区域生态学的国际起源和研究热点

20世纪80年代以来,区域生态学迅速发展,成为生态学领域重要的分支学科。本文综述了区域生态学的国际起源、发展脉络,以及主要研究热点,对比了国内外区域生态学研究的区别以及对国内区域生态学发展的启示。分析表明,在国际上,区域生态学的研究热点主要集中在生物多样性保护、区域气候变化影响、生态系统服务、城市生态学、区域生态修复和可持续发展等方面。由于国情以及学科发展进度不同,国内外区域生态学研究在关注问题、研究思路和研究手段上存在区别。国内区域生态学受学科起步较晚、相关数据的质、量和利用率较低及对方法和模型研究尚浅的影响,未来研究要在深度利用遥感数据的基础上,加强学科理论和方法的学习,重点关注气候变化影响生态过程的机理、生态模型优化、全国生态系统服务评估与定价、区域生态安全以及区域可持续发展规划。     

黄河流域濒危物种保护热点区与保护空缺识别

黄河流域具有重要的生物多样性保护意义,通过研究珍稀濒危物种分布热点区可为生物多样性保护提供依据。选取70种濒危维管植物和陆生脊椎动物,综合多来源的分布数据,运用物种分布模型Maxent模拟物种分布区,结合自然地理区划,计算保护价值,进行热点区分析,并结合国家级自然保护区和国家公园体制试点区的分布情况进行空缺分析。研究结果显示,黄河流域濒危物种分布主要呈现出南高北低、集中于山地的特征,热点区包括秦岭区域、太行山区域、子午岭-六盘山区域、陇中高原至松潘高原、祁连山、贺兰山和沿黄湿地等。在区分自然地理区后,现有的国家级自然保护区和国家公园体制试点区覆盖了热点区面积的13.89%,保护空缺主要出现于子午岭南部、六盘山南部、松潘高原南部和拉脊山等。建议在推进黄河流域生态保护和高质量发展中将濒危物种热点区考虑在内,对黄河流域自然保护地体系进行优化,并针对黄河流域的三个自然地理分区提出了相应的保护建议。此外,研究发现,在进行热点区分析时,考虑自然地理区域划分,并综合多类群叠加和单一生物类群的分析结果进行统筹考虑,可能会更好满足生物多样性就地保护需求。     

大数据时代的生物多样性科学与宏生态学

高质量的生物多样性数据是认知生物多样性的起源和维持机制及应对其丧失风险的科学基础。当前,在新物种发现、已知物种的地理分布、种群数量与时空动态、物种进化史、功能性状、物种与环境之间以及物种与物种之间的相互作用等7个方面都存在着知识上的空缺。大数据时代的到来为弥补这些知识空缺提供了可能,大数据的挖掘及其应用最近已成为国际生物多样性与宏生态学研究的前沿内容。如何有效地利用和分析不断增长的生物多样性大数据是生物多样性研究面临的一个极大挑战。本文通过全球、大陆和区域尺度上的研究案例展示了大数据在生物多样性研究中应用的新进展,内容涉及森林覆盖变化、保护生态学、生物多样性与生态系统功能、气候变化对生物多样性的影响等。最后,对大数据在生物多样性研究中存在的数据采集、处理和分析等方面的问题进行了总结,并对其潜在应用前景进行了探讨。     

种间作用对物种分布模拟的影响及建模方法

物种分布模型(SDMs)通过量化物种分布和环境变量之间的关系,并将其外推到未知的景观单元,模拟、预测地理空间中生物的潜在分布,是生态学、生物地理学、保护生物学等研究领域的重要工具.然而,目前物种分布模型主要采用非生物因素作为预测变量,由于数据量化和建模表达困难,生物因素特别是种间作用在物种分布模型中常被忽略,将种间作用...     

物种多度格局研究进展

物种多度格局研究始于20世纪30年代,是种群生态学和群落生态学研究的起点。物种多度格局研究主要在两个水平上进行：1）初期研究主要集中于群落水平,希望在不同群落之间发现一个共同的整体格局来描述群落的组织结构。常用模型包括几何级数、对数级数、对数正态和断棍模型,不同模型代表了不同的生态学过程。2）目前转向重视物种水平,并以物种多度的区域分布规律及其生态学机制研究为主。物种分布区多度关系有正相关、无相关和负相关3种形式。局部多度高的物种一般趋于广布,而局部多度低的物种趋于受限分布。物种多度区域分布的生态位模型预测为单峰型,还经常会出现“热点地区”;而异质种群模型预测为双峰型。物种多度的区域分布主要由环境资源特性、物种生态位和扩散过程等因素决定。3）物种多度格局的时间变化与空间变异类似,代表了这些生态学过程的时间异质性。4）物种多度格局的尺度变化经常表现出自相似性,但该规律并非一直存在,因为生物多样性由不同尺度上的不同生态学过程决定。5）多度（稀有度）是物种保护的基本依据,而群落多度模型能够指示生态学和干扰过程变化对群落结构的影响。物种多度格局的模型手段仍需改进,机制研究尚不系统,应用研究亟待扩展,对于物种多度格局的深入理解将为揭示生物多样性分布机制和有效保护提供帮助。     

海洋生物多样性保护优先区域的确定

为了有效利用资源和资金,合理保护海洋生物多样性,海洋生物多样性保护优先区域的确定成为目前保护生物学领域的热点之一.本文首先探讨了生物多样性保护优先区域的定义和内涵,认为海洋生物多样性保护优先区域是指生物多样性丰富、物种特有化程度高、珍稀濒危物种分布集中、具有重要生态功能和过程的海洋区域.其次对保护优先区域确定的内容和方法进行了总结,主要包括单元区划、指标体系的构建及保护优先区域评估3个方面.继而根据我国海洋生物多样性现状提出保护优先区域确定的基本思路,即在海洋生物地理分区的基础上,根据物种和生境的生物多样性指标确定保护优先区域.最后针对存在问题提出建议,包括运用生物地理学方法进行单元区划、基于物种和生态系统的方法构建生物学指标以及信息网络数据库的构建等.     

基于物种的大尺度生物多样性热点研究方法

生物多样性热点是建立保护区、制定保护决策的依据,是生物保护研究的热点问题之一。基于物种的研究方法是大尺度陆地生物多样性热点的主要研究方法,但数据的缺乏限制了直接根据物种丰富度确定热点的方法,因此研究中经常采用其他方法间接的反映物种情况,介绍了4种主要的基于物种的替代方法:指示种、高级分类单元、环境模型和景观异质性,详细阐述了各种方法存在的利弊,并从数据的可获取性、操作的便捷性和对物种特征的反映3个方面对各种方法进行了评价。任何单一的方法都无法准确反映出生物多样性热点的真实分布。合适的研究方法是权衡研究目的、时间和资金的结果,建议选择优势互补的多种方法。     

物种分布区特征及其对生物多样性保育的意义

物种分布区表征物种所能分布的最大面积和最大范围,是物种重要的生态学和进化学特征,是生态学和生物地理相关学科最基本和最重要的研究内容之一.近20年来,基于更精确的数据和更先进的分析技术,物种分布区研究非常繁荣.在不同尺度、区域和类群的研究发现,物种分布区差异巨大,小分布区的物种多于大分布区的物种,物种分布区特征受物种扩散能力、种群密度、个体大小、气候、地形及土壤等因子的影响.在将来的研究中,需要更精确的大尺度物种分布数据,以生物自然地理区为研究对象,来探索物种分布区的格局及成因.物种分布区可以作为物种濒危状况的一个指示特征,指导保育策略的制定,但是具体的应用方式还需要在典型物种和典型区域上进一步探索.     

生物DNA条形码:十年发展历程、研究尺度和功能

DNA条形码为现代生物学研究提供了丰富的分子信息、标准的数据平台和通用的技术规程。本文从动物、植物和微生物等三方面简要梳理了生物DNA条形码近十年来的兴起和发展历程。参照DNA条形码特征,将其生物学功能归纳为基本功能(如储备数据、鉴别物种)、延伸功能(如构建系统发育关系、服务特定行业、编制新一代生物图志)以及潜在功能(如物种整合)等三类。根据研究尺度,划分出类群(主要是专科专属类研究)、群落(以自然保护区和大型固定样地构成的生物群落)和区域(生物多样性热点地区)等三个水平。列出了国际生命条形码组织开展的十大类研究项目,从系统与分类学、生物多样性保护、系统发育进化生态学和数字化平台建设等四个方面分析了DNA条形码方法涉及的若干重要科学议题,并指出在各学科应用时可能遇到的问题。DNA条形码技术在生物科学领域潜力巨大,但还需在研究和论证过程中不断完善。     

宏生态学(Macroecology)及其研究

宏生态学是生态学与其他宏观学科不断交叉和融合后的产物。它以个体、种群和物种的生态特征在大时空尺度上的格局和变化规律为主要研究内容,它比其他生态学更强调归纳和推论,也更依赖数据的积累。近年来,宏生态学在对物种一面积关系进行探讨的基础上,对生物类群间的物种数量的协同变化以及物种和高级分类单元间的关系等进行了新的研究;宏生态学试图将有机论和个体论结合来探讨和总结群落结构中的物种组成规律;并对物种多度和分布格局间的关系从生态位和异质种群角度进行新的解释;个体大小频次分布规律是宏生态学一重要内容,对其深入研究和探讨已与物种多度、能量、分布面积、历史起源等多方面特征相结合,并得到一些普遍性规律;最后,宏生态学还探讨物种在地理区域上的普遍性的分布模式,并对其假说进行检验和探讨。宏生态学在中国还处于刚起步阶段,但中国具有资源的优势,并具有一定的数据积累,将在宏生态学研究中发挥越来越重要的作用。     

Combining marine macroecology and palaeoecology in understanding biodiversity: microfossils as a model

There is growing interest in the integration of macroecology and palaeoecology towards a better understanding of past, present, and anticipated future biodiversity dynamics. However, the empirical basis for this integration has thus far been limited. Here we review prospects for a macroecology–palaeoecology integration in biodiversity analyses with a focus on marine microfossils [i.e. small (or small parts of) organisms with high fossilization potential, such as foraminifera, ostracodes, diatoms, radiolaria, coccolithophores, dinoflagellates, and ichthyoliths]. Marine microfossils represent a useful model system for such integrative research because of their high abundance, large spatiotemporal coverage, and good taxonomic and temporal resolution. The microfossil record allows for quantitative cross‐scale research designs, which help in answering fundamental questions about marine biodiversity, including the causes behind similarities in patterns of latitudinal and longitudinal variation across taxa, the degree of constancy of observed gradients over time, and the relative importance of hypothesized drivers that may explain past or present biodiversity patterns. The inclusion of a deep‐time perspective based on high‐resolution microfossil records may be an important step for the further maturation of macroecology. An improved integration of macroecology and palaeoecology would aid in our understanding of the balance of ecological and evolutionary mechanisms that have shaped the biosphere we inhabit today and affect how it may change in the future.     

物种多样性研究的进展

物种多样性是生物多样性研究的一个重要层次。为适应资源与环境可发展的要求,物种多样性的研究受到了广泛的重视。文章阐述了物种多样性的概念、研究方法等,分析了当今物种多样性研究的几个热点问题。     

湿地公园研究体系构建

湿地公园是湿地保护性利用新方式,也是生态旅游和生态文明建设新载体,目前国内外兴起湿地公园建设热潮,为湿地保护性利用带来了新机遇。但作为新兴研究领域,目前湿地公园专题研究滞后于其建设与发展,研究基础理论薄弱、研究内容系统性不强、研究方法简单、研究体系不完整,对公园建设的实践指导不足。构建湿地公园研究体系具有重大的理论意义和实践价值。 在对国内外研究总结分析的基础上,力图从研究理论体系、研究内容指标体系和研究方法体系等层面对湿地公园研究体系进行初步构建。提出湿地公园生态系统的概念,并将其组成结构研究体系、功能研究体系、影响评价体系和管理体系等作为研究内容的指标体系;对现有研究方法述评分析,构建了以基础理论探讨、规划研究、试验研究和空间分析为主的研究方法体系;指出了未来应注重的研究方法及发展趋势;最后结合部分实证研究对体系进行了充实完善。以望为推动湿地公园专题研究进程做出贡献,为湿地公园科学管理提供参考。     

中国森林附生维管植物多样性数据集

附生维管植物是热带、亚热带湿性山地森林植物群落中物种最为丰富的类群之一, 在维系森林生物多样性及生态系统功能与服务中发挥着重要作用, 然而附生维管植物调查相对困难, 在多样性调查和统计中往往被忽视, 迄今为止我国尚缺乏全国范围的森林附生维管植物名录。本项研究基于已公开发布的数据库, 搜集并整理了1982-2022年间的关于中国森林附生维管植物研究的文献书籍。首先, 提取文献资料中的有效信息, 依据物种2000中国节点的数据进行标准化校正, 整理出中国森林附生维管植物共计49科246属1,739种, 然后据此编写了相对准确、完整的中国森林附生维管植物物种名录。本名录作为我国第一个全国性森林附生维管植物名录, 可为森林生物多样性保护工作提供重要的数据支持, 并能为深入研究附生维管植物的进化生物学、生物地理学及宏观生态学等领域提供重要的基础信息。     

Patterns and causes of species richness: a general simulation model for macroecology

Understanding the causes of spatial variation in species richness is a major research focus of biogeography and macroecology. Gridded environmental data and species richness maps have been used in increasingly sophisticated curve‐fitting analyses, but these methods have not brought us much closer to a mechanistic understanding of the patterns. During the past two decades, macroecologists have successfully addressed technical problems posed by spatial autocorrelation, intercorrelation of predictor variables and non‐linearity. However, curve‐fitting approaches are problematic because most theoretical models in macroecology do not make quantitative predictions, and they do not incorporate interactions among multiple forces. As an alternative, we propose a mechanistic modelling approach. We describe computer simulation models of the stochastic origin, spread, and extinction of species’ geographical ranges in an environmentally heterogeneous, gridded domain and describe progress to date regarding their implementation. The output from such a general simulation model (GSM) would, at a minimum, consist of the simulated distribution of species ranges on a map, yielding the predicted number of species in each grid cell of the domain. In contrast to curve‐fitting analysis, simulation modelling explicitly incorporates the processes believed to be affecting the geographical ranges of species and generates a number of quantitative predictions that can be compared to empirical patterns. We describe three of the ‘control knobs’ for a GSM that specify simple rules for dispersal, evolutionary origins and environmental gradients. Binary combinations of different knob settings correspond to eight distinct simulation models, five of which are already represented in the literature of macroecology. The output from such a GSM will include the predicted species richness per grid cell, the range size frequency distribution, the simulated phylogeny and simulated geographical ranges of the component species, all of which can be compared to empirical patterns. Challenges to the development of the GSM include the measurement of goodness of fit (GOF) between observed data and model predictions, as well as the estimation, optimization and interpretation of the model parameters. The simulation approach offers new insights into the origin and maintenance of species richness patterns, and may provide a common framework for investigating the effects of contemporary climate, evolutionary history and geometric constraints on global biodiversity gradients. With further development, the GSM has the potential to provide a conceptual bridge between macroecology and historical biogeography.     

生物多样性重要区域识别——国外案例、国内研究进展

生物多样性丧失已经成为全球重大环境问题之一,重要区域或重要物种的识别是制定和实施保护计划的首要步骤,生物多样性保护的优先性研究成为保护生物学研究的焦点之一。优先保护的概念很早就被提出,保护国际(Conservation International,CI)一直倡导的热点地区途径受到国际社会的重视,生物多样性重要区域(KBAs)可以是综合的,也可以是单一类群的重要区域,如不同的国家已经开展了鸟类重要区域(important bird areas,IBAs)、植物重要区域(important plants areas,IPAs)、蝴蝶重要区域(prime butterfly areas,PBAs)和两栖爬行动物重要区域(important amphibians and reptiles areas,IARAs)等的识别研究工作。集中力量优先保护一些重要的地区是目前生物多样性保护较为现实和高效的途径。以佛得角群岛(the Cape Verde Islands)、意大利(Italy)、荷兰(the Netherlands)分别依据动物、植物单一类群或多个类群组合进行生物多样性重要区域识别为例,介绍了几个国家的生物多样性重要区域识别经验,概述国内在生物多样性重要区域识别领域的研究现状,详细介绍了海南岛生物多样性保护优先区识别案例,同时以国务院2010年批准实施的《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》划定的32个陆地生物多样性保护优先区为例,提出中国未来应全面开展生物多样性本底调查,在充分获取生物多样性分布数据的基础上,依据植被类型和物种多样性以及受威胁因素等,在32个陆地生物多样性保护优先区内进一步客观准确地识别生物多样性重要区域(热点中的热点或重要区域中的重要区域),为中国未来的保护地规划、生物多样性监测、政策制定等提供科学支撑。     

Unifying macroecology and macroevolution to answer fundamental questions about biodiversity

The study of biodiversity started as a single unified field that spanned both ecology and evolution and both macro and micro phenomena. But over the 20th century, major trends drove ecology and evolution apart and pushed an emphasis towards the micro perspective in both disciplines. Macroecology and macroevolution re‐emerged as self‐consciously distinct fields in the 1970s and 1980s, but they remain largely separated from each other. Here, we argue that despite the challenges, it is worth working to combine macroecology and macroevolution. We present 25 fundamental questions about biodiversity that are answerable only with a mixture of the views and tools of both macroecology and macroevolution.     

多功能农业景观:内涵、进展与研究范式

多功能农业景观是景观尺度下农业多功能性的空间表征,具有生物多样性保护、田园风光留存和地域文化传承等多种重要的非经济功能。构建多功能农业景观是促进区域农业可持续发展与人类福祉提升的重要途径,同时也是多学科交叉的综合性研究。在已有景观生态学研究范式的基础上,探讨了多功能农业景观的内涵和国内外相关研究进展,并提出了"格局-功能-需求-管理"的多功能农业景观研究范式。与此同时,绘制了新研究范式的概念框架,通过划分四大研究模块具体分析了如何基于新研究范式开展多功能农业景观的构建、评价和管理等工作。本研究为实现区域农业景观的可持续发展和阐明多功能农业景观的内在运行机制奠定理论基础提供支持,为乡村生态景观营造关键问题的解决与多功能农业景观的实际构建提供帮助。     

生物多样性维护生态保护红线划定方法对比

科学地评价区域内生物多样性维护功能重要性是生态保护红线划定中的重要环节,目前在生态保护红线划定导则中,推荐了NPP(净初级生产力,Net Primary Productivity)法和物种分布模型法,其中NPP法因其所需因子较少、计算简便得到广泛应用,物种分布模型法因所需因子较多、计算繁琐,应用较少。分别选用NPP法和MaxEnt(最大熵,Maximum Entropy)模型法对盘锦市生物多样性维护功能重要性进行评价,两种方法结果对比表明,NPP法无法覆盖全部的生物多样性重要区域,并且受农作物高NPP值的影响,其划定结果与鸟类实际分布范围不符,而MaxEnt模型法的结果更准确,与鸟类实际分布范围更相符,利用MaxEnt模型法最终得到盘锦市生物多样性维护生态保护红线面积1050.17km~2,占盘锦市陆域面积的25.85%,基本覆盖了境内东方白鹳、丹顶鹤、黑嘴鸥、震旦鸦雀等所有重点珍稀野生物种的栖息地和迁移路径的停歇地。本研究对生态保护红线划定工作具有重要的指导意义,其结果能为盘锦珍稀濒危鸟类的保护与管理提供科学支撑。