梭梭属(Haloxylon)植物是藜科的古老孑遗物种, 探究末次间冰期(last interglacial period, LIG)和末次盛冰期(last glacial maximum period, LGM)以来中国梭梭属植物的历史地理分布格局及其驱动机制, 对了解气候变化背景下旱生植物区系的发展与演化具有重要意义。本研究利用梭梭属85个自然分布点数据(60条梭梭(Haloxylon ammodendron)分布记录、25条白梭梭(H. persicum)分布记录)和2套环境因子数据, 整合GIS空间分析和9种物种分布模型, 分析了梭梭属末次间冰期以来的地理分布格局变化及其驱动机制。基于62个梭梭属种群的叶绿体基因测序数据, 利用最小成本路径方法, 模拟了末次间冰期以来梭梭属可能的扩散路径。利用R软件prcomp函数对影响梭梭属分布的环境变量进行主成分分析(principal component analysis, PCA), 评价了环境变量对梭梭属适宜分布的贡献, 并分析了关键变量与分布适宜性的相关性。结果表明: (1)集成模型的模拟精度较单一模型显著提升, 且对白梭梭的模拟精度高于梭梭; (2)末次间冰期以来, 梭梭属植物的分布均经历了显著收缩和冰后期扩张, 末次间冰期至末次盛冰期时期, 在准噶尔盆地、塔里木盆地西部广泛分布的梭梭大面积向西退缩至避难所(准噶尔盆地西北缘和塔里木盆地西北缘); 白梭梭从准噶尔盆地、塔里木盆地西端向南退缩至避难所(准噶尔盆地南缘); 末次盛冰期至今, 梭梭向东沿甘肃北部扩张直至内蒙古西部阿拉善荒漠, 白梭梭向东北方向小范围扩张, 占据了准噶尔盆地西部和南缘; (3)末次间冰期以来的气候波动对梭梭属植物的分布存在较大限制, 降水因子主导了梭梭属适宜分布面积的变化, 温度因子影响了梭梭属分布适宜性的高低。

水獭是水生生态系统重要的指示种和旗舰种, 由于强烈的人为干扰, 中国的水獭种群数量大幅下降, 部分区域已局部灭绝。然而目前国内对水獭的调查和研究非常有限, 本底不清的状况已经严重影响到水獭的野外保育工作。本文以东北地区的欧亚水獭指名亚种(Lutra lutra lutra)为研究对象, 基于2016-2020年的调查数据, 使用组合建模的方法评估了水獭的潜在分布区; 利用地理信息系统和系统保护规划软件分析了水獭的保护优先区并计算了各省级行政区内水獭潜在分布区和保护优先区面临的人类压力; 结合国家级自然保护区的空间布局分析了水獭的保护现状, 并以内蒙古森工集团、大兴安岭林业集团、伊春森工集团三大国有林区为例分析了重点国有林区在水獭保护中的作用。结果表明: (1)水獭潜在分布区和保护优先区面积分别为104,515.04 km²和45,448.99 km², 其中大兴安岭的水獭保护优先区集中连片, 并与小兴安岭的保护优先区相连, 栖息地之间没有明显地理隔离, 是维持东北地区水獭种群稳定的重中之重; (2)水獭面临的人类压力大小依次为: 辽宁 > 吉林 > 黑龙江 > 内蒙古; (3)研究区内110个国家级自然保护区中有63个包含水獭潜在分布区, 覆盖面积为12,168.93 km², 仅占水獭潜在分布区面积的11.64%, 其中32个国家级自然保护区包含水獭保护优先区, 占水獭保护优先区面积的10.88%; (4)三大国有林区涵盖了71.18%的水獭潜在分布区和79.26%的保护优先区(面积分别为74,390.89 km²和36,022.22 km²)。由此可见, 尽管水獭潜在分布区中国家级自然保护区占比较低, 但是在天然林全面禁伐的背景下, 重点国有林区可能在未来东北地区的生物多样性保护中发挥更大作用, 因此我们建议将重点国有林区中具有重要保护价值的区域逐步纳入以国家公园为主体的自然保护地体系中, 以实现生物多样性的系统性和完整性保护。最后, 本文结合研究结果和实地调研提出以下保护建议: (1)加强对河流污染物的管理; (2)控制渔民捕鱼强度; (3)开展全面的水獭专项调查并建立长期的监测体系; (4)加大对水獭的科研投入; (5)加强宣传力度, 提升公众保护意识。

生境评价对物种保护具有重要意义。鹅喉羚(Gazella subgutturosa)是新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区的代表性物种, 开展其生境适宜性评价可以为该物种的保护和管理提供科学依据。作者基于2005-2019年采用样线法在保护区开展野外调查所获鹅喉羚的分布点数据, 利用最大熵(MaxEnt)模型筛选环境变量, 评估鹅喉羚在矿业开发前(2005年)、矿业开发顶峰时(2011年)和矿区生态修复后(2019年) 3个时期的生境质量; 采用质心转移和景观格局指数分析近15年鹅喉羚的生境空间格局变化特征。结果表明模型预测结果准确性较高, 3个时期鹅喉羚的潜在适宜生境面积波动较大, Jackknife检验结果表明在任一时期水源点对鹅喉羚生境选择的影响均最大。矿业开发前鹅喉羚适宜生境分布于保护区中部, 主要特征为面积大、生境斑块集中、破碎化程度低; 矿业开发顶峰时鹅喉羚的适宜生境面积较矿业开发前减少2.39%, 尤其是保护区南部大面积适宜生境丧失, 质心转移和景观格局指数分析结果显示适宜生境向保护区北部转移, 生境斑块离散破碎程度高; 实施矿区生态修复后鹅喉羚的适宜生境面积较矿业开发顶峰时增加了3.50%, 因矿业开发丧失的生境重新成为鹅喉羚的适宜生境。与2005年以前相比, 2019年鹅喉羚生境斑块仍离散化严重, 部分适宜生境因新修建的高速公路和铁路而重新丧失。基于以上研究结果, 我们从保护水源、控制交通建设、修复矿区和加强野生动物通道监测等4个方面对鹅喉羚种群保护管理提出了建议。

人类对于野生动物的影响复杂多样, 其中家养动物所产生的干扰往往被忽视, 例如保护区林缘社区饲养的家犬。半散放的家犬(Canis familiaris)进入野生动物栖息地, 对保护区内以大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)为代表的野生动物可能产生重要影响。为明确家犬进入林区活动范围对大熊猫的影响, 本研究采用红外相机技术和GPS项圈无线追踪技术对甘肃白水江国家级自然保护区内家犬对大熊猫潜在栖息地范围和时间节律的影响进行研究, 利用MaxEnt模型对家犬活动范围及大熊猫潜在栖息地进行预测。结果表明: 甘肃白水江国家级自然保护区内大熊猫潜在栖息地面积为885.8 km², 约占保护区总面积的48.2%; 家犬活动面积为861.2 km², 约占保护区总面积的47.6%。家犬活动范围与大熊猫潜在栖息地重叠的面积约占保护区面积的28.2%, 且多集中在低海拔的常绿阔叶林。大熊猫在有家犬出现的位点和没有家犬出现的位点日活动节律具有显著差异。本研究揭示了家犬进入林区对大熊猫栖息地潜在影响的空间范围, 为保护区开展生物多样性管理提供了关键信息, 对于其他保护区具有借鉴意义。

作为高原旗舰物种, 黑颈鹤(Grus nigricolli)是反映高原生态健康状况的重要参考。为了解黑颈鹤如何在多因素作用下适应人类改造过的栖息地环境, 本研究利用遥感解译、最近邻分析与随机森林模型对繁殖于甘肃盐池湾国家级自然保护区党河湿地的黑颈鹤的筑巢栖息地偏好及人为干扰进行研究。2019年和2020年每年的4-9月在党河湿地内对巢位点等数据进行收集。研究结果表明: 党河湿地内巢址与人为干扰的分布位置明显不同, 两者的主要分布区呈现镶嵌状。距深水沼泽距离、距浅水沼泽距离与距湖泊距离是影响黑颈鹤筑巢栖息地选择最关键的3个环境因子。黑颈鹤筑巢时偏好在距离深水沼泽< 125 m、距离浅水沼泽< 130 m、距离湖泊< 270 m的区域内筑巢。黑颈鹤对沼泽、湖泊等资源的偏好是其巢址分布格局的主要驱动力, 而房屋与公路等人为干扰对栖息地选择的影响很小。黑颈鹤筑巢时强烈偏好的栖息地在湿地内占比低、分布聚集且适宜范围有限, 繁殖区域较狭窄。黑颈鹤巢址间距离的上升表明黑颈鹤栖息地质量可能有所下降, 牲畜数量的增长、冬季牧场的多季节利用以及气候变化可能是主要原因。建议在党河湿地内不新增房屋及公路等人为干扰, 同时继续适当限牧, 并给予牧民充足的经济补偿。

细菌在海洋生物地球化学循环中发挥着重要作用。为更好地了解海洋细菌的特征及其在海洋环境中的潜在作用, 本文利用纯培养与16S rRNA基因高通量测序技术对中印度洋与南海西部海域表层海水细菌多样性进行研究。纯培养结果表明, 自中印度洋与南海西部表层海水中共分离275株可培养海洋细菌, 隶属于4门49属75种。变形菌门是绝对优势类群(占总株数的68.7%), 其次是放线菌门(21.5%)、拟杆菌门(9.1%)和厚壁菌门(0.7%)。在属水平, 微杆菌属(Microbacterium)与弧菌属(Vibrio)是主要的优势属, 共占总株数的30.0%。在3种分离培养基中, 自1/10 × 2216E培养基中分离细菌的数目与种类最多(89株, 30属); 分离菌株中的细菌菌株有7、9与3个属分别仅在2216E、1/10 × 2216E及葡萄糖甘露糖(glucose-mannose, GM)培养基中生长。此外, 共分离培养出50株细菌(26种)可能代表潜在新分类单元。高通量测序结果显示, 中印度洋和南海西部表层海水中共有23个门531个属。优势门类为变形菌门(72.2%)和拟杆菌门(15.3%), 优势属为嗜冷杆菌属(Psychrobacter, 24.4%)、盐单胞菌属(Halomonas, 16.3%)和亚硫酸杆菌属(Sulfitobacter, 13.9%)。此外, 中印度洋表层海水细菌Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数显著高于南海西部(P < 0.05), 且细菌群落结构显著不同(P < 0.05)。综合纯培养与原位细菌数据得出, 中印度洋与南海西部海洋细菌具有丰富的多样性, 具有进一步开发研究的价值。

我国农田土壤动物面临严峻的多样性丧失问题, 建设监测样地并开展长期监测是解决该问题的重要途径, 但至今国内外仍缺乏农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。依据BCI 50 ha大型固定样地建设规范, 参照我国已建成的森林和农田土壤动物大型固定样地监测经验, 本文提出了农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。首先, 需要明确科学问题, 确定科学调查监测应遵守的基本原则。其次, 需要规范长期调查监测涉及的专业术语, 依据研究目的和实际情况选择地点和样地, 参照建设规范和农田特征建立农田土壤动物大型固定样地。第三, 以研究农田土壤动物多样性为核心, 揭示土壤动物在农田生态系统健康和功能中的作用, 有选择性地开展4类27项科学指标的长期监测工作, 要求按照统一的、规范化的工作流程开展野外调查和室内实验。最后, 要科学规范地完成标本的鉴定描述和保存保管, 研发体现农田土壤动物特征的数据库和管理信息系统。希望本文的研究结果能推动我国乃至世界范围的规范化样地建设和标准化网络监测, 为我国农田土壤动物评估与保护提供长期可靠的数据支撑。

生物多样性保护优先区域代表了生物多样性富集区、典型生态系统与关键物种分布区, 对于生物多样性保护具有重要意义, 但优先区域内自然保护地覆盖率通常较低, 存在很大的保护空缺。苔藓植物作为生物多样性的一个重要组成部分, 在生态系统中发挥着重要作用, 但由于个体细小、分类鉴定困难等, 使得其多样性保护成为整个生物多样性保护中较为薄弱的一环。为了了解我国生物多样性保护优先区域苔藓植物多样性及受保护情况, 本文以黄山-怀玉山生物多样性保护优先区域内的石台县和青阳县为例, 通过系统的样线法调查优先区域内自然保护地内、外的苔藓植物多样性, 比较了其物种组成特点及相似性。结果表明, 该区域共有苔藓植物64科140属344种, 包括苔类植物27科40属106种、藓类植物37科100属238种, 其中有5种为濒危物种。自然保护地内有60科120属270种, 保护地外有46科90属185种, 保护地内、外苔藓植物科、属、种的Jaccard相似性系数分别为0.66、0.50和0.32, 表明自然保护地内、外物种组成差异很大。与石台县和青阳县苔藓植物历史数据相比, 本研究新增苔藓植物14科64属273种, 其中包括安徽省新记录2科9属96种, 而且有18种仅分布于自然保护地外。根据对该区域物种累积曲线及外推估计分析, 当采集足够充分时, 基于标本数的物种多样性预测值为485种, 基于样线数的预测值为563种, 说明石台县和青阳县的苔藓植物多样性仍存在被低估的可能。本研究结果一方面表明了自然保护地之外的苔藓植物在保护中有重要价值, 另一方面也反映了苔藓植物的野外就地保护存在空缺。建议在我国其他生物多样性保护优先区域开展类似的调查和研究, 以期为今后对苔藓植物的分布规律及保护研究提供翔实的基础数据。

叶附生苔类植物是一类主要生长在热带雨林和亚热带常绿阔叶林维管植物叶片表面的苔类植物, 具有重要的生态价值, 是苔藓植物中最需要关注和保护的一个类群。但由于其个体细小、分类困难等原因, 此前针对我国叶附生苔类植物的采样可能存在低估其多样性的情况。为了解采样方式可能对叶附生苔类植物多样性的影响, 本研究在乌岩岭国家级自然保护区对叶附生苔开展了系统的采样及比较研究。根据叶附生苔附主植物的叶片特性、分布位置等因素, 对保护区内的叶附生苔类植物及附主植物开展沿海拔梯度的系统调查和取样, 分析了叶附生苔类植物和附主植物的多样性及物种组成情况。结果显示, 该保护区共有叶附生苔类植物5科14属49种, 叶附生苔附主植物57科84属119种。与历史数据相比, 本研究区新增叶附生苔2科5属35种, 其中浙江省新记录苔类4种。叶附生苔物种丰富度表现出随海拔升高呈单峰型分布的模式, 在500-900 m海拔段的种数最多。基于叶片数的物种累积曲线及随机抽样分析表明, 该保护区叶附生苔在不同生境及同一附主植物不同叶片间表现出较大的种类组成差异。鉴于本研究采集方法获得的较高叶附生苔物种多样性, 建议在我国叶附生苔多样性其他分布中心开展类似的研究, 以进一步摸清我国叶附生苔类植物物种多样性。

有机农业是生态环境友好的生产方式, 对农业生物多样性保护具有重要意义。个体研究的差异不利于有机农业的生态环境效益评估。本研究利用文献整合分析, 以对农田生态环境具有良好指示作用的节肢动物为研究对象, 探讨了有机种植对农田生物多样性的保护效果及影响因素。结果表明, 相比常规种植, 有机种植可使节肢动物的丰富度、多度及均匀度显著提升34.95%、64.95%及12.09%; 天敌和害虫的物种丰富度分别显著提升了22.50%和31.03%; 同时天敌的个体数量比常规显著增加了71.80%, 害虫减少了10.46%。经过3年及以上的有机种植后, 节肢动物的丰富度和多度均显著高于常规种植。常规种植化学农药施用频率可显著影响节肢动物丰富度和均匀度指数, 施药次数每增加1次, 节肢动物丰富度相比有机种植显著降低13.54%, 均匀度显著降低2.64%。有机水田对节肢动物多度的提升效果显著优于有机旱地, 为后者的4.7倍; 但二者的丰富度和均匀度没有显著差异。蔬菜和茶叶种植体系对节肢动物多样性指数的综合提升效果优于其他作物类型, 丰富度、多度和均匀度指数分别显著提升了81.46%、74.14%、18.55%和48.86%、49.06%、30.88%。鼓励常规种植减少农药施用频次, 加大有机和生态化管理措施的应用程度, 是保护农业生物多样性、实现农业绿色高质量发展的有效途径。

2017年, 我国在部分国家公园体制试点区启动了国有自然资源资产管理体制试点, 旨在为国家公园等重要生态空间自然资源管理积累经验。2021年10月12日, 习近平主席宣布设立第一批国家公园。因此, 探讨国家公园的自然资源管理具有重要的现实意义, 可为未来资源环境领域的管理提供参考。本文对国家公园自然资源管理体制试点开展了调研。研究发现, 国家公园自然资源管理工作在机构设置、地方立法、权责划分等方面取得进展。我国已建立中央垂直管理、中央和地方共同管理、地方管理等国家公园自然资源管理体制, 各省级立法机构共出台了5部国家公园地方性法规, 为国家公园自然资源管理提供了法律依据。此外, 南山国家公园管理局和武夷山国家公园管理局印发了权责清单, 为国家公园自然资源管理职责划分做了有益探索。但还存在一些问题, 如国家公园自然资源管理体制映射关系复杂、自然资源权属需进一步厘清、顶层设计需进一步加快等。为此, 本文从构建集中统一管理体制、完善国家公园法治体系、厘清自然资源权属关系、有序开展社区人口转移等方面提出了建议, 以期为国家公园自然资源管理提供参考。

自然选择理论认为生物个体或者种群在进化的过程中, 其基因或者性状、行为策略的选择一定是能够提高其适合度或者达到某个可期的“目标”。然而, 随着某个突变基因或者性状特征、行为策略在种群中扩散, 其期望收益将随着其在种群中分布的密度变化或环境改变而发生改变, 这就是适合度景观的悖论, 即静态的、固定可期望的收益可能因此而不存在。基于动态而非静态适合度景观的概念, 我们提出路径依赖的自然选择概念。路径依赖的自然选择过程中, 一个突变的基因或表型在某种环境下随机产生, 但是该基因或表型在某些特定环境下会产生正反馈。尤其是在正反馈与随机漂变的共同作用下, 多条路径的演化就可能发生, 并且其路径的形成将同时受到其种群进化历史过程和空间特征分布等因素的强烈影响。而在不同路径下, 由于观测维度、角度和尺度的不同, 适合度意义将因此而存在不同。在此意义下, 自然选择更可能选择路径频率而不是适合度大小。基于上述概念, 我们借鉴现代物理学中复函数的方法, 来描述多重动力对物种形成或者生物特征、种群进化等路径依赖的演化过程, 以期为同域物种、隐存种形成以及生物多样性演化提供解释机制。