1858年7月, 华莱士与达尔文联署发表了演化论, 但生物学家提到华莱士, 总是想到“华莱士线”。演化论就像是生物学的曙光, “唯独依据演化论才能理解生物学”。演化的路径建立在基因上, “自然选择” (natural selection; 本文简称之为“天择”)决定哪些类型的基因组可以持续行进在演化的路上。地球上环境的差异是促成物种形成的条件之一, 在诠释演化论上, 华莱士主张地理隔离与地质大灾变是变种与新物种形成的两大压力, 他的动物地理区之分布的看法, 在诠释物种在天择演化上更具说服力。然而, 人类活动已大幅改变环境, 许多物种因人类活动而灭绝。并且, “人择” (anthropogenic selection)对生命演化已产生作用力。在人择压力下, 有些物种出现了另一途径的演化方向。生命的天择过程已经有37亿年的历史, 而人类世(Anthropocene)的到来开启了一个新地质时代。当自然环境在人类的干预下发生非自然的变化时, 天择是否还能唯一主导生命的演化? 还是人择也参与生命的演化? 如果人类把地球上生命的演化方向掌握在手里, 生物多样性与生态系统的可持续性与服务会变成什么模样? 结合华莱士提出的天择演化理论, 在人类世, 人择是在跟天择比手腕。当今的基因组数据集可供我们较深入理解生物演化的真相, 或也可以回答许多演化上的疑问。

华莱士是19世纪杰出的博物学家和人类学家, 本文旨在回顾、重估并挖掘他的人类学思想及其当代价值。本文以质性研究方法为主, 尤其是档案分析与生命史研究。数据来自华莱士在不同时期发表的论文、专著和自传。通过对文献的细致梳理, 提出华莱士的人类进化理论以自然选择为基础, 融合了目的论, 是解决当时人类起源单一论与多源论冲突的方案之一。华莱士对田野调查研究方法的贡献良多, 既大大提高了经验数据的准确性和可靠性, 强调了田野调查方法在科学研究中的重要性, 还提升了从事野外考察的博物学家的社会地位。华莱士具有一种谦恭的方法论态度, 它可以进一步生发出非人类中心论的自然哲学、系统协同共生的科学哲学和道义高于经济的政治哲学, 这些思想对于如何应对当下生态环境危机深有启示。

华莱士不仅因为和达尔文分别提出了自然选择的理论而举世闻名, 还在马来群岛确定了现代生物地理学中区分东洋区和“澳大拉西亚区”的分界线(被后人称之为“华莱士线”), 因此也被称为是生物地理学的创始人之一。通过在不同地区的考察和标本采集, 华莱士获得了丰富的博物学经验, 以及探究环境和物种性状之间关系的机会。本文回顾了华莱士在动物体色演化规律研究领域中的贡献, 特别是他开创性地定义了动物的隐蔽色和拟态, 并初步提出了背后的驱动机制。华莱士关于动物体色演化所提出的定义和假说, 也鼓励着后来的生态学研究者通过实验和理论模型去探索。更为可贵的是, 一些动物类群的拟态机制还得到了基因组层面研究的揭示, 特别是近期证实了超级基因(supergene)和基因适应性渗入对于多物种之间拟态现象的重要贡献。随着研究方法的不断改进, 华莱士有关动物体色演化的观点会继续促进当代学者深入开展相关机制研究, 并对协同演化、物种形成、物种局部适应等研究提供重要的指导。

古植物学研究发现云南现代的植物区系和植被的基本面貌在古近纪就已开始, 这些发现在很大程度上改变了我们以往对云南现代植被与植物区系起源和演化的认识, 需要从新的思路进行探索。本文根据古植物学发现和地质历史事件、季风气候形成, 结合我们对现代云南植物区系地理和植被的研究, 探讨了云南植被与植物区系的自然演化历程。云南的植物区系和植被有一个远古的历史, 它们的形成与演化受到新生代以来发生的地质事件和季风气候的影响。云南植物区系的地理成分构成显示它在早期具有热带起源背景和第三纪热带、亚热带东亚植物区系基础, 在后期演化上主要受热带亚洲植物区系和北温带植物区系的影响。喜马拉雅-青藏高原的隆升及伴随的地质事件, 直接影响了云南植物区系的演化, 而西南季风气候的形成与加强是云南植被面貌成型的主要影响因素, 特别对云南热带雨林植被的发育是一个直接因素。云南的热带植物区系和热带植被(干热河谷除外)呈西北-东南倾斜分布格局, 可能受到思茅-兰坪地质板块的顺时针旋转和向东南的位移, 以及缅甸北部地质板块向北位移的地质事件直接影响。云南的亚热带常绿阔叶林植物区系的分化与喜马拉雅隆升密切相关, 至少在晚中新世它们就已开始分化, 随喜马拉雅隆升和西南季风的形成和加强, 促进了它们的分异。云南干热河谷萨王纳植被(savanna)的演化则与喜马拉雅隆升产生的深切河谷及河流袭夺等地质事件密切相关, 其中的一些代表性物种显示了与印度和非洲萨王纳植被的联系。云南现存间断和残存分布的热带落叶林(热带季雨林)在上新世至更新世或之前的一个季风气候更强而导致的季节性更强或更为干旱的时期曾可能与大陆东南亚地区的热带落叶林有广泛的联系。云南的硬叶常绿阔叶林则是随喜马拉雅隆升而演化的以我国西南地区特有硬叶栎类树种为特征的一类硬叶常绿阔叶林, 它们是从原先的热带-亚热带常绿阔叶林中演化产生的一类古地中海渊缘的植被。因此, 地质历史事件真实影响了云南的植物区系形成与演化, 伴随的西南季风气候的形成与加强则是影响云南植被, 特别是热带雨林发生和演化的主要因素。

东南亚是全球生物多样性热点地区和保护优先区域。19世纪中期, 阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士(Alfred Russel Wallace)在马来群岛历经8年的详实野外考察, 根据动物地理分布提出了马来群岛动物区系地理格局。东南亚随之成为生物地理这门学科重要的奠基地之一。尤其是在华莱士线提出后, 逐渐促使东南亚成为生物地理学领域的发源地和前沿热点地区, 吸引并聚焦了众多生物地理学家和生态学家的目光。东南亚独特的地理地貌和丰富的生物多样性在科学界引起了越来越多的关注, 逐年递增的科研文献也在探讨东南亚生物多样性和地理分布格局等问题。探究这一地区的生物地理分布格局有助于深入理解全球生物多样性的起源、演化, 以及对气候和环境变化的响应。本文对东南亚主要的生物地理研究进行了回溯, 并对其存在的问题进行了思考, 主要内容包括: (1)界定了东南亚的生物地理范围及其生物亚区的划分, 即东南亚的生物地理范围包括中南半岛和马来群岛两大区域, 同时东南亚又包括了中南半岛、巽他、菲律宾和华莱士4个生物亚区; (2)东南亚的生物地理分布格局研究表明, 4个生物亚区的生物地理学联系主要是相邻地区的隔离、迁移和扩散; (3)华莱士线以及衍生的生物地理分界线在动物地理分布中有明显的界限, 而在植物地理分布格局中不明显, 其原因主要是动物和植物的迁移扩散能力不同所致; (4)东南亚和澳新古陆的生物地理联系主要是生物区系成分的交换, 这种交换过程在动植物中均存在, 而且这两个地区之间存在相互的区系交换, 既有从东南亚到澳新古陆的成分, 也有从澳新古陆到东南亚的成分。本文系统地总结并讨论了东南亚4个生物亚区及其毗邻地区存在的生物地理分布格局, 并对其存在的科学问题提出一些看法和建议。总之, 我们希望本文能够承前启后、抛砖引玉, 推动东南亚生物地理学研究的蓬勃发展。

基于物种分布或群落组成的嵌套格局(嵌套分布格局)是岛屿生物地理学和群落生态学的重要前沿研究领域和核心问题之一。嵌套分布格局最初起源于岛屿物种组成的研究, 是指物种较贫乏岛屿中的物种是物种较丰富岛屿中的物种的一个适当子集的分布模式。深入了解嵌套分布格局及其影响机制对生物多样性保护具有重要意义, 并可用于指导管理工作。近40年来, 嵌套分布格局备受生态学家和保护生物学家的关注, 并且在分析方法、影响机制、生物多样性保护应用等方面都取得了一系列重要进展。本文通过对文献的系统检索和归纳总结, 从4个方面对嵌套分布格局的最新研究进展进行了综述: (1)发展历史及其研究现状; (2)分析方法, 包括各个嵌套指数和零模型的优点与局限; (3)影响机制及其检验方法; (4)在生物多样性保护与管理中的应用。最后, 我们对该领域进行了归纳总结并对以后的发展方向提出了针对性建议, 包括选择最适合的嵌套指数和零模型进行嵌套分析、同时对多种嵌套理论假说进行验证、开展更多关于功能嵌套和谱系嵌套的研究、推动嵌套分布格局与其他相关领域的融合。本文对于深入了解嵌套分布格局的前沿进展, 以及推动国内该领域的快速发展将有重要意义。

小岛屿效应(small-island effect, SIE)描述了种-面积关系(species-area relationship, SAR)的一种特殊现象: 在面积低于某个阈值时, 物种数不随岛屿面积的增加而增加或以一种比大岛屿低的速率增加的现象。由于小岛屿效应的面积阈值可能是多种生物地理格局和生态学过程在空间尺度上的转折点, 另外该现象在生物多样性保护领域具有重要指导意义, 因此小岛屿效应已经成为岛屿生物地理学和生物多样性研究领域的一种重要格局。目前主要有5种分析和检验小岛屿效应的方法, 包括种-面积关系形状比较法(SAR shape comparison)、断点回归法(breakpoint/piecewise regression)、零模型法(null model)、路径分析法(path analysis)和树模型法(tree-based model)。本文首先简要介绍了小岛屿效应与种-面积关系的关联, 然后重点总结了文献中记载的小岛屿效应检测的5种方法的优点和不足。在SAR形状比较法中, 受大岛屿离群值效应的影响, SAR的形状往往很难呈现出“S”形曲线。在断点回归法中, 数据的对数转换使检测到的SIE可能只是一种假象。在零模型法中, 随机化过程忽略了物种之间生态特征的差异, 降低了岛屿物种丰富度预期值的可信度。在路径分析法中, 生境多样性难以量化以及SIE范围内如果SAR具有斜率则会降低该方法的适用性。在树模型法中, 如果面积不是物种丰富度变异的最佳预测因子, 树模型不会首先选择面积对样本进行拆分; 另外如果SAR存在两个面积阈值, 树模型可能不会从SIE阈值处进行拆分。因此, 为了避免因某种方法的自身不足而造成的错误判断, 我们建议: 首先应同时使用多种方法来进行SIE检测, 当至少有两种方法同时检测出SIE时, 方可认为系统中存在SIE; 其次, 针对现有检测方法中存在的缺陷加以改进也是今后重要的发展方向。最后, 本文针对国内学者从事较多的生境岛屿中SIE的特征以及导致全球变化的人类活动如何影响SIE的出现等问题给出了一些启发性建议。本文将为小岛屿效应的准确检测提供参考依据并为完善小岛屿效应的理论框架起到推动作用。

片段化生境中群落的物种分布常呈现出嵌套格局。本研究选取蚜虫作为研究对象, 分别于2020年和2021年每年的5-8月对千岛湖18个陆桥岛屿进行了蚜虫群落调查, 同时调查了各岛屿上蚜虫生境中总体植物的群落组成, 以及与蚜虫存在种间互作关系的寄主植物群落和互惠蚂蚁群落组成。探究了蚜虫群落的嵌套分布格局及其影响因素, 并利用结构方程模型探究了种间互作在其中发挥的作用。结果表明: (1)千岛湖片段化生境中的蚜虫群落呈现显著的嵌套格局; (2)随机分布模型结果显示该嵌套格局并非被动取样造成; (3)千岛湖片段化生境中蚜虫群落的岛屿嵌套序列与岛屿面积显著相关, 且各岛屿上蚜虫生境中的总体植物群落呈现显著嵌套格局, 该结果支持选择性灭绝假说和生境嵌套假说; (4)寄主植物物种丰富度对蚜虫嵌套格局存在显著正向影响, 植物与蚜虫间的互作关系促进了蚜虫群落嵌套格局的形成。因此, 在研究物种嵌套格局形成机制时, 应充分考虑种间互作等因素的影响。

岛屿因具有明确的地理边界, 是检验多个生态学过程如何构建生物多样性的理想平台之一。岛屿属性、气候因素、人类干扰等通过影响物种选择、扩散等过程, 进而影响着岛屿生物多样性格局。目前对于岛屿植物丰富度格局如何受这些因素的共同作用的认识仍不充分, 尤其是在人类干扰较强的海岛。本文基于我国第一大群岛舟山群岛92个岛屿较完整的种子植物分布数据, 采用一般线性回归和广义线性模型(伪泊松分布)定量评估岛屿属性(面积、隔离度、形状指数)、气候(温度、降水及其季节性)和人类干扰对本土植物总丰富度及不同生长型、叶物候型植物丰富度格局的影响, 采用beta回归分析常绿阔叶木本比率(常绿阔叶木本植物丰富度/所有阔叶木本植物丰富度)的影响因素。结果发现: 92个岛屿共记录本土植物1,158种, 其中乔木108种、灌木318种、草本732种; 岛屿面积是对植物总丰富度影响最大的因子, 其次是年降水量和隔离度; 乔木丰富度随隔离度增加而减少的趋势比灌木和草本更明显; 常绿阔叶和落叶阔叶木本植物丰富度格局与总体基本一致, 年降水量对常绿阔叶木本的影响大于落叶阔叶木本, 但常绿阔叶木本比率仅受温度季节性的强烈影响。岛屿面积、年降水量、温度季节性等是塑造舟山群岛所有植物及其不同功能型组(生长型、叶物候型)植物丰富度格局的主要决定因素。

大型森林动态监测样地是研究群落尺度森林动态变化的最优途径之一。中国森林生物多样性监测网络(CForBio)始建于2004年, 是全球森林生物多样性监测网络(ForestGEO)最活跃的组成部分之一。CForBio森林动态监测样地一般为20 ha, 同时建立3-5个1-3 ha辅助样地, 以统一技术规范对胸径 ≥ 1 cm的木本植物进行定位监测, 旨在长期监测中国主要森林类型的生物多样性格局与动态, 研究其形成和维持机制。本文简要介绍了CForBio的概况、主样地建设、数据共享、能力建设、基于长期监测数据的主要科学发现以及科学支撑和服务, 夯实CForBio监测与研究、拓展专题网络并加强能力建设, 可为以监测数据为基础的森林生物多样性保护管理决策以及国际履约提供科学依据。

林冠是生物圈中物种最为丰富的生境之一。长期以来, 由于森林三维空间复杂性和林冠访问技术的限制, 人们对林冠生物多样性、林冠的结构、功能和生态过程知之甚少。塔吊的应用突破了技术瓶颈, 给林冠科学研究带来了深刻的变革。20世纪80年代以来, 基于全球的林冠塔吊, 国际上先后发起了林冠与土壤节肢动物多样性调查计划、林冠生物学计划、林冠CO₂富集和增温实验等一系列科学研究计划, 回答了林冠“有什么、在哪里、怎样变”等基本问题, 极大地推动了林冠科学的发展。本综述首先介绍了林冠访问技术及发展历程。随后, 较为系统地梳理了基于塔吊平台发起的林冠研究计划, 并从林冠生物多样性格局、林冠生态过程和林冠对全球变化的响应与适应3方面总结了相关研究进展。最后, 从林冠访问技术所驱动的重大发现、林冠科学的主要研究框架、林冠科学的地域性与局限性等方面阐述了林冠科学研究计划带来的重要启示, 并提出今后的林冠研究应更多关注“林冠-地面-土壤” 3个层次相互关联形成的整体结构和功能系统, 通过多元异构数据融合和人工智能技术, 从多尺度、全方位解析全球变化背景下, 整体森林的生物多样性格局、生态过程及其服务功能的响应与维持机制。

草原和荒漠是我国北方和青藏高原地区最主要的植被类型, 生物多样性资源独特、丰富。草原和荒漠植物多样性监测网是中国生物多样性监测和研究网络的10个专项网之一, 旨在以植被群系为基本单元, 在草原和荒漠主要植被群系的典型地段建立植物模式群落监测样地, 长期监测草原和荒漠植物多样性变化。本文从监测布局、监测样地布设、监测指标和数据产出等方面介绍了草原和荒漠植物多样性监测网的工作进展, 并提出未来10年草原和荒漠植物多样性监测网的工作重点, 即优化监测点的空间分布、推进自动化监测技术的应用、加强生物多样性变化研究。这些措施将有效提升草原和荒漠植物多样性监测网的研究水平和科学服务能力, 为生物多样性保护和研究提供关键的数据支撑。

兽类物种多样性高, 分布广泛, 与人类关系密切, 对维持生态系统稳定平衡具有不可替代的作用。我国是世界上生态系统类型和兽类多样性最丰富的国家之一, 但多数生态系统的兽类物种资源情况仍未完全掌握, 许多区域缺乏调查记录或长期监测资料。面对全球生态环境的急剧变化, 我国兽类动物资源保护面临严峻挑战。中国兽类多样性监测与研究网络(以下简称兽类网)于2011年启动建设, 结合全球生物多样性保护背景下的国家重大需求, 以陆生兽类及其栖息地为研究对象, 先后建立了55个监测样区, 逐渐形成覆盖全国的监测网络, 发表有关论著180余篇(部), 其中红外相机工作日累计超156万天, 获得图像775余万张; 同时, 推动建立了我国兽类多样性监测标准化技术体系和公共数据服务平台, 对兽类群落组成、种群动态和行为变化以及关键驱动因子开展长期监测研究, 为我国重要兽类资源保护、有害生物管控提供先进技术和科学数据支撑。本文回顾了兽类网的发展历程, 系统梳理了在监测技术方法、编目发现、行为生理、种群、种间关系、群落和保护管理方面的监测与研究进展。未来需加强技术和学科交叉, 聚焦多尺度、多维度、多营养级的综合研究应用, 为全面、深刻地理解生物多样性维持机制, 应对生物多样性丧失的全球危机做好科技支撑与服务。

两栖爬行动物是良好的环境指示类群, 容易受到环境变化的影响, 目前正经历着全球范围的种群快速下降和物种灭绝。最新的《中国脊椎动物红色名录》评估发现, 37.05%的两栖动物和30.5%的爬行动物受到威胁。开展国家级科学监测, 研究和分析两栖爬行动物多样性变迁及其驱动因素是保护的前提。作为中国生物多样性监测与研究网络的重要组成部分, 两栖爬行动物监测与研究专项网通过对11个典型样区中两栖爬行动物的组成、种群动态和结构进行长期监测和研究, 将野外数据与生态模型相结合, 探讨两栖爬行动物的种群现状、群落结构及其动态, 以及针对我国两栖爬行动物应对未来环境变化提出及时有效的保护管理对策。在两栖爬行动物多样性研究、极危两栖动物中国大鲵(Andrias davidianus)和濒危两栖动物大凉螈(Liangshantriton taliangensis)的保护、环境DNA (eDNA)技术和无线电追踪技术开拓与应用、荒漠化生境对爬行动物的生态影响、外来入侵种的扩展机制等方面取得了重要进展, 明显提升了中国两栖爬行动物监测能力和研究水平。未来尚需持续加大监测网络建设, 普及先进监测技术, 从法律法规层面强调两栖爬行动物的保护, 建设和优化保护区, 实施必要的迁地保育和就地保育, 实现更多有效保护珍稀两栖爬行动物资源的目的。

内陆水体鱼类多样性监测专项网(简称鱼类监测网)是我国建立的第一个全国范围的内陆水体鱼类多样性监测网络。本文阐述了鱼类监测网的监测工作和研究进展, 提出了对鱼类多样性监测和研究工作的展望和建议。鱼类监测网在长江、黄河、澜沧江、怒江、塔里木河、青海湖、黑龙江和珠江等八大水系开展了鱼类早期资源、个体生物学、种群和群落的监测和研究, 建立了我国第一个全国性的内陆鱼类多样性数据库, 收集和保藏鱼类样本上万尾和重要流域1997-2022年的鱼类多样性数据。主要研究结果显示, 过度捕捞、水利水电工程建设和外来物种入侵等导致重要流域鱼类群落结构发生了稳态变化; 中华鲟(Acipenser sinensis)繁殖主要受到水温和流量的影响, 长江干流大型水利水电工程造成下泄水温滞后和流量减小, 严重影响中华鲟的繁殖活动, 导致其野生种群数量急剧减少, 物种极度濒危; 长江四大家鱼呈现2000年前后减少, 近期资源增加的格局, 水温和流量日变化是影响四大家鱼繁殖的主要环境因素, 放流亲鱼对四大家鱼资源恢复有重要作用; 获得了圆口铜鱼(Coreius guichenoti)、长鳍吻鮈(Rhinogobio ventralis)、岩原鲤(Procypris rabaudi)等11种特有鱼类的生长、食性、繁殖特征等基础生物学数据。监测网的监测数据和研究结果为三峡工程生态影响评估、长江十年禁渔、赤水河生态环境保护、中华鲟物种保护等重要国家任务的完成和政策制定提供了数据基础和科学依据。为了完善全国性的监测网络建设, 建议加大投入, 建设观测台站; 推动数据共享和区域合作; 开展新技术、新方法的研究和应用。

蝴蝶是全球重要的生物资源, 对环境变化敏感, 是生物多样性监测的重要指示物种。中国科学院西双版纳热带植物园物种资源丰富, 为查明其蝴蝶群落结构和多样性的年际变化及幼虫与植物互作的关系, 本研究选取了3种代表性生境, 采用样线法开展了6年的蝴蝶多样性观测。结果显示: 样线上共观测到蝴蝶成虫15,826只, 隶属5科146属251种, 其中蛱蝶科属、种数量最多, 达56属112种, 凤蝶科最低, 仅有8属21种; 蛱蝶科群落的Shannon和Simpson多样性指数均最高, 粉蝶科群落的Shannon和Simpson多样性指数均最低, 但其优势度指数最高。共记录到优势种蝴蝶20种、稀有种100种及常见种131种。成虫月发生动态显示蝴蝶的物种和个体数量均在雨季最多, 年际间气候对蝴蝶群落的多样性影响不明显, 蝴蝶群落中物种及数量年际间变化不显著; Beta多样性显示物种重叠分布, 蝴蝶群落年际间表现稳定。此外, 蝴蝶幼虫取食植物种类表现专一, 与本地植物形成的取食网络比与外来植物形成的取食网络有更高的加权嵌套性及稳健性, 互作网络较稳定。本研究探明了中国科学院西双版纳热带植物园蝴蝶群落结构及多样性的年际变化模式, 并初步构建、展示了蝴蝶幼虫与植物互作的网络及结构特征, 研究结果可为蝴蝶多样性保护、深入研究蝴蝶与植物互作机制提供科学依据。

土壤动物作为陆地生态系统的重要组成部分, 调控着生态系统结构和功能的完整性, 在生物多样性维持、能量流动和物质循环等方面发挥着关键作用。在当前气候变化和人类活动的持续影响下, 土壤动物多样性锐减, 使部分土壤动物面临灭绝风险, 需要尽快重视土壤动物多样性的监测、保护和恢复工作。基于此, 2016年土壤动物多样性监测网络作为中国生物多样性监测与研究网络(Sino BON)的重要组成部分正式建立, 初步形成了包含森林、农田、海岛和荒漠生态系统的土壤动物多样性监测网络体系, 为推动和完善生物多样性监测的标准化、数据共享和多尺度生物多样性变化评估奠定了良好的基础。本文概述了21世纪以来全球土壤动物多样性监测网络的发端与形成, 简介了我国土壤动物多样性监测网络的建立和目标, 整理了土壤动物多样性监测网络建立以来的代表性研究进展, 主要介绍了国家尺度土壤动物标本的收集与鉴定、典型山地垂直自然带监测、大型固定样地动态监测及长期控制实验样地的土壤动物多样性监测, 旨在总结我国土壤动物多样性监测工作的进展与不足, 展望未来的研究方向, 为加强土壤动物多样性的多尺度空间格局及其维持机制、土壤动物多样性的保护和资源合理利用提供基础数据支撑。