生態系統多樣性及保護保護生物學——朱江2011年4月1-JIANG-一、生態系統的概念和基本功能二、生態系統的多樣性三、生態系統的物種多樣性四、生態系統多樣性的維持五、生態系統保護的意義和途徑生態系統多樣性及保護2-JIANG-一、生態系統的概念和基本功能（一）生態系統的概念（二）生態系統的結構（三）生態系統的功能（四）生態系統的特征3-JIANG-一、生態系統的概念和基本功能（一）生態系統的概念生態系統（Ecosystem）：就是在一定空間中共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環境之間由于不斷進行物質循環和能量流動過程而形成的統一整體?！糇畛跤捎鷳B學家A.G.Tansley提出；◆生態系統主要是功能上的單位，而不是生物學中分類學的單位；◆生態系統是生命系統中重要的組織層次，是現代生態學的基本單元；4-JIANG-生物成分基因細胞器官有機體種群群落

+非生物成分

||生物系統基因系統細胞系統器官系統有機體系統種群系統生態系統物質能量圖：組織層次的譜5-JIANG-生態系統的構成：生物群落及其無機環境。一、生態系統的概念和基本功能（二）生態系統的結構生態系統模擬圖超級微生物群落6-JIANG-能量因子：輻射能、熱能、化學能等。物質因子：無機物質（大氣、礦物質等）、聯系生物和非生物成分的有機物質（蛋白質、糖類、脂類、腐殖質等）。氣候：能量因子和物質因子相互作用的產物。無機環境:生產者：能夠將太陽能轉化為化學能；將簡單的無機物質制造成復雜的有機物質。綠色植物、光能自養和化能自養細菌。消費者：不能從無機物質制造有機物質，直接或間接依賴于生產者所制造的有機物。食草動物、食肉動物等。分解者：將復雜的有機物分解為生產者能重新利用的簡單化合物，并釋放能量。細菌和真菌、一些無脊椎動物。生物群落:7-JIANG-一、生態系統的概念和基本功能（三）生態系統的功能生態系統在特定環境中發揮的作用稱為生態系統的功能。生態系統具有不斷進行著物質循環、能量流動和信息傳遞，并具有系統自我調節的功能。物質循環：系統內物質通過食物網流動的，是一種循環運動能量流動：是伴隨著物質循環進行的，但能量流動是一種單向的過程，最終以熱能的形式散失掉。信息傳遞：生態系統中產生著大量、復雜的信息，進行著不斷運送和交流。自我調節：生態系統具有在一定范圍內保持系統處于動態平衡的能力。8-JIANG-一、生態系統的概念和基本功能（四）生態系統的特征?結構特征生態系統是生命系統（生物群落）與非生命系統（無機環境）構成的有機整體。?功能特征生命系統與非生命系統之間進行能量流動和物質循環，從而保持系統的運轉，并發揮其正常功能。（生態系統的功能發揮與結構關系密切。結構合理，功能才得以正常發揮，結構最優，功能發揮最隹，二者相統一）?動態特征生態系統是一個動態系統，都有隨時間推移而不斷地發生、發展、進化、演化的過程，隨晝夜、季節、年份而變化，即生態演替。9-JIANG-?相互作用相互聯系特征生態系統各組分之間相互作用，相互聯系。某一成分的變化將影響其它成分和整體功能的變化。?穩定平衡特征生態系統內部各成分間保持一定平衡關系，使系統各成分間處于穩定、持久、物種間相互協調共存的特點。外力干擾在一定限度內，生態系統具有自動較正平衡能力和自我調節機制。?對外開放特征生態系統是一個開放系統，必需有物質、能量的輸入和輸出。（如生物地球化學循環），因此，任一生態系統并不是狐立的，從而形成了系統之間的聯系性。10-JIANG-二、生態系統的多樣性（一）生態系統類型劃分的依據（二）全球生態系統多樣性的概況（三）中國生態系統多樣性的概況11-JIANG-二、生態系統的多樣性（一）生態系統類型劃分的依據生態系統多樣性：是指生物圈內環境系統、生物系統和生態過稱的多樣化以及生態系統內環境系統差異、生態過程的多樣性。生態系統類型的劃分主要依據地理分布、環境水分和熱量條件，同時也要考慮動物群落及其作用。采用的標準和分類方法不同，劃分的結果也不盡相同。12-JIANG-按McNaughton觀點分類按人為影響程度分類按利用方式分類按生態系統與外界環境的聯系程度來分按系統的能量來源分類常用的分類標準：二、生態系統的多樣性13-JIANG-淡水生態系統海洋生態系統陸地生態系統流水（河、流）靜水（湖、池）淺岸線淺海上涌帶珊瑚礁遠洋荒漠凍原極地高山草原針葉林雨林急流緩流濱帶表水層深水層海岸線石岸沙岸淺海上涌帶珊瑚礁遠洋荒漠凍原高山、極地草原針葉林熱帶雨林14-JIANG-自然生態系統（naturalecosystem）：是在一定時間和空間范圍內，依靠自然調節能力維持的相對穩定的生態系統。如原始森林、海洋等。由于人類的強大作用，絕對未受人類干擾的生態系統已經沒有了。人工生態系統（artificialecosystem）：是指以人類活動為生態環境中心，按照人類的理想要求建立的生態系統。如城市生態系統、農業生態系統等。生態經濟系統（eco-economicsystem）：是由生態系統和經濟系統相互交織、相互作用、相互耦合而成的復合系統。15-JIANG-放牧生態系統（grazingecosystem）：由植物和食草動物構成的一個相互作用的整體系統。農田生態系統（ecosystemofcropland）：一定農田范圍內，作物和其他生物及其環境通過復雜的相互作用和相互依存而形成的統一整體，即一定范圍內農田構成的生態系統。16-JIANG-開放系統(openecosystem)：與外界環境發生能量與物質交換的生態系統。封閉系統(closedecosystem)：與外界環境只有能量交換的生態系統。人工封閉生態系統(artificialclosedecosystem)：人工建立的完全封閉的生態系統。生物圈2號空間站17-JIANG-太陽供能的自然生態系統(naturalunsubsidizedsolarpoweredecosystem)海洋、森林和草地等多數自然生態系統屬于此類。有自然輔加能量的太陽供能系統(naturalsolarpoweredecosystemsubsidizedbyothernaturalenergies)生態系統具有自然提供的其他能源以補充太陽能，從而增加系統的能流規模。具有人類輔加能量的太陽供能生態系統(humansubsidizedsolarecosystem)農田、養殖等通常以輔加能量的大量輸入來維持。燃料供能的城市-工業系統(fuel-poweredurban-industrialsystem)能量來源的化石燃料、有機染料和核燃料，燃料的高度密集代替了太陽供能。按系統的能量來源分類18-JIANG-（二）全球生態系統多樣性概況二、生態系統的多樣性熱帶雨林稀樹草原紅樹林亞熱帶常綠闊葉林常綠硬葉林除了在極端環境條件下無植物生長外，地球表面的大多數地區都生長著各種不同的植物，它們的有機組合構成了各種各樣的群落類型。全球生態系統主要包括：溫帶落葉闊葉林針葉林溫帶草原荒漠凍原19-JIANG-熱帶雨林：是現存地球表面物種最豐富、結構最復雜的生態系統。世界上熱帶雨林可以分為3個區：美洲熱帶雨林區、印度-馬來西亞熱帶雨林區和非洲熱帶雨林區。稀樹草原：是指熱帶和亞熱帶較干旱地區，其中含有散生喬木或灌木的草原生態系統。20-JIANG-紅樹林：是分布在熱帶和亞熱帶海灘上的一種單層森林生態系統類型。構成群落的主要是紅樹科植物。亞熱帶常綠闊葉林：是分布在亞熱帶地區的大陸東岸的生態系統。群落層次明顯，可分為喬木、灌木和草本3個基本層次。21-JIANG-常綠硬葉林：是在夏季炎熱干燥、冬季溫和濕潤的亞熱帶氣候條件下發育而形成的生態系統類型。只分布于地中海沿岸以及緯度在30-40范圍內的各大陸西部邊緣地區。溫帶落葉闊葉林：是在溫帶海洋性氣候條件下形成的生態系統類型。夏季盛葉、冬季落葉。22-JIANG-針葉林：為寒溫帶由裸子植物為主組成的地帶性森林系統。針葉林的北界也是地球森林帶的北方界線。溫帶草原：為溫帶氣候條件的一種以草本植物為主的群落類型，它是由多年生叢生性禾草本植物占優勢構成的草本植物群落。23-JIANG-荒漠：是在干燥的大陸氣候條件下發育形成的極度耐旱的稀疏植被類型。主要分布于亞熱帶和溫帶地區，年均降水小于200mm。凍原：是以低矮灌木、草本植物、苔蘚植物和地衣構成的灌木植被或草本植被類型。有極地凍原和高山凍原兩種類型。24-JIANG-（三）中國生態系統多樣性概況森林生態系統熱帶季雨林、雨林亞熱帶常綠闊葉林和針葉林暖溫帶落葉闊葉林和針葉林溫帶針闊混交林寒溫性針葉林草原生態系統溫帶草原高寒草原荒漠區山地草原荒漠生態系統農田生態系統濕地生態系統湖泊河流沼澤海岸與海洋生態系統海岸灘涂河口灣海岸濕地紅樹林珊瑚礁海島大洋二、生態系統的多樣性25-JIANG-三、生態系統的物種多樣性（一）α多樣性的測度方法（二）β多樣性的測度方法26-JIANG-（一）α多樣性的測度方法：

α多樣性反映群落內部物種數和物種相對多度的一個指標，只具有數量特征而無方向性。主要表明群落本身的物種組成和個體數量分布的特征。包括4種含義：物種豐富度指數、物種相對多度模型、物種豐富度與相對多度綜合形成的指數、物種均勻度指數。物種豐富度指數物種多樣性指數物種均勻度指數群落α多樣性測度方法的比較三、生態系統的物種多樣性27-JIANG-物種豐富度指數：物種豐富度即群落中物種的數目。物種豐富度與樣方大小有關，而且二者之間沒有確定的函數關系。物種豐富度是物種多樣性測度中較為簡單且生物學意義顯著的指數。實踐中，關鍵環節是樣方大小的控制。解決方法：用單位面積的物種數目，即物種密度來測度物種的豐富程度。用一定數量的個體或生物量中的物種數目，即數量豐富度表示。物種豐富度另外一種表示方法：物種數目隨樣方增大而增大的速率d。Gleason(1922)指數：d=S/lnAMargalef(1958)指數：d=(S–1)/lnN，等式中：S為物種數目；N為所有物種的個體之和；A為樣方面積。28-JIANG-物種多樣性指數：Simpson指數：又稱為優勢度指數，是對多樣性的反面即集中性的度量。對于稀有種作用較小，而對于普通種作用較大。假設某一群落中有S個物種，共有N個個體，第i種有Ni個個體，抽取2個個體為同一種的概率為：對于一個很大的群落來說，Ni和N是不可知的量，轉換得：Greenberg(1956)建議D=1-λ，作為多樣性的度量。顯然，λ和D是有偏的估計量。29-JIANG-Shannon-Weaver指數：借用于信息論方法，預測未來事件的不確定性。如果從群落中隨機抽取一個個體，它將屬于哪個種是不確定的，不確定性大，則多樣性就高。式中H為群落的物種多樣性指數,Pi為樣地中屬于種i的個體占全部個體的比例，S為種數。30-JIANG-物種均勻度指數：Pielou均勻度指數：群落的實測多樣性(H’)與最大多樣性(H’max)，即在給物種數S下完全均勻群落的多樣性之比率。J的取值范圍是0~1。31-JIANG-群落α多樣性測度方法的比較目前已經提出較多的群落α多樣性測度的指數和模型，如何選擇合適的具有針對性的方法？參考指標：對數據的應用效果對某些既定標準的符合程度綜合多數學者的分析結果32-JIANG-

β多樣性指物種與種的多度沿群落內部或群落間的環境梯度從一個生境到另一生境的變化速率與范圍。主要用以表明群落內或群落間環境差異性的大小對物種數和相對多度的影響。也就是說，不同群落或環境梯度上不同點之間的共有種越少，β多樣性越大。（二）β多樣性的測度方法測度β多樣性的意義：指示生境被物種分隔的程度；用來比較不同地段的生境多樣性；與α多樣性一起構成總體多樣性或一定地段的生物差異性。33-JIANG-二元屬性數據的β多樣性測定Whittaker指數(βw)為βw=(S/mα)-1式中：S為所研究系統中記錄的物種總數；mα為各樣方或樣本的平均物種數。

如果兩個樣本A、B物種數分別為a+c和b+c

(c為兩個樣本都出現的物種數)，那么βw=(a+b+c)/[(a+b+2c)/2]-1由式可知，0≤βw≤1，完全相同為0，完全不同為1。Cody指數(βc)為βc=[g(H)+l(H)]/2式中：g(H)是沿生境梯度H增加的物種數，l(H)是沿生境梯度H失去的物種數。34-JIANG-相似性系數測度：與群落多樣性相反的含義是群落的相似性。Jaccard指數：Cj=j/(a+b-j)Sorenson指數：Cs=2j/(a+b)式中：j為兩個群落或樣地共有種數，a和b分別為樣地A和B的物種數。二元屬性數據的β多樣性沒有考慮每一物種的個體數量或相對多度，僅考慮了群落中的物種數，雖計算簡便，易于使用，但勢必會高估稀疏種的作用，導致不合理的結論。35-JIANG-數量數據的β多樣性測度Bray-Curtis指數：式中：aN為樣地A的物種數量；bN為樣地B的物種數量；jN為樣地A(jNa)和B(jNb)共有種中個體數量較小者之和。Morisita-Hom指數：式中：aN為樣地A的物種數量；bN為樣地B的物種數量；aNi和bNi為A和B樣地中第i種的個體數量。36-JIANG-四、生態系統多樣性的維持（一）生態系統多樣性的發生與演替（二）生態系統多樣性與穩定性（三）生態系統的退化（四）生態系統的恢復37-JIANG-四、生態系統多樣性的維持（一）生態系統多樣性的發生與演替在一定的區域內，由于物理環境條件的改變，生態系統的結構和功能發生改變并逐步趨向穩定，稱之為生態系統的發展或演替。由于生物與環境相互作用導致群落環境不斷改變，使群落內的生物組成也發生相應變化，這又直接導致生態系統結構和功能的改變。生態系統多樣性的發生與演替是緊密聯系在一起的。38-JIANG-生態系統多樣性的發生水域生態系統陸地生態系統森林生態系統城市生態系統生態系統的發生與進化史長期的物理環境的變化同生態系統中生物成員的活動引起的內部動態過程相互作用的結果。總戰略：增加對物理的抑制，與物理環境保持平衡，對外界擾亂達到最大的防護。39-JIANG-生態系統多樣性的演替群落演替(communitysuccession)：又稱為生態演替(ecologicalsuccession)，是指在一定區域內，群落隨時間而變化，由一種類型轉變為另一種類型的生態過程。群落演替一般包括以下5個過程：裸地形成生物侵移、定居及繁殖環境變化物種競爭群落水平上的相對穩定和平衡40-JIANG-生態系統多樣性在演替中物種豐富度的特征：演替的早期階段，物種種類和個體數量均趨向于增加；起初多樣性的增加速度快，之后逐步減慢；不同種的數目在頂級群落形成之前是一直增加的，在演替趨于結束時，多樣性減少；在演替中間階段常常含有最大的種數，后期，只有少數幾個種在系統中占優勢；如果群落的結構和能量的供應允許其他物種遷入并定居的話，種的多樣性可能繼續增加，直到頂級階段。41-JIANG-（二）生態系統多樣性與穩定性四、生態系統多樣性的維持生態系統穩定性：當一個生態系統經過干擾后，所有考察的對象都能回到擾動以前的狀態，才認為該系統是穩定的。彈性：指一個系統經擾動后，再回到原來平衡狀態的快慢；抗性：指一個系統經擾動后，產生變化的大??；持久性：指一個系統經擾動后，在產生變化之前所能維持的時間；變異性：指一個系統給予擾動后，種群密度隨時間變化的程度。局域穩定：系統受到小的擾動后，能回到原來的平衡點，受到大的擾動后，無法回到原來的平衡點，則稱該平衡點的穩定為局域穩定。全局穩定：系統受到大的擾動后，遠離平衡點，但仍能回到原來的平衡點，則稱該平衡點的穩定為全局穩定。42-JIANG-生態系統穩定性與多樣性的關系：多樣性導致穩定性規律，系統的組成和結構越復雜，其穩定性也就越大；43-JIANG-（三）生態系統的退化四、生態系統多樣性的維持退化生態系統：是指生態系統在自然或人為干擾下形成的偏離自然演替序列的生態系統。與自然系統相比，退化的生態系統種類組成、群落或系統結構發生改變，生物多樣性減少，生物生產量降低，土壤和微環境惡化，生物間相互關系改變。退化生態系統形成原因：人類活動：環境破壞、過度開發、農業活動、人為引種、核泄漏等。自然災害：地震、海嘯、火山、水災等。44-JIANG-（四）生態系統的恢復四、生態系統多樣性的維持生態系統不超負荷（可逆的）超負荷（不可逆）