如何解释群落的物种多样性是群落生态学的核心问题之一, 贯穿于群落生态学的整个发展过程, 至今仍未得到圆满解决。与这个问题有关的理论层出不穷, 使得群落生态学研究产生了很多混乱, 这种状况促使一些生态学家开始反思群落生态学是否一定要从群落结构出发? 最近, 一个新的、基于过程的理论框架为群落生态学提供了更有前景的发展方向。该理论框架认为群落的形成只包含了选择、漂变、成种和扩散这四个过程, 不同的群落中四个过程的相对重要性不同, 而各种群落生态学理论间的差别就在于强调了不同的过程。本文在介绍该理论框架的基础上, 分析了已有的用于解释局域群落多样性的理论所包含的过程。其中, 与生态位有关的理论主要强调了平衡选择的过程; 局域与区域过程的共同作用理论强调了成种、扩散和选择的过程; 而与生态漂变有关的理论则强调了漂变、成种和扩散的过程, 但忽略了选择作用。在这个理论框架下, 这些理论本身及其相互之间的关系显得更加清晰。

近年来, 生物多样性与气候变化的关系逐渐成为《生物多样性公约》下的焦点议题, 各缔约方就此问题展开了激烈的多边谈判。本文梳理了《生物多样性公约》下气候变化问题谈判的发展历程, 探讨了其中的焦点问题及各方的主要立场, 指出以欧盟为代表的发达国家和以巴西、哥伦比亚、中国为代表的发展中生物多样性大国是针锋相对的两大主要谈判集团。谈判焦点问题主要包括: (1)气候变化问题的扩大化。欧盟希望将气候变化问题扩大化, 使其全面渗透到《生物多样性公约》下的各议题中, 并促进《生物多样性公约》、《联合国气候变化框架公约》和《联合国防治荒漠化公约》(简称里约三公约)之间的联合; 而发展中国家对此比较谨慎和保守。(2)地球工程(geoengineering)和海洋施肥(ocean fertilization)。欧盟提出全面禁止地球工程, 并建立全球管制框架; 而发展中国家认为可遵循“预先防范”原则。(3)减少森林砍伐和森林退化的碳排放机制。欧盟要求为该机制建立“生物多样性保障”制度, 而发展中国家表示反对。两大集团产生分歧的原因主要是发展中国家担心欧盟的快速推进会使自己将来受到制约, 这也反映了在环境领域发达国家和发展中国家之间的固有矛盾, 而这种矛盾未来还会继续深化。本文最后还就我国的应对策略和工作方向提出了建议: (1)要加强国内相关主管部门之间的沟通与协调; (2)要总结和宣传我国在气候变化领域成功的做法和经验; (3)要加强对减少森林砍伐和森林退化的碳排放机制的研究。

生境破碎是导致生物多样性损失的重要原因之一, 在设计自然保护区时设法减少生境破碎是提高保护区有效性的重要方法。由于经济资源或地理因素制约不可能把连续的大片土地都划为保护区时, 设计一个由相互分离的几部分组成的保护区是更为现实的做法。选择地块组成内部间隔最小的保护区是减少破碎化的一个重要途径, 但结合空间特征的保护区地块选择模型求最优解时容易遇到计算困难。Williams(2002)基于原图和对偶图概念, 提出一个线性整数规划模型, 主要用于规划连续的土地。本文对他的模型进行改进, 以确定一个保护一组目标物种、间隔最小的自然保护区。改进后的模型对每个备选地块定义两个变量, 用两个变量的取值差异表示保护区内部间隔。模型的计算效率检验结果显示, 该模型可在合理时间内解决包含100个备选地块的间隔最小保护区设计问题。用美国Illinois州部分地区濒危鸟类保护区设计为例, 设计了多种情形下间隔最小的保护区。线性整数规划模型的计算效率仍需提高, 以解决大型保护区最优化设计问题。模型的实际应用需要完整和准确的数据包括物种分布、选择费用等。

生物特有现象的地理格局及其形成机制是生物地理学的重要研究内容。本文通过整合173个地区的中国种子植物特有属编目资料、环境和空间因子数据, 运用多元回归和方差分解的方法, 探索了中国种子植物特有属丰富度及其占全部种子植物属丰富度的比例(特有属比例)与环境(生境异质性和气候)和空间因子的关系。结果表明: (1)特有属丰富度及特有属比例具有很强的空间变异性, 在华中地区最高, 而靠近国界和大陆边缘的地区较低; 相比而言, 种子植物属丰富度的空间变异性较弱, 且表现出显著的纬度梯度性; (2)特有属丰富度及特有属比例主要由空间因子和生境异质性(地形的复杂性)决定, 即在大的空间尺度上, 地理位置决定一个地区特有属比例的理论值, 生境异质性和气候因子对其进行微调; 而种子植物属丰富度的地理格局主要受气候和生境异质性的影响。(3)中国种子植物特有属是主观性非常强的概念, 特有属比例所反映的植物区系系统发育信息可能会很低; 空间因子所解释的方差中到底有多少是系统发育因素, 还需要进一步的研究。本文最后讨论了当前特有属定义和判定的不足之处。虽然理论上认为特有属的判定不应以行政边界为标准, 但是目前几乎所有的中国特有属划分方法均以国界为准, 这在一定程度上降低了中国种子植物特有属概念的科学内涵和在实践中的作用。因此,我们建议在理论和实践中对中国种子植物特有属概念采取审慎的态度。

分析自然因子和人为活动对入侵植物分布的影响, 有助于预测外来植物的入侵。本研究采用路线踏查和样地调查相结合的方法, 对温州地区外来入侵植物的组成和分布进行3次调查, 同时记录样地土壤类型、地形、人为干扰等环境因子。使用典范对应分析(canonical correspondence analysis)进行排序, 分析外来植物的分布与环境因子之间的相关性以及不同因子对物种分布的影响; 利用方差分析比较外来入侵植物物种数和多度在不同地点间的差异, 及造成这种差异的主要影响因子。结果表明: (1)目前温州市外来入侵植物共64种, 隶属于28科51属; 从生活型上来看, 以一、二年生双子叶植物为主, 占70%以上, 原产地以美洲为主, 占68.8%。(2)各个区县间的物种分布存在显著差异(P = 0.000), 以乐清市的种类最多, 有51种, 其次是苍南县(43种), 最少的为洞头县(有27种)。(3)典范对应分析结果显示, 温州地区外来入侵植物分布格局主要受交通频度、聚居程度和地形的影响。(4)广布种和常见种的分布受到各个环境因子的影响差别不大, 而局限种和散布种的分布则明显受交通频度、地形两个因子的制约。(5)成功入侵的植物, 在侵入阶段更多的受人为活动的影响, 定居阶段则是环境因子起更大作用, 最后是否成功扩散并对入侵地造成危害则主要由植物自身的生物学特性决定。

性分配理论主要研究繁殖资源在雌雄功能间的最优分配, 从雌雄功能的角度考虑其个体适合度。对花序内不同部位花的雌性与雄性资源分配变化的研究, 对于我们理解植物采取哪种繁殖对策保障繁殖成功具有重要意义。本文对生长在中国科学院吐鲁番沙漠植物园内的蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)连续开花花序内不同部位花的性分配变化、传粉者运动与繁殖成功进行了研究。主要结果如下: (1)从花序的中部早开放花到下部花再到上部晚开放花, 花寿命明显缩短, 雄蕊群质量/(雄蕊群质量+雌蕊质量)、花粉量及花粉量/胚珠数增大, 花冠大小、花冠质量、花蜜量减小, 胚珠数无明显变化, 表现出上部花偏雄的性分配; (2)在一个花序内, 西方蜜蜂(Apis mellifera)和淡脉隧蜂属1种(Lasiglossum sp.1)首先停落在中部花上, 在花序的不同部位间移动, 最后从上部花飞离花序, 因此中部花的首次受访率较高, 最后受访率较低, 而上部花的最后受访率较高, 首次受访率较低; (3)两年间, 给上部花补授异株花粉后, 结籽率、种子质量均明显提高, 给上部花补授异株花粉的同时去除中下部花后, 座果率、结籽率和种子质量也明显增加; 而这两种处理间的座果率、结籽率和种子质量无明显变化。这表明, 蒙古沙冬青自然情况下上部花座果率、结籽率和种子质量较低的主要原因是, 花序内传粉者定向运动而非资源限制是造成上部花缺乏异花花粉。这种情况下, 增加对上部花雄性功能的投入是蒙古沙冬青维持传粉成功的适应策略。

为了解荒漠地表甲虫的多样性特点及其与环境的关系, 明确其环境指示作用, 评估沙漠工程对荒漠地表甲虫多样性的影响, 作者于2010年5-7月采用陷阱法调查了古尔班通古特沙漠南缘从沙漠腹地到沙漠绿洲交错区不同生境的地表甲虫物种多样性, 其中包括沙漠腹地公路防护体系的干扰生境。结果如下: (1)共捕获地表甲虫54,527头, 隶属于14科81种, 其中拟步甲科和象甲科占绝对优势, 数量分别占到93.65%和5.14%; 拟步甲科在沙漠腹地的活动密度远大于交错区, 而在交错区象甲科种类最多, 活动密度也最大; 漠王属(Platyope)的种类均表现出明显的风沙土的倾向性, 而阿苇长足甲(Adesmia aweiensis)和光滑胖漠甲(Trigonoscelis sublaevigata sublaevigata)则表现出明显的碱化灰漠土的倾向性; (2)不同生境间的丰富度、多样性指数、均匀度指数、优势度指数、活动密度总体上均具有显著性差异(df = 32, P<0.05); (3)分别基于地表甲虫群落与优势类群的生境除趋势对应分析(DCA排序)均表明, 沙漠边缘在研究区域中处于中间过渡地位, 坡上生境更接近沙漠腹地, 垄间更接近交错区; (4)荒漠地表甲虫群落的物种丰富度、多样性指数、均匀度指数、优势度指数与植被盖度、土壤含水量、有机质含量及全N、全P含量均存在显著线性相关(P<0.05), 其中与土壤含水量的相关性最好, 活动密度与所有环境因子的相关性最差, 且为负相关; (5)沙漠公路防护体系中的地表甲虫活动密度显著降低, 物种丰富度、多样性及均匀性均有所下降, 但没有达到显著性水平; 主要种的相对重要值也有较大变化。结论如下: 荒漠地表甲虫的多样性特点为丰富度低、多样性低、均匀度差, 但优势度高、活动密度高, 并且这一特点随着生境从荒漠绿洲交错区到沙漠腹地越趋明显; 荒漠地表甲虫在科、属与种的水平上均表现了一定的环境指示作用; 土壤类型在群落排序中起着主要作用; 活动密度与土壤含水量的负相关关系可能是局域尺度下荒漠地表甲虫多样性的一般性规律; 工程干扰对沙漠腹地的地表甲虫群落产生了一定的影响, 草方格、梭梭(Haloxylon ammodendron)、沙拐枣(Calligonum sp.)等人工植被可能是导致这一影响的主要因素。

生境破碎化包括生境丧失与破碎化两个相对独立的过程, 为探讨这两个过程各自对生物多样性的影响, 本文利用苜蓿草地实验模型系统(EMS)构建了36个小区研究不同生境丧失与破碎化对昆虫群落及不同类群的影响, 包括18个破碎化小区与18个连续小区, 破碎化小区全部采用1 m×1 m (H=1)破碎, 连续小区苜蓿连片(H=0), 生境丧失采用90%、80%、70%、50%、20%以及0%共6个梯度, 每个小区重复3次, 以0%生境丧失的小区为对照, 采用拍板法、巴氏罐诱集法与扫网法对苜蓿草地昆虫群落进行调查, 对38种昆虫划分为4个类群并进行分析。生境丧失与破碎化后, 两种处理的小区物种丧失及多样性变化没有明显的阈值效应, 但在同等生境丧失程度下的破碎化小区物种数高于连续小区, 生境丧失率为80%与90%的小区中个体数显著低于对照, 而且破碎化小区个体数低于连续小区, 昆虫多样性指数在不同处理的小区间差异不显著; 80%与90%生境丧失的小区内昆虫群落难以恢复, 物种数、个体数与多样性指数均显著低于对照, 破碎化小区昆虫群落恢复更为困难, 表现出明显的阈值效应; 苜蓿草地生境丧失与破碎化后低营养级类群(植食性昆虫)较高营养级类群(捕食性昆虫与寄生性昆虫)易于恢复, 生境丧失与破碎化两个变量对昆虫群落及不同的类群的分布都有显著性影响。这些研究结果为利用农业景观设计来加强害虫生物防治具有重要的意义。

为了解珊瑚礁海域鱼类物种多样性及其群落特征, 作者2003年5月在西沙群岛7座主要岛礁(北礁、华光礁、金银岛、东岛、浪花礁、玉琢礁和永兴岛)采用底层刺网进行了调查, 运用聚类分析和非度量多维标度(NMDS)等多元统计分析方法, 对7个岛礁鱼类的种类组成、优势种、多样性和群落格局进行了分析。调查海域共记录鱼类146种, 隶属10目31科; 各主要岛礁的鱼类以典型的热带种类为主, 如鹦嘴鱼科、蝴蝶鱼科、笛鲷科等珊瑚礁鱼类; 白边锯鳞鳂(Myripristis murdjan)、四带笛鲷(Lutjanus kasmira)、灰若梅鲷(Paracaesio sordidus)、双带梅鲷(Caesio diagramma)、单板盾尾鱼(Axinurus thynnoides)和灰六鳃鲨(Hexanchus griseus)为主要优势种; 全海域鱼类的Shannon-Wiener多样性指数(H')在1.91-3.33之间, 平均为2.81, 明显高于纬度较高的东海和黄渤海海域; 该海域鱼类可划分为两个群落, 即永乐群岛群落(群落I)和宣德群岛群落(群落II)。ANOSIM和RELATE检验表明, 两个群落间鱼类组成的差异显著(R=0.685, P=0.029<0.05), 且群落格局较为稳定(R=0.958, P=0.003<0.01)。

为了准确掌握青岛胶州湾口海域文昌鱼(Branchiostoma belcheri)的分布特征, 2009年11月作者选择了北沙海域和南沙海域, 共设34个站位, 采用箱式采泥器对文昌鱼资源及栖息环境进行了调查。在北沙海域发现了较为集中的文昌鱼栖息地, 栖息密度为162 ind./m², 平均生物量为11.93 g/m²; 优势体长为30-40 mm, 年龄组以III龄鱼为主。在南沙海域, 文昌鱼栖息密度为17.33 ind./m², 平均生物量为0.57 g/m²; 年龄结构没有明显的优势组群, 基本为II龄和III龄, 在体长组成上出现了20-25 mm这一较小的峰值。北沙的沉积物类型以砾质砂和砂为主, 而南沙保护区里的沉积物以砂和粉砂质砂为主, 文昌鱼适合生长于砂质类型的沉积物中, 水深10-20 m。比较发现青岛文昌鱼保护区的文昌鱼正在逐步减少, 应在北沙海域设定规模合适的文昌鱼保护区。

为了解江西东乡野生稻(Oryza rufipogon)不同生育期根际可培养细菌群落多样性动态, 从中寻找新的具有植物促生活性的微生物资源, 分别于2009年5月、8月和11月采集了东乡野生稻秧苗期、抽穗期和成熟期根际土 壤, 采用稀释平板法分离到118株根际细菌, 并检测了其植物促生活性。16S rRNA基因序列分析结合菌体形态 观察表明: 分离获得的118株细菌属于5大类群11个属20个种, 其中29株(24.6%)属于变形菌门α亚群(α-Proteobacteria)、9株(7.6%)属于变形菌门β亚群(β-Proteobacteria)、37株(31.4%)属于变形菌门γ亚群(γ-Proteobacteria)、41株(34.7%)属于厚壁菌门(Firmicutes)、2株(1.7%)属于产水菌门(Aquificae)。芽孢杆菌属(Bacillus)、泛菌属(Pantoea)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的菌株数占优势。东乡野生稻根际可培养细菌多样性丰富, Shannon-Wiener指数为2.037-2.741, 且细菌类群随水稻的生育期不同而改变。分离菌株的植物促生活性检测表明: 东乡野生稻根际蕴含着丰富的固氮、溶磷、产IAA和分泌铁载体等生物活性细菌, 其中泛菌属为优势根际促生细菌。此外, 根际可培养细菌数量、促生细菌数量和植物促生活性等在东乡野生稻秧苗期开始升高, 抽穗期到达高峰, 成熟期下降。研究结果表明东乡野生稻根际土壤微生物多样性丰富, 是根际促生细菌的重要资源库。

将近年来新建立的分子标记技术——相关序列扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism, SRAP)应用于土壤微生物遗传多样性研究。采用22对引物组合对20种植物根际土壤微生物进行了分析, 共获得237个扩增位点, 其中多态性位点221个, 占93.2%。平均每对引物组合的多态位点比例(PPL)、多态信息含量(PIC)、等位基因单体型(Ah)和遗传杂合度(He)分别为93.78%、0.94、18.05和0.92, 说明SRAP对根际土壤微生物具有较强的鉴别能力, 也反映了本研究中20种不同植物的根际土壤微生物具有丰富的遗传多样性。水稻的2个不同种植地和4个不同发育时期间的根际土壤微生物遗传距离差异极显著, 但2个不同水稻品种间的差异不显著。Shannon多样性指数揭示, 水稻根际土壤微生物的遗传多样性最低, 莴苣的最高。按照非加权类平均法(UPGMA)聚类, 在遗传距离0.454的水平上, 可将20种植物根际土壤微生物分为三类: 第一类是水稻根际土壤微生物, 第二类是种植于大棚温室的芹菜根际土壤微生物, 第三类为其余18种旱作植物根际土壤微生物。本研究结果证明SRAP是分析土壤微生物遗传多样性的有效手段。