植物群落是不同植物在长期环境变化中相互作用、相互适应而形成的组合。它提供着人类赖以生存的主要物质资源, 维系着地球生态系统的健康和功能, 也为各种动物和其他生物提供食物来源和栖息地, 是人类生存和发展不可或缺的物质基础, 具有不可替代的作用。我国植物群落类型多样, 在世界上首屈一指, 但我国至今尚没有一次全面和系统的植物群落清查, 不仅影响了人们对我国植物资源的了解、利用和保护, 也不利于我国生态学、环境科学和地理学等相关学科的发展。采用统一的方法体系和技术规范开展我国植物群落的清查工作势在必行, 并具有紧迫性。本文基于作者长期的野外工作实践和国内外的群落调查方法, 首先简要定义了与植物群落清查有关的重要概念, 在此基础上, 论述了调查样地的设置原则和体系、群落清查的技术指标和方法、主要优势种生态属性的测定方法和规范, 并介绍了大样地调查的主要步骤。通过本文的介绍、归纳和总结, 试图为制定我国植物群落清查的技术规范提供基础材料和技术储备。

种—面积关系主要探讨物种数量随面积扩大而变化的规律, 它联系不同尺度的生物多样性, 是生物多样性尺度转换的重要依据。利用种—面积关系可以估算群落或区域的物种数量、评价区域生物多样性的丧失。由于构建方式、尺度效应以及区域差异, 种—面积关系的具体形式及其普适性还存在争议。本文主要从构建、尺度效应、区域分异以及与种—多度分布的联系等方面综述种—面积关系的主要进展, 并探讨它在不同方面的适用性。最后给出了利用基于组合样方系列构建的种—面积关系来估算秦岭山地物种数的实例, 结果表明估算精度良好。

Rapoport法则最初是关于物种分布的纬度位置与纬度分布宽度的关系的假说, 被认为是宏观生态学的重要假说之一。Rapoport法则提出以后引发了广泛的实证检验和理论探讨, 并扩展到海拔和海洋深度梯度的分析。对Rapoport法则的检验发展了多种算法, 包括基于中域效应模型的比较分析法, 提出了气候变异性等多种机理解释, 并建立了物种分布区范围格局与物种丰富度格局、分布边界限制等重要宏观生态学现象之间的联系。关于该法则的普适性仍存在明显的意见分歧, 但分析和检验方法被认为是影响结果的重要因素, 方法的改进将是这一领域今后研究的关键。本文主要从Rapoport法则的概念、检验方法、机理性解释, 关于其普适性的争论及其与物种丰富度格局的关系等方面, 综述这一领域的研究进展。

物种多样性的地理格局是宏观生态学和生物地理学的核心问题之一, 中域效应假说是该领域的一项重要的理论进展。中域效应是指由于边界对物种分布构成限制, 使不同物种分布区在区域中间重叠程度较大, 而在边界附近重叠较少, 从而形成物种丰富度从边界向中心逐渐增加的格局。现有研究表明, 中域效应是影响物种丰富度格局的一种重要机制, 但其作用大小受很多因素的影响。本文介绍该假说的基本假设和模型, 模拟分析不同模型之间的差异, 并就中域效应假说所展开的争论进行综述, 指出该假说的合理性和局限性。我们认为, 中域效应假说的重要性在于揭示了几何(边界)限制和随机过程在物种多样性地理格局中的作用, 但其目前的模型和假设还过于简单, 需要在深入理解物种分布机制的基础上进行完善和发展。

物种共存和生物多样性维持一直是生态学研究的中心论题。基于物种生态位分化的群落构建理论已经发展了近一个世纪, 但我们对群落构建和生物多样性维持的机理仍然不清楚。近年来, 群落中性理论以其简约性和预测能力成为群落生态学研究的焦点, 但由于其“物种在生态功能上等价”的假设与大量研究结果相悖, 同时对自然群落结构的准确预测也只限于少数的生态系统, 因而饱受质疑。如今, 越来越多的生态学家认为群落构建的生态位理论与中性理论之争的最终归宿应该是二者的整合。 在本文中, 我们在简要回顾生态位理论和群落中性理论发展的基础上, 分析二者之间的主要分歧和互补性, 试图梳理二者整合的途径。我们认为, 尽管中性理论的发展极大地丰富了群落构建理论, 但二者的整合尚处于初级阶段; 群落构建零模型假说、中性—生态位连续体假说、随机生态位假说等都不失为有价值的尝试, 今后需要在其他类型的生态系统中进行实验验证, 以更好地理解确定性过程和随机过程在决定群落构建和生物多样性维持中的作用。

负密度制约假说主要描述由于资源竞争、有害生物侵害(比如病原微生物、食草动物捕食)等, 同种个体之间发生的相互损害行为; 它主要强调同种个体之间的相互作用, 解释自然群落物种共存的机理; 负密度制约机制主要在小尺度上降低群落内同种个体生长率, 同时提高个体死亡率, 从而为其他物种的生存提供空间和资源, 促进物种共存。目前负密度制约假说的检验研究主要侧重密度制约、距离制约、群落补偿效应等三个方面。最近, 研究者又探讨了近缘物种之间由于对相似资源的竞争所产生的负效应, 扩展了负密度制约假说, 进而提出异群保护假说和谱系多样性制约假说。负密度制约假说引起生态学家长久的探讨和关注, 世界范围内大尺度森林动态样地的建立, 又为探索不同尺度上密度制约效应的研究提供了条件。然而目前的研究仍然存在不足, 比如负密度制约假说的检验受到其他因素的干扰、区域研究不平衡等。因此, 生态学家们仍然怀疑负密度制约效应调节群落物种共存的重要性, 但是目前的研究还没有发现否定负密度制约假说的充分证据。

解释群落的物种多样性大小是生态学研究的一个重要的理论和实践问题。人们提出了群落物种多样性的多种假说, Zobel等人提出的种库假说(species pool hypothesis)是生物多样性理论研究的重要发展。该假说认为, 一个群落的物种多样性不仅与环境条件和生态过程(ecological process)(如竞争、捕食)有关, 也受区域种库(regional species pool)的限制。区域种库是指一个地区可进入某一群落的潜在物种数量, 它由地史过程(如冰期、地质年代)和区域过程(物种形成、迁移扩散以及消亡)所决定。按照种库假说, 某一生境类型的面积越大, 地质年代越古老, 物种形成的机会也就越多, 因而能适应和分布于该生境的物种也就越多, 实际群落中的物种丰富度也就越高。种库在空间上主要有两个层次: 区域种库和实际种库, 前者指某一生境所拥有的潜在物种数量, 主要由生物地理过程(biogeographic processes)所决定; 后者则为调查的群落中实际出现的物种数量, 主要由竞争等生态过程和区域种库共同决定。本文对种库假说的基本概念、主要内容、种库确定方法等作了介绍, 并阐述了作者对这些问题的理解和认识。

物种多样性地理分布格局及其成因是生物地理学和宏观生态学研究的核心问题之一。为了解释物种多样性的分布格局, 人们提出了多种假说, 其中讨论最多的是能量假说。该假说认为, 物种多样性的变化受能量控制。根据能量的不同形式及其对物种多样性的影响机制, 能量假说包括以下几种形式: 生产力假说(productivity hypothesis)、水分—能量动态假说(water-energy dynamic hypothesis)、环境能量假说(ambient energy hypothesis)、寒冷忍耐假说(freezing tolerance hypothesis)以及生态学代谢假说(metabolic theory of ecology, MTE)。本文系统介绍了每种能量假说的含义、所使用的能量形式及表征变量, 以及对物种多样性的影响机制, 并对不同形式的能量假说进行了比较, 在此基础上, 分析了每种能量假说的优点和缺点以及各自面临的问题。

新陈代谢是生物的基本生理过程。生态学代谢理论(metabolic theory of ecology)基于生物个体大小和环境温度对个体新陈代谢过程的影响, 使用尺度推移(scaling)的方法来解释多种生态学格局和过程。James Borwn等将这一理论用于解释物种多样性的大尺度格局, 并从机制上解释了物种多样性与环境温度的关系。这一理论提出了两个明确的预测: (1)物种多样性的对数与绝对温度的倒数之间呈线性关系; (2) 这一线性关系的斜率为-0.6至-0.7。这一理论自提出以来, 饱受争议, 经过了正反两方面经验数据的检验, 目前仍未形成一致的结论。虽然这一理论仍面临着一些有待解决的问题, 但它以崭新的思路和方法有别于以往的基于统计学方法的研究。人们过去对该理论的实证检验忽略了两个重要的约束条件, 即除温度以外的环境条件处于理想状态和群落处于平衡状态, 而这两个约束条件是理解该理论的基础。本文对生态学代谢理论的理论框架、预测和含义, 以及以往的检验结果进行阐述, 在此基础上提出了作者对该理论的若干认识和未来研究中应考虑的若干问题。

生物多样性的大尺度分布格局是现代环境与地史过程共同作用的结果。本文从影响机制、参数选择及与现代气候假说的关系等方面回顾了地史成因假说的最新进展, 并得出以下认识: (1) 地史过程对生物多样性的分布格局有显著影响, 但地史过程与现代环境之间强烈的共线性使得两者的影响常叠加在一起; (2) 与广域物种的多样性相比, 地史过程更有利于解释狭域物种(或特有物种)的多样性; (3) 地史过程的参数选择是地史假说所面临的挑战之一, 目前所用的指标与现代环境具有显著的共线性, 难以直观地体现地史过程对生物多样性的影响, 对不同区域内物种系统发育过程的对比或者物种形成速率及灭绝速率分布格局的分析可能有助于评价地史成因假说的影响。

根据Rapoport法则, 动物、植物物种的纬度或海拔分布宽度存在着从高纬度或高海拔地区向低纬度或低海拔地区逐渐变窄的现象。本文基于物种的海拔分布数据, 分析了神农架维管束植物及不同种域宽度组的物种丰富度海拔格局; 采用已有的4种方法和本文改进的种域分组中点法, 分析了海拔梯度上种域宽度与种域中点的关系, 并检验其是否符合Rapoport法则。结果表明, 神农架地区维管植物丰富度的海拔梯度分布格局呈单峰型, 峰值在1,000-1,500 m; 不同种域组的物种丰富度分布具有类似的单峰格局, 但随着种域宽度减小, 其物种丰富度的峰值逐渐偏向低海拔。对于神农架的物种海拔分布数据, Stevens方法、Pagel方法和逐种方法的结果都支持Rapoport法则, 而中点法的结果主要反映中域效应的影响, 种域分组中点法可有效控制中域效应的影响, 但不支持Rapoport法则。上述结果表明, 对于Rapoport法则的检验亟待研究方法的改进; 而种域的海拔格局及其形成机制, 还需要更多案例的比较研究, 才能形成普遍性的认识。

物种丰富度的大尺度地理格局及其成因是宏观生态学和生物地理学的中心议题之一。本文利用中国陆栖哺乳动物分布数据, 结合高分辨率的气候、地形、植被等环境信息, 探讨了中国陆栖哺乳动物及主要类群的物种丰富度格局及其影响因素。结果显示, 中国陆栖哺乳动物物种丰富度具有显著的纬度梯度格局, 总体上呈现出由低纬度向高纬度逐渐减少的趋势, 并与宏观地形具有良好的对应关系; 其中, 亚热带、热带西部山区的物种丰富度最高, 而东部平原地区、西北干旱区和青藏高原腹地则是丰富度的低值区。各主要类群的物种丰富度格局既有相似性, 又存在差异。最优线性模型的分析结果显示, 由归一化植被指数(NDVI)、生态系统类型数和气温年较差构成的回归模型对哺乳动物物种丰富度格局的解释率最高, 其中NDVI对模型解释率的贡献最大, 这表明中国陆栖哺乳动物物种丰富度的地理分异受多种环境因素的共同影响, 其中植被生产力起主导作用。各主要类群的最优线性模型显示, 影响物种丰富度格局的主要环境因子因类群而异, 这可能反映了各类群进化历史及生理适应的差异。

为了保护中国丰富的生物多样性, 我国已经建立了大量的自然保护区。评价这些保护区的布局对于生物多样性的有效保护无疑是十分重要的。本文收集了截至2007年底我国建立的2,047个保护区的有关资料, 利用地理信息系统技术, 分析了这些保护区的分布现状和生物多样性的保护状况, 包括保护的植被类型、野生保护物种以及热点地区。结果表明: 我国自然保护区的覆盖面积达到145.7万km², 占中国陆地面积的15.2%, 超过世界平均水平(13.4%); 在我国47种自然植被类型中, 有21种植被类型的被保护面积比例低于10%, 说明这些类型可能没有得到充分的保护。应用Dobson筛除算法对216个保护区中的保护物种进行筛除分析, 发现仅西双版纳、武夷山、长白山、高黎贡山、祁连山5个保护区即包含了381个保护物种(约占总数783种的50%); 前21个保护区可包含占总数75%的保护物种(590种)。根据不同方案划分的生物多样性热点保护地区仍存在一些保护空缺地, 如新疆北部、四川与长江以南地区, 因此, 我国的保护区布局有待进一步改进。