为更好地推动我国生物多样性科学的发展, 提升期刊服务能力, 并庆祝创刊30周年, 我们梳理了《生物多样性》2013-2022年的主要进展。(1)近10年中, 期刊的特色进一步凸显。围绕学科前沿、国家重大行动计划、履约等领域共策划出版56个专辑/专题, 新设立编者按、生物编目、数据论文、保护与治理对策、生物文化多样性等特色栏目, 通过发表数据论文、生物编目等文章推动数据共享, 以及通过鼓励学术争鸣、探索中文期刊的国际传播等举措使期刊的特色进一步凸显。(2)期刊载文量快速增加, 报道的内容不断拓展。研究方向由前20年的61个增加为目前的78个, 90%左右的文章聚焦于生物多样性保护、环境科学/生态学等领域; 植物学、动物学、微生物学的稿件分别占41.79%、47.48%和4.61%。基于关键词的文献计量分析表明, 近10年刊登的文章关键词聚类为遗传多样性、群落结构、红外相机、红色名录、生物多样性公约、国家公园、植物多样性、分类学和地理分布等9个子领域。培养了大批生物多样性人才, 10年中共有4,665位作者署名(作者记录数6,295), 发表文章最多的前20位作者主要来自中国科学院相关研究所、中国环境科学研究院、北京大学等机构, 其中60%为编委。(3)刊登的论文被广泛引用和下载。根据中国知网数据(排除了学位论文和会议论文, 2022年10月18日), 近10年刊登的文章有1,211篇累计被引用13,507次, 平均每篇被引11次以上; 网上下载量从2012年的6.64万次增加到2021年的23.85万次。有5篇文章入选中国科协优秀科技论文或中国百篇最具影响国内学术论文; 以国家公园、红外相机、红色名录、多功能性、生物入侵为关键词的文章是受关注的热点。《生物多样性》的影响因子和总被引频次在生物学领域一直排名前列; 是《科技期刊世界影响力指数(WJCI)报告》中全球保护生物学领域唯一的中国期刊, 2019年和2020年分别位列23/48和25/49位。最后我们探讨了今后如何继续引领中国生物多样性研究和保护、建设一流科技期刊面临的挑战和对策以及如何进一步提升科学传播能力。

在联合国《生物多样性公约》生效30年和《生物多样性》创刊30周年之际, 我们通过问卷调查从281名中国研究人员收集到763个生物多样性相关的研究问题, 通过归纳与整理, 并参考英国生态学会提出的100个生态学基本问题, 从中筛选出30个核心问题。这些问题涉及7个方面: 演化与生态(6个问题)、种群(4个问题)、群落与多样性(7个问题)、生态系统与功能(3个问题)、人类影响与全球变化(4个问题)、方法与监测(4个问题)、生物多样性保护(2个问题)。前5个方面主要聚焦在物种形成、生物多样性维持等的关键过程与机制、生物多样性与生态功能关系、全球变化对生物多样性的影响机制等, 第6方面主要涉及生物监测与预测、数据共享等, 第7方面涉及多样性保护、自然与人类健康关系这两个与公众息息相关的重要话题。这30个问题的筛选难免存在偏颇, 希望能以此为契机, 促进我国生物多样性研究人员对本领域核心问题的深入思考与探讨。

生物多样性是生态系统复杂性的重要特征, 理解多样性的形成和维持机制一直是理论生态学研究的核心议题。本文从三方面概述了生物多样性理论的最新进展。一是物种共存和群落构建, 总结了现代共存理论和基于过程的群落构建理论的新进展。二是物种相互作用, 综述了利用经验数据推断物种相互作用关系和强度的最新方法。三是生态-进化动态, 介绍了生态-进化模型的一般框架及其在生物多样性研究中的应用。最后对生物多样性理论的发展趋势做了展望, 特别是多尺度整合理论和全球变化下的预测理论。

生物多样性的起源与进化是生命科学领域最重要的科学问题之一。多组学数据的积累和相关分析技术的发展, 极大地推动了人们对生物多样性起源与进化的理解和研究, 使得阐明生物进化事件发生的过程与机制成为可能。值此《生物多样性》创刊30周年之际, 本文简要回顾生物多样性起源与进化相关研究在近年来取得的重要研究进展, 以期帮助读者了解该研究方向的发展现状。过去10年中, 生物多样性起源与进化相关研究在生命之树重建、生物多样性时空分布格局、物种概念、物种形成与适应性进化以及新性状起源与多样化等方面取得了许多重要进展, 并在此基础上厘清了许多分类单元间的系统发育关系、揭示了生物多样性分布格局的部分历史成因、提出了新的物种概念和物种形成模型、阐明了新性状和新功能发生的部分分子机制。我们认为, 更精准地重建生命之树、深入挖掘基因组数据以及多学科交叉融合将是今后生物多样性研究的主要趋势。

建立自然保护地是保护生物多样性最为重要的措施之一。总体来看, 自然保护地生物多样性保护研究主要围绕关键生态系统以及珍稀濒危物种等保护对象的状态以及变化两个层面进行, 并重点关注自然保护地数量与面积、保护了多少重要生态系统和物种、能否有效保护生物多样性等一系列科学问题。然而, 在自然保护地生物多样性保护研究方面, 还缺少针对上述研究领域的系统性综述。为此, 本文系统梳理了自然保护地空间布局及其与生物多样性分布的关系、自然保护地生物多样性变化及其保护成效等近20年来相关领域的研究进展。自然保护地的空间布局以及与生物多样性分布的关系主要围绕自然保护地与生物多样性在某一阶段的状态开展研究, 致力于探究自然保护地“保护多少” “代表性如何” “在哪儿保护”等一系列关键科学问题。同时, 自然保护地内的生物多样性会随着气候变化、人类活动以及自身演替等发生时空动态变化, 基于自然保护地生物多样性变化分析, 各国学者在全球尺度、国家尺度和单个自然保护地进行了大量的保护成效评估研究, 并逐渐发展出了自然保护地内外配对分析方法以提升保护成效评估的精度, 进而识别出不同自然保护地的主要影响因素。在此基础上, 本文进一步对自然保护地生物多样性保护研究提出了展望, 主要包括: (1)综合考虑自然保护地生物多样性状态和变化; (2)开展多目标协同的自然保护地空间优化布局; (3)强化自然保护地主要保护对象的识别、调查与监测; (4)提升自然保护地的质量和连通性; (5)探究自然保护地管理措施与保护成效的关联机制。本文可为“2020年后全球生物多样性框架”的制定与实施特别是在自然保护地体系建设与优化方面提供参考与借鉴。

IUCN受威胁物种红色名录已经成为世界上最全面的关于全球动物、真菌和植物物种灭绝风险状况的信息来源, 是生物多样性健康的关键指标, 是促进生物多样性保护和决策的有力工具。本文全面介绍IUCN受威胁物种红色名录(简称IUCN红色名录)的发展以及应用状况, 积极推动其在中国的物种评估和广泛应用。总结了IUCN红色名录从依赖于评估专家的主观意志决定物种濒危等级的濒危物种红皮书(Red Data Book)到IUCN受威胁物种等级和标准(3.1版)的客观量化和所有门类使用统一标准的过程。该等级体系可囊括全球所有物种, 其中“受威胁”的3个等级——极危(CR)、濒危(EN)或易危(VU)需使用5个标准进行量化评估, 对评估规范有非常严格的要求。该等级和标准体系不仅适用于全球层面, 同样也适用于地区层面物种评估, 只是在具体物种种群如果和周边其他地区(国家)存在种群交流情况时, 评估结果要进行调整。迄今为止, 全球层面使用该等级体系和标准评估了14万多种(其中在中国有分布的物种10,846种), 100多个国家和地方制定了地区/国家层面的红色名录, 中国红色名录评估了5.5万多种。IUCN红色名录已广泛应用于评估生物多样性变化速度; 为保护规划提供决策信息; 支持履行国际公约、修订国家/地区重点保护物种名录和自然保护地管理等; 指导资源有效合理分配和宣传教育等。广泛应用过程中, 讨论主要集中在获取数据的方法改进上; 另外, 一方面有专家认为标准存在缺陷需要完善, 另一方面有呼吁维持标准的长期相对稳定, 以便进行跨时间、跨区域、跨物种门类的比较。本文提出来了中国红色名录的持续机制和应用建议, 包括建立中国红色名录委员会、建立中国红色名录专业网站、发展评估专家队伍、建立中国红色名录评估更新机制, 以及加强国际协作、促进全球和中国红色名录的应用和发展。

极小种群野生植物大都分布范围狭窄、个体数量稀少且自然更新困难, 面临随时灭绝的风险, 迫切需要拯救性保护。极小种群野生植物这一概念自提出以来受到了保护生物学领域的广泛关注, 已成为当前中国生物多样性保护的一个热点方向。我国于2010年正式启动实施极小种群野生植物拯救保护工程, 并开展了大量的保护研究和实践。以“extremely small population*”和“plant”为检索词在Web of Science进行了主题检索, 以“极小种群”和“植物”为检索词在中国知网进行了主题检索, 对获取的的学术期刊论文、学位论文和会议论文进行了梳理。本文从极小种群野生植物种群、群落及生境调查与监测、适应性、遗传多样性、繁殖生物学、濒危机制、动态模型6个方面对近年来极小种群野生植物的理论研究工作进行了较为系统的综述。在此基础上, 从就地保护、迁地保护与种质资源保存、野外回归、人工繁育、标准化体系5个方面回顾了极小种群野生植物保护实践及取得的进展。基于极小种群野生植物保护理论与实践研究现状, 我们建议在极小种群野生植物未来保护工作中不断调整和完善保护名录, 加强种群结构的观测和预测、小种群形成和恢复机制的针对性研究以及特定物种的长期系统性研究, 同时促进这一概念在国际上的推广。希望本文能为国家生物多样性保护和生态文明建设提供参考。

发现并描述地球上的生物物种, 建立可靠的生物分类系统, 编制权威且具有时效性的生物物种名录, 实现生物物种多样性信息的数字化和共享, 对于生物多样性科学研究、资源管理、科学决策和社会经济发展都有重要意义。在全球和区域层面, 生物物种编目工作越来越被重视, 也取得了一些可喜的进展。为反映中国生物物种编目工作近些年取得的成绩, 本文联合各相关类群的专家, 分别总结了脊椎动物、昆虫和其他无脊椎动物、植物、菌物等主要类群的物种编目进展情况, 并就将来如何更好地促进生物编目工作的开展提出了展望。现有数据显示, 中国已记录哺乳动物698种, 鸟类1,450种, 爬行类586种, 两栖类611种, 淡水鱼类1,591种, 高等植物38,493种(其中维管植物35,379种), 菌物约27,900种, 但尚无全面的包括所有昆虫和无脊椎动物的物种名录。近10年, 中国新增维管植物5个新科、86个新属、2,090个新种、374个新记录; 新增菌物新物种4,679个, 隶属于36纲140目438科1,372属。

当前, 全球昆虫数量和多样性均处于下降趋势, 而导致这一趋势的原因主要包括人为干扰及气候变化。本文基于森林、草地、农业、水生和土壤生态系统, 以植食性、访花、捕食性、寄生性、食果以及食腐昆虫为重点功能昆虫群, 综述了近三十年来国内外昆虫多样性研究领域的主要进展, 并分析了发展趋势。近年来, 昆虫多样性的研究维度不断拓展, 形态多样性研究不断深入, 系统发生多样性、功能多样性和遗传多样性等研究也显著加强。此外, 昆虫多样性研究的空间尺度也逐步扩大, 大尺度区域性研究甚至全球范围的调查持续增长。昆虫进化历史也被引入多样性格局研究中, 并随着系统发生信息学方法的普及而被整合到生态系统建成和生物多样性形成机制研究中。未来需要加强关键昆虫类群整合分类学研究、功能性状多样性、林冠昆虫多样性、互作网络结构等方向的研究。

土壤动物多样性地理分布及其生态功能研究已成为地学和生态学等领域共同关注的科学前沿。本文在介绍相关研究最新进展的基础上, 讨论已有研究的局限性或不确定性, 展望未来研究的重点方向。近10年来, 代表性土壤动物类群的全球分布研究取得突破性进展; 国内土壤动物研究的尺度和采样区域也有明显拓展, 尤其在蚯蚓和线虫相关研究上取得了系列成果。结果表明, 土壤动物多样性随纬度的变化模式主要有两种, 即在低纬度的热带最高或在中纬度的温带最高; 而土壤动物多度与多样性可能同步变化、无明显关系、截然不同甚至相反; 降水、植物生产力和土壤有机质是土壤动物分布格局的关键驱动力, 但它们的影响力因土壤动物类群不同而异。土壤动物具有改善土壤物理结构、促进养分循环和有机碳稳定、提高作物健康水平等多重功能; 土壤动物的多功能性评估方兴未艾, 但仍面临诸多挑战。简单分析土壤动物随经纬度等的变化规律存在较大局限性, 考虑在基于地质-生态历史及“经纬度-海拔-离海岸距离”等构建的多维时空框架内, 探究土壤动物分布特征及其驱动力。土壤动物分布格局对其潜在的生态功能有关键影响, 但是目前对土壤动物分布格局的预测和模拟仍主要依靠经验模型; 代谢生态学等理论在土壤动物群落研究中的应用值得关注。探究分类多样性的冗余机制, 突出功能多样性, 可以将生物多样性与生态功能更好地联系起来; 同时, 需要在特定条件和时空下, 从整个土壤食物网及其与植物的联系中理解土壤动物多样性与多功能性的联系。建议未来关注两个研究方向: (1)量化人类活动和气候变化给土壤动物多样性和生态功能带来的巨大不确定性; (2)完善土壤动物群落特征预测的理论框架和开展土壤动物群落的精准调控, 综合评价其多功能性, 进而将土壤动物与人类福祉更紧密地联系起来。

微生物主要包括细菌、真菌、古菌、病毒等类群, 是地球上出现时间最早、分布最广泛、个体数量最多, 以及物种和基因多样性十分丰富的生物类群。为了适应各种生境, 微生物衍生出腐生、寄生、共生等多样的生存策略, 在生物地球化学循环、生态系统演替与稳定性、环境修复以及人类健康等方面发挥着重要作用。传统的微生物监测方法限制了我们对微生物多样性的认知; 但是, 近年来高通量测序技术和生物信息学的发展极大推动了微生物多样性的研究进展。本文概述了近年来在微生物多样性分布格局与维持、群落构建以及功能属性多样性的最新进展; 总结分析了细菌、古菌、真菌的多样性纬度分布格局及其驱动因子, 选择、扩散、成种、漂变等过程对细菌、古菌、真菌的群落构建的贡献, 以及细菌和真菌的形态、生理生化、生长繁殖、扩散、基因组等功能性状的多样性; 提出了未来微生物多样性研究的重要领域: 环境宏真菌组研究, 微生物多样性与生态系统多功能性的关系研究, 以及微生物互作网络的生态功能研究。

本文系统地总结了近10年中国研究人员在遗传、物种、生态系统3个层次上对海洋生物多样性研究的重要进展, 并使用VOSviewer软件对近10年中国近海生物多样性的研究成果进行文献计量分析。近年来, 中国研究人员借助新的研究方法和手段, 比如分子生物学和流式细胞术等, 可以在物种多样性水平进行更准确和快速的分类鉴定, 借此在中国近海发现了较多新的物种; 通过多学科交叉融合, 更多的是在生态系统水平探讨海洋生物多样性, 也为今后海洋生态系统的修复提供了科学依据。目前中国的海洋生物多样性研究紧跟国际科技前沿和步伐, 在深海、海山和极端环境生物类群等新兴领域有了长足发展, 新物种的发现不断更新了原有认识, 对典型海洋生态系统的监测和部分入侵物种的整治有了长足的进步。中国近海生物多样性高, 监测数据全, 通过整合空间数据资料和时间序列变化, 进行更广更深的宏观生态模式分析研究十分必要。通过探究生物多样性的多重胁迫因子及其交互作用, 可为优化海洋生物多样性的保护和管理提供帮助。

生物多样性强烈的时空尺度依赖性和多层次性决定了生物多样性现状与变量的分析需要在不同生态系统进行多空间尺度、全面和连续的监测。因此, 构建生物多样性研究监测网络是生物多样性保护和研究的基础工作。近年来, 对地观测组织-生物多样性观测网络(GEO BON)、亚太生物多样性监测网络(APBON)等全球、区域以及国家尺度的生物多样性监测网络蓬勃发展。中国陆续在国家尺度上建立了针对生态系统和物种的长期监测网络, 其中, 中国生物多样性监测与研究网络(China Biodiversity Observation and Research Network, Sino BON)于2013年启动建设, 在我国主要生态系统和环境梯度设置30个监测主点和60个监测辅点, 目前已建成10个专项网对动物、植物和微生物进行监测, 并建立了以数据标准与汇交、近地面遥感为核心的综合监测中心。Sino BON打造了从地下、地面到森林林冠的多尺度、多类群(功能群)以及多营养级交互为重点的监测与研究平台, 为理解生物多样性变化趋势及其驱动因素、研究生物多样性维持机制, 以及国家履行《生物多样性公约》、保护生物多样性和生物资源提供详实可靠的生物多样性变化数据。为进一步支撑国家生物多样性治理能力、深化全球多样性保护合作, 我国生物多样性监测亟需在监测技术、监测区域、数据标准、综合信息平台等方向谋求更大的发展。

中国森林生物多样性监测网络(CForBio)目前已经沿纬度梯度从寒温带到热带布设23个大型森林动态样地, 监测1,893种木本植物, 代表我国木本植物种类的近1/6。CForBio的主要目标之一是研究森林群落的构建机制。本文综述了近20年来CForBio在群落构建机制探索方面取得的进展, 包括生物多样性时空格局、生境过滤、生物相互作用、局域扩散和区域因素以及利用新技术取得的新认知等。CForBio研究发现: (1)生境过滤和扩散限制共同决定种-面积关系及β多样性等多样性格局, 但二者的相对作用在不同样地及不同尺度存在差异; (2)生境过滤对局域群落构建的作用广泛存在, 但很难量化其对群落构建的重要性; (3)同种负密度制约在不同气候带样地普遍存在, 负密度制约的强度主要由植物菌根类型介导, 并随植物生活史类型、功能性状及环境变化而变化; (4)扩散限制在局域群落构建中发挥关键作用, 而区域因素如区域地质历史、区域物种库大小等塑造不同生物地理区群落之间的生物多样性差异; (5)宏观和微观两个方面的新技术促进群落构建机制的研究。在宏观方面, 遥感技术以低成本使大范围、多尺度的连续群落生物多样性监测和时空比较研究成为可能; 另一方面, 叶绿体基因技术和代谢组学等微观技术能促进推导群落构建的分子机制。同时, 本文还总结了以往研究的不足, 并展望了基于森林动态样地开展群落构建机制研究的未来发展, 特别强调了: (1)关注群落构建研究中的尺度问题; (2)深入开展多维度(物种、功能和系统发育)、多营养级生物互作相关的研究; (3)拓展全球变化对群落构建影响的研究; (4)融合观测-实验-模型多种手段开展群落构建机制的研究; (5)连结“群落构建理论研究”和“森林管理实践”。总之, 中国森林生物多样性监测网络的长期监测和联网研究是森林群落构建机制研究的重要基础, 也是推动群落构建理论、解决森林管理难题的重要平台。

智能传感器、人工智能、信息技术等现代科学技术的创新应用极大地提升了人类在全球生物多样性保护和恢复方面的潜力。结合国内外相关研究案例, 本文的主要内容包括: (1)对过去30年间(1991-2021年)中国野生动物红外相机监测研究相关文献资料进行总结分析; (2)结合国内2011年以来的典型案例, 对技术方法、物种发现与编目、形态与行为研究、生态学研究和保护管理等主题领域的进展进行总结分析; (3)结合国外近期的典型案例, 对红外相机监测与研究的重点领域进行评估分析; (4)对中国野生动物红外相机监测研究的未来发展提出相关建议。通过回顾, 本文旨在明晰国内外红外相机技术在野生动物监测研究中的创新应用和发展趋势, 为中国在该领域的未来发展提供参考依据, 以便更好地服务于中国生物多样性监测与研究网络建设和以国家公园为主体的自然保护地体系建设, 为推进国家生态文明建设、保障生态安全和生物安全提供决策支持和科学依据。

生物多样性的稳定维持关乎人类生存发展与地球健康。生物多样性核心监测指标(Essential Biodiversity Variables, EBVs)旨在结合地面调查与遥感技术, 为大尺度、长时间序列的生物多样性监测提供新的解决方案。然而, 目前学界仍然缺乏一套国家尺度标准化EBVs遥感监测产品数据集, 以进行生物多样性评估。本研究旨在对中国生物多样性核心监测指标遥感产品进行体系构建与思考, 首先综述了目前EBVs的遥感研究概况, 并根据EBVs研究文献的数量进行调研分析; 同时, 本文在已有遥感生物多样性产品优先标准的基础上, 添加了“可重复性”的新标准, 并据此构建了中国EBVs遥感产品体系与监测数据集的指标清单, 最终对中国EBVs遥感研究存在的问题进行思考与讨论。本研究可为中国的生物多样性遥感监测提供科学依据, 有望为中国生物多样性政策的制定提供支撑。

外来植物入侵对本地生物多样性、生态安全、社会经济发展和人类健康造成了严重威胁。因此, 探究植物入侵机制及其生态效应对我国生态可持续发展具有重要意义, 也是植物入侵生态学的主要研究内容。过去10年, 生态学家开展了大量研究, 取得了丰硕成果, 为推动入侵植物防控与生物多样性保护提供了理论指导。为深入解析外来植物入侵机制, 为其防控管理提供依据, 本文从以下3个方面综述了植物入侵生态学重要进展: 首先是外来植物生物学特性、生物和非生物环境对植物入侵的调控作用; 其次是外来植物入侵对本地生态系统的影响; 最后介绍了外来植物入侵的类比研究范式——本地植物入侵, 以及多组学技术在入侵生态学研究中的应用。基于这些研究进展, 本文展望了该领域的未来发展趋势, 包括: (1)研究对象从单一物种扩展到多物种比较; (2)研究地理范围从局域尺度扩大到纬度梯度格局; (3)入侵机制从单一理论验证到综合阐释多个假说。

气候变化与生物多样性丧失是人类社会正在经历的两大变化。气候变化影响生物多样性的方方面面, 是导致生物多样性丧失的一个主要驱动因子; 反过来, 生物多样性丧失会加剧气候变化。因此, 阻止甚至扭转气候变化和生物多样性丧失是当前人类社会亟需解决的全球性问题，但我们对气候变化与生物多样性之间的复杂关系和反馈机制尚缺乏清晰认识。本文总结了近年气候变化与生物多样性变化的研究进展, 重点概述了不同组织层次、空间尺度和维度的生物多样性对气候变化的响应和反馈等相关领域的研究进展和存在的主要问题。结果发现多数研究关注气候变化对生物多样性的直接影响, 涉及到生物多样性的不同组织层次、维度和营养级, 但针对气候变化间接影响的研究仍然较少, 机理研究同样需要加强; 生物多样性对生态系统功能影响的环境依赖和尺度推演、生物多样性对生态系统多功能性的作用机理和量化方法是当前研究面临的挑战; 生物多样性对生态系统响应气候变化的作用机制尚无统一的认识; 生物多样性对气候变化的正、负反馈效应是国内外研究的盲点。最后, 本文展望了未来发展方向和需要解决的关键科学问题, 包括多因子气候变化对生物多样性的影响; 减缓和适应气候变化的措施如何惠益于生物多样性保护; 生物多样性与生态系统功能的理论如何应用到现实世界; 生物多样性保护对实现碳中和目标的贡献。

气候变化和人类活动的增加不仅导致生态系统退化、生物多样性丧失、生物圈资源供给能力降低, 而且极大地制约了社会经济的可持续发展。尽管在全世界范围内已实施了大量的保护工作, 但全球生态系统退化仍在继续, 逐渐成为备受关注的全球性问题。文章首先厘清生态系统修复的发展历程、相关概念与理论。其次, 归纳生态系统修复的全球议题, 涉及生态系统服务及其价值评估、生物多样性保护、应对气候变化与碳储存、自然保护地、监测体系与适应性管理、公平性与多主体参与等方面。然后, 总结我国森林、草原、河流与湿地、海洋与海岸带的生态系统退化问题与修复进展, 梳理生态保护红线、自然保护地生态系统修复和国土空间生态保护修复3种措施的进展与不足。最后, 对山水林田湖草沙一体化保护与系统治理、生态系统修复的多元融资政策与渠道、荒野生态保护修复的探索与实践、城镇生态系统修复的研究与应用以及生态系统修复对生物多样性的保护与维持等五个方面进行展望, 以期为我国进一步开展生态系统保护修复的相关研究与实践提供指导。

本文对生物文化多样性的概念、研究范畴和研究方法进行了介绍, 对相关文献做了梳理, 综述了生物文化多样性的研究进展, 梳理了生物文化多样性未来可能的发展趋势, 以期为今后相关的研究工作提供参考。文章内容重点涉及4个方面: 生物多样性与文化多样性之间的复杂联系、传统知识在生物文化多样性保护中的作用、文化景观的载体功能和生物文化多样性的量化评估方法。已有的研究表明, 差异化是生物多样性与文化多样性产生的共同前提, 两者具有在空间上高度重叠、时间上协同进化、正向互动的特点。传统知识作为生物文化多样性的关键组成部分, 对生态观的建立、生物资源管理、传统农业种质资源保护意义重大。文化景观作为生物文化的空间载体, 承载着粮食安全、生物资源保护、文化传承和保障人类起居等重要功能。逐步完善量化评估方式, 将有利于监测生物文化多样性现状并预测发展前景, 用于指导保护行动。

在分子生物学、细胞生物学、微生物学、遗传学等学科的推动下, 生物多样性研究从仅关注宏观表型的博物学, 迅速演化为涵盖生态系统、物种和遗传多样性等多个维度的综合性生命科学。组学技术, 尤其是DNA测序技术的更新和发展, 使获取DNA序列所需的成本大幅下降, 促进了近年来其在生物多样性研究中取得的一系列令人瞩目成就。本文将从物种水平的遗传多样性和群落水平的物种多样性两个层面总结和介绍与DNA相关的组学技术在生物多样性研究中的一些创新和应用。其中, 物种水平主要是总结单一个体的基因组和单物种多个体在时空多个维度上的群体遗传研究; 而群落水平的物种多样性层面主要总结现有的分子鉴定技术(metabarcoding, eDNA, iDNA等), 以及上述新技术在群落多样性评估、旗舰保护物种监测以及物种间相互作用关系等研究中的应用。

生命形成的过程极其漫长, 经历了地球系统复杂的沧海桑田变化。当前人类所观察到的物种分布格局的形成除了由物种本身特征决定外, 还受到环境变化、人类活动以及各种随机事件的影响。受限于实验条件、时间、经费、人力等诸多因素, 我们尚无法完整地观察并记录到物种多样性形成的全过程, 只能通过片段化数据来推测该过程。信息科学中包括数值模拟在内的仿真技术以其高效、可控及全过程记录等优势, 能从某种程度上解决物种多样性格局形成过程中的部分数据黑箱问题。本文介绍了数值模拟的概念和工作原理及在物种多样性研究中应用的特点, 列举了物种生态位、扩散模式、种间互作及物种分布应对气候变化等方面的数值模拟研究, 基于已有研究系统地介绍了如何综合上述数值模拟研究构建虚拟物种、气候和场景来解释物种多样性的形成与维持机制, 并阐述了数值模拟在物种多样性研究中的优缺点及应用前景。