湿地生态系统网络模型鲁棒性分析

近年来随着人类活动的加剧，湿地生态系统的结构和功能都受到强烈干扰和破坏，研究遭受干扰后的湿地生态系统结构的演化过程，对湿地生态系统的保护、管理、恢复都有重要意义。本文根据复杂网络相关理论和生态系统特征构建湿地生态系统的网络模型，同时基于生物的谢尔福德耐受性和生态系统的自我调节能力，提出了一种考虑过载和欠载状态的湿地生态网络结构的演化模型。从初始负载、负载容量、负载冗余范围和负载重分配四个方面对遭受攻击的生态网络结构的演化过程进行刻画，同时利用鲁棒性指标揭示物种遭受干扰消亡后对湿地生态系统鲁棒性的影响。针对Teacapan湿地生态系统数值仿真，发现不同营养级的关键物种消亡对生态系统结构和鲁棒性的影响程度不同。初级生产者中的关键物种(红树林的碎屑和水中物质)消亡会导致Teacapan湿地生态网络结构迅速崩溃，生态系统鲁棒性指标迅速下降为0;而消费者中的关键物种消亡对生态网络结构波动和系统鲁棒性的影响较小，生态系统能够在一定时间内达到二次平衡，此时湿地生态系统仍具有一定的抵抗外界干扰的能力。这一结果体现了红树林中的碎屑作为支撑食物链的主要食物来源对湿地生态系统的重要性，为湿地生态系统的动植物...     

基于植物多样性的生态系统恢复动力学原理

生态系统恢复动力学是生态学的重要问题.本研究利用岛屿生物地理学、植物群落演替、生物多样性维持机制及生态系统功能等有关理论,推导了生态系统恢复动力学模型,并用半湿润常绿阔叶林次生演替阶段数据作了初步验证.基于动力学模型讨论了动力学原理.结果表明,生态系统恢复的动力学过程决定于生态系统恢复力F1、干扰力F2和环境阻力F3的综合作用.植物多样性恢复速度的变率与植物种丰富度呈反比,与生态系统恢复总动力F呈正比.生态系统恢复力F1和环境阻力F3是初始物种丰富度s0、特定地理区域资源环境状况的函数.干扰力是干扰强度系数b和物种丰富度s的函数.当生态系统存在有害干扰的条件下,物种丰富度不能达到生态系统最高物种丰富度sm.动力学模型显示,初始物种丰富度s0越小,生态系统恢复过程越具有逻辑斯蒂性.建立了生态系统恢复力、环境阻力和干扰力的计算模型和植物多样性、干扰对生态系统恢复的作用模型.生态系统恢复动力模型显示,植物多样性能增加生态系统恢复力,促进生态系统稳定性.     

不同栖息地状态下外来种入侵及对本地种生存影响的模拟

外来种入侵引起的生态及经济问题日益严重,人类活动导致大规模栖息地持续变化的背景下,外来种的入侵过程及本地物种多样性的演化更为复杂.在Tilman多物种共存模型基础上,建立了栖息地持续变化条件下的外来种入侵干扰模式,分别模拟了栖息地不变、持续毁坏及持续恢复条件下的外来种入侵及对本地物种多样性的生态影响.模拟结果表明:(1)拓殖率小(入侵性弱)的外来种不能成功定殖,栖息地的持续变化对其没有任何影响.(2)拓殖率增大的外来种入侵过程复杂,栖息地持续毁坏导致其灭绝时间相比于栖息地不变时明显推迟,栖息地持续恢复使其灭绝提前;一定时间内持续增加栖息地可以减小此类外来种入侵危害.(3)拓殖率足够大的外来种能够成功定殖,快速定殖-扩散的入侵过程不会因栖息地毁坏而迅速改变,其响应具有时间滞后性;栖息地持续恢复也有利于其迅速蔓延,占有率呈线性疯狂增长.(4)在具有外来种入侵的本地生态系统中,栖息地持续改变(增加或减少)对本地物种多样性的发展均不利.     

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。     

中国典型脆弱生态修复与保护研究:珍稀动物濒危机制及保护技术

正物种保护是生物多样性保护的核心问题。野生动物资源是地球生物多样性的重要组成部分,不仅在维护整个生态系统的稳定及其生态服务方面具有重要功能,更是生态系统健康发展的标志(Hoffmann et al.,2010;Scheffers et al.,2012;魏辅文等,2014)。然而,由于全球人口爆炸性增长、环境变化和过度利用,当前物种灭绝的速率比历史背景灭绝率高100-     

基于栖息地恢复对群落不同种群演化影响的模拟

通过建立基于栖息地恢复的多种群演化动力学模式,模拟了不同群落结构的不同物种种群的演化特点。模拟结果发现了两类灭绝机制,揭示了(1)小规模栖息地的恢复对群落中的弱小物种的影响是非常有限的,不会给弱小物种种群带来灭绝风险。大幅度的栖息地增加几乎使所有的物种种群都在最初数百年中内都有出现一定的增加,特别是竞争能力最强的物种,其幅度的增加最为显著,但次最强的物种种群可能会在千年左右灭绝。群落内幸存的种群将经历3个阶段迅速壮大(增加)阶段震荡阶段稳定阶段;(2)存在着协同现象,栖息地减少所导致种群的协同演化规律与栖息地恢复所导致的种群的演化规律两者之间既有共同点,又有不同点。毁坏是一种破坏,大规模的栖息地的恢复对已适应于破坏后新环境的某些物种也可能是一种威胁,这类似于生态入侵的初始阶段。     

不同生境毁坏速度下的物种灭绝机制

已有似Levins的多物种模型,在研究生境毁坏的影响时,一方面主要集中在对瞬间毁坏影响的研究,另一方面主要研究生境毁坏对强物种影响的研究。在Tilman的多物种竞争共存模型的基础上,同时考虑了生境毁坏直接效应和生境毁坏时间异质性,提出了全新的普适的多物种竞争共存的非自治动力模式。通过模拟物种灭绝对不同速度的生境毁坏时间异质性的响应发现：（1）物种灭绝既存在强物种由强到弱的灭绝,也存在弱物种由弱到强的灭绝。同时,弱物种灭绝机制进一步分为弱物种瞬间集体灭绝,以及较长时间由弱到强的灭绝。（2）生境毁坏速度越快,物种灭绝的时间越短,弱物种灭绝的越多,因此,生境毁坏速度越慢,越有利于弱物种的长期续存。（3）最强物种的多度越大,强-强物种抵御生境毁坏的能力越强,而弱-弱物种抵御生境毁坏的能力越弱,集体灭绝的弱-弱物种就越多。最强物种的多度大的群落（如温带森林）,主要发生的是弱-弱物种灭绝,而最强物种多度小的群落（如热带雨林）同时发生强-强和弱-弱物种的灭绝。因此,争对不同结构的集合种群,不同的保护对象,应采取不同的管理策略。     

神农架太阳坪的生物多样性及其保护

华中地区由于其自然历史地理因子的作用,已成为我国生物多样性研究及保护的重要区域,但沉重的人口压力已使这一地区的生态环境极度恶化,生物多样性快速丧失,整个生态系统处于崩溃的边缘。太阳坪位于湖北省西部北纬３１°３６＇,东经１１０°４０＇的神农架林区,由于其地理位置偏远而免遭人类大规模的干扰,从而提供了研究华中地区潜在生物多样性的条件。本文简要介绍了这一地区生态系统中第一性生产力的植物生物多样性现状,从物种多样性、生态系统多样性上研究了其生物多样性的特点,并提出了与地区性经济发展相协调的生物多样性保护对策。     

生境丧失对具有似Allee效应集合种群的影响及对策——以江苏盐城为例

似Allee效应对物种续存是潜在的扰动因素,稀有物种更易受其影响,可能增加生存于破碎化栖息地中的珍稀物种的死亡风险;但似Allee效应对多物种集合种群续存的影响及其在珍稀物种保护中的应用未能引起足够重视。将似Allee效应引入集合种群动力模式,建立了生境丧失下具有似Allee效应的n-珍稀物种的集合种群模式,并以江苏盐城滩涂湿地中的29种珍稀物种为研究实例。研究结果表明:(1)似Allee效应导致n-物种集合种群多度作长期变周期振荡,原本竞争共存物种可能无法继续共存,甚至灭绝。(2)似Allee效应增强对次强种及劣势种的生存极为不利,导致次强物种由强至弱灭绝,劣势物种由弱至强依次灭绝。(3)盐城天然湿地丧失29%后,11种劣势物种的集合种群由弱到强将最终依次灭绝,灭绝迟豫时间为304～890a,这些物种即Hanski所指的"活死者"。(4)适度增加栖息地面积是保护珍稀物种多样性的有效方法之一,在盐城现存3200km2的天然湿地基础上适度增加1801～2064km2左右栖息地面积,可以有效保护29种濒危物种的多样性,同时应注意结合针对具体物种的保护措施来提高濒危物种多度。研究结果对物种多样性保护及自然保护区建设具有重要的理论指导意义。     

不仅仅是遗传多样性:植物保护遗传学进展

保护遗传学研究的是影响物种灭绝的遗传因素以及濒危物种的遗传管理, 以降低物种的灭绝风险。本文从遗传多样性本身及其对生态系统的影响两个方面介绍了植物保护遗传学的最新进展。根据遗传标记的功能, 保护遗传学研究可分为选择中性遗传变异研究和适应性遗传变异两个方面。对于目前主要采用的选择中性遗传标记研究, 本文着重介绍了以下方面的最新进展: (1)利用遗传标记进行个体、物种或遗传单元的鉴定, 从而有效地设计保护策略, 避免在迁地保护中混淆物种, 提高保护效率; (2)应重视由于物种自身生殖、扩散等原因造成的隐性瓶颈效应。由于选择中性遗传标记并不能准确反映物种的适应性遗传基础, 从适应性遗传变异角度研究濒危物种的进化潜力已成为保护遗传学的研究前沿。大部分相关研究还集中在利用基因组扫描检测受选择的位点, 而对功能基因的适应性研究还比较少。景观遗传学旨在解释景观和生境影响下的种群间基因流和遗传多样性格局, 这方面研究将会促进我们更多了解种群基因流的地理限制因子和不同景观基质下的种群遗传差异。遗传多样性作为物种的一种属性亦可在一定程度上反馈, 并影响生态系统。这提示我们不仅仅是濒危物种, 常见物种的遗传多样性及其保护亦很重要。最后, 我们从4个方面对保护遗传学研究进行了展望, 包括应加强将生态系统各环节联系起来研究遗传多样性, 在技术手段上利用多态性更丰富的分子标记, 同时强调了对常见物种保护遗传学研究的重要性, 并初步分析了我国保护遗传学研究与国际水平的差距, 建议加强种群遗传学和进化生物学基础理论的学习。     

中国关键地区两栖爬行动物多样性监测与研究

两栖爬行动物是良好的环境指示物种,是环境变化的早期预警系统之一,目前正经历着全球范围的种群快速下降和物种灭绝。为了观测和研究物种及种群下降或灭绝的态势和机制,亟需对我国两栖爬行动物多样性开展长期监测和研究。在中国,对两栖爬行动物的监测研究始于1997年对若尔盖湿地两栖动物的监测。此后,两栖爬行动物监测率先在西南山地、台湾等生物多样性丰富地区开展起来。2011年,在借鉴美国和英国的两栖爬行动物监测计划的基础上,环境保护部启动了"两栖类示范观测项目",初步实现了由点到面、由定性到定量、由静态向动态的突破。因为单一类群的监测仅代表生态系统的基本组成,而从生态系统角度考量,必须深入研究生态系统的结构(食物网中各类群的捕食、竞争、共生等种间关系)和动态(各类群的生长、繁殖、种群波动和致危因素等)。因此,作为中国生物多样性监测与研究网络(Sino BON)的重要组成部分,"中国关键地区两栖爬行动物监测与研究专项网"项目将在22个生物多样性关键地区对典型生态系统中的两栖爬行动物组成、种群动态和结构进行长期监测与研究,构建生态模型,探讨两栖爬行动物的种群现状、群落结构及其动态趋势和相关机制,制定和不断完善我国两栖爬行动物应对未来环境变化的保护和管理对策。     

集合种群强物种种群的演化特性

大量的数值模拟研究表明;(1)集合种群里最强物种种群对栖息地占有率相对较少时,较小的栖息地毁坏率就可以导致该最强物种种群与其它奇数物种种群一起退化;(2)而最强物种种群对栖息地占有率相对较多则是导致集合种群里弱物种种群集体灭绝的内因;(3)当栖息地的毁坏率大于最强物种种群对栖息地的占有率时,最强物种种群将先灭绝而使得弱物种种群进化为强物种种群或新的更强的强物种种群。     

栖息地毁坏与动物物种灭绝关系的模拟研究

利用多个物种共存模式模拟了不同情况下的不同动物种群演化的动力学特性,研究结果表明：（1）由于栖息地的毁坏所导致的动手的种灭绝是依赖于对物种死亡率和有关平衡态的假设的,不同的假设下,既使栖息地的破坏率相同,灭绝的物种可能是竞争能力最强的若干物种,也可能是竞争能力相对较弱的若干物种,既不象传统的物种进化理论所认为的必是弱的物种先灭绝,也不象Tilman等人所认为的一定是最强的若干物种先灭绝;（2）如果弱的物种具有较高的平均死亡率,则当栖息地受到一定的毁坏时,将有较多强的物种灭绝,而且物种灭绝时间将大大缩短;（3）在物种死亡率不变的情形下,物种在未受毁坏栖息地上的平衡态和大占有率pl^0,将有利于物种的生存。     

西双版纳国家级自然保护区蚂蚁-树互作网络空间变异

网络分析(network analysis)可以同时分析群落中的物种多样性和种间关系, 为了解生态群落的稳定性机制提供了新的分析思路和方法。本研究从西双版纳国家级自然保护区的纳板河、勐仑和勐腊(补蚌)三个地点采集了树栖性蚂蚁及树木的种类和数量数据, 对蚂蚁-树组成的二分网络进行了分析, 探讨了3个采样点物种的多样性、网络指标以及群落指标之间的关系。我们采用零模型的方法比较了3个样点的标准化网络参数差异。结果表明: 蚂蚁和树木的物种数以及树的异质性指数(Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数)都呈现出勐仑 > 纳板河 > 补蚌的趋势。树木-蚂蚁的灭绝曲线系数大小关系同样为勐仑 > 纳板河 > 补蚌, 灭绝曲线与树的物种数及异质性指数大小趋势一致, 而与蚂蚁的异质性指数并不吻合。根据Z值的绝对值来看, 网络参数(加权嵌套性、平均连接数、特化水平、模块性、连接度)与群落参数(灭绝曲线系数、生态位重叠)的大小趋势相同, 表现出勐仑 > 纳板河 > 补蚌的趋势。综上所述, 蚂蚁-树互作网络的稳定性(灭绝曲线系数)主要由树的数量和异质性指数决定。网络的加权嵌套性和网络中节点的平均连接数也能促进群落的稳定性。而在一个特化的(数值越大表示专性互作越多)和模块化(具有较多密切互作的节点单元)的网络中, 当低营养级物种灭绝时高营养级物种数量将迅速减少。     

IUCN生态系统红色名录研究进展

生态系统红色名录作为物种红色名录的重要补充,是基于生态系统水平上的生物多样性评估,对于重要生物的生境保护至关重要。当前,世界自然保护联盟(IUCN)将IUCN生态系统红色名录评估方法作为生态系统受威胁状况评估的正式标准,广泛应用于全球生态系统的评估,在生物多样性保护和生态系统管理中发挥着重要作用。随着IUCN生态系统红色名录评估体系的修订和推广,其评估标准日趋完善,但生态系统制图、生态系统崩溃的概念以及实际操作层面仍面临挑战。本文回顾了生态系统红色名录的发展过程,归纳了IUCN生态系统红色名录评估方案中生境范围退化(标准A)、生境限制分布(标准B)、非生物环境退化(标准C)、生物过程退化(标准D)以及威胁定量分析(标准E)这5个指标的含义和评估过程,并围绕IUCN生态系统红色名录实际评估中面临的挑战,论述了利用遥感和生态模型可能提供的解决方案。文中指出,明确生态系统分类体系以及生态系统崩溃等基本概念对生态系统红色名录评估至关重要;尺度效应是评估过程的重要影响因素;多尺度评估是丰富生态系统红色名录空间信息的潜在方法;耦合遥感和生态模型等手段共同参与评估,是未来研究IUCN生态系统红色名录的重要方法。     

物种演化对人类活动作用下不同性质栖息地毁坏的响应

栖息地毁坏是物种多样性减少的首要因素之一, 因此研究物种演化对栖息地毁坏的响应是非常必要的。而栖息地的毁坏又有瞬间毁坏和持续毁坏两种, 以往对栖息地毁坏的研究集中在瞬间毁坏上, 而该文则是通过N_物种 竞争共存模型分析对比了物种演化对栖息地瞬间毁坏和持续毁坏的响应特征。研究发现 :不同性质的栖息地毁坏都会导致物种强弱关系的变化, 并非如通常所认为的强物种将免于遭受物种灭绝的威胁, 也不是强物种首先灭绝, 而是因集合种群结构的不同而异。在热带雨林群落, 瞬间毁坏下物种演化一般经历了强迫适应和恢复上升阶段, 而持续毁坏下物种得不到恢复, 只能持续衰退, 在较长一段时间内持续毁坏比瞬间毁坏更有利于物种的续存 ;而在温带森林群落, 瞬间毁坏下物种演化一般经历强迫适应, 恢复上升和准周期振荡, 最后平衡, 而持续毁坏下物种只能持续衰退, 出现了在栖息地持续毁坏率小于瞬间毁坏率时, 物种的栖息地占有率却小于瞬间毁坏时的占有率。     

榕树在西双版纳热带雨林生态系统中的作用

榕树是西双版纳热带雨林中的关键植物类群之一,能够为多种生物提供栖息地和食物,从而维持该地区热带雨林生态系统的物种多样性。一些种类的榕树有绞杀特性,在森林更新演替中能够起到积极的作用;还有些种类的榕树是先锋物种,在植被恢复中起重要作用。但是,近些年对西双版纳的过度开发已经使热带雨林片断化,榕树种群数量大量减少,榕果内的寄生蜂、食榕果动物也受到了不同程度的影响。保护好西双版纳热带雨林中关键植物类群榕树,是保护和恢复热带雨林生态系统的重要措施之一。     

海岸带生态系统健康评价中能质和生物多样性的差异——以江苏海岸带为例

生态系统健康评价是生态系统保护和监测研究的重要内容,该过程迫切需要综合性强、准确性高的指标,能质和生物多样性指标都是生态系统健康评估中的有效指标.以江苏省海岸带游泳和底栖生物群落为对象,沿海岸线从海州湾到长江入海口北岸选取15个站点,调查研究江苏省海岸带生态系统能质和生物多样性及其空间分布格局.结果表明:江苏海岸带除了中部地区能质和结构能质值较一致(都偏小)外,南北差异明显,生物多样性指数空间分布情况为南部Margalef指数略大于北部,中部较小,Shannon Wiener和Simpson指数空间分布都为南部＞中部＞北部;能质与生物多样性指标在高级生态系统中反映的生态系统健康状态一致,在中低级生态系统中差异明显;能质与生物多样性指标关联程度低,前者的测算侧重于生态系统中物种的等级,后者的测算侧重于物种的数量;总结能质和生物多样性指标在理论支撑、建立理论视角、与生态系统健康对应关系、应用模型以及局限性等方面的差异,研究结果在一定程度上可以丰富和完善生态系统健康评价研究理论与方法体系.     

受威胁物种分类等级最新草案简介

长期以来,由于人类各种生产活动的影响,地球上许多地方的生物资源已陷于枯竭的境地,不少生物所栖息的生境不断恶化,其结果必然导致大量物种的灭绝。据专家们预测,到下个世纪50年代将有四分之一的物种处于严重灭绝的危险之中,因此,对现有的受威胁物种进行保护研究是一项十分迫切的任务,而这项研究的基础就是对现有物种受威胁程度进行评价及划分等级。     

生态系统响应气候变化脆弱性的人工神经网络模型评价

生态系统的脆弱性评价对于生态系统的管理具有重要作用。在分析生态系统脆弱性特征和影响因素的基础上 ,构建了针对森林和草地生态系统的脆弱性评价指标体系 ,涵盖了生态系统的结构、功能和生境 3个方面 ,评价指标分别是物种多样性、群落覆盖度、NPP、建群种年生长量、地表干燥度以及土壤有机碳等。评价系统将生态系统的脆弱性划分为轻微脆弱、中度脆弱、重度脆弱以及系统崩溃 4级。作为案例研究 ,构建了结构和性能优化的多层感知器 ,评价了温带落叶阔叶林生态系统的脆弱性。结果表明 ,通过人工神经网络模型评价生态系统的脆弱性是一条可行的途径