中国生物多样性研究的30个核心问题

在联合国《生物多样性公约》生效30年和《生物多样性》创刊30周年之际, 我们通过问卷调查从281名中国研究人员收集到763个生物多样性相关的研究问题, 通过归纳与整理, 并参考英国生态学会提出的100个生态学基本问题, 从中筛选出30个核心问题。这些问题涉及7个方面: 演化与生态(6个问题)、种群(4个问题)、群落与多样性(7个问题)、生态系统与功能(3个问题)、人类影响与全球变化(4个问题)、方法与监测(4个问题)、生物多样性保护(2个问题)。前5个方面主要聚焦在物种形成、生物多样性维持等的关键过程与机制、生物多样性与生态功能关系、全球变化对生物多样性的影响机制等, 第6方面主要涉及生物监测与预测、数据共享等, 第7方面涉及多样性保护、自然与人类健康关系这两个与公众息息相关的重要话题。这30个问题的筛选难免存在偏颇, 希望能以此为契机, 促进我国生物多样性研究人员对本领域核心问题的深入思考与探讨。     

生物多样性监测指标体系构建研究进展

生物多样性监测是为确定与预期标准相一致或相背离的程度,而对生物多样性进行定期或不定期的监视,目前已成为生物多样性研究和保护的热点问题。生物多样性监测指标则是一些简化的生物或环境特征参数,说明生物多样性现状和变化趋势,以及人类活动压力对生物多样性的影响,以促进科学界、政府和公众间的沟通,提高生物多样性管理水平。近10年来,国际组织、政府机构和各国学者对生物多样性指标体系的构建进行了大量的探索工作,取得了很多进展,其中有些指标已经应用于实际监测项目。本文综述了生物多样性监测指标筛选的一般标准和指标体系构建的主要理论,梳理目前已提出或应用的主要生物多样性监测指标,以期为我国构建国家或区域尺度生物多样性监测指标体系提供参考。在此基础上分析提出：生物多样性概念的泛化、指标含义模糊以及知识和数据的缺乏是构建生物多样性监测指标的主要困难。我国未来的生物多样性监测指标体系构建需要关注以下两个方面：（1）紧密联系实际,构建适应性的监测指标体系,加强对典型生态系统区域的监测;（2）发展经济社会发展方面的指标,分析生物多样性变化的驱动力,为生物多样性保护和区域可持续发展提供科学依据。     

生物多样性与生态系统稳定性研究进展

生物多样性和生态系统稳定性之间的关系是生态学的热门话题。围绕这一主题,文章回顾了其研究历史及学术界的不同观点,阐述了目前在理论和实验领域的主要工作结果、研究进展和存在问题。理论方面,由于生物多样性和生态系统稳定性的概念是复杂而多层面的,导致二者之间的关系仍然是复杂多样的。实验方面,已有实验仅仅强调了少数几种类型的多样性和稳定性,对多样性—稳定性关系的揭示有限。在生物多样性和生态系统功能的研究中,重要的不只是结论,还应包括其中所隐含的机制。未来的主要挑战是搞清生物多样性动态、生态系统过程和无机因子如何相互作用。     

喀斯特峰丛洼地不同类型森林群落的组成与生物多样性特征

不同退化程度石漠化生态重建的关键是恢复植被, 提高土地生产力。本文基于动态监测样地(200 m × 40 m)植被的全面调查, 研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林群落木本植物的组成与生物多样性特征。结果表明, 3类森林的物种组成分别为26科52属65种、33科68属100种和43科91属123种, 常绿物种分别占41.54%、47.00%和52.85%; 科、属、种和生活型组成复杂, 优势科或种明显, TWINSPAN分类第3级水平上可分别划分为8、9和8个群落类型。原生林多样性和结构性指标均高于人工林和次生林, 人工林的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度、冠幅、胸径和树高均高于次生林, 而种类、密度和盖度则低于次生林。不同类型森林群落特征不同, 应采取相应的经营策略。     

环境RNA技术在水生生物监测中的应用

生物监测是开展生物多样性保护的基础性工作, 同时也是评估生物多样性保护进展的有效途径。传统的水生生物监测以样品采集与形态学鉴定为基础, 耗时耗力且效果不佳, 已无法满足现阶段大尺度的持续性生态调查需求。随着分子生物学技术的发展, eRNA技术被引入水生生物监测这一领域, 并被应用于物种监测、病原体监测以及生物多样性评价等方面, 且表现出了极大的应用潜力。然而, eRNA技术的发展仍处于概念验证阶段, 其生态学过程不明确、技术的操作流程不规范与转录组数据库的匮乏等诸多技术上的瓶颈制约着eRNA在水生生物监测中的推广与规范使用。鉴于此, 本文首先简要介绍eRNA技术, 而后详细阐述其操作流程与在水生生物监测中的应用现状, 并在此基础上着重探讨了eRNA技术在生物监测领域内所具有的优势(能够进一步提高生物监测的精度与挖掘出更多的相关信息)与面临的挑战(eRNA的生态学过程不明确、技术流程不规范以及转录组数据库匮乏), 最后对该技术在水生生物监测中的最新发展方向(eRNA的生态学过程探究、技术流程的标准化以及数据库的完善等)进行了展望, 试图通过本文为eRNA技术在水生生物监测中的规范使用提供参考。     

高寒草甸植物群落功能属性与土壤细菌多样性关系

理论预测植物多样性与土壤理化因子共同影响土壤微生物多样性时空变化.大量研究发现,植物物种多样性与土壤微生物多样性之间相关性不强.本研究在青藏高原高寒草甸三个研究点,调查了4个不同生境植物群落组分种的关键功能性状,分析了土壤细菌多样性变化与植物群落功能组成(群落水平性状值)和结构(性状多样性)变异间的关系.结果表明,土壤...     

长期氮添加对典型草原植物多样性与初级生产力的影响及途径

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响, N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标, 然而, 关于长期N添加下草原物种多样性与功能多样性的关系, 及其对初级生产力的影响途径及机制, 尚不十分清楚。为此, 该研究依托在内蒙古典型草原建立的长期N添加实验平台, 实验处理包括1个完全对照(不添加任何肥料)和6个N添加水平(0、1.75、5.25、10.50、17.50和28.00 g·m^-2·a^-1), 研究了长期N添加对典型草原物种多样性、功能多样性和初级生产力的影响大小及途径。结果表明: 1) N添加显著降低了典型草原的物种丰富度和Shannon-Wiener指数, 但对功能多样性(包括功能性状多样性指数和群落加权性状值)无显著的影响。2)结构方程模型分析表明, 功能多样性主要受物种丰富度的影响, 但是物种多样性减少并没有导致功能多样性降低, 其原因主要是功能群组成发生了改变, 即群落内多年生根茎禾草所占比例显著增加, 以致群落加权性状值变化不大。3) N通过影响物种丰富度和功能群组成, 间接影响群落加权性状值, 进而影响群落净初级生产力。其中, 群落加权性状值是最重要的影响因子, 可解释48%的初级生产力变化, 表明初级生产力主要是由群落内优势物种的生物量及功能性状所决定, 因此该研究的结果很好地支持了质量比假说。     

中国土壤微生物多样性监测的现状和思考

土壤微生物多样性研究是整个生态系统研究中最薄弱的环节之一。高通量测序技术和生物信息学方法的快速发展极大地促进了土壤微生物多样性监测研究的深度和广度。目前世界范围内已经开展了一些综合的微生物多样性研究计划, 如地球微生物计划。这些计划存在的主要问题是缺少动态的监测、研究方法不统一、数据整合困难等。中国土壤微生物多样性监测网(Soil Microbial Observation Network, SMON)是中国生物多样性监测与研究网络(Chinese Biodiversity Monitoring and Research Network, Sino BON)的重要组成部分, 本文中我们对该监测网的建设提出了一些思考。在监测布局上建议选择我国南北水热梯度下的森林生态系统、东西降雨梯度下的草原生态系统、典型湿地生态系统及重要农田生态系统, 同时依托现已建成的生物多样性监测网络观测点或大样地, 布设监测样点, 利用现代环境基因组学和生物信息学技术, 重点围绕土壤微生物群落和功能基因组的组成与多样性, 开展长期定点的动态监测。监测的结果将以名录、数据集或图鉴的形式发布, 包括中国典型生态系统中土壤细菌、古菌、真菌与地衣、土壤宏基因组和重要功能基因的组成和多样性等数据, 同时建设土壤生物大数据平台, 达到监测数据的储存、查询、分析、下载、成图的功能。通过土壤微生物多样性监测, 将阐明我国重要森林、草地、湿地、农田生态系统中土壤微生物组成、多样性、功能基因的时空变化特征和驱动机制, 建立土壤微生物多样性变化与生态系统功能的关系及相关的模型, 预测全球环境条件变化下土壤微生物的演变规律, 为土壤微生物多样性资源的保护和利用提供科学依据。     

中国森林生物多样性监测: 科学基础与执行计划

中国森林生物多样性保护和恢复措施的制订依赖于生物多样性的监测信息。设计一个有效的生物多样性监测网络是一项复杂的系统工程。监测网络的设计框架可分为监测目标、监测对象、监测指标、取样策略、数据采集和处理、网络维护以及组织工作等几个部分。目前, 国际上已有5个得到广泛认可的生物多样性监测网络, 包括地球观测组织-生物多样性监测网络、全球森林监测网络、热带生态评估与监测网络、泛欧洲森林监测网络和亚马逊森林清查网络, 它们的监测目标、监测内容和方法、样地布局及部分监测成果各有特色。我们试图在全国生物多样性监测、森林资源清查和森林生态系统定位研究的基础上, 通过网络布局、建设和运行, 形成中国森林生物多样性监测网(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network, Sino BON-CForBio)及其监测规范体系。该网络的科学目标是, 在全国尺度上研究不同典型地带性森林的生物多样性维持机制、监测森林生物多样性变化并阐明其机理、研究生物多样性变化的效应。该网络布局以《中国植被区划》中的森林植被区划成果作为顶层设计和监测样地选择的核心依据, 设计了4个层级的监测系统; 其监测指标体系以生物多样性核心指标为主, 并结合我国传统森林群落调查方法进行拓展; 预期建成国家水平上的森林生物多样性监测网络, 阐明森林生物多样性维持机制和生物多样性变化的效应, 同时对重大生态保护工程的生物多样性保护效果进行有效性监测和验证型监测。     

Ecological impacts of tropical forest fragmentation: how consistent are patterns in species richness and nestedness?

Large areas of tropical forest now exist as remnants scattered across agricultural landscapes, and so understanding the impacts of forest fragmentation is important for biodiversity conservation. We examined species richness and nestedness among tropical forest remnants in birds (meta-analysis of published studies) and insects (field data for fruit-feeding Lepidoptera (butterflies and moths) and ants). Species-area relationships were evident in all four taxa, and avian and insect assemblages in remnants typically were nested subsets of those in larger areas. Avian carnivores and nectarivores and predatory ants were more nested than other guilds, implying that the sequential loss of species was more predictable in these groups, and that fragmentation alters the trophic organization of communities. For butterflies, the ordering of fragments to achieve maximum nestedness was by fragment area, suggesting that differences among fragments were driven mainly by extinction. In contrast for moths, maximum nestedness was achieved by ordering species by wing length; species with longer wings (implying better dispersal) were more likely to occur at all sites, including low diversity sites, suggesting that differences among fragments were driven more strongly by colonization. Although all four taxa exhibited high levels of nestedness, patterns of species turnover were also idiosyncratic, and thus even species-poor sites contributed to landscape-scale biodiversity, particularly for insects.     

刈割、围封、放牧三种利用方式下草原生态系统的多功能性与植物物种多样性之间的关系

随着全球变化对生物多样性的影响不断加剧, 生物多样性与生态系统功能之间相互关系(BEF)的研究显得极为重要。过去的20多年, BEF的研究大多集中在对物种多样性与单一或少数生态系统功能之间关系的探讨, 但生态系统最为重要的价值是同时维持多种服务和功能的能力, 基于此, 该文首次在国内引入近年来不断完善的生态系统多功能性(multifunctionality)的概念, 并对目前主流的评价方法进行了改进, 从而对内蒙古三种利用方式(刈割、围封、放牧)下的草地群落进行了多功能性评价, 并探讨了多功能性与物种多样性之间的关系。结果显示本研究改进的方法和目前主流方法评价得出的多功能性指数在样方和样地尺度上都有很高的相关性(R² = 0.6956, p < 0.0001; R² = 0.9231, p < 0.0001), 表明该文作者改进后的方法是可靠的。重度放牧的草地群落物种多样性水平最低, 绝大多数土壤功能指标较差, 表现出退化特征; 7年的围封和刈割群落均有较高的物种多样性水平和改善的土壤功能指标; 三者的多功能性指数为刈割(0.2178) >围封(0.0704) >放牧(-0.8031)。植被样方主要沿水肥梯度分布; 多样性指数中, 均匀度指数(Pielou index)和丰富度指数(Margelf index)对多功能性的影响作用最大, 均为样方尺度(R² = 0.1871, p < 0.0001; R² = 0.1601, p < 0.0001)小于样地尺度(R² = 0.5921, p = 0.0093; R² = 0.7499, p = 0.0007), 有尺度依赖性; 多功能性在样方和样地尺度上均与物种均匀度呈线性正相关关系, 而与物种丰富度呈单峰曲线关系。该文研究结果表明, 相对于重度放牧和围封, 刈割更有利于维持该地区生态系统的多功能性; 物种丰富度适中且物种分布均匀的生态系统可能有更好的多功能性。