生態(tài)學教學ppt

1、第五章生 物 群 落 1 生物群落是生態(tài)系統(tǒng)中比生物種群更高一級的組織水平層次。生物群落是一個結(jié)構(gòu)單元，它具有自身獨立的結(jié)構(gòu)、動態(tài)變化、內(nèi)部關系及其分類分布規(guī)律，并影響到生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)循環(huán)的方向、速度和效率的高低，最終影響到生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力及其穩(wěn)定性。 2第一節(jié) 群落的特征及組成一、群落的概念二、群落的基本特征三、群落的性質(zhì)四、群落的組成五、群落的數(shù)量特征3群落生態(tài)學的中心問題是回答群落的整體結(jié)構(gòu)是如何形成的。在生態(tài)學發(fā)展史中，生物群落概念的提出是很早的。但對于生物群落的兩種對立觀點個體論學派和機體論學派的爭論至今未休。群落中為什么有那么多的動、植物種類？它們?yōu)槭裁聪瘳F(xiàn)在這樣分布著？

2、它們之間是怎樣發(fā)生著相互作用的？這些是群落生態(tài)學最令人感興趣的問題。4一、群落的概念生物群落(biotic community)：是指生存于特定區(qū)域或生境內(nèi)的各種生物種群的集合體。即群落是由不同種類的生物組成的生物復合體。群落是一個泛指的名詞。1、生物群落是由多種生物種群集合而成的，生物群落是生態(tài)系統(tǒng)的核心。2、在生物群落內(nèi)，各種生物種群之間有著各種正的或負的相互作用，形成了一種相互協(xié)調(diào)的關系，使得群落成為具有一定結(jié)構(gòu)、功能、外貌和演替特征的有機整體。53、在長期的歷史發(fā)展過程中，群居在一起的各種生物組成了群落。一方面群落受著環(huán)境的影響，同時群落又作為一個整體影響并改造著環(huán)境，形成了生物群落與

3、環(huán)境的統(tǒng)一體。因此，群落中各生物種群是有規(guī)律的組合，而不是任意的散布。常把生物群落按物種分為植物群落、動物群落、微生物群落。群落生態(tài)主要研究群落的結(jié)構(gòu)、動態(tài)變化、內(nèi)部關系及其分類分布規(guī)律等。61、具有一定的種類組成 2、具有一定的外貌 3、具有一定的結(jié)構(gòu) 4、具有一定的動態(tài)特征 5、形成一定的群落環(huán)境 6、具有一定的分布范圍 7、具有特定的群落邊界特征 8、具有一定物質(zhì)生產(chǎn)力二、群落的基本特征71、群落的地段(范圍)多大？2、怎么劃分？3、是客觀還是主觀？4、是固定還是隨機？三、群落的性質(zhì)81、機體論認為生物群落是客觀存在的實體，是一個有組織、有層次、有次序的生命系統(tǒng)，就像生物有機體和種群那樣

4、，是一個有機整體。而且可以重復出現(xiàn)，其出現(xiàn)是必然的，它有特定的組成、結(jié)構(gòu)和特征。機體論認為生物群落是自然單位。910112、個體論個體論認為生物群落并非自然界的實體，而是生態(tài)學家為了便于研究，從一個連續(xù)變化著的植被連續(xù)體中，人為確定的一組物種的集合。個體論認為生物群落是人為確定的一定范圍內(nèi)的物種的集合。12131415四、群落的組成1、群落的組成種類生物群落的組成是指組成群落的生物種類，以及它們在群落中的地位與作用。物種組成是決定群落性質(zhì)最重要的因素，也是鑒別不同群落類型的基本特征。161)、生態(tài)優(yōu)勢種（dominant species）：對群落的結(jié)構(gòu)和環(huán)境的性質(zhì)有明顯控制作用的物種稱為生態(tài)優(yōu)

5、勢種。在一個群落中存在著成百成千的生物種類，但常常只有少數(shù)幾個種或類群，它們以其數(shù)量多、生產(chǎn)力高、影響大成為生態(tài)優(yōu)勢種。生態(tài)優(yōu)勢種還通常可作為群落命名的依據(jù)。 172)、亞優(yōu)勢種（subdominant）：指個體數(shù)量和作用都次于優(yōu)勢種，但在決定群落性質(zhì)和控制群落環(huán)境方面仍起著一定作用的物種。 3)、伴生種（companion species）：伴生種為群落中的常見種類，它與優(yōu)勢種相伴存在，但對群落性質(zhì)和環(huán)境不起主要作用。4)、偶見種或稀有種（rare species）：偶見種是那些在群落中出現(xiàn)頻率很低的種類，種群數(shù)量稀少。偶見種可能是偶然地由人們帶入或伴隨某種條件的改變而侵入群落中的，也可能是

6、衰退中的殘遺種。有些偶見種的出現(xiàn)具有生態(tài)指示意義，有的還可以作為地方性特征種來對待。 18不同的群落有著不同的種群組成。自然群落：種群多，每個種群的個體數(shù)少，結(jié)構(gòu)復雜，群落較穩(wěn)定。人工群落：種群少，每個種群的個體數(shù)多，結(jié)構(gòu)簡單，群落不穩(wěn)定。生物群落中種群的多樣性，決定著群落的穩(wěn)定性。19自然群落20212223人工群落2425262728293031323334352、群落的命名群落命名的原則：依據(jù)生態(tài)優(yōu)勢種命名；如：紅松群落、馬尾松群落等。當群落中優(yōu)勢種較多時，依據(jù)主要的生活型命名；如：熱帶雨林群落、寒溫帶針葉林群落等。當群落中缺少大型植物時，以群落所占據(jù)的生境命名。如：沙漠生物群落、海洋生

7、物群落等。36依據(jù)生態(tài)優(yōu)勢種命名紅松群落373839馬尾松群落40熱帶雨林依據(jù)主要的生活型命名41亞熱帶常綠闊葉林42溫帶落葉闊葉林43寒溫帶針葉林代表動物44熱帶草原依據(jù)生境命名45溫帶草原46凍 原代表動物47荒 漠代表植物4849505152海洋群落535455農(nóng)田群落56山區(qū)群落5758徑流水群落59五、群落的數(shù)量特征在了解群落中的物種組成的同時，還必須研究不同物種的數(shù)量關系，對種類組成進行數(shù)量分析。60（一）物種的個體數(shù)量指標 1、多度(abundance)：是指生物群落中生物個體數(shù)目的多少。一般用記名計數(shù)法和目測估計法進行測定。記名計數(shù)法：是在一定面積的樣地中，直接點數(shù)各種群的個體

8、數(shù)目，然后計算出某種生物與同一生活型的全部生物個體數(shù)目的比例。目測法：在群落中，當生物種類多，個體數(shù)目大而體形小時，其個體數(shù)目難以準確計量，常用目測法。即按預先確定的多度等級來估計單位面積上種群個體的多少。 612、密度(density)：指單位面積上的植株數(shù)或生物個體數(shù)目。用公式表示為： D（密度） N（樣地內(nèi)某種植物的個體數(shù)目） /S（樣地面積）RD（相對密度） N（某種植物的個體數(shù)目） 100 /N（全部植物的個體數(shù)目）62基部蓋度投影蓋度3、蓋度(coverage) ：蓋度一般有兩種表示方法，即投影蓋度和基部蓋度。投影蓋度：指植物地上部分的垂直投影面積。它表明了植物所占有的水平空間面積

9、，在一定程度上反映了植物同化面積的大小。基部蓋度：指植物基部著生面積，也稱真蓋度。 634、頻度(frequency) ：指群落中某種植物出現(xiàn)的百分率，用公式表示為： 某一物種出現(xiàn)的數(shù)目頻度(%) 100 全部植物數(shù)目 645、高度(height)：是測量植物體長的一個指標，可取自然高度或絕對高度。某種植物高度占最高物種高度的百分比稱為高度比。 6、體積(volume)：是植物所占空間大小的量度，它在計算林木蓄積量時非常有用。單株喬木的體積，由胸高斷面積乘樹高而求得。即：M（林地蓄積量）G（為樹木斷面積總和）H（林樣均高度）f（樹干體積與等高同底的圓柱體體積之比）7、重量(weight)：指群

10、落中生物有機體重量的量度，是衡量種群或群落生物量或現(xiàn)存量多少的指標?？煞譃轷r重和干重。 65（二）物種的綜合數(shù)量指標 1、優(yōu)勢度(dominance)：是用來確定優(yōu)勢種的定量指標。表示某種生物在群落中的地位和作用大小的生態(tài)重要性。前蘇聯(lián)學者B.H.Cykaqeb（1938）提出，多度、體積或所占據(jù)的空間、利用和影響環(huán)境的特性、物候動態(tài)等均應作為某個物種優(yōu)勢度指標。另一些學者認為蓋度和密度為優(yōu)勢度的度量指標。也有人認為優(yōu)勢度即“蓋度和多度的總和”或“重量、蓋度和多度的乘積”等等。662、重要值(importance value)：也是用來表示某個物種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標。因為它簡單

11、、明確，所以在近些年來得到普遍采用。美國的J.T.Curtis和P.P.Melntosh(1951)在森林群落的研究中，根據(jù)密度、頻度和基部蓋度來確定森林群落中每一樹種的相對重要性，即重要值，用公式表示： 重要值相對密度（D）相對頻度（F）相對基部蓋度（D） / 300重要值越大的物種在群落結(jié)構(gòu)中越重要 。673、綜合優(yōu)勢比（summed dominance ratio）：綜合優(yōu)勢比縮寫為SDR。它由日本學者召田真等（1957）提出的一種綜合數(shù)量指標。包括兩因素、三因素、四因素和五因素等四類。常用的為兩因素綜合優(yōu)勢比（SDR2）。即在密度比、蓋度比、頻度比、高度比和重量比，這五項指標中任取兩項

12、求其平均值再乘以100%。如SDR2=（密度比+蓋度比）/ 2 100%68第二節(jié) 群落的結(jié)構(gòu)一、群落的外貌二群落的垂直結(jié)構(gòu)三群落的水平結(jié)構(gòu)四群落的時間結(jié)構(gòu)五、群落交錯區(qū)和邊緣效應六、島嶼與生物群落69 組成群落的生物種群在群落中所處的位置和存在的狀態(tài)稱為群落結(jié)構(gòu)。 群落的結(jié)構(gòu)是群落的可見標志之一，包括垂直結(jié)構(gòu)、水平結(jié)構(gòu)和時間結(jié)構(gòu)。生物群落合理的空間與時間結(jié)構(gòu)是高效生態(tài)系統(tǒng)的基礎。 70一、群落的外貌群落的外貌(physiognomy)是認識植物群落的基礎，也是區(qū)分不同植被類型的主要標志。71決定群落外貌的因素有：1）植物的生活型；2）物種的組成：優(yōu)勢種植物和優(yōu)勢種的多少對群落的外貌起決定性作

13、用；3）植物的季相變化；4）植物的生活周期。如一年生、二年生和多年生植物組成的群落，外貌不同。72二、群落的垂直結(jié)構(gòu)垂直結(jié)構(gòu)是群落中生物種群按高度或深度的垂直配置。即形成了群落的成層現(xiàn)象，保證了群落中各物種在單位空間中能更充分利用環(huán)境資源。成層現(xiàn)象，從陸生植物群落來說，包括地上部分和地下部分。決定地上部分分層的環(huán)境因素，主要是光照、溫度和濕度條件；而決定地下分層的主要因素，是土壤的物理和化學性質(zhì)，特別是水分和養(yǎng)分。7374在一個森林生態(tài)系統(tǒng)中，各種生活型的植物沿著群落內(nèi)的垂直高度梯度，占有不同的位置，使光照得到充分地利用，成層現(xiàn)象十分明顯。喬木層：受陽光的充分照射，樹冠得到全部光照。灌木層：陽

14、光透過林冠層后逐步消減，只有10%的光到達灌木層。草本層：有15%的光到達。地被層：苔蘚、地衣等耐陰植物只利用剩下的1%的光照。成層結(jié)構(gòu)是自然選擇的結(jié)果，它顯著提高了植物利用環(huán)境資源的能力，緩解了生物間對生存空間的競爭。75群落的垂直結(jié)構(gòu)ABCDA草被層；B灌木層；C下木層；D林冠層76盡管動物的活動性較大，由于受植物群落垂直成層的制約，動物也呈現(xiàn)一定的成層現(xiàn)象，如：喬木上有各種鳥類、昆蟲、哺乳動物；灌木層有野兔、牛、馬等；草本層中有蜘蛛、蝸牛、青蛙和蛇；地被層有無脊椎動物和腐生性動物；地下層植物根系周圍生活著步甲、蚯蚓和穴居動物。水生群落也存在成層現(xiàn)象，主要決定于光在水中的穿透、水溫和溶解氧

15、狀態(tài)等。77三、群落的水平結(jié)構(gòu)群落內(nèi)由于環(huán)境因素在不同地點上的不均勻性和生物本身特性的差異，從而在水平方向上分化形成了一些小型的生物組合，稱為群落的水平結(jié)構(gòu)。群落中生物的分布通常是不均勻的。規(guī)則性在自然群落中是罕見的，物種的組成和個體數(shù)量的多少往往出現(xiàn)明顯的片狀分布或斑塊狀鑲嵌。78798081導致水平結(jié)構(gòu)復雜性的原因有：1）親代的擴散分布習性：風布植物、動物傳布植物、水布植物分布可能廣泛。而種子較重或無性繁殖的植物，往往在母株周圍分布。同樣是風布植物，在單株、疏林、密林的情況下擴散能力不相同。2）環(huán)境異質(zhì)性：由于成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)、水分條件等的異質(zhì)性導致動植物形成各自的水平分布格局。3

16、）種間相互作用的結(jié)果：植食動物明顯地依賴于它所取食的植物的分布。還有競爭、互利共生、偏利作用等的結(jié)果。82四、群落的時間結(jié)構(gòu)隨著環(huán)境條件日、月、年周期的變化，群落結(jié)構(gòu)顯示出相應的時間序列及不同的外貌表現(xiàn)，叫群落的時間結(jié)構(gòu)。常常把群落的時間結(jié)構(gòu)稱為時相變化或季相變化。環(huán)境因素有周期性的變化，因而，生物群落的結(jié)構(gòu)也顯示出相應的時間序列。周期性是群落適應環(huán)境的一種必然的表現(xiàn)形式。83如溫帶草原一年四季季相分明：春季：氣溫回升，植物發(fā)芽，草原返青，呈現(xiàn)一片嫩綠的景色。盛夏初秋：雨熱充沛，植物繁茂，鮮花盛開，呈現(xiàn)五彩繽紛的夏季季相，一片濃綠。深秋：植物枯萎，休眠，呈現(xiàn)黃綠相間的秋季季相。冬季：一片枯黃，

17、下雪后，呈現(xiàn)一片白茫茫的冬季季相。8485五、群落交錯區(qū)和邊緣效應群落交錯區(qū)（ecotone） ：又稱生態(tài)交錯帶，指兩個或多個群落之間的過度區(qū)域。如：森林和草原的過度帶，水陸交界帶等。由于交錯帶環(huán)境條件的特殊性、異質(zhì)性和不穩(wěn)定性，使得毗鄰群落的生物都可以在此生存，增加了生物多樣性和密度，也增強了某些物種的活動強度和生產(chǎn)力，這種現(xiàn)象稱邊緣效應(edge effect) 。 86群落交錯區(qū)8788899091赤道地區(qū)的生態(tài)交錯帶92六、島嶼與生物群落島嶼的物種數(shù)與島嶼面積的關系：島嶼的面積越大，生物種類越多（島嶼效應）?？捎孟率矫枋? S=cAz 式中 S物種數(shù)，A面積，z、c為常數(shù)939495生

18、態(tài)學意義上的“島”，主要強調(diào)“隔離”和“獨立性”。就廣義而言：湖泊受陸地包圍，也就是陸“?！敝械乃畭u；城市綠地被建筑物及鋪裝地面包圍，形成城市中的綠島；山頂部的成片巖石是山下部植被“?！敝械膸r石島；一類植被中的另一類植被斑塊也可視為植被島； 森林中由于倒木(因雷擊、砍伐、枯死等原因使森林內(nèi)部少數(shù)樹木倒下)形成的“林窗”，都可被視為空地島。城市市區(qū)的氣溫比周圍鄉(xiāng)村高，可視為“城市熱島”。96979899100101102第三節(jié) 群落的演替 一、群落演替的概念二、群落演替的主要原因三、群落演替的類型四、群落演替的趨勢五、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的群落演替103一、群落演替的概念 群落不是一個靜止不變的實體，而

19、是一個有著能流、物流和結(jié)構(gòu)變化的動態(tài)系統(tǒng)。它通過生物與環(huán)境的相互作用，進行著能量與物質(zhì)的不斷代謝，使其本身的面貌不斷變化，并遵循一定的規(guī)律。 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物群落隨著時間的推移，一些物種消失，另一些物種侵入，出現(xiàn)了生物群落及其環(huán)境向著一定方向，有順序的發(fā)展變化過程，稱為生物群落演替(community succession)。 104群落演替圖裸底階段浮葉根生植物階段挺水植物和沼澤植物階段沉水植物階段105裸底階段沉水植物階段浮葉根生植物階段挺水植物和沼澤植物階段群落演替示例106群落演替的特征1）群落演替是有一定方向、具有一定規(guī)律的，是隨時間而變化的有序過程；2）演替是生物與環(huán)境反復相互作用

20、，發(fā)生在時間和空間上的不可逆的變化；3）物理環(huán)境在一定程度上決定著演替的類型、方向和速度，但演替是受群落本身所控制的；4）群落演替到與環(huán)境處于平衡狀態(tài)時，演替就不再進行，以相對穩(wěn)定的群落為發(fā)展的頂點。107二、群落演替的主要原因 群落演替是群落內(nèi)部關系與外界環(huán)境中各種生態(tài)因子綜合作用的結(jié)果。根據(jù)生物群落演替的主要原因可歸納為外因演替和內(nèi)因演替二種類型。1081外因演替 由于外部環(huán)境的改變所引起的生物群落演替，叫外因演替。又可細分為：（1）氣候性外因演替（2）土壤性外因演替（3）地貌性外因演替（4）火成演替（5）人為演替1092內(nèi)因演替 在生物群落里，群落成員改變著群落內(nèi)部環(huán)境，改變了的內(nèi)部環(huán)境

21、反過來又改變著群落的組成成員。這種循環(huán)往復的進程所引起的群落演替，稱為內(nèi)因演替。 同時，在一個生物群落內(nèi)，由于各群落成員之間的矛盾，即使群落的外部、內(nèi)部環(huán)境沒有顯著的改變，群落仍進行著演替，也稱為內(nèi)因演替。110 內(nèi)因演替與外因演替是兩個相對的過程，一般情況下，二者同時存在。自然界有許多成熟的群落由于周期干旱、水災等而重現(xiàn)周期性演替現(xiàn)象。每一類型的演替，除了受本類型主導條件的影響外，還在一定程度上受其他類型的演替條件的影響。 111三、群落演替的類型（一）原生演替 原生演替是指在原先從未有過任何生物的地方開始的群落演替。這種演替往往要經(jīng)歷上千年的時間才能發(fā)展到穩(wěn)定的頂級群落。 在裸露的巖石表面

22、開始的原生演替稱旱生演替；從湖底或河底開始的原生演替稱水生演替。 1121、旱生演替系列 典型的旱生演替系列是：（1）地衣群落階段（2）苔蘚群落階段（3）草本群落階段（4）木本群落階段 1132、水生演替序列 典型的水生演替序列是：（1）自由漂浮植物階段（2）沉水植物階段（3）浮葉根生植物階段（4）直立水生植物階段（5）濕生草本植物階段（6）木本植物階段 114原生演替特點： 具有方向性、順序性，因而演替的結(jié)果可以預測。 演替的原因是由于群落本身的發(fā)展，改變了光、溫、水、氣、肥等環(huán)境條件，有利于其他群落的生長發(fā)育，而被新的群落所取代。 發(fā)展的頂點是頂極群落。115頂極群落： 演替中群落結(jié)構(gòu)開始

23、變化較快，隨著演替的進行，變化速度減慢而趨于穩(wěn)定。 演替系列中最后達到穩(wěn)定階段，稱為頂極(climax)，演替最終形成的穩(wěn)定群落，叫做頂極群落(climax community)。 一般來說，當一個群落或一個演替系列，演替到與環(huán)境處于平衡狀態(tài)的時候，演替就不再進行。在這個平衡點上，群落最穩(wěn)定，只要不受外界干擾，它將永遠保持原狀。 116 值得注意的是：群落演替并非都是以達到森林群落階段為頂級群落的，這是由各地的環(huán)境條件所決定的。例如：極地、冰雪線以上：地衣群落。干旱荒漠區(qū)：短年生草本及稀疏灌叢。草原地區(qū)：一年生、多年生草本群落。濕潤溫暖地區(qū)：森林群落。117（二）次生演替 次生演替是指原有的生

24、物群落遭破壞后重先進行的群落演替。次生演替的最初發(fā)生是由外界因素的作用所引起的。外界因素除自然災害以外，最主要和最大規(guī)模的是人類的經(jīng)濟活動。 對于次生演替的研究，具有重要的實際意義，在人們利用和改造生物群落的工作中，所涉及到的絕大部分都是次生演替問題。 118次生演替特點： 速度快：因為土壤條件好，且保留了原有群落的繁殖體。因此當外因停止破壞后，群落會迅速形成。 當外因停止作用后，次生演替趨向于恢復到破壞前的群落類型，且可以從任一階段開始。119如美國佐治亞地區(qū)農(nóng)田棄耕后的次生演替：棄耕當年是馬唐草、加拿大蓬草占優(yōu)。第2-3年，依次為紫苑、帚苔等草本取得主導。第3-20年，矮灌占優(yōu)。第20-1

25、00年，松樹為主的林相群落形成，之后，櫟樹及山核桃樹逐漸取代松樹。150年，櫟樹山核桃樹所組成的穩(wěn)定的頂級生物群落形成。相比，原生演替則要經(jīng)歷上千年才能達到頂級群落。120但次生群落演替必須具備兩個條件才能進行：種子來源土壤 若是這兩個條件不具備，即使氣候條件允許，次生演替也難以進行。如熱帶森林遭破壞后就很難恢復，就是由于高溫多雨地區(qū)繁殖體很快腐爛，土壤也因雨水沖刷而迅速變得貧瘠。再如北方草原沙漠化后也很難恢復。同樣也是缺少這兩個基本條件。121四、群落演替的趨勢 群落演替是有一定順序、一定方向的，即由低級到高級、由簡單到復雜，最終達到與環(huán)境相對平衡的穩(wěn)定群落頂級群落。 群落演替一般要經(jīng)歷幾個

26、時期：先鋒期、過渡期和頂極期，與此對應的各時期出現(xiàn)的物種分別稱為先鋒種、過渡種（演替種）和頂級種。122 物種有序地更替，且不斷增加，結(jié)構(gòu)趨于復雜。群落內(nèi)結(jié)構(gòu)分層現(xiàn)象更明顯；生態(tài)位增多，食物鏈關系復雜，形成食物網(wǎng)。由k對策生物替代r對策生物。 總生物量、呼吸消耗量隨演替而增加，凈初級生產(chǎn)量減少。但生物現(xiàn)存量以頂級群落最高。 由于物種的多樣性，物質(zhì)循環(huán)的封閉性增強，生態(tài)系統(tǒng)保持養(yǎng)分能力增強。 產(chǎn)生的次生代謝物增多，能調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展和種間關系；再加上物種多樣性形成的復雜營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，群落的穩(wěn)定性隨演替的進行而提高。123五、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的群落演替1、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是在每年翻耕的裸地上重新種植一年生或多年生

27、的作物，是翻耕地上開始的次生演替，處于演替的初級階段。2、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生物現(xiàn)存量雖然不大，但凈生產(chǎn)量很高，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的就是為了獲得大量的初級產(chǎn)品。3、為維持這一階段，不使群落繼續(xù)發(fā)生演替，必須通過增加能量投入，人為干涉，保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。4、一旦停止人類干預，會迅速地轉(zhuǎn)入次生演替，向灌叢和喬木群落發(fā)展。124第四節(jié) 生物多樣性與生態(tài)安全一、生物多樣性二、生物入侵三、生物安全125一、生物多樣性 (一)、生物多樣性的基本概念生物多樣性（biological diversity）是指生物中的多樣化和變異性以及生境的生態(tài)復雜性。生物多樣性一般有三個水平：遺傳多樣性：指地球上全部生物個體中所包

28、含的遺傳信息的總和；物種多樣性：指地球上生物有機體的多樣化；生態(tài)系統(tǒng)和景觀多樣性：是指生物圈中生物群落、生境與生態(tài)過程的多樣化。126127（二）生物多樣性的價值直接價值間接價值潛在價值1281、直接價值 （Direct Value）直接價值包括實物型直接價值和非實物型直接價值。實物型直接價值是指人們直接收獲和使用生物資源所形成的價值。人類直接從自然界收獲和消費的水果、薪柴、木材、肉類、動物皮毛、藥材等。人類從生物資源產(chǎn)品開發(fā)的其他商品，市場價格往往比其自身價值高出很多倍。非實物型直接價值是指雖然無實物形式，但為人類提供直接的非消耗性利用。如生態(tài)旅游，以文學作品、舞臺藝術(shù)、影視圖片等為載體的文

29、化享受。1292、間接價值（Indirect Value）包括生態(tài)系統(tǒng)服務和生態(tài)平衡價值、資源及基因庫價值、存在價值、科學價值、教育價值、美學價值等等。1301）生態(tài)系統(tǒng)服務及生態(tài)平衡價值是指生態(tài)系統(tǒng)的功能價值和對環(huán)境的服務價值。國外常稱為“環(huán)境的公益效能”。對維持生物圈的生態(tài)平衡和穩(wěn)定具有重要作用。光合作用：中國陸地生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的有機物的價值大約為23300億元/年。保持水循環(huán)：森林涵養(yǎng)水源，濕地均化洪水。營養(yǎng)元素的儲存和循環(huán)：我國陸地每年固定的氮86.6106 t；磷8.52106 t ；鉀49.09106 t 。污染物的吸收和降解。1312）資源及基因庫價值保護生物資源，可以為人類引種

30、馴化野生動物，培育農(nóng)作物、家禽、家畜的新品種提供更多的可供選擇的機會。例如：太平洋紫杉、野生西紅柿、多年生的玉米132紅豆杉133國家作物種質(zhì)庫134國家作物種質(zhì)庫內(nèi)的種子1353）存在價值一些物種的存在，能為所在地區(qū)的人民帶來某種榮譽感或心理上的滿足。例如：大熊貓、金絲猴、褐馬雞、黑頸鶴，白冠長尾稚等。國鳥：美國：白頭海雕；印度：藍孔雀；荷蘭：白琵鷺136大熊貓137金絲猴138褐馬雞139黑頸鶴140白冠長尾稚141白頭海雕142藍孔雀143白琵鷺1444）科學價值生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性可作為生態(tài)、生物、地理、地質(zhì)、地貌、水文、氣象、醫(yī)藥、人文歷史等多學科的研究對象和基地，更是生態(tài)和環(huán)

31、境監(jiān)測的理想基點。大多數(shù)的生物在科學上都有重要的研究價值。目前，生命科學的試驗材料主要是各種類型的生物。一些物種在生物演化中占有十分重要的地位。例如：1938年在科摩羅群島海域所發(fā)現(xiàn)的矛尾魚。145矛尾魚146銀 杏1475）教育價值學生們在海南島熱帶植物園參觀學習學生們在自然博物館參觀1486）美學價值149文化價值150 3、潛在價值潛在價值也叫選擇價值，是指人類對生物多樣性的將來利用。這種利用包括將來的直接利用和間接利用。目前人類所記錄到的生物物種170萬種。還有大量的生物種沒有被定名。很多物種的功能、特性還沒有被人們所了解，他們都具有潛在價值。151（三）生物多樣性的喪失當前人類正面臨

32、人口迅速膨脹、糧食壓力日益嚴重、資源短缺、能源供應緊張、生態(tài)環(huán)境日趨惡化等全球性五大難題。而上述問題又毫無例外地都與生物多樣性的全球性銳減有關。152隨著世界農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和工業(yè)中生物資源的利用日甚，全球生物多樣性正以空前速度迅速喪失，已威脅到人類生存與發(fā)展的基礎。全球每年有1700萬公頃的熱帶森林被砍伐。而熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)是地球上生物多樣性最集中的地區(qū)，占地球陸地表面7%的熱帶森林賦存著地球上一半的生物體。153在過去的400多年間，地球上約有2%的哺乳動物、1.2%鳥類滅絕，另有10%的哺乳動物處于瀕危境地?？茖W家們估計，照以上速度，在未來30年里大約有5%-10%的熱帶森林物種面臨滅絕的威脅

33、。而其中在世界24萬種植物中，大約有6萬種將滅絕。脊椎動物和昆蟲的滅絕可能會更高。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的一份報告估計，到2050年，地球上物種的25%將有滅絕的危險。154生物多樣性的喪失必然減少生物圈中的生態(tài)關聯(lián)，使生命支持系統(tǒng)的重要組成部分-生態(tài)系統(tǒng)的功能(承載力、恢復力和抗干擾能力)失衡，物質(zhì)循環(huán)受阻，間接影響全球性氣候變化，進而惡化人類生存環(huán)境，限制人類生存與發(fā)展的機會，甚至直接嚴重威脅人類生存的基本條件。155綠色革命的負面：物種大量絕跡世界農(nóng)業(yè)正面臨著一個嚴重的問題。自本世紀開始以來，全世界已有75的農(nóng)作物品種絕跡。在歐洲，1900年存在的家畜品種中，將近半數(shù)已經(jīng)絕跡。剩下品種中的1

34、/3也將在20年后絕跡。從糧農(nóng)組織近期發(fā)表的世界觀察統(tǒng)計表來看，在已知的大約4000種家禽家畜中，有1000種面臨絕種的威脅。156這種情況恰恰是現(xiàn)代技術(shù)進步的副產(chǎn)品：農(nóng)場主為了追求最高的產(chǎn)量和效益，總是喜歡把力量花在效益最高的品種上，這就使得越來越多的動植物品種被拋棄。具有極大諷刺意義的是，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)物種的減少，是工業(yè)化世界對付全球饑餓的努力養(yǎng)活這個星球有史以來最多人口的遺傳工程、綠色革命帶來的令人遺憾的副產(chǎn)品。綠色革命的消極作用是消滅了成千上萬的物種。157世界糧農(nóng)組織植物基因資源委員會的官員何塞埃斯基內(nèi)斯阿爾卡薩說：“假如我們不能保護剩下的這些物種，我們就是在拿未來作抵押”。今天正在興

35、起的生物技術(shù)可以改進物種，儲存有用的基因，但是糧農(nóng)組織的專家擔心如果沒有保存，生物技術(shù)可能引起一場令人痛心的物種滅絕的新浪潮。158二、生物入侵（一）生物入侵的概念1、本地種（Native species）：是指自然起源于一定特定區(qū)域的物種?；蛑甘鲿r代前，沒有人類干擾就到達某一地方的物種。2、外來種（Exotic species）：是指借助于外力作用而越過不可自然逾越的空間障礙，在原產(chǎn)地之外的新棲息地生長繁殖，并建立穩(wěn)定種群的物種。3、引進種（Introduced species）：是指人為有目的的引進栽培、馴養(yǎng)或釋放到野生地自然生長的生物種類。4、入侵種（Invasive species）

36、：是指外來種中的一些種類在新棲息地發(fā)生爆炸性的生長繁殖，往往失去控制，這些外來種被稱為入侵種。159生物入侵（Biological invasion）：也稱生態(tài)入侵（Ecological invasion），是指外來物種因為偶然的機會進入某一適宜其生存和繁殖的地區(qū)，其種群數(shù)量不斷增加、分布區(qū)逐步擴展的過程。生態(tài)入侵（Ecological invasion）：是指由于人類有意或無意地把某種生物帶入適宜其棲息和繁衍的地區(qū)，種群不斷擴大，分布區(qū)逐步穩(wěn)定的擴展，改變當?shù)氐纳锶郝洌茐漠數(shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。160紫莖澤蘭入侵我國云南紫莖澤蘭，原產(chǎn)于中美洲紫莖澤蘭隨風飄揚的冠毛帶著草籽沿鐵路、公路、江河進入涼

37、山境內(nèi)。人們的鞋底、衣服、車輪以及河水中都可能帶著某些紫莖澤蘭的草籽。這種草籽重不到0.45克，肉眼幾乎看不到它。一叢紫莖澤蘭含有70萬粒成熟的種子。它還能進行無性繁殖。它對環(huán)境的適應能力極強，無論在干旱貧瘠的荒坡脊地、墻頭、巖坎，在石縫里也能生長。每年以30公里的速度向北推進。一旦有了紫莖澤蘭，陽光、水分、肥料就都是它的了，什么草也爭不過它。它進入香蕉林，樹都矮了1米，進入花椒林、桑樹林，花椒和蠶繭當年就減產(chǎn)8%。161紫莖澤蘭（Eupatorium Adenophorum ） 162“植物殺手”微甘菊微甘菊原產(chǎn)于中、南美洲，它攀上灌木和喬木后，會迅速覆蓋整株樹木，使其光合作用受到破壞并窒息

38、死亡。整株樹將全部腐爛，連“尸體”都找不到，因此薇甘菊的危害極大。特別值得指出的是，這種薇甘菊繁殖很快，它的種子可以借助風力進行遠距離傳播，并且有無性繁殖能力，尤其在溫暖潮濕的氣候條件下，繁衍更是迅速。所以一顆八九米高的大樹，要不了一年就會被它覆蓋而死。163薇甘菊入侵伶仃島1996年入侵我國廣東深圳伶仃島（面積約4700ha）的薇甘菊，造成災害性危害面積超過800ha。目前，薇甘菊已在廣東省境內(nèi)蔓延開來，并逐步向周邊地區(qū)擴散。164微甘菊 （Mikania micrantha）165166食人魚又名食人鯧，原產(chǎn)亞馬遜河。它們體形小巧，一般為25cm左右，色彩美麗，擁有墨綠色的魚背，淺綠色的魚

39、體，火紅色的腹部，性格極為殘暴。食人魚長著鋒利的牙齒，一旦被咬的獵物溢出血腥，它就會瘋狂無比，用其鋒利的尖齒，像外科手術(shù)刀一般瘋狂地撕咬切割，直到剩下一堆骨骸為止?！笆橙唆~”分布區(qū)擴展167食人魚168169170171（二）生物入侵的途徑和方式1、人為有意識的引進水葫蘆，學名鳳眼蓮，原產(chǎn)于南美洲，約于20世紀30年代作為畜禽飼料引入我國，并曾作為觀賞和凈化水質(zhì)植物推廣種植，后逸為野生。現(xiàn)廣泛分布于華北、華東、華中及華南大部分省市，在河流，湖泊和水塘中。其無性繁殖速度極快，往往形成單優(yōu)群落。172水葫蘆173174大米草入侵我國20世紀60、80年代從英美等國引進的旨在保護沿海灘涂的大米草，近

40、年來在沿海地區(qū)瘋狂擴散，覆蓋面積越來越大，已到了難以控制的局面。至1996年，全國的大米草總面積估計在1013萬ha以上。肆意蔓延的大米草，破壞近海生物的棲息環(huán)境，使沿海養(yǎng)殖的多種生物窒息死亡，還會擁堵航道，影響航運和海水的交換能力。175大米草1762、隨輪船壓倉水進入如分布于我國海域沿岸的一些有害赤潮生物，主要有血紅裸甲藻、具尾鰭藻等，這些有毒的藻類，絕大部分是廣布種，在海洋生態(tài)環(huán)境中適應性強，傳播快，分布廣，對漁業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害。1771783、人們無意識帶入如加拿大一枝黃花（Solidago canadensis），適應性極強，能夠在惡劣環(huán)境中瘋長，排擠其他物種，目前已在上海地區(qū)隨

41、處可見，難以根除。179一枝黃花180 4、貿(mào)易產(chǎn)品中夾雜植物種子或繁殖體如一年蓬，毒麥等，在我國已成為廣布的農(nóng)田有害雜草。它們危害農(nóng)作物的生長，影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。181一年蓬182毒 麥1835、植物種子或繁殖體借風或動物自然擴散如飛機草，紫莖澤蘭等，這兩種植物約在20世紀50年代末從中緬，中越邊境經(jīng)自然擴散傳入我國，現(xiàn)已廣泛分布于云南、廣西、貴州、四川等許多地區(qū)。僅云南一省目前發(fā)生面積大約2470ha。目前，這兩種植物正嚴重威脅我國生物多樣性的關鍵地區(qū)之一西雙版納自然保護區(qū)內(nèi)的許多物種的生存和發(fā)展，并且以每年160km的速度向北推進，難以控制。184飛機草185（三）生物入侵的危害破

42、壞資源；毒害牲畜；危害人類；惡化環(huán)境；生態(tài)安全問題。186豚草擴散蔓延，現(xiàn)已分布到東北、華北、華東和華中地區(qū)的15個省市，產(chǎn)生的花粉是引起人類花粉過敏癥的主要病原物，可導致“枯草癥”。福壽螺是人畜共患的寄生蟲病的中間宿主；麝鼠可傳播野兔熱，極易給周圍居民帶來健康問題。紫莖澤蘭含有的毒素易引起馬匹的氣喘病，僅1979年在云南的52個縣179個鄉(xiāng)，發(fā)病馬5015匹，死亡3486匹，甚至造成“無馬縣”，牛羊也因缺可用飼料，數(shù)量銳減。187豚草（Ambrosia artemisiifolia ） 188福壽螺189190191192193（四）、生物入侵的綜合治理對策我國是生態(tài)入侵受害較重的國家，外來

43、入侵物種已對中國生物多樣性和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，也給農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)和旅游業(yè)等造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，到目前為止中國大約已有37個外來入侵動物種，90個外來入侵植物種。中國環(huán)保部2003年公布了16種危害最大的外來入侵物種，分別為紫莖澤蘭、薇甘菊、空心蓮子草、豚草、毒麥、大米草、飛機草、鳳眼蓮、假高粱、蔗扁蛾、濕地松粉蚧、強大小蠹、美國白蛾、非洲大蝸牛、福壽螺、牛蛙等。 194完善預防和阻止外來有害生物入侵的檢測技術(shù)；發(fā)展外來入侵生物初始種群的野外檢測技術(shù)和大面積蔓延的檢測技術(shù)（如遙感監(jiān)測、雷達監(jiān)測等）；發(fā)展消滅或控制外來有害生物的技術(shù)和方法；發(fā)展有害生物（包括有意識引進的物

44、種）的環(huán)境影響與風險評估研究；加強被入侵生態(tài)系統(tǒng)恢復的研究。生物入侵的綜合治理對策195三、生物安全（一）生物安全的概念生物安全是指現(xiàn)代生物技術(shù)的研究，開發(fā)、應用以及轉(zhuǎn)基因生物的跨國越境轉(zhuǎn)移，可能會對生物多樣性，生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生潛在的不利影響，特別是各類轉(zhuǎn)基因活生物體釋放到環(huán)境中，可能對生物多樣性構(gòu)成潛在的風險與威脅。196近代的生物技術(shù)、尤其是70年代初重組DNA技術(shù)建立以來，發(fā)展非常迅速，已經(jīng)或即將在醫(yī)藥、農(nóng)林、輕工、環(huán)境保護等方面起到重要的作用。不少人認為生物技術(shù)將是未來10年高新技術(shù)發(fā)展的十大重點技術(shù)之一，更有人認為生物技術(shù)是解決21世紀不斷膨脹的人口，特別是發(fā)展中國家人民的糧食問題的關鍵技術(shù)。生物技術(shù)的潛在危險197但任何事物都應一分為二，高新技術(shù)的發(fā)展也同樣如此，專家對此技術(shù)潛在的生物學和生態(tài)學危險提出了質(zhì)疑。