黄河流域生态保护与高质量发展已上升为重大国家战略, 研究黄河流域的生物多样性保护策略具有重要意义。本文将“为实现生物多样性保护和可持续利用的全球三类分区”实施框架(简称“三类分区框架”)应用于黄河流域。该框架将国土空间分为城市与农田(C1景观)、共享景观(C2景观)和大面积荒野(C3景观)三类分区。基于该框架, 首先描述了黄河流域三类分区的空间格局; 进而基于文献研究, 识别了黄河流域三类分区中5类生物多样性的直接威胁因素, 包括栖息地丧失和退化、气候变化、污染、过度开发与不可持续的利用和外来物种入侵; 最后以系统性的思路从国土空间规划、自然保护地、生态城市、生态农业、生态工程和河流生态系统6个方面, 提出黄河流域的生物多样性保护策略。本文的分析框架也有潜力应用于其他区域的生物多样性保护策略研究。

黄河流域幅员辽阔, 多样的地理气候、植被类型及人类活动塑造了多样化的生物多样性格局。本研究以IUCN与国际鸟盟发布的鸟类分布图层为基础, 同时收集了黄河流域2009-2019年的鸟类实地观测记录, 包括观鸟记录、GBIF数据库、红外相机监测及其他实地调查的鸟类数据, 共得到35,026条鸟类实地观测有效记录。汇总结果显示, 黄河流域记录有鸟类物种662种, 占中国鸟类物种总数的45.81%。这些鸟类分属于23目83科, 其中雀形目物种数最多(384种, 占本目全国鸟种总数的46.83%), 其次为鸻形目(67种, 占50.00%)和雁形目(39种, 占72.22%)。黄河流域受威胁鸟类共计121种, 其中有37种和52种分别在IUCN红色名录和《中国脊椎动物红色名录》中被列为受威胁物种(即评估级别为极危、濒危或易危), 22种和73种被分别列为国家I级和II级重点保护野生动物。这些受威胁鸟种多为地栖性、体型大、营养级高或具有长距离迁徙习性的物种。黄河流域鸟类整体物种多样性由南向北递减, 以黄河上中游四川、甘肃、陕西的高原与山地内鸟种最为丰富, 而受威胁鸟类物种多样性热点区则在黄河中下游, 下游黄河三角洲及邻近平原区为受威胁鸟类最主要集中分布区。黄河流域内48个国家级自然保护区共覆盖鸟种数504种(占黄河流域鸟类总种数的76.13%), 其中受威胁鸟种92种(占黄河流域受威胁鸟种数的76.03%)。区域内国家级自然保护区大多分布在黄河上游, 对黄河下游的受威胁物种覆盖程度较低, 保护空缺较严重。对此, 我们建议着重加强中下游自然保护区建设与能力提升, 增加对中下游受威胁鸟种的保护力度, 在保护策略上应当积极探索高强度土地利用下的多样化保护机制。

黄河是中华文明的发源地, 被誉为母亲河, 是两岸社会经济发展的保障, 切实保护好黄河流域湿地生态系统, 事关中华民族伟大复兴的千秋大计。黄河流域湿地总面积为391万ha, 其中80.4%分布在上游, 中游和下游分别仅12.5%和7.1%。黄河流域是东亚-澳大利西亚候鸟迁徙路线和中亚候鸟迁徙路线上水鸟的关键栖息地, 一些迁徙水鸟最关键的栖息地均分布在黄河流域, 如黑颈鹤(Grus nigricollis)、白鹤(G. leucogeranus)、丹顶鹤(G. japonensis)、斑头雁(Anser indicus)、大鸨(Otis tarda)、东方白鹳(Ciconia boyciana)、大天鹅(Cygnus cygnus)、疣鼻天鹅(C. olor)、青头潜鸭(Aythya baeri)等。尽管黄河流域湿地提供的水资源仅占全国的2%, 但维持着全国12%的人口饮水安全和15%的耕地用水, 湿地生态系统的脆弱性较高。截至2017年底, 黄河流域已建立各类湿地自然保护地230处, 其中国家公园2处、国家级自然保护区9处、地方级自然保护区68处、国家湿地公园145处、省级湿地公园6处, 湿地保护率达到65%, 高于我国湿地保护53%的平均水平。然而, 流域尺度现有水鸟生物多样性保护仍然面临不少挑战, 包括全球气候变化、水资源过度利用、水环境污染、栖息地丧失等。为此, 我们提出了建立以国家公园为主体的湿地保护地体系、开展濒危候鸟栖息地修复和强化黄河流域综合管理的体制机制建设等建议。

自然保护区是生物多样性保护的重要形式, 对于迁徙水鸟而言, 它的规划尤为重要。本研究于2016-2018年间在中国、蒙古国和俄罗斯捕捉6只斑头雁(Anser indicus)、5只白琵鹭(Platalea leucorodia)和10只东方白鹳(Ciconia boyciana)进行卫星追踪, 探讨了黄河流域自然保护区对它们栖息地的保护现状。基于4年累积获取的844,592条高频数据, 分析了这21只水鸟在黄河流域活动的时间和利用的土地类型, 并使用核密度法拟合了3种鸟类的家域。结果表明: 3种鸟类均利用黄河流域湿地作为迁徙途中的停歇地, 其中一部分白琵鹭幼鸟利用黄河流域湿地作为度夏地, 一部分东方白鹳利用黄河三角洲湿地作为越冬地; 3种水鸟在黄河流域内的土地利用情况存在差异, 斑头雁对草地(49.0%)、裸地(26.2%)与水体(22.5%)的利用率较高, 白琵鹭对农田(42.1%)、草地(19.8%)和湿地(19.6%)的利用率较高, 东方白鹳对湿地(49.8%)、农田(34.5%)和水体(4.6%)的利用率较高; 斑头雁核心的50%家域被现有保护区完全覆盖, 而白琵鹭和东方白鹳核心的50%家域被现有保护区的覆盖度分别为1.6%和0, 表明后2种水鸟的栖息地极大可能存在保护空缺; 同时对覆盖范围内土地类型自身占比进行分析, 发现3种鸟类对于裸地、草地和农田的利用偏向于被动选择, 而对于湿地和水体的利用表现为主动选择。基于卫星追踪获得的高频数据可以准确反映3种水鸟在黄河流域的停歇情况、土地利用情况及潜在栖息位点。在黄河流域自然保护区的进一步规划中, 应关注白琵鹭和东方白鹳适宜生境的保护状况, 并建立覆盖全面的保护区。

本文介绍了黄河流域鱼类研究的历史、淡水鱼类的物种组成、整体分布格局、特有性、濒危性, 以及鱼类多样性在黄河上、中、下游等的特点。历史上对于黄河鱼类多样性的研究, 历经了四个阶段, 从最初的零星记录一直到现阶段的深入研究。综合历史记录和野外调查, 已知黄河流域分布的淡水鱼类共计147种, 隶属于12目21科78属, 其中鲤形目种类占据绝对优势。另外, 全流域黄河特有种计有27种, 受危物种24种, 分别占总数的18.37%和16.32%。同中国主要江河相比, 黄河鱼类在高级分类阶元上的多样性较高, 但物种多样性则处在较低水平; 尽管黄河特有鱼类和受危物种比例低于全国平均水平, 但上游特有鱼类和珍稀濒危鱼类的占比很高。目前黄河鱼类多样性大幅降低, 现状调查仅能采获历史记录种类的53.06%。梯级水电开发、水资源过度利用、外来物种、水域污染和过度捕捞都是威胁鱼类多样性的重要因素, 但对各河段和支流的影响不一, 应做出有针对性的保护部署。

黄河三角洲湿地是渤海重要的生态功能区, 在生物多样性保护与生态功能恢复方面发挥着重要作用。为系统研究该区域内大型底栖动物群落物种组成及时空分布, 作者在该区域典型潮间带和近岸浅海(5 m以浅水域)布设11个断面, 分别于2016年8月和11月, 2017年5月、8月和11月进行3个季节取样。结果显示: 黄河三角洲潮间带和邻近海域共发现大型底栖动物187种。其中, 潮间带分布119种, 近岸浅海分布99种。黄河三角洲潮间带和近海大型底栖动物物种组成均具有明显的时空差异。与历史资料相比, 黄河三角洲潮间带和近岸浅海大型底栖动物物种组成发生了明显变化, 动物个体呈小型化趋势。总体表现为自20世纪90年代末至今, 个体大的甲壳动物和软体动物经济类群逐渐被个体小且经济价值较低的多毛类、双壳类和甲壳动物取代。引起上述变化的原因复杂, 主要驱动力包括黄河来水量与输沙量的减少、人类活动(过度捕捞、开发力度加大)和互花米草(Spartina alterniflora)入侵。

生物多样性的大尺度空间分布格局及其形成机制一直是生态学和生物地理学的核心内容。黄河流域是我国重要的生态屏障, 明确该区域动植物多样性分布格局及其影响因素, 对我国黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。本研究通过收集黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物分布数据, 结合气候、环境异质性和人类活动等信息, 探讨了黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度格局及其主要影响因素。结果表明, 黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度在区域尺度具有相似的分布格局: 南部山地动植物物种丰富度最高, 而东部高寒区和北部干旱区物种丰富度最低。回归树模型表明, 冠层高度范围和净初级生产力范围分别是黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度最重要的预测因子; 当移除空间自相关影响后, 环境异质性和气候因子依然对区域尺度的动植物物种丰富度具有较高且相似的解释度。表明环境异质性和气候共同决定了黄河流域被子植物和陆栖脊椎动物物种丰富度格局, 而人类使用土地面积并不是影响黄河流域动植物物种丰富度格局的主要因子。因此, 在未来的研究中若针对不同区域筛选出更精准的环境驱动因子或选用更多不同类别的环境异质性因子进行分析, 将有助于更深入理解物种多样性格局的成因。

黄河流域健康的生态系统是沿黄地区生态保护和高质量发展的核心。然而, 随着经济高速发展和人类活动增加, 大量的外来生物传入并占据黄河流域生态位。这些外来生物在黄河流域的大肆扩繁给黄河流域本土生物和生态系统带来了严重威胁, 甚至严重影响人类健康。因此, 研究黄河流域的外来生物入侵问题, 并提出保护对策, 对于黄河流域生态保护和高质量发展具有重大意义。本文主要从黄河流经九省区(包含黄河流域)外来入侵生物的传入特征、传播途径、种群动态、成灾机制以及入侵生物对黄河流域重要生物资源和生态系统的影响等方面进行综述, 并提出了防控黄河流域生物入侵、保护黄河流域健康的生态系统的措施和对策。

功能性状beta多样性反映了群落间功能性状组成的差异, 解析其形成机制是群落生态学研究的核心内容之一。本研究以云南西双版纳热带季节雨林20 ha动态监测样地为研究对象, 测定木本植物11个重要的功能性状, 采用多度加权的平均最近邻体性状距离度量不同取样尺度的功能性状beta多样性, 基于距离矩阵的多元回归方法解析林冠结构差异、环境异质性、空间距离在功能性状beta多样性格局形成中的相对作用。结果表明, 对于所有木本植物个体(DBH ≥ 1 cm)而言, 同时考虑林冠结构、环境和空间距离的模型为解释功能性状beta多样性格局的最优模型; 在3个不同取样尺度上, 林冠结构差异和环境距离都对功能性状beta多样性具有较大的解释力, 且随着取样尺度的增大而上升, 空间距离的作用基本可以忽略。本研究证实了林冠结构是局域尺度木本植物功能性状beta多样性格局形成的重要驱动力, 这一发现更新了环境异质性和空间距离是驱动功能性状beta多样性格局形成的主要因素的传统认知, 为将来研究功能性状beta多样性形成机制提供新的视角, 并证实了取样尺度在解析木本植物功能性状beta多样性格局形成机制中的重要性。

底栖大型无脊椎动物作为水环境监测的重要指示生物, 其群落结构和多样性能够有效地反映水环境的健康状况。为了更好地了解扬州宝应湖大型底栖动物的群落多样性, 本文于2015-2019年对扬州宝应湖底栖大型无脊椎动物进行野外调查和采样, 联合经典形态学和高通量测定DNA条形码方法进行物种鉴定, 进一步分析了这些大型无脊椎动物群落结构和多样性的年度变化, 并应用Shannon-Wiener指数(H′)和污染生物指数(biotic index, BI)对水质状况进行生物评价。结果显示: 共记录大型底栖动物3门5纲57种, 其中软体动物门23种, 隶属2纲9科(腹足纲7科15种, 双壳纲2科8种); 环节动物门寡毛纲12种, 隶属2科; 节肢动物门22种, 隶属2纲6科(软甲纲4科5种, 昆虫纲2科17种)。腹足纲是优势类群, 5年间的密度占比均在65%以上。优势种是赤豆螺(Bithynia fuchsiana)、槲豆螺(B. misella)和长角涵螺(Alocinma longicornis)。Margalef丰富度指数(2.27 ± 0.28)、Simpson优势度指数(0.82 ± 0.02)和Pielou均匀度指数(0.78 ± 0.08)在5年间呈现明显的波动变化。对水质状况的生物评价结果表明, 湖区水体环境在5年间均呈现不同程度的污染状态, 这与过度围湖水产养殖等经济活动引起水体富营养化有一定关系。

理解沿环境或空间梯度的群落组成变化(即beta多样性)一直是生态学和保护生物学的中心问题, 且beta多样性的形成机制及其对环境的响应已成为当前生物多样性研究的热点问题。本文以西藏横断山区怒江和澜沧江两个流域入江溪流中的细菌为研究对象, 使用Baselga的beta多样性分解方法, 基于Sørensen相异性指数将细菌的beta多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分, 探究了细菌beta多样性及其分解组分随海拔距离的分布模式, 并且衡量了环境、气候和空间因子的相对重要性。结果表明, 两个流域中细菌的群落结构显著不同。两个流域的细菌总beta多样性和周转组分随海拔距离的增加而增加, 周转组分占总beta多样性的比例较大。气候和环境因子是两个流域中细菌总beta多样性及周转过程的重要预测因子, 并且所有的显著因子均为正相关, 其中环境因子中相关性最高的为海拔距离(R ²= 0.408, P < 0.001), 而气候因子中相关性最高的为年均温差(R ²= 0.417, P < 0.001)。方差分解结果暗示嵌套组分主要受空间扩散的影响; 总beta多样性和周转组分在环境较恶劣的澜沧江主要受环境过滤的影响, 而在环境较温和的怒江主要受空间扩散和环境过滤的共同影响。此外, 较为恶劣的环境条件会增加细菌的总beta多样性和周转率, 并且会形成更强的环境筛选作用去影响细菌群落的物种组成。我们的研究表明对西藏横断山区水体细菌多样性的保护需要从整个流域入手, 而非少量的生物多样性热点地区。