑物种数量和各物种个体数量的单一数字。测定多样性 Measuring diversity字典里查“多样性（diversity）

8、”这个单词，你会看到它就是“不同”的意思。因此，物种多样性(species diversity)就是“不同的物种”。测定某一地区物种多样性的最简单方法就是对该地区物种的数量进行统计。图2（a）和图2（b）中的数据都是通过这种方法测定的物种多样性数据。但罗列物种的清单会让人误解。图3中的照片是在一片树林里拍摄的。如果仔细看这些树，你会发现有很多物种。有些树常见，有些树不怎么常见。要真正测定这片树林中树木的物种多样性，必须同时考虑物种数量和单个物种的数量。这个测定数字被称为多样性指数（ index of diversity），它描述的是一个群落中物种数量和该群落中个体数量的关系，照片中所示树林的多

9、样性指数较高。让我们看一下收集树木多样性数据的生物学家是如何运用多样性指数公式的。表1：树林中小径左右不同种树的数量。Species 物种Number of trees 数的数量Beech 桦树Cherry 樱桃树Hawthorn 山楂树Hazel 榛树Holly 冬青树Lime酸橙树Oak 橡树Rowan花楸树Total 总数图3为该生物学家沿着林中小径散步。小径共长50米，他记录了其中5米长的小径两旁的所有树木，记录结果如表1所示。以下为计算多样性指数的公式，d:公式中，N=所有物种的总数N=各物种的总数符号表示“之和”，因此本公式中代表所有nn(n-1)的值之和。我们利用表中的数据，将数

10、字带入N和n:Q1：有些地区人们种植柳树作燃料用。这种柳树种的比较密。请推测这种柳树林的多样性指数比图3中的树林高还是低？解释是如何推测的。就数字本身而言，这片树林的多样性指数并没有太多意义。它的价值在于可让我们对这片树林中树的多样性和不同树林及其它生境中树的多样性进行比较。研究物种多样性的生物学家发现，这种比较非常有价值。农业生产与多样性Farming and diversity自第二次世界大战以来，土地的农业生产方式发生了巨大变化。农业机械变得越来越大，越来越强，要想农业机械工作效率高，农田的面积必须非常大。农民饲养的家畜品种更加高产，种植的作物品种也更加高产。农民采用化学杀虫剂控制病虫害

11、。由于这些变化，农业生产变得更加集约化，每公顷的食物产量增加。另外，农场变得更加专业化，例如有些农场只栽培农作物或饲养家畜。所有这些导致了食物产量大大增加，种植价格也更便宜。受经济利益驱使，农民尽可能利用一切可利用的土地生产粮食。例如，在英格兰最干燥的东部地区，大多数农民现在主要种植谷物等农作物，为了扩大耕地面积，他们拆除了围篱；由于不再饲养需要饮水的家畜，他们还将大多数田间蓄水塘填起来。这些农业生产措施的变化减少了农田中野生动植物的多样性。下面我们来看几个具体农业生产方式影响生物多样性的例子。（a）90% of hedges 90%的围篱被拆除Number 数量（b）Number 数量（c）

12、Number 数量（d）Number 数量Year 年份 图4：图中反应的是拆除围篱对鸟类种群的影响。（a）在农场中占有领地的鸟的总数。（b）在农场中占有领地的鸟的种类数。（c）云雀领地的数量（云雀在空地上繁殖）。（d）常年栖息、生活在围篱上的八种鸟的领地总数。拆除围篱 Removing hedges图4中的图中反应的是拆除围篱对鸟类种群的影响。用来描绘曲线图的数据是1964年到1976年间从英国剑桥郡的一个农村采集的。从1964年到1971年，该农场90%的围篱逐渐被拆除。在鸟类繁殖季节，每一对鸟拥有一块领地。一块领地就是一对鸟繁殖后代、并为雏鸟收集食物的一块地方。这对鸟夫妻保卫它们的领地，

13、防止其它同种鸟的入侵，不允许其它鸟传入他们的领地。在剑桥郡研究的科学家清点了这类领地的数量。 科学家曾想收集关于农场中鸟的数量的可靠数据。为此，科学家统计了繁殖鸟类的领地数量。本次研究中，统计领地数量有什么优点？有什么缺点？要回答这个问题，让我们先考虑统计领地数量的优点。如果各种鸟在农场范围内活动，科学家就没法确定他们在农场一侧看见的一只苍头燕雀与在农场另一侧看见的那只是同一只苍头燕雀。但在鸟类繁殖期间，科学家就呆在鸟的领地里，这样统计鸟的数量就很容易。但统计领地数量的也有不足之处。这种方法可以告诉你繁殖雌雄鸟类的对数，但不会告诉你没有进行繁殖的鸟的数量。这个数量不包括雏鸟的数量，也不会告诉你

14、冬季鸟类的数量。 图中代表的趋势是什么？图（a）表示的是占有领地的鸟的总数正在下降；图（d）表示的是生活在围篱上的鸟类正在减少；图（b）表示的是占有领地的鸟的种类数大致保持不变。同样图（c）表示的是云雀的数量大致保持不变。 从上述研究结果我们是否可以做出这样的结论，认为占有领地的鸟的数量是因为拆除围篱造成的？占有领地的鸟的数量很有可能是因为拆除围篱造成的，但我们必须记住，仅仅因为两件事相互关联，并不意味着是一件事情是另外一件事情造成的。这种情况下，尽管占有领地的鸟的数量下降与围篱拆除这两件事发生在同一时间，农场中业可能同时发生了一些其它变化，影响了鸟领地的数量。也许，该农场从一个综合农场变成了

15、一片耕地，或者采用了新的杀虫剂。这两者之中任何一种变化都有可能引起占有领地的鸟的数量下降。改变农业生产方式 Changing the way we farm上述第二个例子中，农业生产方式的变化已经影响到生活在农田里的生物，我们这里再看鸟类，但这次我们关注的是生活在耕地（农作物生长的土地）中的鸟类。对于这些耕地中生活的鸟，每年农业生产中最重要的两件事就是刨地和收获。当一块地被刨时，土壤被翻过来，多种无脊椎动物被带到地面上。新刨的地面吸引大量的鸟，并以地面上的无脊椎动物为食。但这种食物供应只能在刨地后持续一两天。收获时节，食物非常丰富。以种子为食的鸟可以吃剩余的谷物和生长在农作物中的杂草种子。以昆

16、虫为食的鸟也有收获，因为一旦农作物提供的庇护被清除后，生活在土壤中的无脊椎动物就暴露出来，很容易找到。耕地的主要变化之一就是谷类作物由春播变为秋播。见表2，春天播种指的是每年三月上旬刨地、播种。谷物种子三月或四月上旬播种，四月发芽，九月就可以收获了。冬季，谷类作物的胡茬子留在地里，然后一直等到来年三月才来刨。一旦春季来临，作物幼株就迅速生长，七月下月或八月上旬，谷物就可以收获了。表2：本表总结了谷物春播和秋播之间的差别。涂有阴影的栏位代表秃鼻乌鸦什么时候比较依赖耕地提供食物。Spring sowing 春播Stubble 胡茬子Ploughing 刨地Sowing and germinatio

17、n 播种、发芽Harvesting 收获Stubble 胡茬子Autumn sowing 秋播Harvesting 收获Ploughing 刨地Sowing and germination 播种、发芽Month 月份January一月February二月March三月April四月May五月June六月July七月August八月September九月October十月November十一月December十二月秃鼻乌鸦（见图5）是杂食性鸟。它们的食物既有植物来源的又有动物来源的。生物学家考察了秃鼻乌鸦的数量，发现它们的数量在下降，特别是在英格兰东部地区，下降尤为明显。生物学家认为，这种减少是

18、因为谷物从春播变为秋播造成的。1、看本表中第一个栏位，它代表关于春播的数据。请问哪个几月你不可能看到秃鼻乌鸦在田间觅食？2、什么时候秃鼻乌鸦在春播的田地里觅食？你认为秃鼻乌鸦会在哪一个月份在田地里觅食，（a）十月还是（b）三月？3、如果作物是秋播，一年中哪些时候能在耕地中找到食物？4、在1975年和1980年之间，英格兰南部地区秃鼻乌鸦的数量递减，但其它地区秃鼻乌鸦的数量大致保持不变。运用本表中的数据，解释其中原因。图5：秃鼻乌鸦经常在田地里觅食，吃土壤中的无脊椎动物。它也吃谷物种子，既吃新播的谷物种子，又吃收获时剩余的谷物种子。森林与多样性 Forests and diversity在整个欧

19、洲、俄罗斯西部和阿尔卑斯山北麓，大约只有50种原生树种。这与生长在南美和东南亚热带雨林（见图6）中的树种数量相比，算不上多。图6：生长在马来西亚婆罗洲（加里曼丹岛）京那巴登岸河（Kinabatangan River）两岸流域的热带雨林。像这样的森林中，树木和其它木本植物密度较大、生长茂盛。图7：本图中的曲线被称为物种-面积曲线。它们表示两片热带雨林中不同面积的地块所包含的树的种类数。生物学家通过统计样品地块中不同物种的数量，获取关于热带雨林中树木多样性的数据。生物学家首先从一个小地块开始，统计那里树的种类数；然后着手更大的地块，每次都统计其中各种树的种类数。最后，生物学家运用收集到的数据描绘出

20、物种-面积曲线，如图7所示。第一次统计是在秘鲁的亚纳科查（Yanamomo）森林，第二次统计是在婆罗洲的京那巴登（Kinabatangan）森林（见图6）。为什么热带雨林中树的种类是如此多样？造成热带雨林树木多样性很高的原因有许多，以下为其中几个原因：-温度较高，经常下雨；无霜冻，干旱也少有。多种树木能在这种炎热、潮湿的热带气候中生长。-一片森林中，物质条件随着地方的不同而有所变化。森林的地面有的湿软，有的较干；森林的土壤有的呈酸性，有的呈碱性；森林的高度范围很广，从刚超出海平面到高山都有。森林中每个区域都有它的特征物种。-森林的树冠层有时候被打开。偶尔树木被风刮倒，产生了空隙。生长在这些空隙

21、中的树木种类与生长在成熟林中的树木种类不同。Q2：我们可以运用京那巴登的物种-面积曲线来估计京那巴登森林中现有树木的种类数。请解释其中原因。资源共享 Sharing the resources热带雨林中的动植物物种丰富。动物以不同方式分享着森林的资源。有些动物被发现生活在树冠层中的特定层次中。有的动物白天活跃，有的动物夜晚活跃。图8为一片雨林的某一部分的概括图。可以看到，各种树木形成不同层次。最上面的一层由散落的大树组成，被称为露生树木（emergents）。露生树木从树冠层的主体中生出，高耸出树冠层。露生层下面是第二层，这一层的树冠几乎是连续的。第二层的树木高度介于25米到35米之间。最后是

22、第三层，这一层的树木生长在树冠层下方阴凉的环境中。不同种类的动物能够利用森林中不同的树层。我们来看一下一群在西非雨林中发现的哺乳动物-松鼠。英国只有两种松鼠：本地红松鼠和外地引进的灰松鼠。但在西非雨林，有很多种松鼠，它们大小不一，身高不同，生活在它们觅食的树上。图9是关于一块雨林中不同种类的松鼠的分布情况的调查。调查中，发现所有的松鼠都白天活跃，靠植物为食。1、体型最大的松鼠是哪一种？2、图中那种松鼠生活的高度范围（离地面）最大？3（a）B类、D类和F类松鼠生活在地面以上同一高度。从图中可以看出，这三种松鼠之间有什么差别？（b）你认为这种差别是如何让三种不同的松鼠一起生活在森林的同一区域的？图

23、8：典型热带雨林概括图。图中树木主要有三个层次。上层为深绿色，由散落的被称为露生树木的大型树木组成。第二层为树冠主体。第三层的树木生长在阴凉处。图9：西非加蓬一块雨林中九种不同松鼠的生活高度范围图。图中最上面的箭头代表体松鼠重减少的方向。雨林被砍伐后，许多种树消失，许多攀附或依靠这些树的开花植物也会随之消失。显然，砍伐森林会严重损害生物多样性。不仅各种植物消失，而且依靠它们的动物也会随之消失。森森常常被农作物取代，被放牧的牧场取代。这样做还有另一个后果。取代具有多层树木的森林后（如图8所示），我们最后常常只栽种一层植被。可以说，植物群落变得更加简单了。4、在加蓬地区，森林已被砍伐殆尽，用来发展

24、农业，因此松鼠的种类也变少。使用前一节中的知识，解释其中原因。Decreasing body mass 体重减少Height/m 高度/m森林砍伐与动物生活的多样性Deforestation and the diversity of animal life图10为一片森林的示意图。这片森林40km宽，40km长。1970年，森林中间修建了一条公路。棕色区域代表已被砍伐用于发展农业的土地。第一个方框图表示该地区1973年森林覆盖率为94%，第二个方框图表示该地区1980年的森林覆盖率为56%。图10：图表示的1973年到1980年间被砍伐用于发展农业的土地面积。棕色区域代表农田，绿色区域代表森林

25、。随着森林被破坏。动物的种类数正在下降。表3表示的是1973年到1980年间马来西亚森林中某些猿类和猴类数量的变化情况。这一时期，森林面积由84%减少到51%。表中最后一列表示每种动物数量的百分比损失率。表3：1973年到1980年间马来西亚森林中某些猿类和猴类数量变化估计图Species 物种Population in 1958 1958年的数量Population in 1975 1975年的数量Percentage loss in population 数量的百分比损失率Gibbon 长臂猴Dusky leaf monkey郁乌叶猴Banded leaf monkey纳土纳长臂猿Silv

26、er leaf monkey 银叶猴请指出为什么得出每种动物数量的百分比损失率很有用。每种动物开始时的数量各不相同，因此我们利用百分比损失率可以对不同种动物的损失进行比较。如果只看种群中动物损失的数量，你可能认为只损失2,000只银叶猴，数量很小。但刚开始银叶猴就只有6,000只，因此损失的2,000占原种群数量的很大一部分。科学家估计，要支持一个500只成年长臂猴的繁殖种群，需要171平方千米的面积；要支持一个500只成年郁乌叶猴的繁殖种群，需要34平方千米的面积。500只是动物自己认为保证种群长期生存所需的基本数量。请解释为什么图10中的森林砍伐对长臂猴的影响要比对郁乌叶猴的影响要大。森林

27、已经被农田间隔成一块块的斑块。而这些斑块的面积都不足以支持一个大的长臂猴繁殖种群。但它们还能支持一个大的郁乌叶猴繁殖种群。从前一个问题我们可以看到，要支持一个大的繁殖种群，有些哺乳动物要求的面积比其它哺乳动物要大。为了支持一个大的繁殖种群，体型较大的哺乳动物要求的森林面积很可能也非常大，从中可以得出什么结论？为了支持一个大的繁殖种群，体型较大的哺乳动物要求的森林面积很可能比较大。老虎、大象等哺乳动物是最难保持的，它们要么生活的群体密度很低，要么占有的领地很大。再来看一下体型很小的动物-木蜂。木蜂是体型肥硕的热带蜂类，看上去有点像深蓝色-黑色相间的大黄蜂。木蜂从雨林的花朵中采集花粉和花蜜，喂养自

28、己的幼蜂。一年中，它们在不同的时节采集不同的花朵。图11为一种木蜂要造访的一些植物的花期。图11：一种木蜂一年中某些时候要造访的一些雨林植物图。Xanthophyllum discolorXanthophyllum rufumConnarus sp.Sindora coriaceaMesua ferreaMillettia atropurpureaMarch 三月April 四月May 五月June 六月运用本章中的知识，解释为什么这种木蜂被发现在雨林中，而不是在农田中。图11中雨林植物的花期都只持续一段时间。森林中还有很多其它植物，因此总有植物在开会，也就总有食物供木蜂采集。农田中植物的多样

29、性就要低得多，因此农民砍伐雨林时，食物就不是一直都有，这很有可能。如果这种木蜂灭绝了，对农民的生活会不会有影响？如果不进行大量研究，我们没法回答这一问题。这种木蜂很可能是农民种的一种或几种作物的传粉者。它也有可能为森林中多种植物传粉，而这些植物收获后可作为食物、药物或其它产有用产品的来源。环境问题报告 Reports on environmental issues如果你在报纸中或因特网中阅读关于环境问题的文章，你会发现评论极具夸张性。文章作者有时候故意夸大事实，为的是让我们震惊，引起我们的注意。他们视乎更关心影响读者，而不是准确报道。关于这一点你自己很容易发现。例如，如果你使用关键词“雨林 +

30、 英亩 + 分钟”，网页搜索雨林的损失速率，你会得到很多搜索结果，但是它们所引用的数字几乎都不一致。搜索结果中，损失速率低至一分钟8公顷，高达一分钟60公顷，差异非常大。所以，我们应该自己来判别这些数据的准确性。 阅读时，你还会遇到一些非常夸张的说法。例如，雨林被描述为“地球的肺-将二氧化碳转变成氧气”。如果你已经阅读了第3章，你就知道其中的生物学家原理就在这里。总则（General principles）写关于环境问题的文章 Writing about environmental issues当你写作诸如本章中所述的关于环境问题的文章，记住你是一个科学家，应该像科学家一样写作。以下为一些我们需要遵守的建议：-避免描述中不考虑生物学常识，表达夸张。譬如你说“40年以内，剩下的雨林将会被全部砍伐”。这样说可能对收尾有好处，但我们没法提供证据来支持这样的说法。-避免笼统地说明“动物”和“植物”，除非你要说的对动植物都适用。-用证据支持你所说的话。尽可能的适用实际例子。-使用恰当的科学术语，同时要使用准确。譬如写因为森林已经被砍伐殆尽，动物“失去家园”，“没有栖身之所”，就不太合适。