毛茛科是真双子叶植物的基部类群之一, 包含多种药用植物, 具有较高的保护价值, 但关于毛茛科物种多样性和谱系多样性大尺度格局及其影响因子的研究还比较匮乏, 特别是以较高分辨率分布数据为基础的物种多样性格局研究尚未见报道。本文旨在: (1)建立欧亚大陆东部毛茛科植物分布数据库, 估算不同生活型物种多样性和谱系多样性格局, 并探究格局的形成机制。(2)分析毛茛科物种多样性和谱系多样性的相关关系, 确定多样性热点地区, 为毛茛科保护规划提供依据。根据中国、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、蒙古和俄罗斯等国家的区域和地方植物志, 建立了“欧亚大陆东部地区毛茛科物种分布数据库”。该数据库包含了欧亚大陆东部地区1,688种毛茛科物种的分布数据, 空间分辨率为100 km × 100 km。在此基础上, 估算了毛茛科全部及不同生活型的物种多样性和谱系多样性格局, 并利用广义线性模型和等级方差分离方法分析了毛茛科物种和谱系多样性格局与环境因子的关系。最后比较了物种多样性和谱系多样性的相关关系, 确定了毛茛科的古热点地区。结果显示: (1)欧亚大陆东部毛茛科植物物种和谱系多样性均呈明显的纬度格局, 且在山区具有较高的多样性。(2)毛茛科植物物种和谱系多样性受现代气候、地形异质性和末次冰期以来的气候变化的共同影响, 但不同影响因子的相对贡献率在物种和谱系多样性及不同生活型之间差异显著。(3)中高纬度地区的谱系多样性高于给定物种数的预期, 是毛茛科的古热点地区, 在毛茛科保护规划中应受到重视。

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异, 但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据, 探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和叶片氮、磷含量4个功能性状与基因组大小之间的关系。结果表明, 被子植物最大植株高度和种子重量与基因组大小间的关系在草本和木本植物中存在显著差异。草本植物最大植株高度与基因组大小的关系不显著, 但种子重量与其呈极显著的正相关关系。木本植物最大植株高度与基因组大小显著负相关, 但种子重量与其关系不显著。木本植物叶片氮含量与基因组大小呈显著正相关, 但其他生活型植物的叶片氮、磷含量与基因组大小均无显著相关性。本研究表明被子植物功能性状与基因组大小的相关性在不同生活型间存在差异, 这为深入研究植物多种功能性状和植物生活型与基因组大小的权衡关系在植物演化和生态适应中的作用提供了重要依据。

广西火桐(Firmiana kwangsiensis)和丹霞梧桐(F. danxiaensis)是我国南方特有物种, 其分布范围狭窄, 种群数量少。为了解其叶绿体基因组结构及系统发生关系, 本文通过高通量测序方法获得广西火桐和丹霞梧桐的浅层基因组数据, 通过生物信息学方法对叶绿体全基因组进行组装, 并对其结构特征进行分析。结果表明: 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组大小分别为160,836 bp和161,253 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构, 包含长度分别为89,700 bp、90,142 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC), 长度分别为19,970 bp、20,067 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC)及长度分别为25,583 bp、25,522 bp的2个反向重复序列区(inverted repeat sequence, IR)。两个物种的叶绿体基因组共注释得到131个基因, 包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因。广西火桐的叶绿体基因组中共检测出26个正向重复序列、2个反向重复序列、21个回文重复序列、21个串联重复序列和98个简单重复序列; 丹霞梧桐叶绿体基因组中共检测出23个正向重复序列、5个反向重复序列、21个回文重复序列、30个串联重复序列和107个简单重复序列。系统发生分析结果表明5种梧桐属(Firmiana)植物构成两个强烈支持的分支(支持率100%), 一个分支为广西火桐、美丽火桐(F. pulcherrima)和火桐(F. colorata), 其中广西火桐与美丽火桐构成姐妹群; 另一分支是互为姐妹群的丹霞梧桐和云南梧桐(F. major)。综上所述, 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组结构、基因排列及重复序列具有较高的相似性, 系统进化树将5种梧桐属物种分为两个分支, 其中广西火桐和美丽火桐最近; 而丹霞梧桐与云南梧桐关系最近。本研究鉴定的SSR位点可为梧桐属物种系统发生、进化关系的研究提供遗传信息。

自然保护区是抵御外来物种入侵的重要屏障, 然而人类活动可能增加外来入侵物种扩散的风险, 导致自然保护区面临不同程度的入侵。为了对比研究自然保护区内外以及不同保护区之间外来入侵草本植物的分布格局及其与人类活动的关系, 本文基于贵州省四个国家级自然保护区(赤水桫椤、习水、梵净山和麻阳河) 380个样方的调查数据, 运用双因素方差分析和非度量多维标度分析方法分析了保护区内外的外来入侵草本植物多样性和物种组成差异, 并利用冗余分析探讨了影响不同保护区内外来入侵草本植物分布的关键人类活动因子。赤水桫椤、习水、梵净山和麻阳河4个保护区共调查发现外来入侵草本植物46种, 隶属于18科37属, 其中, 4个保护区内分别有16、18、7和20种, 保护区外分别有17、10、24和20种。赤水桫椤和梵净山保护区外的外来入侵草本植物丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数显著高于保护区内, 而习水和麻阳河保护区内外差异不显著。梵净山保护区内的Pielou均匀度指数显著高于保护区外, 其余保护区内外差异不显著。四个保护区内外的外来入侵草本植物物种组成无明显差异。保护区内的居民量和道路长度是影响保护区内外来入侵草本植物分布格局差异的主要原因。研究结果表明, 不同保护区对外来草本植物入侵的抵御能力不同, 而人类活动程度的差异是导致其不同的原因之一。建议加强自然保护区内及周边区域人类活动管控, 减缓外来入侵植物的扩散。

热带岛屿生物多样性是全球生物多样性保护研究的热点之一。海南岛是中国面积最大的热带岛屿, 丰富独特的淡水蟹类是维持岛内淡水生态系统功能完整性的关键类群。本文通过多年野外调查, 综合历史及最新文献资料, 对海南岛淡水蟹类物种多样性及其现状进行调查和评估, 并对淡水蟹类物种多样性保护现状进行了分析讨论。研究发现, 海南岛淡水蟹类物种多样性分布中心位于中南部山地, 主要集中于中部的霸王岭、鹦哥岭和猕猴岭, 南部的五指山和吊罗山, 以及西南部的尖峰岭一带。其物种多样性整体上呈现中南部山地高、平原台地低的特点。根据《IUCN物种红色名录濒危等级和标准》对海南岛淡水蟹类物种现状的评估结果显示, 全岛受威胁淡水蟹类物种的占比为16.7%。基于分布区预测, 以海南热带雨林国家公园为主体的保护地对淡水蟹类潜在适宜分布区的覆盖度明显优于此前碎片化的各级保护区。本文研究结果显示, 海南岛淡水蟹类的总体生存状况良好, 但一部分山地或平原种类处于受胁状态。国家公园体制的建立有望为岛内淡水蟹类物种多样性保护提供前所未有的机遇。基于物种多样性分布格局开展淡水蟹类等淡水生物多样性监测, 有助于促进海南岛淡水生态系统完整性的长效保护与可持续发展。

自然保护区在保障水源涵养等生态系统服务方面发挥了重要作用, 对区域水资源的可持续利用具有重要意义。然而, 自然保护区水源涵养服务保护成效的主要影响因素仍然不清, 不利于自然保护区的有效管理和区域可持续发展目标的实现。本文拟探讨: (1)秦岭区域水源涵养服务的总体情况; (2)自然保护区对水源涵养服务的保护成效; (3)自然保护区水源涵养服务保护成效的主要影响因素是什么。本文采用InVEST模型计算秦岭区域19个国家级自然保护区2010-2015年的水源涵养量, 基于倾向评分配比法研究了自然保护区水源涵养服务保护成效, 并通过随机森林回归判断自然保护区水源涵养服务保护成效的主要影响因素。研究结果表明, 虽然在2010-2015年秦岭区域水源涵养服务整体降低, 但与自然保护区外的配对样本相比, 大多数自然保护区(63.16%)水源涵养服务保护成效显著(N = 12, P < 0.05); 少数保护区(26.32%)在减缓水源涵养服务降低的作用不如自然保护区外(N = 5, P < 0.05); 也有个别自然保护区(10.52%)对水源涵养服务保护成效不明显(N = 2, P > 0.05)。从主要影响因素来看, 自然保护区水源涵养服务保护成效主要受降水量变化和自然保护区资金投入的影响。结果显示: (1) 2010-2015年间秦岭区域水源涵养量减少较为明显, 但总体来看自然保护区在减缓水源涵养服务降低方面取得了积极成效。(2)降水量变化对水源涵养服务保护成效起到主导作用; (3)管理因素也对保护区水源涵养服务保护成效有一定影响, 在管理因素中资金投入的大小对水源涵养服务保护效果影响最大。因此, 建议进一步增加资金投入, 以提升自然保护区水源涵养服务的保护成效。

近年来, 分子钟定年方法(molecular dating methods)得以广泛运用, 为宏观进化研究尤其是生物多样性及其格局形成历史的相关研究提供了不可或缺且十分详尽的进化时间框架。贝叶斯方法(Bayesian methods)和马尔可夫链蒙特卡罗方法 (Markov chain Monte Carlo)可容纳多维度、多类型的数据和参数设置, 因此以BEAST、PAML-MCMCTree等软件为代表的贝叶斯节点标记法(Bayesian node-dating methods)逐渐成为分子钟定年方法中最为广泛使用的类型。贝叶斯框架的优势之一在于其可以利用复杂模型考虑各种不确定性因素, 但是该类方法中各类模型和参数的设置都可能引入误差, 从而影响进化分化时间估算的可靠性。本文介绍了贝叶斯分子钟定年方法的原理和主要类型, 并以贝叶斯节点标记法为例, 重点讨论了分子钟模型、化石标记的选择与放置、采样频率及化石标记点年龄先验分布等因素对节点定年的影响; 提供了贝叶斯时间树构建软件的使用建议、节点年龄的讨论原则和不同模型下时间树的比较方法, 针对常见的引起节点年龄潜在高估和低估风险的情况作了分析并给出了合理化建议。我们认为, 合理整合多种贝叶斯方法和模型得出的结果并从中择优, 能够提高定年结果的可靠性; 研究人员应对时间树构建结果与其参数设置的关系开展讨论, 从而为其他学者提供参考; 化石记录的更新与分子钟定年方法的改进应同步不断跟进。

冠层树种多样性是自然森林生态系统功能和服务的重要基础。及时掌握冠层多样性的现状及变化趋势, 是探讨诸多重要生态学问题的前提, 更是制定合理生物多样性保护策略的基础。但受制于传统的多样性信息采集方法, 区域尺度的高精度冠层多样性监测发展较为缓慢; 许多在气候变化和人类干扰下的生物多样性分布信息得不到及时更新。近年来基于无人机的冠层高光谱影像收集与分析技术的发展, 使得冠层多样性监测迎来了新的发展契机。本文从森林冠层高光谱影像出发, 介绍了与多样性监测相关的无人机航拍和基于深度学习的图像处理技术, 并结合已有文献, 探讨了无人机高光谱应用于森林冠层树种多样性监测的研究现状、可行性、优势及缺陷等。我们认为冠层高光谱影像为多样性监测提供了不可或缺且丰富的原始信息; 而无人机与高光谱相机的结合, 使得区域化高频率(如每周)、高精度(如分米乃至厘米级)的冠层多样性信息自动化收集成为可能。然而高光谱影像数据量大、数据维度高与数据结构非线性的特点为影像处理带来了挑战, 而深度学习技术的飞跃, 使得从冠层高光谱影像中提取个体及物种信息达到了极高精度。恰当地使用这些技术将大大提升冠层树种多样性的自动化监测水平, 由此也将帮助我们在当前剧变环境下及时掌握森林冠层多样性的现状与变化, 为生物多样性研究与保护提供可靠的数据支撑。

为揭示城镇化进程中生境破碎化对鸟类多样性及分布格局的影响, 本研究于2017-2019年每年的4-8月使用样线法对贵州花溪大学城26块破碎化林地(面积介于0.3-290.4 ha)中的鸟类群落进行了10次调查。共记录到鸟类78种, 隶属于11目37科。其中, 东洋界物种数占56.4%, 古北界物种数占32.1%, 广布种占11.5%; 有中国特有种1种。剔除高空飞行、非森林鸟类及偶然出现物种后, 不同斑块中的鸟类物种数介于12-55之间, 平均每个斑块有23.2 ± 10.5种。线性回归分析显示, 鸟类物种丰富度与林地斑块的面积有显著相关性, 斑块面积越小, 鸟类物种丰富度越低; 斑块隔离度对物种丰富度没有显著影响。基于物种多度分布矩阵的WNODF (weighted nestedness metric based on overlap and decreasing fill)嵌套分析显示, 不同斑块中鸟类群落呈现出反嵌套结构。小斑块中鸟类物种丰富度较低可能与植物丰富度较低、食物资源稀缺和繁育条件不足有关, 但短距离的隔离对鸟类迁入或扩散影响有限。环境过滤效应、种间竞争或优先效应可能导致不同斑块间存在较大的物种组成差异, 从而导致反嵌套格局。因此, 本研究建议在城市规划建设中应注重维持栖息地的完整性, 对不同面积大小的破碎化斑块都应加以保护。

牛科是哺乳纲中物种数量最多的有蹄类动物类群, 在全球广泛分布, 在陆地生态系统中具有重要的生态功能与作用。我国的牛科动物多样性较高, 据历史文献记载共有33种。然而, 自20世纪中期以来, 我国人口快速扩张, 社会经济高速发展, 对环境改造强度空前, 许多野生牛科动物的种群和栖息地受到了极大的影响。因此, 历史资料记载的物种分布是否依然符合现状, 至今未见系统和全面的评估, 不利于对我国动物资源情况的掌握和保护。为此, 我们系统检索并分析了2008年至今(2020年8月31日)在国内外公开发表的432篇学术论文, 以近年报道的红外相机调查结果为核心, 对28种牛科动物的分布以及15种牛科动物的种群现状进行了初步评估。经整理分析: (1)近年公开发表的研究显示, 中国目前有确凿分布证据的野生牛科动物有28种, 包括16种国家I级和11种国家II级重点保护野生动物, 涉及20个生物多样性优先保护区域。其中, 红鬣羚(Capricornis rubidus)属于中国新记录物种。(2)在省级区划层面, 记录到牛科动物物种数量最多的是西藏(n = 11)和甘肃(n = 11), 其次是新疆(n = 10)、青海(n = 7), 以及四川、内蒙古和云南(均为6种)。(3)分布省域最多的牛科动物是中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii, 省区, n = 16), 其次是中华斑羚(Naemorhedus griseus, n = 11)和岩羊(Pseudois nayaur, n = 8)。(4)据历史资料记载, 6种未见分布报道的牛科动物主要分布在西藏、新疆、云南, 分别是阿尔泰盘羊(Ovis ammon)、哈萨克盘羊(O. collium)、大额牛(Bos frontalis)、野水牛(B. arnee)、爪哇野牛(B. javanicus)和缅甸斑羚(Naemorhedus evansi)。(5)中华斑羚、赤斑羚(Naemorhedus baileyi)、中华鬣羚、岩羊、北山羊(Capra sibirica)、野牦牛(Bubalus arnee)在IUCN公布的分布区外有新分布记录, 建议及时修订和更新。本研究首次对中国牛科动物的分布以及种群现状进行了较客观和全面的评价, 为后续调查需要重点关注的物种和区域以及未来的研究提供参考。

大型底栖动物在当地生物多样性、食物链构成、水质指示和物质循环中有重要的作用, 但目前国内对森林内陆水体(湖泊、水库、溪流)中的大型底栖动物综合调查较少。作者于2019、2020年对广东车八岭国家级自然保护区的9个采样点开展了大型底栖动物的定性调查, 采样点涵盖保护区不同功能区、海拔、水体环境和水体底质。共鉴定出大型底栖动物4门6纲18目38科57种, 水生昆虫稚虫占大多数, 且多喜好清洁流动水体。在低海拔实验区即可采集到种类与数量可观的清洁水体指示物种。当地的大型底栖动物以亚热带森林典型物种为主, 多偏好栖息于流动水体, 反映了保护区的物种区系及其水体环境。本研究可为保护区的物种编目、环境评估和长期监测提供基础资料。

IPBES第一轮工作方案受到国际社会的广泛关注, 奠定了其作为第一个生物多样性领域政府间机制的重要地位。IPBES自成立以来相继发布了系列评估报告和决策者摘要, 引起了国际社会广泛关注, 因此, 其公平性、公正性、科学性和透明性始终为各界关注的焦点, 直接决定着IPBES评估报告的可信度和未来的发展。为有效提升工作效率, 提高其成果的科学性, IPBES通过定期开展内部和外部审查, 发现问题, 优化机构设置, 从而指导未来工作计划。本文以IPBES定期开展的审查以及现有工作机制为基础, 针对IPBES的工作效率和科学职能进行分析, 从根本上认识其地位和性质, 分析其机构设置的优势和存在的问题, 以及工作职能的发挥潜力, 针对存在的问题提出建议。并根据我国情况, 提出相关工作建议。总体来讲, IPBES在完善组织机构和规则程序, 推动产生新知识、财务资源有效管理等方面均取得了显著进展, 但在透明度、科学与政策衔接、学科和地域平衡, 以及政策支持方面存在一定不足, 在发挥成员国积极性和能力方面存在欠缺。为此, 建议IPBES未来能够更进一步发挥其特殊的政府间地位和作用, 促进科学职能的发挥, 特别是加强科学和政策的互动, 推动多利益攸关方参与, 形成稳定的财务制度并提升工作机制的透明度。同时, 建议加强对IPBES评估报告在国内的解读, 加大国内宣传力度, 并加强多学科的专家遴选, 弥补研究领域的国内空缺。