1、生物多样性保护现状及其研究陈灵芝（中国科学院植物研究所）THE STATUS OF BIODIVERSITY AND ITS RESEARCHCHEN LIGNZHI（ INSTITUTE OF BOTANY， CHINESE ACADEMY OF SCIENCES）前 言生物多样性（biologica diversity 简称 biodiversity）是地球上所有生命的总和，是 40 亿年以来生物进化的最终结果，也是世界上的自然财富，它包括几百万不同种类的植物、动物和微生物以及它们所拥有的基因和由这些生物与所在地环境所构成的生态系统，因此生物多样性包括三个层次的概念即遗传多样性、物种多样性
2、和生态系统多样性，此外，人们还重视更高层次的多样性即景现多样性。生物多样性是人类的生物资源，有的已为人类所利用，而大部分它的潜在价值尚未被人们所发现。自然保护在 20 世纪 40 年代已受到重视，但世界自然保护运动有一发展过程。在初期，人们重视野生动物的保护。特别是大型动物保护。这是由于人们大量捕杀而使其数量减少，引起了国际关注，于是对某些物种进行保护。不久人们发现单纯保护某些物种而忽视其栖息地保护，物种保护难以取得成效。于是开始了对濒危物种栖息地保护，但对这些栖息地人们并未给以合理管理，任其变化，仍不能达到保护目的，而且发现必须对不同地区有代表性生态系统及其主要生态学过程加以维护，才能达到保
3、护目的。自 80 年代初以来，有关生物多样性国际会议频频召开，1989 年国际自然和自然资源保护联盟（IUCN ）在庆祝成立 40 周年之际，提出了今后 1040 年内生物多样性保护主要从事工作。1990 年，J. A. McNeely 等出版了“保护世界的生物多样性”一书。1992 年，世界资源研究所（WRI） 、IUCN 和联合国环境规划署（UNEP）出版了“全球生物多样性策略 ”，对世界生物多样性保护具有重要的指导意义。更值得令人振奋的是生物多样性保护已得到各国政府首脑的关注，1992 年在巴西召开的“环境与发展大会” ，多国首脑签署了“联合国生物多样性公约” ，随着公约的签订，各国政府
4、将有一系列执行公约的后续行动，这将对中国植物学工作者提出一系列任务，我们将在生物多样性的“挽救、研究和持续利用”方面发挥重要作用。生物多样性的保护不再是被动的保护，而是把挽救与持续利用相结合，挽救与恢复相结合，要达到这一目标，科学研究是生物多样性保护的理论基础。早在世界保护策略一书中特别指明，首先，生物多样性保存是保护的三个主要基础之一，第二，要维持基本的生态学过程和生命维持系统，第三是确保物种和生态系统的持续利用。在全球生物多样性策略一书中明确提出“保护、研究、持续利用”的方针，要加强在生物多样性保护的基础和应用研究。一、 国际生物多样性现状生物多样性是地球上所有生命的总和，到目前为止，科学
5、家认为地球上生物物种的总数在 1000 万到 8000 万之间，其中有 140 万种已定名，而大部分物种尚属未知，其中数量最多的小型动物如昆虫和软体动物等，它们分别大量分布在热带森林的林冠上和深层的海底。全球的生态系统多样性的类型则多种多样，丰富多彩，它们由各种生物及其所含有的基因所组成。当今生物多样性处于大量灭绝境地。据哈佛的生物学家 Edward O. Wilson 估计，最少每年有 5 万种无脊动物，几乎每天有 140 种，由于热带雨林破坏而趋于灭绝。由于各地毁林，每年至少有 1 种鸟和哺乳动物或植物被灭绝。全球生物多样性的消失现象正在加剧。岛屿与淡水生态系统中各种生活型的生物消失的比例
6、很大。种内遗传变种和整个自然生态系统的消失速度比物种灭约速度更快（Brown 1992） ，全球热带森林在 80 年代初，每年毁林 1140 万公顷，据卫星图像及实地调查证明，至 80 年代末，每年毁林上升到17002000 万公顷（世界银行，1992） 。拥有全球 50的物种的栖息地一热带雨林面积比原有原积减少一半。大部分国家森林均成片断化（fragment） ，被退化土地所围绕，损害了森林维持野生生物种群和重要生态学过程的能力。巴西是世界上生物多样性最丰富的国家，1987 年毁林面积达到高峰，由于环境政策的变化，毁林速度已经减缓。在巴西最濒危的生态系统为特有的海岸林，由于伐木、农业、城市的
7、扩展毁掉了 95以上大西洋沿岸的雨林和巴西南部的南美杉林。其他被灭绝的生态系统有北美的高草草原，黎巴嫩的巨大雪松片林和欧洲与北美的老龄硬木林（即落叶阔叶林） 。世界上 13 的温带森林被砍代，温带雨林也是濒危生态系统。湿地也是生物资源丰富的类型。发达国家如澳大利亚、新西兰和美国加利福尼亚，湿地已消失 90以上。加拿大拥有世界 14 的沼泽，消失较少，但是大西洋的盐沼和草本沼泽及太平洋海湾沼泽比它原有面积减少 13，大西洋沼泽保留在该国人口稀少的北部地区。红树林是湿地中最受威胁和有重要价值的类型，在亚洲、拉丁美洲、西非红树林的损失严重。印度、巴基斯坦和泰国至少 34 的红树林受到破坏。人们还认识
8、到种内特别是食品作物及其野生亲缘种的遗传多样性的消失威胁着人类的生存。农民利用遗传多样性增加农业产品，应用遗传工程和其他高技术进行作物杂交，均要依赖于遗传多洋性。人们为了提高农业产量引入少量的高产作物品种随之消灭了很多适于当地生长、抗逆性强但产量相对较低的当地传统品种。这类品种若经过改良有可能达到高产，但被人们所忽视。当今，很多国家农作物品种很单一，如印度到 2005 年在34 稻田中，只播种 10 个水稻品种。印度尼西亚在过去 15 年内已有 1500 个水稻的地方品种消失，有 34 的水稻是来自单一母本植物的后代。又如在美国的 71的玉米中只种植 6 个玉米品种，50的小麦田中种植物了 9
9、 个小麦品种。农业上品种高度一致性对病虫害的暴发缺乏抵御能力，会造成作物严重减产，其他如：果树亦有相似情况。加强作物、果树、药用生物、家畜、家禽等遗传资源及其野生亲缘种的保护和保存已是迫在眉捷。二、 中国的生物多样性现状中国是生物多样性最丰富的国家之一，居世界第八位，植物的丰富程度占世界第三位，亚洲第一位。中国地域广阔，气候带由寒温带到热带，地球上所存的各种生态系统类型在我国均有分布。第四纪冰川时期，东半球大陆冰川在我国仅延伸到黑龙江的北端约北纬45，西半球则延伸到 37。中国的南方成了很多物种的避难所。由于中国山地连绵，沟谷纵横，为植物的发生、演化提供了多种多样的生境，中国高等植物约 300
10、00 种，其中特有种占整个植物种类的 50以上。是世界特有种最丰富的国家之一，中国陆地生态系统主要有森林、草原、荒漠、农田、湿地，此外还有竹林和灌丛等等。森林生态系统可分为寒温带针叶林、温带针叶阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林和针叶林，亚热带常绿阔叶林和针叶林，热带季雨林、雨林以及针叶林（中国植被编委会，1980） 。中国是个发展中国家，人口增长和经济快速发展对森林资源需求日益增长。中国东北是我国最大的林区，自 20 世纪初，大兴安岭是樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林集中地方，首先遭到大量砍伐，加以火灾频繁，樟子松不如落叶松（Larix gmelini）耐
11、火，致使樟子松林面积日益缩小，有些地方已无踪迹（侯学煜，1988） 。 红松及其混交的阔叶树如水曲柳（Fraxinus mandshurica） 、核桃揪（ Juglans mandshurica） 、黄檗（Phellodendron amurense）等均为优良木材，特别是红松采伐最为严重，目前，老龄的红松阔叶混交林，只有少数的自然保护有残存。中国阔叶林的类型复杂，落叶阔叶林分布地区是人类开发早的经济发达地区，老龄的落叶阔叶林已经消失，现在存在的主要为中龄的次生落叶阔叶林，即使如此，它们常被砍伐，用人工针叶林来替代，次生落叶阔叶林呈岛屿状分布在广阔的次生灌丛和草地之中。常绿阔叶林是生物物种最
12、丰富的一种森林类型，也是由很多中国特有种组成的森林类型，常绿阔叶林同样遭受严重破坏。这类森林保护已引起各方面的注意。以常绿阔叶林为对象的自然保护区从亚热带北部到其南部，从亚热带的西部到东部均建立了不同等级的保护区。尽管如此，保存较好的常绿阔叶林呈片断地分散在不同的山地上。热带雨林在中国的分布面积有限，主要分布在云南南部、广东南部、海南岛、广西南部、西藏东南部、但类型复杂，面积有限的热带森林，大部分已被橡胶园及热带作物园所替代，或由于刀耕火种被开垦为农田，热带森林无论从质量与面积上均发生极大变化，这类森林保护已迫在眉捷。草原生态系统分布地区是我国主要畜牧业发展基地，对国民经济发展有着重要价值。草
13、原生态系统可分为草甸草原、典型草原、荒漠草原和高寒草原。草甸草原以羊草（Aneurolepidium chinensis）草原为代表，是草原中经济价值最高，面积大，最重要的天然割草场和放牧场。但由于目前过度利用，部分地区草原退化，个别地区出现碱化现象，尤以松嫩平析草原退化、盐渍比现象严重，必须加以保护，注意适度放牧和割草。典型草原可以大针茅（Stipa grandis）草原为代表，是典型草原中最具代表性相对稳定类型，是重要天然牧场，优良牧草达草类的 60以上，但在强度放牧影响下，逐渐被可食性差的草类所替代，这类草原开垦后会引起沙化等。荒漠生态系统是一种非常脆弱的生态系统，应以保护为主，牧业超载
14、和过樵使荒漠生态系统处于濒危。湿地生态系统包括淡水湖泊和沼泽。中国的沼泽面积仅次于加拿大，以青藏高在沼泽分市面积最大。三江平原沼泽面积被开垦，建成国营农场群，为国家提供大量粮食，但还有一定面积沼泽残存。红树林是热带海岸潮滩上的一种特殊的常绿林，中国红树林主要分布在广西、福建、广东、海南岛沿海，受破坏的面积达 50以上。三、 生物多样性受威胁的原因生物多样性受威胁原因是多种多样，归根结蒂是如何协调人口增长、经济发展与生物多样性保护和利用问题。由于经济发展的需要，要加快城市交通、建筑、开矿，各种资源开发，水系和水库等等的建设，它们使栖息地破坏或改变，对生物多样性造成不同程度的影响。在农业上盲目毁林
15、开垦，围湖造田，沼泽垦荒都将破坏自然生态系统。为了提高农业产量往往推广单一的高产品种，使很多适于当地生长而产量较低的地方品种逐渐减少，对遗传资源的保存的未来的品种改良造成很大威胁。在林业上的过度采伐，人工林树种的单一化，特别是大面积针叶纯林的营造，使生物多样性趋于贫乏。牧业上对天然草场超载过牧、草原开垦弓愧草原退化、沙化。对于生物资源的利用，往往不考虑其今后能否继续生存和发展的后果，对野生动物的滥捕乱猎，野生经济植物的过度采集，使某些物种种类数量下降，趋于濒危，在自然生态系统中往往造成缺乏花粉和种子传播的生物，食物链中断，使生态系统不能维持正常的功能。由于植被破坏，引起水土流失、土壤侵蚀、肥力
16、减退、这一切都是人类活动所引起。此外，工业发展所产生的废水、废气及废弃物的污染，特别是酸雨的影响，对生物多样性的保护造成威胁。因此切实执行经济发展的同时，考虑环境保护问题的方针，才能减轻对生物多样性的威胁，使生物资源得以持续利用。四、 生物多样性保护措施生物多样性保护主要采取就地保护和迁地保护二种主要形式。就地保护是生物多样性保护的最重要的措施，自然保护区、国家公园和自然遗产保护地的建立在我国发展很快，1991 年年底的统计已建立自然保护区 700 余个，面积约占国土面积 5.5，自然保护区对生物多样性就地保护具有重要意义，但终究是面积有限，加以财力的困难，不可能建立很多保护区，因此保护区以外
17、的就地保护则具有重要价值，许多物种和生态系统的分布地并不都在自然保护区范围之内，特别是有些野生动物活动范围很广，常常超出自然保护区的范围，不少的驯养动物和栽培植物的亲缘种的分布更为零散，保护区内不能达到较全面保护生物多样性的目的，为了挽救关键物种和种群，尚需建立特殊保护区或在某些景观单元中为特定物种创造合适生境。另一方面自然保护区周围有很多居民点，人们为了生活和生产需要进行各种活动，这对自然保护区会产生很大压力，因此公众教育是一项极为重要措施，这还不够，另一方面，要注重对保护区周围地区的土地合理规划，解决当地人民在农、林、牧、付业的各种需求，以减少居民对自然保护区的压力，特别是在自然保护区范围
18、内的实验区，应为当地的林、牧、付业的发展进行试验，以指导周围地区的经济发展，因此生物多样性的就地保护不仅仅限于建立自然保护区等，还要重视自然保护区以外的保护，特别是对自然保护区周围地区的土地合理规划，人工生态的系统优化配置。根据 1992 年世界发展报告，今后 40 年中人口将增加到 90 亿，粮食、其他食品、燃料、纤维等的需求量将急剧增加，必然会对自然资源产生巨大的压力，粮食在人民生活中是头等重要的，在发展中国家发生的毁林问题，估汁 60是由于开垦农田所造成，要增加粮食产量只有两种途径，即对农业进行集约化经营以提高产量，或是开垦新区。实际上近 25 年来增产的食品有92是由于产量提高的结果，
19、只有 8新增加的粮食产量来自新垦区。农业集约化经营并不意昧着大量投入化肥和杀虫剂等，而可以持续的作物轮作，各种品种的禾草与豆科植物的组合和轮作来达到增产的目的。薪炭林、经济林、果树林和农田及防护林的营造以及多种农林夏合系统的建立，将会大大减轻对森林资源和各种物种消耗和灭绝的压力。生物多样性迁地保护是针对某些植物种在就地保护情况下难以生存，必须以人工方式加以引种栽培。植物园、种子库。基因库是植物迁地保护重要的场地，我国植物园（包括树木园）已有约 110 个，尤其在八十年代以来发展最快，目前，我国植物园保存的各种高等植物约 1600018000 种，占整个中国植物区系的 50以上，其中引种的濒危植
20、物占已公布的濒危植物种类的 80以上，植物园是生物多样性迁地保护的重要基地，此外种子库和基因库均是保存生物多种性的有效措施。根据世界和中国生物多样性现状，受威胁原因的分析，保护措施的制订，这一切均必须以科学研究为基础，来指导生物多样性保护工作的顺利进行。五、 有关生物多样性保护研究生物多样性保护研究需要将自然科学与社会科学研究结合，才能使自然保护事业与经济发展相协调，还必须考虑到基础研究与应用研究得到平衡发展。在自然科学中优先发展的项目，对于所有国家而言，生物多样性调查和编目（Biodiversity survey and inventories） ，深入了解生物多洋性在生态系统功能中的作用，
21、全球比较生物地理学，作为全球变化的指示者生物多样性监测都是值得考虑的优先项目。现就保护生物学研究内容及生物多样性保护中重要的研究项目作一概述。1. 保护生物学（Conservation Biology）随着自然保护日益受到重视，保护生物学这门新兴学科得到迅速发展，这门学科要解决保护中的三个迫切问题即灭绝（extinctions） 、生物多样性和生态系统过程的维持。保护生物学研究的目的是提供科学的保护原则，确定需要保护的问题，建立正确的保护顺序，沟通纯科学研究与经营管理之间的渠道，使生物多样性或生物资源得以保护、合理管理和持续利用。灭绝的研究是要预测生物多样性绝灭的趋势，阐明灭绝的原因，采取措施
22、防止绝灭现象的发生。保护生物学发展了在特定情况下种群脆弱性分析（population valnerability analysis PVA）来预测物种灭绝的可能性。生物多样性受威胁原因是复杂的，如过度捕杀和捕捞，栖息地破坏和片断化，外来物种的引入，食物链中某些物种的消失，都将使物种和生态系统受到严重损害使之对被改变的环境失去适应能力，减少物种的适合度（fitness）和进化潜力。MacArthur 和 Wilson 的岛屿生物地理模型被广泛应用于估算由于栖息地在大陆地块上呈岛屿状分布而引起的灭绝的概率。为了持续发展，必须对生态系统和生物圈进行有效管理, 物种保护是至关重要。但如果仅把种作为基本
23、单位加以保护，可能会造成没有足够的遗传多样性被保存下来。对在进化过程中具有适应能力的染色体组（genome）应加以保存，人们往往忽视遗传多样性，种群大小，交配系统和其他生活史的特征以致只有很少物种得到充分的保护。保护主物学可以成功地应用被捕捉到的小种群。通过遗传学理论、谱系分析决定合理的交配和最小生存种群。有的学者展望遗传工程不久将提供快速方法，淘汰有害基因、并重组遗传多样性。对 2l 世纪有关进化问题，认为物种可能消失，数量将会减少，自然条件也会发生新的变比，但将会有一种动力推动新的一轮自然选择和进化，但不同与过去，至于促进选择的动力是什么则尚须探讨。总之，物种是未来进化的潜力，物种是由种群
24、所组成，一个种的种群通常为基因流所联合，它与其他物种的种群具有种的识别标志和有效分离的特性。物种保护既要注意物种个体保护，还要重视每个物种所存在遗传多样性的保护，以保证物种未来的进化。 （Woodruff, 1992）主张应用遗传学与生态学的理论来管理受威胁的种群，最普遍的方法，首先要确定生存种群的大小和结沟确定最小生存物种的大小（minimum viable population size） ，最小生存种群大小这一概念是指重要的最小面积和最小生存密度的相关性（Woodruff 1989）建议用 5 种方法来确定 MVP 的大小，即试验的方法，生物地理学分布格局，以生态学参数为基础的理论和仿真
25、模型以及遗传学方法。从自然保护策略出发，对被保护地区的最终目标是维持生态系统中物种高度的多样性，而从经营管理目的出发，则需要有稳定的生态系统，防止系统发生急剧变比因此在生态系统保护时，要考虑多样性和稳定上多样性是指一个群落中物种的多样性，多样性丰富意味着物种数量很多，并且非常均匀，在各物种之间的数量与生物量为均匀分市。物种多样性亦称为-diversity 。-diveristy 是指沿着一个环境梯度的物种变化，比较不同群落内的物种组成，在不同群落内相同的物种数量小, 则-diveristy 高。斑块性（Patchiness）是指群落面积大小和分市状况。一个地区群落多样性的斑块性的存在是与空间异
26、质性有关。群落的复杂性（complexity ）是由于物种的相互关系，营养级的结构，每营养级上物种数量以及种间相互作用的比例所形成。系统的稳定性有二种含义，第一种含义是在一系统中物种的多度在相当长时间内不发生很大变化，系统具有恒定的环境和内部稳定的机制，在一个变化着的环境中尚能保持稳定。Cannell 和 Sousa（1983）把后一种恒定性看为抗性。稳定性的另一个含义是指系统具有动态特性，亦称为可塑性（resilience）,这是指一个系统受干扰后发生变化，并能恢复平衡的程度。生态系统的保护还依赖于能维持多种多样生态学过程。这些过程决定了群落的动态；系统中捕食、竞争、草食、迁移等作用的性质和
27、数量的变比，将导致群落中组成成分的改变，水循环，元素循环等的变化将深刻影响系统的结构，因此必须要维护生态系统过程的性质及多样性（Western 1989 ） 。2 生物多样性保护中急需开展的研究生物多样性保护的基础研究必须是多学科、综合性，才能解决保护中急需解决问题，它不仅需要生物学各分支学科的相互交叉，同时还必须加强生物科学与社会科学紧密联系，才能使生物多样性保护工作得以真正实现。遗传学、生物地理学、植被、种群和生态系统生态学和恢复生态学是保护生物多样性的重要理论基础（Solbrig 1991，Lubchenco 1991，WRI 1992） 。（1）物种、栖息地、生态系统以及遗传多样性的调
28、查和编目这项研究要解决以下几个问题即世界上或某个国家物种和生态系统分布状况；确定生物多样性变化速率，怎样的变化速率将对群落结构和生态系统过程产生影响。生态系统中关键种的确定，它的存在与否对生态系统物结构变比的影响。（2）稀有种和衰退种的生物学研究以及发展维护珍贵的稀有种和衰退种群的科学信息。主要研究稀有种对环境变化的进比反应和长期保护策略，控制恢复中的种群的群聚和侵占的动力学因子；稀有种个体对胁迫因子在繁殖生物学和行为学上的反应；是否由于遗传结构影响了种群的长期进出而使之成为稀有；在各种保护策略中生态学在社会、政治、经济贸易中的作用探讨。（3）生物多样性在维持生态系统结构与功能中的作用研究，主
29、要研究生物多样性在生态学过程中的作用包括系统中的水和养分循环，能量流动，系统的稳定性和土壤形成过程中的作用。评价生物多样性消失的后果。（4）人类经济活动对生物多泽住影响。探讨个体、种群、生态系统对人类干扰方式，范围、频度的反应；土地和水资源利用方式的变比对物种多样性的生态学过程的影响；人类引起的和其他环境变化对物种进化影响等。（5）通过发展、试验和应用恢复生态学原理，加强对恢复被破坏和退化的生态系统的基础研究。主要研究生群落内部结构如遗传结构、组成成分和物种的多样与生态系统的功能如生产力、养分循环、污染物的贮存和排放等等的联系；在退出生态系统中，物理和主物因子如何分别地和综合地影响物种生物史特
30、点以及对种群和群落结构的影响；试图应用生态学与进化的原理为恢复的研究项目提供研究纲要；恢复生态学（restoration ecology）中的恢复是指某些退化生态系统恢复到原有的群落结构，自然物种的组合及其生态学功能，当然所谓“原有”的特征是相对而言。（6）对胁迫因子具敏感性的指示种和类型（Pattern）的确定，为此需要发展评价生态系统现状的技术，预报和评价胁迫因子，监测被破坏生态系统的恢复。（7）扩大和改善对生物多样性和生态学过程的监测。在典型地区进行长期生态学研究，深入了解生态系统的组成、结构、功能以及动态变化。（8）生态系统的片断化（fragmentation）对生物多样性和生态学过程
31、影响。（9）发展、试验和应用生态学原理在较大范围内规划和持续利用和经营生态系统。探讨物理因子和群落的相互作用对被开发物种的种群生产力的影响；物种、相互依赖的植物群和生活型的“最小混合体”能否导致特殊生态系统的持续能力；土著的动物和微生物是否可保存和参于由植物物种新组合所构成的持续的生态系统中；有关维持和阻碍物种共存的机制。（10）加强种群生物学研究对濒危种、稀有种、旗舰种（flagship species） 、经济种、生态系统中的优势种、关键种（Keystone species）进行种群生态及生殖和种群遗传结构等研究。（11）主要农作物、果树、木材等经济植物及其野生亲缘种的种质资源及遗传多样性的研究。该项研究为遗传资源保存、品种改良、生物生产力的提高的重要理论依据。（12）生物多样性信息系统的建立通过多种信息源的收集，建立植物、动物、微生物及生态系统的数据库、图形库、模型库以及专家咨询系统，为中国生物多样性保护提供决策性的建议。（13）生物多样性保护方法研究为了保护物种和种群，发展确定最小生存种群和遗传变异数量的方法；改进自然保护区的选择，设计和管理的方法包括缓冲区和廊道的利用；发展自然保护区外的生物多样性保护和持续发展的方法；发展生物地理区域管理方法；发展就地保护与迁地保护相结合的方法。
