生物多样性信息资源.Ⅰ.物种分布、编目、系统发育与生活史性状

物种分布、编目、系统发育与生活史性状等是生物多样性研究的数据基础,在物种起源与进化、生物多样性保护等研究中发挥着重要作用。近年来,大量数据共享平台的建设极大地促进了生物多样性信息学的蓬勃发展,但这些海量的、高异构性的数据资源也使得研究人员无从下手。如何高效选择和有效利用这些资源,成为生态学家和保护生物学家面临的一大挑战。针对现有的生物多样性数据零散分布的现状,本文将这些数据从物种分布、编目、系统发育与生活史性状4个方面进行整理,分别选取一些代表性的数据库如:全球生物多样性信息网络(GBIF)、世界植物种名录(The Plant List)、Open Tree of Life、植物性状数据库(TRY),对其数据类型、采集方式、范围、获取方式等进行描述,并对相关研究成果进行简要介绍。在各部分中,针对我国生物多样性数字平台的构建等方面的工作与成果,我们也进行了简要描述。通过这些数据资源的整理,希望为研究人员了解和使用这些数据库提供桥梁和纽带,能够进一步促进国内研究人员对这些数据库的有效利用,并通过科研人员与公众等的参与,促进数据共享平台的构建与完善,进一步推动生物多样性的研究和保护领域的发展。     

塘生态系统结构与功能的研究进展

塘是陆地上常见的一类极小型静水水体,具有面积小、水体浅、数量多、分布广等特点,是陆域淡水生态系统重要组成部分。由于空间上不易识别,其在生态系统中的功能往往被忽视。本研究对塘系统的国内外研究进展进行综述,明确了塘的基本概念,论述了塘系统的非生物要素、生物要素及环境关系,基于塘生态功能的探讨,提出:(1)塘系统物质循环率高,常利用氧化塘净化水体,在全球陆地系统碳、氮循环中具有潜在作用;(2)塘群系统是重要的生物生境,在维持区域生物多样性方面具有重要意义,种-面积关系、生境异质性以及相邻生态系统特点被认为是塘生态系统中生物多样性的主要驱动因素;(3)作为地表洼地系统,塘具有水源涵养与水土保持功能,在雨水收集、泥沙拦截等方面发挥重要作用。基于此,本研究提出了未来研究需重视的3个方面:变化环境下的塘系统生物地球化学循环特征;生物多样性本底数据积累与维持机制;水源涵养与水土保持功能在生态修复工程中的应用。塘生态系统可作为应对未来环境变化的重要生态系统。     

山地河流壶穴生态系统研究进展

壶穴是河流生态系统中的特殊生境之一,具有结构简单、边界明确、食物链简短、生境易控制等特点,常被作为生态学理论、进化理论和生物气候学等相关研究的模式系统.本文概述了山地河流壶穴的生境特点(水文、理化性质)、生物群落(生物多样性、环境因子)、食物链(竞争、捕食、寄生等)等,分析了壶穴生态系统与河流生态系统在水文特征、生物群落和食物链等方面的差异,指出了我国对壶穴的水文特征、理化性质、食物链以及环境因子对壶穴内生物多样性和功能群影响的研究尚存在不足或空白,最后提出了壶穴生态系统未来研究的方向和建议.     

国家标本资源共享平台(NSII)支撑生物多样性科学研究的成效分析

随着生物多样性信息学的迅速发展,越来越多开放的生物数据可供科研人员使用。以一个公开数据平台为例分析我国生物多样性领域的研究热点与发展趋势,有助于生物多样性工作者和决策者及时了解我国生物研究的现状及动向,为生物多样性建设提供决策支持。该文以“国家标本资源共享平台(NSII)”及相关词为检索对象,对中国知网和谷歌学术上2013—2023年间的文献进行全文检索,共检索出1 070篇NSII支撑的文献,包括期刊论文(822篇)、学位论文(233篇)、科普文章(5篇)、会议文章(6篇)和报道(4篇)。基于NSII支撑的822篇期刊论文,通过文献计量学的手段和方法,从发文情况、研究主题与热点、研究机构等方面探究NSII支撑的生物多样性研究现状、热点与态势。关键词共现网络图谱分析结果显示,基于数据平台的生物多样性研究热点集中在物种分布分析和建模、气候变化、分类学、生物多样性研究、研究平台建设五个方面。当前我国生物多样性信息学领域发展较快,未来仍需从数据源建设、资源整合、共享能力、业务能力和国际合作等方面努力提升,持续推动生物多样性科学研究的发展。     

生物多样性信息学研究进展

生物多样性信息学是一门蓬勃发展的新学科。它将现代的信息技术带入生物多样性及其相关学科的研究领域。它在生物多样性基础数据的数字化、模型工具和各种工具软件的开发、数据整合, 以及全球、地区和国家尺度生物多样性信息网络等多个方面的发展, 向我们展示了未来在全球范围内自由、免费共享生物多样性数据和信息, 以及人们行动起来共同关注、调查与监测野外生物多样性的前景。目前, 已有大量数字化的物种编目、标本馆标本、多媒体影像、研究文献等生物多样性基础信息可以通过互联网检索和利用。其中, 最值得关注的是一些成功的国际性研究项目, 如物种2000、全球生物多样性信息网络、生命条形码以及网络生命大百科全书。这些项目的成功不仅体现在对大量基础信息和数据的发布, 而且它们通过与生物多样性信息标准TDWG(Biodiversity Information Standards: TDWG)的合作, 推动了达尔文核心标准(Darwin Core)等一些重要的生物多样性信息标准的应用, 以及地区和国家性生物多样性信息节点的建立, 这些都为将来全球范围生物多样性信息的共享和数据交换奠定了重要基础。在数字化信息的基础上, 研究人员也开发了一些在特定研究领域应用的数据挖掘和模型工具, 例如基于数字化标本的地理分布预测工具MAXENT, 分类学专家知识管理的LifeDesk。公民科学理念的发展则向我们展示了公众和科学爱好者广泛参与以互联网为基础的生物多样性信息学研究活动。因此, 生物多样性信息学的发展前景广阔, 它将为我们实现全球保护战略目标, 应对生物多样性危机, 解决全球气候变化条件下生物多样性资源管理和利用建立坚实的信息基础。     

龙羊峡水库鱼类多维多样性空间分布格局

为了解龙羊峡水库鱼类多维多样性现状及空间分布格局,于2022年6月对龙羊峡的鱼类进行了调查,并结合鱼类物种出现与否、个体数和生物量3种数据类型对龙羊峡鱼类物种多样性、系统发育多样性和功能多样性现状及空间分布进行了研究。调查共采集鱼类2416尾, 94.24 kg,经鉴定有鱼类19种,隶属于4目7科17属,其中土著鱼类8种,外来鱼类11种。与历史调查相比,龙羊峡的土著鱼类减少,而外来种显著增加。基于3种数据类型计算的物种多样性、系统发育多样性和功能多样性分布结果存在差异,所以在研究鱼类生物多样性时应该结合多种数据类型对其进行综合评估。具体来看,龙羊峡物种丰富度分布呈现出库首>库尾>库中的特征,但个体数和生物量从库尾至库首逐渐减少; 3种数据类型计算出的鱼类系统发育多样性均在库中最高;基于物种出现与否和个体数两种数据类型计算的功能多样性均在库尾较高,而基于生物量数据计算的功能多样性则在库首较高。回归分析表明,龙羊峡鱼类系统发育多样性受外来物种显著影响,而物种多样性和功能多样性的变化与距大坝距离和外来种数量之间均不相关。     

生物多样性产品价值实现的路径与制度安排——国外生物多样性银行经验借鉴与启示

实现生物多样性价值是激励保护者保护生物多样性、构建保护者与受益者的良性互动关系、推动生物多样性保护、实现经济社会可持续发展的重要手段。美国、澳大利亚等国家通过实施生物多样性银行制度,借助市场力量交易生物多样性信用,实现生物物种的价值,实现了生物多样性保护目标。在明确生物多样性概念和价值的基础上,系统梳理了国外生物多样性银行制度的产生与发展、生物多样性银行的设立与运营,重点阐释了如何交易“生物多样性信用”。在此基础上,总结生物多样性银行制度对我国的经验借鉴,并从制度保障、市场体系构建和保护绩效评价三方面提出我国建立生物多样性银行的政策建议。研究结论可为我国推动生物多样性产品价值实现提供参考与借鉴。     

四川省生物多样性基础数据库信息系统

生物多样性本底信息是开展生物多样性评价的基础,现有的生物多样性数据分布比较分散,不同的数据掌握在不同的部门,没有得到很好整合。同时,由于缺乏物种分布的空间信息,生物多样性数据很难满足环境影响评价中生物多样性评价的需求,生物多样性评价一般只限于简单的定性分析。为了促使生物多样性评价工作能更深入的开展,切实有效地保护生物多样性资源,以四川省(重点以甘孜州)为研究案例,整合了现有的生物多样性数据资源,主要包括四川省自然保护区生物多样性数据、甘孜州水生和陆生生物多样性数据、四川省环境敏感区数据以及生物多样性现场调查数据等,建立了四川省生物多样性基础数据库,同时通过数据库开发和网络开发,建立了数据库信息系统,实现了生物多样性空间数据库和属性数据库的查询检索、数据显示等功能。     

云南省生物多样性保护进展、成效与前瞻

《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)计划于2021年在云南昆明召开, 大会将评估《2011-2020年生物多样性战略计划》执行情况及实施进展。如能达成协议, 将出台“2020年后全球生物多样性框架”, 作为指导2020年之后全球生物多样性保护的最新纲领性文件。这是生物多样性保护国际进程的一个里程碑, 也是展现中国以及云南多年来生物多样性保护成效的重要契机。作为中国生物多样性最为丰富的省份和具有全球意义的生物多样性关键地区之一, 云南在生物多样性保护方面投入巨大努力, 在全国较早发布省级《生物多样性保护战略与行动计划(2012-2030年)》、开创地方立法先河、率先试点建设国家公园、较早开展县域生物多样性本底调查与评估研究工作、建立了首个国家级野生生物种质资源库等, 在就地保护、迁地保护、重大生态工程等众多领域都取得显著成效。本文在梳理云南生物多样性保护进展与成就的基础上, 对保护成效进行了评估, 并有针对性地探讨了云南生物多样性保护未来发展方向及重大意义, 加强全省农业生物多样性的保护与可持续利用、发挥跨境生物多样性保护及减贫示范作用、协调发展生物多样性保护与少数民族传统知识保护等方面是云南省生物多样性保护今后发展的重要方向, 同时本文也为进一步促进云南生物多样性保护与管理提供了基础资料, 并为COP15提供地方履约实例。     

全球视角下的中国生物多样性监测进展与展望

生物多样性强烈的时空尺度依赖性和多层次性决定了生物多样性现状与变量的分析需要在不同生态系统进行多空间尺度、全面和连续的监测。因此, 构建生物多样性研究监测网络是生物多样性保护和研究的基础工作。近年来, 对地观测组织-生物多样性观测网络(GEO BON)、亚太生物多样性监测网络(APBON)等全球、区域以及国家尺度的生物多样性监测网络蓬勃发展。中国陆续在国家尺度上建立了针对生态系统和物种的长期监测网络, 其中, 中国生物多样性监测与研究网络(China Biodiversity Observation and Research Network, Sino BON)于2013年启动建设, 在我国主要生态系统和环境梯度设置30个监测主点和60个监测辅点, 目前已建成10个专项网对动物、植物和微生物进行监测, 并建立了以数据标准与汇交、近地面遥感为核心的综合监测中心。Sino BON打造了从地下、地面到森林林冠的多尺度、多类群(功能群)以及多营养级交互为重点的监测与研究平台, 为理解生物多样性变化趋势及其驱动因素、研究生物多样性维持机制, 以及国家履行《生物多样性公约》、保护生物多样性和生物资源提供详实可靠的生物多样性变化数据。为进一步支撑国家生物多样性治理能力、深化全球多样性保护合作, 我国生物多样性监测亟需在监测技术、监测区域、数据标准、综合信息平台等方向谋求更大的发展。     

生物多样性近地面遥感监测: 应用现状与前景展望

近年来中国生物多样性监测与研究网络(Sino BON)建设得到了快速发展, 为我国生物多样性长期监测和研究提供了良好的平台条件。其中, 以激光雷达技术为核心的近地面遥感平台, 作为Sino BON综合监测与管理中心的重要组成部分, 已研发形成了较为成熟的软、硬件技术体系, 可以提供林下地形建模, 林分高度、林分表面结构, 林窗或内部分界线, 郁闭度动态, 植被群落划分、群落内部精细空间结构, 单木高度与胸径, 冠层形态、周长和盖度, 物种识别, 亚米级三维景观图等数字产品, 从而能够为国家相关部门和研究单位开展多种时空尺度的生物多样性监测、评价和保护工作提供精准、高效的技术支持。本文首先介绍了遥感技术在生物多样性研究中的应用发展历史及最新趋势。然后在生物多样性遥感监测直接和间接两种方法研究进展基础之上, 总结了从遥感数据中可提取的重要生物多样性指标, 以及选择不同类型遥感数据源时需要考虑的时空尺度信息。在详细阐述NEON、CEOS、GEO BON等国际合作组织推动遥感技术开展生物多样性监测的过程中指明: 以无人机为代表的近地面遥感平台具有机动灵活、高效低廉和高分辨率的特点, 可在卫星平台、载人航空平台和地面常规调查平台之间架构起生物多样性信息尺度推绎不可或缺的中间桥梁, 将是未来生物多样性监测的一个重要手段。最后, 文章指出: Sino BON近地面遥感平台的逐步建设完善将为我国生物多样性监测提供全方位的立体定量化信息, 在促进我国生物多样性监测网络向跨尺度等级动态系统监测、多源信息集成、智能决策与服务的平台方向发展意义重大。     

Red queen for a day: models of symmetry and selection in paleoecology

The Unified Theory of Biodiversity (UNTB), the Red Queen’s Hypothesis (RQH), and the Cascading Extinctions on Graphs hypothesis (CEG) are explored as members of a spectrum describing the ecological partitioning of species richness. All are models of historical biodiversity, but fare differently in explaining observed features of Phanerozoic biodiversity. The models treat species as symmetric, asymmetric, or partially symmetric respectively. Symmetry in the UNTB is broken by the generation and selection of variation of ecological performance, while the robustness and hence longevity of RQ communities are subject to selection. The CEG model reconciles some of the differences, demonstrating the importance of functional partitioning to both species evolution and selection at the community level. It is concluded that the UNTB explains communities partially on the shortest of evolutionary time scales, while RQ communities would be, at best, geologically ephemeral yet conditionally important.     

生物多样性信息学:一个正在兴起的新方向及其关键技术

生物多样性科学和生物信息学是生命科学中两个极为重要也是十分活跃的交叉学科,生物多样性信息学则是目前正在兴起的一个新方向,基发展必将进一步深化信息技术在生物多样性研究中的应用。本文简要介绍了国内外该领域的主要目标与进展,讨论了有关的关键技术（如数据库间的互操作与数字图书馆）,并列出了两个原型系统（Ｓｐｅｃｉｅｓ２０００和ＧＢＩＦ）和其他相关系统的网址。     

A comparison of random sequence reads versus 16S rDNA sequences for estimating the biodiversity of a metagenomic library

The construction of metagenomic libraries has permitted the study of microorganisms resistant to isolation and the analysis of 16S rDNA sequences has been used for over two decades to examine bacterial biodiversity. Here, we show that the analysis of random sequence reads (RSRs) instead of 16S is a suitable shortcut to estimate the biodiversity of a bacterial community from metagenomic libraries. We generated 10 010 RSRs from a metagenomic library of microorganisms found in human faecal samples. Then searched them using the program BLASTN against a prokaryotic sequence database to assign a taxon to each RSR. The results were compared with those obtained by screening and analysing the clones containing 16S rDNA sequences in the whole library. We found that the biodiversity observed by RSR analysis is consistent with that obtained by 16S rDNA. We also show that RSRs are suitable to compare the biodiversity between different metagenomic libraries. RSRs can thus provide a good estimate of the biodiversity of a metagenomic library and, as an alternative to 16S, this approach is both faster and cheaper.     

航空航天遥感在物种多样性研究与保护中的应用

人类活动导致全球范围内生物多样性丧失日趋严重。物种多样性是研究最为深入以及最贴近生物多样性管理的层次。物种多样性的研究往往受到多时空尺度生态过程的影响, 传统物种多样性调查方法受到人力物力影响, 局限性大, 物种多样性的研究与管理亟需整合不同来源的数据。遥感技术从传统的光学遥感阶段发展到不同平台、不同维度相结合的多源遥感阶段, 并逐渐进入以高空间分辨率和高光谱为特征、以激光雷达为前沿发展方向的综合遥感阶段。遥感技术因为其监测范围广、能监测人迹罕至地区以及长期可重复等特性, 为研究不同时空尺度的生态学科学问题提供了更新更优的研究手段。本文围绕种群动态、种间关系与群落多样性、功能属性及功能多样性以及生物多样性保护管理等生物多样性研究热点问题, 系统地论述了航空航天遥感技术在物种多样性研究与保护领域的应用, 总结了航空航天遥感技术在研究与物种多样性有关的主要生态学问题中的机遇与挑战。我们认为航空航天遥感技术利用多光谱甚至高光谱与激光技术从空中监测物种多样性, 从不同视角、基于不同光源提供了物种多样性不同侧面的信息, 能够减小地面调查强度, 在大范围和边远地区的物种多样性调查研究中有着至关重要的作用。依据光谱特性的物种判别以及依据激光雷达的三维结构量测将促进生物多样性的研究与管理, 加强遥感学家和生物多样性研究者的沟通交流将有助于促进不同时空尺度的生物多样性与遥感技术的结合。     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下：物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

生物多样性理论最新进展

生物多样性是生态系统复杂性的重要特征, 理解多样性的形成和维持机制一直是理论生态学研究的核心议题。本文从三方面概述了生物多样性理论的最新进展。一是物种共存和群落构建, 总结了现代共存理论和基于过程的群落构建理论的新进展。二是物种相互作用, 综述了利用经验数据推断物种相互作用关系和强度的最新方法。三是生态-进化动态, 介绍了生态-进化模型的一般框架及其在生物多样性研究中的应用。最后对生物多样性理论的发展趋势做了展望, 特别是多尺度整合理论和全球变化下的预测理论。     

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。