以生物地理学为基础如何保护生物多样性
1 生物多样性的概念
生物多样性是指各种生命形式的资源 它包括数百万种的植物 动物 微生物 各个物 种所拥有的基因和由各种生物与环境相互作用所形成的生态系统 以及它们的生态过程 地 球上的生命多种多样 各个物种会产生各自变种 同一物种个体之间也会有所差异 各种不 同的物种群集在一起形成群落 生物群落之间存在着相互作用并与所生存的环境产生相互影 响 进而组成生态系统 在一定地区内有着多种多样的生态系统镶嵌分布 形成各种景观类 型 从生物多样性概念中可以看出 它包括4个层次 即遗传多样性 物种多样性 生态系 统多样性和景观多样性
2 1生物多样性的直接价值
生物多样性为人类提供了基本食物 全世界估计有 8 万余种陆生植物 而现在仅有 150 余种被大面积种植作为食品 世界上90 食物来源于20 个物种 目前人类所需的粮食的75 是来自小麦 水稻 王米 马铃薯 大麦 甘薯和木薯7种作物 前三种又占总产量的70 以上 各种家禽 家畜 鱼类 海产为人类提供必要的蛋白质 各种蔬菜 水果 菌类均
为人类日常生活所必需 随着人口增长 人民生活改善 需要大力发展粮食作物和各类经济 植物 开发新的食品和改良作物及家畜 家禽和鱼类等的品种 更是势在必行 无论是作物 还是家畜等品种的改良 都需要抗性强的野生种或野生亲缘种与它们杂交 以提高它们抗病 及抗逆境的能力 药物也是与人类生存有关的物品 大部分是依靠植物 动物和微生物入药 而且一直延用至医药事业发达的今天 时至今日 科学家还不断在生物中筛选药物的有效成 份 世界卫生组织统计表明 发展中国家 有 80 的人口依靠传统的药物进行治疗 发达国 家有 40 的药物来源于自然资源 或依靠从大自然发现的化合物 进行化学合成 在全世界 25万种显花植物中 科学家仅对具有潜在药物学属性的5000种进行过分析 还有庞大数量的 物种其潜在医疗价值仍属未知 中国有记载的药用植物约有5000种 常用的约有1000种 相当多的动物已经作为主要的药物 如水蛙素是珍贵的抗凝剂 蜂毒治疗关节炎 某些毒蛇能控制高血压 动物对医药业发展的另一重要贡献是作为医药研究的实验动物 如猴类对小儿麻痹疫苗研制 犰狳对抗麻疯病疫苗的研制 都起过重要作用 已知和待开发的各种实 验动物 对人类医疗事业将起到不可估量的作用
微生物与人类生活和健康关系极为密切 目前开发利用的微生物仅是很少一部分 尚有 更多微生物种有待研究和开发 我国是栽培大型真菌的大国 早就应用茯苓 猴头 灵芝 冬虫夏草等入药 抗生素就是由微生物产生的疫苗 在医药上起到不可估量的作用 此外微 生物还可以用来大规模生产酶制剂 有机溶剂 酒及酒精 氨基酸 维生素 菌肥等等 此外生物多样性还为人类提供多种多样的工业原料 如木材 纤维 橡胶 造纸原料 天然淀粉 油脂等等 甚至煤 原油 天然气也都是由森林储藏了几百万年前的太阳能所供 给 现代工业生产还需要开发更多可更新的生物资源 以提供各种工业生产中必需的原材料 和新型的能源 汪松等 1990
2 1生物地理学及生物地理区对生物地理多样性的影响
生物地理学是研究有机体过去和现在的分布的科学 它试图阐明有机体及其较大的分类 群分布的多种多样的格局 通常每一物种仅居住在地表某一部分 出现在相似生境中 并且 在其地理分布范围内有多度的变化 不仅如此 它们的分布范围也有动态变化 往往开始分 布范围较小 逐渐扩大 其后又逐渐减少 以至灭绝 生物地理学是生态学 种群生物学
系统学 进化生物学和地理科学与自然历史等多学科形成的综合性学科 Brown等 1983 Candolle 1820 把生物地理学划分为两个分支 即历史生物地理学和生态生物地理学 这两个分支的区别是具有不同时间尺度 从短期至长期进化 和空间尺度 从局部到全球 以及分类上的尺度 从物种的种群到高级分类单位 历史生物地理学主要研究地球的自然 地理的历史变迁 物种形成和灭绝 物种的散布 特有现象 分省现象 Provincialism
间断性 Disjunctions 通过花粉孢子的分析重现生物地理历史 生态生物地理学主要研究自然环境的地理变异 物种分布的限制因子 群落生态学等 Myers 等 1988
生物在地球表面所形成的生物地理格局 Biogeographic patterns 来源于生物和非 生物过程 大范围的非生物过程包括板块构造运动 海平面的变化 气候和海洋环境的改变 这些非生物过程是相互作用相互影响的 例如气候受到陆地运动和海洋环流的影响 通过周 期性的冰期和间冰期作用 气候将影响海平面 板块运动将影响洋流等等 在较局部范围的 非生物过程 如火灾 风暴 火山爆发会影响很多生境类型的分布格局 生物过程有进化过 程和生态过程 进化过程包括适应 物种形成和灭绝 生态过程包括各种生物群 Biota 之间的相互作用 如捕食作用 竞争和散布 散布可以看作是真正的生物地理过程。 生物地理学家根据生物区系特点把地球表面划分为若干个生物地理区 生物地理区 Biogeographical Regions Bioregions 是指具有独特的动 植物组合的区域 每个
区域至少有一个主要的大陆地块 它们彼此之间被海洋 山系和沙漠所隔开 生物地理方面 的工作 以动物地理研究开展较早 由 Alfred Wallace 开始 把动物地理分布划分为 6 个界 Realms 或区 Region 每个区既有其特有的动物类群也有一些其他地理区中所存 在的动物科属 Wallace 所划分的 6 个动物地理区或称区系区 为古北 Palacrtic 区 新北 Nearctic 区 新热带 Neotropical 区 非洲 Ethiopian 区 东洋 Oriental
区和澳大利亚 Australian 区 古北区的范围是整个欧洲 喜马拉雅以北的整个亚洲 阿 拉伯北部和北非狭带状海岸 新北区的范围是从北美大陆向南至北回归线 古北区与新北区 有相似的动物区系 有人主张合并可称为泛北区 新热带区位于新北区以南 包括南美的全 部 墨西哥的一部分和西印度 它与新北区的连接是通过中美海峡 新热带区在 1500 万年 前还是隔离的 动物区系非常特殊 且多变异 事实上 南美的一半哺乳动物是北美侵入者 的后代 新热带区的脊椎动物的特有种很丰富 非洲区的范围包括非洲大陆 阿脱拉斯 Atlas 山 撒哈拉沙漠和阿拉伯的最南角 在非洲大陆的中非有热带森林 东非有稀树
草原 草地和荒漠 在中新世和上新世 非洲和阿拉伯都有湿润的气候 并有陆地的桥相连动物在它们之间可以自由来往 由于这种连接使非洲区与东洋区的动物区系有相似之处 东 洋区 在地理上包括印度 印度尼西亚 南中国 马来西亚 以及马来西亚群岛的西部岛屿 这个区为喜马拉雅山 印度洋和太平洋所包围 在它的东南角 马来西亚群岛的岛屿伸展向 澳大利亚 东洋区原来为茂密森林所覆盖 澳大利亚区 包括澳大利亚 塔斯马尼亚
Tasmania 新几内亚和马来西亚群岛的少量小岛均属此区 澳大利亚区没有陆地与其他 区相接 因此它的淡水鱼 两栖类 爬行类贫乏 没有具胎座的哺乳动物 而以袋鼠占优势 以上动物的生物地理区的划分 长期以来虽有些改变 但变化不大 Smith 1990
表3生物地理区的划分
植物区系区 动物区系区 生物地理区
全北区 古北区 古北区
新北区 新北区
新热带区 新热带区 新热带区
古热带区 非洲区 非洲热带区
印度马来亚区
好望角区 东洋区 大洋洲区
南极区 南极洲区
澳大利亚区 澳大利亚区 澳大利亚区
3 1 生物多样性如何保护从生物地理概论的角度
为了保护生物多样性 首先要确定保护区的面积 这是至关重要的问题 自然保护区的 面积应根据保护对象和目的而定 应以物种 面积关系 生态系统的物种多样性 稳定性
以及岛屿生物地理学为理论基础来确定保护区的面积 通常物种与其生存空间存在着明显关系 在一个区域内 随着面积的增大 单位面积上物种数目增加 但是面积增加到一定程 度 物种数量并不无限增加 作为保护区的面积大小 不仅要考虑物种数量 还要考虑到物 种正常繁育所必须的空间 目前保护区大多是孤立地分布在人为活动的环境中 呈岛屿状分 布 它的面积大小 亦关系到生态系统能否维持其正常生态过程 一般认为面积小的斑块 维持的物种相对较少 物种的多样性与维持生态系统的稳定性有关 稳定性是指生态系统在 一定干扰条件下能维持平衡 在考虑保护区的面积时 尽可能包括有代表性的生态系统类型 及其演替系列 也就是以生物群系为保护对象 如森林保护区面积就不限于森林保存较好地 段 还应保护次生林及不同演替阶段的群落 以及森林已被破坏但仍保存原有生境的地段 这样保护区的面积相对就较大 特别是大型动物的活动需要较大面积 一般认为面积大的保 护区比小保护区就地保护效果好 建议保护区面积一般应在 1 万 5 万 ha 之间 生境相似 的保护区 因某些原因又不得不分为不相连的小保护区 这些小保护区之间的距离应尽量靠 近 便于物种在各保护区之间迁移和再定居 几个不相连的保护区还可用廊道把它联结起来 增加生境多样性 以增强物种存活能力 总之 保护区的面积大 有利于生物多样性保护 但是面积太大 在管理上存在着困难 也有人建议把保护区分为不同等级 国家级保护区应 面积较大 而数量较少 省级保护区面积可缩小些 数量较多 地区性保护区的面积可小些但数量可以多些 一般而言 保护区的面积主要与残存的自然生态系统的面积有关 可根据 实际情况加以确定 Wilcove 等 1986 王献傅 1989
保护区的形状理想的应是圆形 圆形设计可减少保护区内物种扩散距离 如果保护区太 长 区内局部发生干扰 物种从中心向边缘地区扩散效率很低 会形成局部物种灭绝 一般 把保护区分成三个部分 即核心区 缓冲区和实验区
核心区是原生生态系统和物种保存最好地段 应严格保护 严禁任何狩猎和砍伐 主要 任务是保护 维持基因和物种多样性 并可用于生态系统基本规律研究
缓冲区 一般应位于核心区的周围 可以包括一部分原生性生态系统类型和由演替类型 所占据的受过干扰的地段 缓冲区一方面可防止对核心区的影响和破坏 另一方面可用于某些试验性和生产性的科学研究 但不应破坏其群落环境 可进行植被演替和合理采伐更新试 验 以及野生经济生物的栽培或驯养等
实验区 在缓冲区周围还要划出相当面积作为实验区 保护部分原生或次生生态系统类 型 主要用作发展本地特有生物资源的场地 也可作为野生生物就地发展繁育基地 还可根 据当地经济发展需要 建立各种类型人工生态系统 为本区域生物多样性恢复进行示范 利 用实验区的成果在当地推广 为当地人民谋利益 减少保护区与当地人民的矛盾 为此自然 保护区必须有强有力的领导 并向科研和教学部门开放 吸引科技人员去保护区进行合作研 究 把保护区办成保护 科研 教学 生产和旅游多功能的场所
参考文献
侯学煜 1988 中国自然地理 植物地理 下册 北京 科学出版社
汪松 陈灵芝等 1990 中国科学院生物多样性研讨会会议录 北京 中国科学院生物科学与技术局
陈灵芝 主编 1993 中国的生物多样性 现状与保护对策 北京 科学出版社 、
王献傅等 1989 自然保护区的理论与实践 北京 中国环境科学出版社
世界银行 1992 世界发展报告 发展与环境 北京 中国财政经济出版社
李哈滨 J F Franklin 1988 景观生态学 生态学领域里的新概念构架 生态学进展 5 1 23-33 伍业钢 李哈滨 1992 景观生态学理论和发展 见刘建国 主编 当代生态学博论 北京 中国科学技
术出版社 30-39
以生物地理学为基础如何保护生物多样性
1 生物多样性的概念
生物多样性是指各种生命形式的资源 它包括数百万种的植物 动物 微生物 各个物 种所拥有的基因和由各种生物与环境相互作用所形成的生态系统 以及它们的生态过程 地 球上的生命多种多样 各个物种会产生各自变种 同一物种个体之间也会有所差异 各种不 同的物种群集在一起形成群落 生物群落之间存在着相互作用并与所生存的环境产生相互影 响 进而组成生态系统 在一定地区内有着多种多样的生态系统镶嵌分布 形成各种景观类 型 从生物多样性概念中可以看出 它包括4个层次 即遗传多样性 物种多样性 生态系 统多样性和景观多样性
2 1生物多样性的直接价值
生物多样性为人类提供了基本食物 全世界估计有 8 万余种陆生植物 而现在仅有 150 余种被大面积种植作为食品 世界上90 食物来源于20 个物种 目前人类所需的粮食的75 是来自小麦 水稻 王米 马铃薯 大麦 甘薯和木薯7种作物 前三种又占总产量的70 以上 各种家禽 家畜 鱼类 海产为人类提供必要的蛋白质 各种蔬菜 水果 菌类均
为人类日常生活所必需 随着人口增长 人民生活改善 需要大力发展粮食作物和各类经济 植物 开发新的食品和改良作物及家畜 家禽和鱼类等的品种 更是势在必行 无论是作物 还是家畜等品种的改良 都需要抗性强的野生种或野生亲缘种与它们杂交 以提高它们抗病 及抗逆境的能力 药物也是与人类生存有关的物品 大部分是依靠植物 动物和微生物入药 而且一直延用至医药事业发达的今天 时至今日 科学家还不断在生物中筛选药物的有效成 份 世界卫生组织统计表明 发展中国家 有 80 的人口依靠传统的药物进行治疗 发达国 家有 40 的药物来源于自然资源 或依靠从大自然发现的化合物 进行化学合成 在全世界 25万种显花植物中 科学家仅对具有潜在药物学属性的5000种进行过分析 还有庞大数量的 物种其潜在医疗价值仍属未知 中国有记载的药用植物约有5000种 常用的约有1000种 相当多的动物已经作为主要的药物 如水蛙素是珍贵的抗凝剂 蜂毒治疗关节炎 某些毒蛇能控制高血压 动物对医药业发展的另一重要贡献是作为医药研究的实验动物 如猴类对小儿麻痹疫苗研制 犰狳对抗麻疯病疫苗的研制 都起过重要作用 已知和待开发的各种实 验动物 对人类医疗事业将起到不可估量的作用
微生物与人类生活和健康关系极为密切 目前开发利用的微生物仅是很少一部分 尚有 更多微生物种有待研究和开发 我国是栽培大型真菌的大国 早就应用茯苓 猴头 灵芝 冬虫夏草等入药 抗生素就是由微生物产生的疫苗 在医药上起到不可估量的作用 此外微 生物还可以用来大规模生产酶制剂 有机溶剂 酒及酒精 氨基酸 维生素 菌肥等等 此外生物多样性还为人类提供多种多样的工业原料 如木材 纤维 橡胶 造纸原料 天然淀粉 油脂等等 甚至煤 原油 天然气也都是由森林储藏了几百万年前的太阳能所供 给 现代工业生产还需要开发更多可更新的生物资源 以提供各种工业生产中必需的原材料 和新型的能源 汪松等 1990
2 1生物地理学及生物地理区对生物地理多样性的影响
生物地理学是研究有机体过去和现在的分布的科学 它试图阐明有机体及其较大的分类 群分布的多种多样的格局 通常每一物种仅居住在地表某一部分 出现在相似生境中 并且 在其地理分布范围内有多度的变化 不仅如此 它们的分布范围也有动态变化 往往开始分 布范围较小 逐渐扩大 其后又逐渐减少 以至灭绝 生物地理学是生态学 种群生物学
系统学 进化生物学和地理科学与自然历史等多学科形成的综合性学科 Brown等 1983 Candolle 1820 把生物地理学划分为两个分支 即历史生物地理学和生态生物地理学 这两个分支的区别是具有不同时间尺度 从短期至长期进化 和空间尺度 从局部到全球 以及分类上的尺度 从物种的种群到高级分类单位 历史生物地理学主要研究地球的自然 地理的历史变迁 物种形成和灭绝 物种的散布 特有现象 分省现象 Provincialism
间断性 Disjunctions 通过花粉孢子的分析重现生物地理历史 生态生物地理学主要研究自然环境的地理变异 物种分布的限制因子 群落生态学等 Myers 等 1988
生物在地球表面所形成的生物地理格局 Biogeographic patterns 来源于生物和非 生物过程 大范围的非生物过程包括板块构造运动 海平面的变化 气候和海洋环境的改变 这些非生物过程是相互作用相互影响的 例如气候受到陆地运动和海洋环流的影响 通过周 期性的冰期和间冰期作用 气候将影响海平面 板块运动将影响洋流等等 在较局部范围的 非生物过程 如火灾 风暴 火山爆发会影响很多生境类型的分布格局 生物过程有进化过 程和生态过程 进化过程包括适应 物种形成和灭绝 生态过程包括各种生物群 Biota 之间的相互作用 如捕食作用 竞争和散布 散布可以看作是真正的生物地理过程。 生物地理学家根据生物区系特点把地球表面划分为若干个生物地理区 生物地理区 Biogeographical Regions Bioregions 是指具有独特的动 植物组合的区域 每个
区域至少有一个主要的大陆地块 它们彼此之间被海洋 山系和沙漠所隔开 生物地理方面 的工作 以动物地理研究开展较早 由 Alfred Wallace 开始 把动物地理分布划分为 6 个界 Realms 或区 Region 每个区既有其特有的动物类群也有一些其他地理区中所存 在的动物科属 Wallace 所划分的 6 个动物地理区或称区系区 为古北 Palacrtic 区 新北 Nearctic 区 新热带 Neotropical 区 非洲 Ethiopian 区 东洋 Oriental
区和澳大利亚 Australian 区 古北区的范围是整个欧洲 喜马拉雅以北的整个亚洲 阿 拉伯北部和北非狭带状海岸 新北区的范围是从北美大陆向南至北回归线 古北区与新北区 有相似的动物区系 有人主张合并可称为泛北区 新热带区位于新北区以南 包括南美的全 部 墨西哥的一部分和西印度 它与新北区的连接是通过中美海峡 新热带区在 1500 万年 前还是隔离的 动物区系非常特殊 且多变异 事实上 南美的一半哺乳动物是北美侵入者 的后代 新热带区的脊椎动物的特有种很丰富 非洲区的范围包括非洲大陆 阿脱拉斯 Atlas 山 撒哈拉沙漠和阿拉伯的最南角 在非洲大陆的中非有热带森林 东非有稀树
草原 草地和荒漠 在中新世和上新世 非洲和阿拉伯都有湿润的气候 并有陆地的桥相连动物在它们之间可以自由来往 由于这种连接使非洲区与东洋区的动物区系有相似之处 东 洋区 在地理上包括印度 印度尼西亚 南中国 马来西亚 以及马来西亚群岛的西部岛屿 这个区为喜马拉雅山 印度洋和太平洋所包围 在它的东南角 马来西亚群岛的岛屿伸展向 澳大利亚 东洋区原来为茂密森林所覆盖 澳大利亚区 包括澳大利亚 塔斯马尼亚
Tasmania 新几内亚和马来西亚群岛的少量小岛均属此区 澳大利亚区没有陆地与其他 区相接 因此它的淡水鱼 两栖类 爬行类贫乏 没有具胎座的哺乳动物 而以袋鼠占优势 以上动物的生物地理区的划分 长期以来虽有些改变 但变化不大 Smith 1990
表3生物地理区的划分
植物区系区 动物区系区 生物地理区
全北区 古北区 古北区
新北区 新北区
新热带区 新热带区 新热带区
古热带区 非洲区 非洲热带区
印度马来亚区
好望角区 东洋区 大洋洲区
南极区 南极洲区
澳大利亚区 澳大利亚区 澳大利亚区
3 1 生物多样性如何保护从生物地理概论的角度
为了保护生物多样性 首先要确定保护区的面积 这是至关重要的问题 自然保护区的 面积应根据保护对象和目的而定 应以物种 面积关系 生态系统的物种多样性 稳定性
以及岛屿生物地理学为理论基础来确定保护区的面积 通常物种与其生存空间存在着明显关系 在一个区域内 随着面积的增大 单位面积上物种数目增加 但是面积增加到一定程 度 物种数量并不无限增加 作为保护区的面积大小 不仅要考虑物种数量 还要考虑到物 种正常繁育所必须的空间 目前保护区大多是孤立地分布在人为活动的环境中 呈岛屿状分 布 它的面积大小 亦关系到生态系统能否维持其正常生态过程 一般认为面积小的斑块 维持的物种相对较少 物种的多样性与维持生态系统的稳定性有关 稳定性是指生态系统在 一定干扰条件下能维持平衡 在考虑保护区的面积时 尽可能包括有代表性的生态系统类型 及其演替系列 也就是以生物群系为保护对象 如森林保护区面积就不限于森林保存较好地 段 还应保护次生林及不同演替阶段的群落 以及森林已被破坏但仍保存原有生境的地段 这样保护区的面积相对就较大 特别是大型动物的活动需要较大面积 一般认为面积大的保 护区比小保护区就地保护效果好 建议保护区面积一般应在 1 万 5 万 ha 之间 生境相似 的保护区 因某些原因又不得不分为不相连的小保护区 这些小保护区之间的距离应尽量靠 近 便于物种在各保护区之间迁移和再定居 几个不相连的保护区还可用廊道把它联结起来 增加生境多样性 以增强物种存活能力 总之 保护区的面积大 有利于生物多样性保护 但是面积太大 在管理上存在着困难 也有人建议把保护区分为不同等级 国家级保护区应 面积较大 而数量较少 省级保护区面积可缩小些 数量较多 地区性保护区的面积可小些但数量可以多些 一般而言 保护区的面积主要与残存的自然生态系统的面积有关 可根据 实际情况加以确定 Wilcove 等 1986 王献傅 1989
保护区的形状理想的应是圆形 圆形设计可减少保护区内物种扩散距离 如果保护区太 长 区内局部发生干扰 物种从中心向边缘地区扩散效率很低 会形成局部物种灭绝 一般 把保护区分成三个部分 即核心区 缓冲区和实验区
核心区是原生生态系统和物种保存最好地段 应严格保护 严禁任何狩猎和砍伐 主要 任务是保护 维持基因和物种多样性 并可用于生态系统基本规律研究
缓冲区 一般应位于核心区的周围 可以包括一部分原生性生态系统类型和由演替类型 所占据的受过干扰的地段 缓冲区一方面可防止对核心区的影响和破坏 另一方面可用于某些试验性和生产性的科学研究 但不应破坏其群落环境 可进行植被演替和合理采伐更新试 验 以及野生经济生物的栽培或驯养等
实验区 在缓冲区周围还要划出相当面积作为实验区 保护部分原生或次生生态系统类 型 主要用作发展本地特有生物资源的场地 也可作为野生生物就地发展繁育基地 还可根 据当地经济发展需要 建立各种类型人工生态系统 为本区域生物多样性恢复进行示范 利 用实验区的成果在当地推广 为当地人民谋利益 减少保护区与当地人民的矛盾 为此自然 保护区必须有强有力的领导 并向科研和教学部门开放 吸引科技人员去保护区进行合作研 究 把保护区办成保护 科研 教学 生产和旅游多功能的场所
参考文献
侯学煜 1988 中国自然地理 植物地理 下册 北京 科学出版社
汪松 陈灵芝等 1990 中国科学院生物多样性研讨会会议录 北京 中国科学院生物科学与技术局
陈灵芝 主编 1993 中国的生物多样性 现状与保护对策 北京 科学出版社 、
王献傅等 1989 自然保护区的理论与实践 北京 中国环境科学出版社
世界银行 1992 世界发展报告 发展与环境 北京 中国财政经济出版社
李哈滨 J F Franklin 1988 景观生态学 生态学领域里的新概念构架 生态学进展 5 1 23-33 伍业钢 李哈滨 1992 景观生态学理论和发展 见刘建国 主编 当代生态学博论 北京 中国科学技
术出版社 30-39