遗传多样性可提高种群生产力, 然而遗传多样性如何综合影响植物的营养生长、有性繁殖和无性繁殖特性及分配策略缺乏充分关注, 而植物生长繁殖的响应往往会决定一个种群未来的发展动态。本研究以中国滨海湿地植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为材料, 通过建立1、2、4和8个基因型多样性梯度的同密度实验, 测定植物生物量以及营养生长、有性繁殖和无性繁殖相关特性, 探究了基因型多样性对种群营养生长和繁殖策略的影响。结果表明, 基因型多样性的增加显著提升了海三棱藨草种群的地上、地下生物量和株高。基因型多样性不影响有性繁殖, 但显著提高了无性繁殖能力。球茎数、球茎生物量和无性系分株数均随基因型多样性的增加呈显著增加趋势。可见随着基因型多样性的增加, 海三棱藨草种群将更多的能量分配给无性繁殖。据此预测, 基因型多样性高的海三棱藨草种群在维持种子库规模以进行长距离扩散的同时, 可形成更高大且密集的种群斑块, 具备更强的原地拓殖能力, 继而影响盐沼生态系统过程。本研究结果强调了植物基因型多样性在种群动态中的重要作用, 尤其在盐沼湿地等以单优势物种为主的生态系统中, 对生态系统的稳定性具有重要作用。

叶附生苔是苔藓植物中特有率最高的一个类群, 特殊的生理生态特性使其对气候变化及人为干扰极为敏感, 成为苔藓植物中最需要关注和保护的一个类群。为了解叶附生苔物种多样性及组成随时间变化的规律, 我们以钱江源-百山祖国家公园庆元片区为研究对象, 针对该区域内有叶附生苔历史调查记录且物种较为丰富的3个保护点(百山祖、十九源、五岭坑)进行叶附生苔类植物调查, 比较并分析这3个保护点叶附生苔类植物的物种丰富度、分类β多样性及功能β多样性在时间(1990-2020年)和空间两个维度上的变化。结果表明, 该片区共有叶附生苔类植物4科10属31种。与历史数据相比, 本次调查新增叶附生苔7种, 但有14种未采集到。在所调查的3个保护点中, 仅五岭坑的物种数上升, 百山祖和十九源的物种数均下降。30年来, 各保护点的叶附生苔总的功能丰富度都呈下降趋势, 百山祖的物种分类β多样性及功能β多样性在3个保护点中最高; 物种分类β多样性主要是由周转组分构成, 相反, 功能β多样性主要是由嵌套组分构成。与30年前相比, 3个保护点之间的物种分类β多样性及功能β多样性均呈上升趋势, 表明物种异质化现象有增加的趋势。鉴于叶附生苔物种组成随时间的明显变化, 以及不同地区之间物种组成差异随时间的加剧情况, 建议在我国其他叶附生苔分布中心开展类似的调查和比较研究, 以期及时更新物种名录, 同时结合国家公园的建设契机, 加强对叶附生苔不同分布点之间的联通保护。

昆仑山脉独特的地理位置和气候条件孕育了诸多适应高海拔、寒旱气候的特有鸟类物种。为揭示昆仑山青海片区内鸟类群落在不同季节和海拔梯度的多样性分布格局及环境驱动因素, 我们于2021年12月(冬季)和2022年7月(夏季)在当地选取102个样方, 通过样线法对鸟类多样性进行了本底调查, 并选取了不同的气候和人为干扰因子拟合多样性指数与因子之间的非线性关系。结果表明: (1)昆仑山青海片区野外调查过程中共记录到鸟类14目31科59属87种, 其中国家一级重点保护野生鸟类5种, 国家二级重点保护野生鸟类11种, 该地区新分布鸟类8种; (2)鸟类群落多样性分布格局分析结果显示, 夏季多样性显著高于冬季, 草甸和草原生境的鸟类群落多样性显著高于其他生境, 冬夏季鸟类群落多样性指数与海拔梯度变化趋势均呈单峰型; (3)气候因素驱动鸟类多样性指数呈现季节性差异, 最冷季度降水量对夏季物种丰富度指数影响最大, 冬季为年降水量; 此外, 等温性和温度季节性对冬夏季Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数影响最大。本研究揭示了水资源和稳定的气候对昆仑山青海片区鸟类群落多样性的重要性, 为昆仑山青海片区鸟类资源保护与管理以及未来国家公园的规划建设提供了数据支持。

宝天曼国家级自然保护区独特的地理位置和气候条件使其成为生物多样性研究热点地区之一, 但关于该地区蚯蚓物种多样性的研究却十分匮乏。本研究在系统调查宝天曼国家级自然保护区蚯蚓物种的基础上, 联合5个线粒体基因(COI、COII、ND1、12S、16S)构建蚯蚓系统发育树, 并结合海拔、土壤、凋落物质量等环境因素建立结构方程模型, 初步探讨了宝天曼蚯蚓多样性形成的主要影响因素。研究结果表明: (1)宝天曼国家级自然保护区共记录到蚯蚓3科5属14种, 多为广布种, 其中巨蚓科为优势科; (2)蚯蚓物种数随海拔升高而增加, 但500-1,000 m海拔段的蚯蚓α多样性更高, 分布也更均匀, 符合中间高度膨胀格局; (3)在局域尺度上, 海拔高度对蚯蚓物种多样性和系统发育多样性的影响较大, 其次为土壤性质和凋落物质量。宝天曼国家级自然保护区蚯蚓物种组成及多样性成因的研究丰富了我国蚯蚓物种库和基因库。

原生动物是土壤微生物群落的重要组成部分, 在生态系统中扮演着分解者和还原者的双重角色, 担负着维持生态系统平衡、健康以及能量流动枢纽等重要功能。研究不同植被类型下土壤原生动物群落特征及其构建过程, 对认识各类生态系统中原生动物群落多样性维持机制及加强生物多样性保护有重要意义。本研究以芦芽山森林、灌丛、草地土壤为研究对象, 采用高通量测序技术, 探究不同植被类型下原生动物群落组成、多样性及构建机制。结果表明: 芦芽山不同植被类型土壤原生动物群落分属于9界、23门、58纲、117目、215科、335属和1,979个可操作性分类单元。芦芽山土壤原生动物群落的α多样性在森林与草地、灌丛间没有显著差异。不同植被类型的原生动物群落结构具有差异。冗余分析结果发现, 土壤总磷和含水量是决定不同植被类型原生动物群落结构的重要环境因子。零模型结果表明, 芦芽山3种植被类型土壤原生动物群落构建过程均以随机性过程占主导。分子生态网络分析显示, 土壤原生动物群落的复杂性从高到低依次为草地、灌丛和森林。研究结果揭示了影响芦芽山森林、草地和灌丛土壤原生动物群落在物种组成和多样性的关键生态因子, 初步探明不同植被类型土壤原生动物群落的复杂性及其构建机制, 为深入了解土壤各营养级生物类群落的相互关系及其构建机制提供理论依据和数据支持。

草地植物的分类识别是开展草地资源调查和生物多样性监测的基础, 计算机视觉和深度学习技术的快速发展为植物分类识别提供了技术条件, 但目前缺乏专门针对草地植物识别的数据集和模型。本研究建立了我国北方831种常见天然草地植物的图像数据集, 基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)和视觉Transformers (vision transformers, ViT)这两个最先进的图像分类架构进行模型训练, 以获取草地植物识别模型, 并从模型识别精度、识别速度和大小等方面评估了Eva-02、ResNet-RS、MobileNetV3和MobileViTv2 4个模型的性能。从模型识别精度方面来看, Eva-02、MobileViTv2、ResNet_RS和MobileNetV3在测试集的Top1准确率分别为96.78%、94.29%、95.57%和91.53%, Top5准确率分别为99.17%、98.93%、98.79%和97.56%。从模型大小和识别速度来看, MobileNetV3的参数量最小, 识别速度最快, 其次为MobileViTv2, 可用于移动端部署, 而Eva-02参数量最大, 检测速度最慢。与Pl@ntNet、花伴侣、百度识图植物识别效果的比较表明, 本研究训练得到的4个植物识别模型可以识别的天然草地植物物种数量最多, 识别准确率最高, 均优于这3个识别系统。

群落物种多度分布(species abundance distribution, SAD)是描述自然界生物群落中各物种间个体数量关系的定量方法, 也是群落物种多样性的一项主要研究内容。目前, 已提出了40余种SAD理论模型, 但该如何解读群落物种多样性, 学界内却很难达成一致。研究表明, 各类生物群落通常由极少的优势种和大量的稀有种组成。先前有研究运用SAD分形模型对近两万个群落样本的统计分析发现, 自然群落SAD最容易观测到的分布特征是1 : 1/2 : 1/3……, 并据此提出了SAD的一般性分布关系。虽然后续研究对该项研究进行过验证, 但对一般性分布关系和分形模型的探讨尚不够充分, 特别是对其内在机制的解读, 还要依靠更多学者提供想法, 找出问题, 逐步完善, 并最终形成共识。本文选取大西洋深海双壳类群落和全球农作物授粉昆虫群落为例, 基于拟合优度R²和分形参数p的统计分析(包括平均值、中值和频数分布), 对分形模型和一般性分布关系两方面内容进行了更为详细的检验和研究。结果表明: (1)分形模型对两类群落均有较好的拟合效果, 平均近70%样本(具体分别为85.5%和67.8%)的R² > 0.8; (2)两组群落最常见的SAD都是1 : 1/2 : 1/3……, 这说明一般性分布关系可以得到包括深海贝类与授粉昆虫在内的多种生物群落的支持, 具有较强的普遍性意义。本研究拟通过分形模型和一般性分布关系的验证, 为学界提供值得思考和讨论的学术议题(如一般性分布关系的内在机制可能是什么), 为开拓群落物种多样性研究的新领域找到较为新颖的切入点。

详实的物种本底资料对生物多样性研究和保护具有重要意义。本文以《贵州爬行类志》记录的名录为基础, 结合该专著出版38年来发表的贵州省爬行动物分类学研究文献, 对贵州省爬行动物名录进行了修订更新。截至2023年6月30日, 贵州省记录爬行动物120种, 隶属于2目21科57属。其中, 龟鳖目3科5属5种, 有鳞目18科52属115种, 有鳞目中蜥蜴亚目6科12属27种、蛇亚目12科40属88种。贵州省爬行动物物种总数在全国各省份中仅次于云南、广西、广东和福建, 与四川相同, 位列第五位。本文对《贵州爬行类志》记录的78个物种的分类阶元或名称作了修订, 移除了3种的分布记录; 增补记录23种(包括5个新种、18个新记录种)。贵州省爬行动物区系组成以东洋界物种为主, 共有105种, 其余15种为广布种, 无古北界物种分布。其中, 有11种为国家二级重点保护野生动物, 29种在《中国脊椎动物红色名录》中列为受威胁物种, 27种为中国特有种, 有5种模式标本产地位于贵州省, 包括荔波壁虎(Gekko liboensis)、独山半叶趾虎(Hemiphyllodactylus dushanensis)、惠水半叶趾虎(H. huishuiensis)、茂兰原矛头蝮(Protobothrops maolanensis)和荔波睑虎(Goniurosaurus liboensis)。本研究有助于更好地了解贵州省爬行动物物种的变化和分布, 为贵州省爬行动物资源的保护提供数据支撑。建议继续加大对贵州省爬行动物的分类与分布的研究力度, 以进一步明晰贵州省爬行动物资源的现状。

物种多样性是生物多样性最主要的结构和功能单位, 维持其稳定在保护珍稀濒危物种方面发挥着独特和不可替代的作用。为探究我国大兴安岭地区物种多样性并完善其基础数据, 本研究于2022年1月至2023年6月在黑龙江北极村国家级自然保护区102个相机位点布设了127台红外相机, 并结合规划的30条4 km长的样线, 在2022年冷季和2023年暖季开展固定样线调查。在调查期间, 红外相机累计工作19,881 d, 共获得独立有效照片1,704张, 记录到研究地区的野生鸟类和兽类共94种, 其中兽类19种(4目10科18属), 鸟类75种(12目24科49属), 包括国家一级重点保护野生动物7种, 特别是20世纪60年代以来在本研究区域已经绝迹的东北虎(Panthera tigris altaica), 本次发现为半个世纪以来首次监测到。红外相机拍摄到的兽类中拍摄率前三位的依次是猞猁(Lynx lynx, RAI = 21.88)、狍(Capreolus pygargus, RAI = 18.36)、野猪(Sus scrofa, RAI = 10.00); 鸟类中拍摄率前三位的依次是小嘴乌鸦(Corvus corone, RAI = 1.91)、渡鸦(C. corax, RAI = 0.70)、松鸦(Garrulus glandarius, RAI = 0.45)。在样线调查结果中, 兽类物种中痕迹遇见率最多的依次为紫貂(Martes zibeuina)、狍、马鹿(Cervus elaphus)、驼鹿(Alces alces)和雪兔(Lepus timidus)。本次调查填补了北极村国家级自然保护区生物多样性数据的空白, 为保护区野生动物多样性的进一步研究和后续的保护管理提供了基础数据。

对不同地理区域的菌物进行系统的编目和分类研究是生物多样性研究的核心内容。白粉菌是一类植物专性寄生病原真菌, 广泛分布在世界各地, 能引起多种植物的白粉病。为了全面了解中国东北与东北亚其他地区白粉菌的物种多样性和寄主多样性, 本文通过文献收集、数据分析, 并结合作者2022-2023年野外调查结果, 按照最新的分类系统, 整理出中国东北和东北亚其他各国和地区的白粉菌物种名录、寄主名录和地理分布信息。通过整理分析发现, 中国东北地区有白粉菌142种和17变种, 隶属于1科5族、10个有性属和1个无性属, 分布在572种(含37变种)寄主植物上, 隶属64科243属; 日本有白粉菌258种和46变种, 隶属于1科5族, 12个有性属和2个无性属, 分布在1,171种(含163变种)寄主植物上, 隶属108科449属; 韩国有白粉菌150种和15变种, 隶属于1科5族, 11个有性属和1个无性属, 分布在515种(含53变种)寄主植物上, 隶属79科255属; 俄罗斯远东地区有白粉菌89种和22变种, 隶属于1科5族, 8个有性属和2个无性属。中国东北地区、日本、韩国和俄罗斯远东地区共有的白粉菌种类有50个, 归属于8个共有的有性属(布氏白粉菌属(Blumeria)、单囊壳属(Podosphaera)、叉钩丝壳属(Sawadaea)、白粉菌属(Erysiphe)、高氏白粉菌属(Golovinomyces)、新白粉菌属(Neoërysiphe)、内丝白粉菌属(Leveillula)和球针壳属(Phyllactinia)), 它们分布在相同或相近的寄主植物上。日本和韩国的白粉菌共有种最多(136种)。中国东北地区、日本和韩国白粉菌的特有种分别为28种、116种和17种。东北亚地区白粉菌的寄主植物总共有1,760种(含263个变种), 隶属112科541属。虽然东北亚地区约占全球陆地面积的8%, 但是该地区共有318种和53变种白粉菌, 占全球已知白粉菌总数的40.33%。因此, 东北亚地区属于白粉菌多样性研究的重点地区与区系单元。研究结果为建立东北亚地区白粉菌多样性与区系研究格局、系统发育关系、寄主多样性概貌等提供了白粉菌物种和寄主物种的数据支持。

谱系分选为理解物种形成机制提供了一个途径, 常被划分为复系、并系及单系3个阶段, 对应着不同的基因树与物种树关系。本文首先系统地探讨了不同进化属性(中性和选择性)的基因组位点在祖先群体中如何传递到子代群体中的相关理论, 分析了可能的基因树与物种树关系。其次探讨了基于中性序列谱系分选分析方法, 包括在不完全谱系分选下物种树构建和系统发育网络分析。进一步探讨了选择对谱系分选的影响, 基于基因树和物种树途径检测选择的方法, 包括定向选择和平衡选择检测。最后, 探讨了植物交配系统对谱系分选的影响, 不完全谱系分选检测存在的问题以及在花粉流和种子流及不完全谱系分选的综合条件下系统发育网络分析方法, 澄清这些问题有助于深度理解植物种的谱系分选过程。

旗舰物种范式是借助代表性物种的公共影响力实现生物多样性保护的一种策略。尽管这一策略在国际上已成为提升公众环保意识和筹措保护资金的重要手段, 但国内学界关注度不够, 限制了其发展。因此, 有必要对国际研究进行梳理, 启发国内采取相关策略。本文利用潜在迪利克雷分布(latent Dirichlet allocation, LDA)的主题模型, 选取英文学术期刊上发表的旗舰物种范式相关文献, 聚合为旗舰物种范式的理论研究、旗舰物种项目的案例研究、问卷访谈揭示的公众态度及其影响因素、旗舰物种范式的场景落地问题、旗舰物种范式的负面效应和旗舰物种范式的优化策略等6个主题并进行综述。综述发现: (1)旗舰物种范式存在动物福利问题、天花板效应、“诺亚方舟”问题与未经本土化的保护主义4个负面效应; (2)对应上述问题存在本土化、降干扰、去偏见与跨界传播4个发展方向; (3)旗舰物种范式存在围绕旗舰物种定义与本质属性的冲突。本文进一步讨论了旗舰物种的定义、遴选及其局限性的争论3个重大问题, 提出了明确范式的实现形式、多主体协同参与、优化旗舰物种遴选与项目安排、加强本土创新与国际合作等建议。

生态位作为解决群落如何构建、物种如何共存的探索, 从其最初定性描述物种在生境中的空间分割, 到反映物种在群落中功能上的分异, 再到从多维空间和资源利用等方面进行的定量分析, 生态位理论逐渐发展。然而, 在非随机过程影响下物种生态位的大小, 尤其是在不同环境条件下生态位的位移、收缩或扩张等变化过程的量化, 需要进一步研究。元素是组成生物有机体的基本物质, 生物体内元素含量及其比例(元素组, elementome)具有物种特异性, 同时也反映了物种对其生存环境的适应性。随着生态化学计量学的发展, 生物元素组在生态学各个研究尺度中的应用愈加广泛。在群落生态学研究中, 生物元素组及其在环境梯度上的变异为量化群落中物种生态位分化、预测环境变化条件下生态位的变化提供了极佳指标。生物地球化学生态位使用生物元素组及生态位多维超体积的概念, 对物种生态位进行了量化。基于文献检索结果, 本文阐述了生物地球化学生态位假说的理论框架, 对其在不同生物分类群(植物、动物和微生物)中的研究进展进行了综述, 最后对其在不同生态系统中的研究进行了展望, 以期对该假说的适用性进行检验并推动生态位理论研究的发展。

联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)提出“30×30”目标, 呼吁到2030年保护全球30%的陆地和海洋面积。目前自然保护地覆盖率不足、拓展空间有限、与其他土地类型兼容性有限, 实现生物多样性全面有效保护的目标不能仅仅依靠自然保护地。然而, 国际上提倡的“其他基于区域的有效保护措施” (other effective area-based conservation measures, OECMs)尚存较多局限, 与我国实际情况的适配性不足, 难以直接指导我国自然保护地体系外就地保护实践。中国需要尽快建立一套与当前自然保护地相互补充的、符合中国国情的就地保护体系。基于此, 本研究提出“自然保护兼用地” (conservation compatible land, CCL)的概念——“由各类主体申请、各级政府依法确认, 以保护和利用相兼容的管理方式, 对高生物多样性地区进行长期、有效保护的陆域或水域”, 作为我国自然保护地外的就地保护措施。本研究对CCL的内涵、定位、特征进行初步界定, 并从法律政策和管理实践方面论述其可行性。未来我国的国土空间布局应包含自然保护专用地(自然保护地和生态保护红线)、CCL (兼有生物多样性保护以及农林渔牧、文化、生活等其他使用功能)以及可持续利用地(其他生产与生活用地)三大类。CCL有助于整合我国现有的自然保护地体系外的保护措施, 全面系统认识自然保护地外的就地保护措施的作用, 梳理经验、推广实践、整合资源、扩大影响。未来可进一步形成多层次、多梯度、保护与利用统筹协调的全域土地利用空间格局, 使每一寸中国国土都兼顾保护与发展功能。本研究旨在为中国自然保护地外的就地保护实践提供理论依据, 并为全球“30×30”生物多样性保护目标贡献中国智慧与中国方案。