矿产开采等人类活动极大地改变着生态环境和景观格局, 景观变化又是导致区域和全球物种多样性丧失的主要原因之一。然而, 物种多样性对周边景观变化响应的时间尺度问题往往被人们忽略。作者以内蒙古草原区伊敏露天煤矿为例, 从物种和功能群两个层次上, 探讨了不同的空间范围(1 km、2 km、3 km、4 km、6 km、8 km、10 km)内在不同时期(1975年、1990年、2000年、2010年)的景观格局(景观优势度指数、生境综合连接度指数和生境连接度概率指数)与生物多样性之间的关系。结果显示: 当前物种多样性与开矿前和开矿初期周边景观格局之间的相关性更高, 而且与4–8 km缓冲区范围内景观格局之间的关系更加密切。不同功能群物种丰富度与景观格局之间的关系不同, 其中, 多年生根茎禾草物种丰富度和当前小尺度(1–3 km)景观格局之间呈显著相关; 多年生杂类草和开矿前和开矿初期大尺度(4–10 km)景观格局之间相关显著; 多年生丛生禾草与景观格局的相关性并未达到显著水平, 但是随着空间尺度的增加出现单峰趋势, 在6 km范围上最高; 灌木、半灌木与景观格局的相关关系随着空间尺度的增加而增加; 一二年生草本与景观格局的相关性始终最低。为此, 本文得出如下结论: (1)物种多样性对周边景观格局变化的响应存在一定时间的滞后, 人类当前不合理的土地利用方式可能引起未来一段时间内该地区一些物种的消失; (2)区域种库决定小尺度物种多样性的大小, 研究区4–8 km范围内具有连通性的生境斑块是主要的种库资源; (3)植物的繁殖策略及种子传播方式是破碎化生境中物种多样性维持的重要机制。

天然针叶林在热带地区虽较为少见, 但其对维持热带地区的生物多样性和生境异质性具有特殊意义。在我国热带天然针叶林集中分布面积最大的海南霸王岭林区, 作者选择伴生阔叶树种优势度不同的两种典型南亚松(Pinus latteri)天然林(简称纯林和混交林), 采用点格局法分析了其林冠层、亚林层和林下层主要树种的空间分布格局及其关联性。结果表明: (1)纯林中林冠层的南亚松主要为聚集分布, 混交林中在较小尺度上为聚集分布, 在较大尺度上为随机分布。(2)纯林中亚林层树种在较小尺度上为聚集分布, 在较大尺度上为随机分布, 在混交林中主要为聚集分布。(3)纯林中林下层树种主要呈现为随机分布, 而在混交林中主要为聚集分布。(4)随着尺度的增加, 林冠层与其他两个层次的树种, 在纯林中表现出从空间无关联到正关联的变化趋势, 而在混交林中则表现出从空间无关联到负关联的变化趋势。(5)亚林层与林下层树种在各个尺度上都表现为空间正关联。由此可见, 热带天然针叶林中优势种南亚松对伴生阔叶树种的分布格局具有重要影响。

北热带喀斯特季节性雨林(northern tropical karst seasonal rain forest)是在我国热带北缘喀斯特地区分布的典型森林植被类型之一。由于富钙偏碱的地球化学背景及多样性的生境类型, 同时受季风气候影响, 该森林呈现群落结构多样、树种组成丰富、特有成分突出等特点。基于大型固定监测样地对该森林树种组成与空间分布进行的研究, 是探明该区域生物多样性形成与维持机制的基础。我们于2011年底建立了广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha监测样地, 依照CTFS (Center for Tropical Forest Science)全球森林生物多样性监测规范, 定位并调查了样地内每一棵胸径≥1 cm的木本植物。结果表明: (1)样地内有监测树种223种, 隶属于56科157属; 独立个体总数为68,010株(含分枝为95,471株), 平均胸径为4.84 cm; (2)树种科、属的区系均以热带成分为主, 大戟科、马鞭草科、梧桐科等为优势科; (3)个体数最多的11个树种的个体数之和占到总个体数的51.64%, 前58个树种的占90.19%; 稀有种有75种, 占总树种数的33.63%; (4)群落结构稳定且更新良好, 主要优势种的径级结构均呈倒“J”形, 无明显断层; (5)树种分布在空间上表现出明显差异, 黄梨木(Boniodendron minus)等强耐旱型树种分布于山顶周围; 蚬木(Excentrodendron tonkinense)等树种分布于山坡中部; 对叶榕(Ficus hispida)等喜湿耐荫型树种分布于山谷周围; (6)胸径>20 cm的个体较多分布在山坡中下部, 极少分布在山顶周围; 胸径10–20 cm的个体较均匀分布于整个样地; 分枝和萌枝较多分布在山顶周围; (7)种–面积散点图在2–7 ha的取样面积下分化形成两条曲线, 表明了树种数量组成在空间上具有强烈异质性。研究初步认为: 强烈生境异质性及独特地质背景可能是影响该喀斯特森林物种组成及空间分布的重要因素。

以弄岗15 ha北热带喀斯特季节性雨林监测样地各样方的相对海拔、坡度、坡向、凹凸度和物种重要值数据为变量, 采用多元回归树方法将喀斯特季节性雨林森林群落分为8个群丛。同时, 按乔木层、亚乔木层优势种为主, 灌木层指示种为辅的方法分别把8类群丛命名为: (A)南方紫金牛(Ardisia thyrsiflora)–苹婆(Sterculia monosperma)–中国无忧花(Saraca dives)群丛, 该群丛类型主要分布于土壤和空气的湿度都较大的谷底边缘; (B)对叶榕(Ficus hispida)–苹婆–董棕(Caryota obtusa)群丛, 该群丛类型主要分布于伴有季节性水淹、土壤和空气湿度都很大的谷底; (C)山石榴(Catunaregam spinosa)–广西牡荆–蚬木(Excentrodendron tonkinense)群丛, 该群丛类型主要分布于受太阳直射时间较长、水分条件中等偏旱的中下坡阳坡地带; (D)垂茉莉(Clerodendrum wallichii)–苹婆–广西棋子豆(Cychidendron guangxiensis)群丛, 该群丛类型主要分布于受太阳直射时间稍短、水分条件适中的中下坡阴坡地带; (E)米仔兰(Aglaia odorata)–闭花木(Cleistanthus sumatranus)–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于土壤湿度中等偏旱的中上坡半阴坡地带; (F)割舌树(Walsura robusta)–闭花木–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于土壤湿度中等偏旱、比较陡峭的半阳坡地带; (G)枝花流苏树(Chionanthus ramiflorus)–广西牡荆–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于坡度缓和、太阳直射的时间较短、水分条件适中的垭口部位; (H)齿叶黄皮(Clausena dunniana)–黄梨木(Boniodendron minius)–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于受到太阳直射时间最长、岩石裸露度最大、气温干燥、土壤水分严重不足的山顶及其周围。群丛划分说明该区域植被差异主要源于相对海拔和坡向变化, 各群丛物种组成并不存在明显界限, 而是随环境梯度逐渐变化, 反映了植被分布具有连续性, 间断只是相对的。

建立自然保护区是生物多样性保护最为直接和有效的方法。开展重要保护物种的科学考察和研究, 评价其就地保护现状, 对区域内实施科学合理的保护与管理具有重要的意义。本文基于文献资料和野外调查, 分析了山西省重点保护野生植物的地理分布及就地保护现状, 结果显示: (1)山西省重点保护野生植物共57种, 其中有49种分布在自然保护区内, 就地保护率为86%; (2)在地理分布上, 晋城、运城、临汾和阳泉4个市的保护区内分布的保护植物种类最多; (3)采用“累计筛选法”共鉴别出6个保护贡献率最高的保护区, 其累计保护贡献率达到86%; (4)总体来说, 山西省重点保护野生植物受到较全面的就地保护, 但仍存在一些保护空缺, 这些保护空缺地的鉴别将为山西省自然保护区的进一步规划提供科学参考。

果实(种子)产量和质量是影响植物种群更新的重要因素。为了探明影响黄连木果实产量和种子命运的因素以及这些影响因素之间的相互作用, 作者于2009年对河南省济源市45株黄连木(Pistacia chinensis)结果样树的植株特征、果实特征、果实产量和种子命运等进行了测定, 并用结构方程模型进行综合分析。结果表明: (1)黄连木果实产量与树高、树冠面积和果序大小等特征成正相关, 但与胸径、果实大小相关性不显著; (2)与捕食者饱和假说的预测不一致, 单株果实产量对黄连木广肩小蜂(Eurytoma plotnikovi)的种子捕食率(即虫蛀率)无显著直接负向效应; (3)树高和果实大小对虫蛀率为显著直接正向效应, 胸径对虫蛀率为显著直接负向效应, 显示黄连木广肩小蜂对植株特征和果实特征有一定的选择能力; (4)空壳率与虫蛀率成显著负相关, 空壳果实越多, 越易逃避黄连木广肩小蜂的寄生, 空壳果实的存在对完好种子起到了一定保护作用, 可能是黄连木防御昆虫寄生的重要机制; (5)空壳率和虫蛀率对种子完好率有显著直接负向效应, 而胸径、果序大小和果实产量对完好率为间接正向效应, 树高和果实大小为间接负向效应。可见, 黄连木植株特征和果实特征均不同程度地影响其果实产量和昆虫寄生, 从而影响黄连木的种子质量和种群更新。

受引种、贸易等人类活动的影响, 麦穗鱼(Pseudorasbora parva)和鲫(Carassius auratus)在全球范围内已经广泛分布并造成巨大的生态危害。根据野外采样和文献记录, 本文系统整理了麦穗鱼和鲫在世界各地的分布情况, 以高达2.5弧分分辨率的环境数据底图, 利用Maxent模型预测了麦穗鱼和鲫在全球的适生区, 以期为防控麦穗鱼和鲫的入侵提供早期预警。结果表明麦穗鱼和鲫在全球范围的分布区非常广泛, 除南极洲外的各个大洲均有其适生区, 因此这两种鱼还有继续扩散的潜力, 并可能在美国、巴西和阿根廷等国家出现由生物入侵导致的生态学问题。麦穗鱼的适生区主要集中在15º–55º N之间, 欧洲是麦穗鱼入侵的重灾区, 尤其是法国、荷兰周边的西欧国家和匈牙利、塞尔维亚周边的东欧国家; 而美国中部的密西西比河流域、东部及南部沿海, 以及西雅图至加拿大的温哥华之间是麦穗鱼潜在入侵风险性极高的区域。鲫自然分布于欧洲至东亚的广大地区, 目前已经在澳大利亚、加拿大、美国、马达加斯加、印度和越南等国家有分布, 未来还可能进一步扩散至大洋洲的新西兰和新喀里多尼亚, 北美洲的墨西哥至南美洲的阿根廷, 以及非洲的塞内加尔、几内亚和南非等国家; 尤其是南美洲的阿根廷和巴西, 非洲西部的几内亚、喀麦隆等国家将是鲫入侵风险极高的区域。

昆虫种内普遍存在着对于交配机会、产卵场所以及食物资源的竞争, 而具信息交流作用的化学物质在调节种内竞争中起着重要的作用。聚果榕(Ficus racemosa)的传粉榕小蜂Ceratosolen fusciceps存在着种内竞争, 我们通过控制榕小蜂在果内能否互相接触(同时、间隔放蜂)的方法进行放蜂实验, 同时用瘿花比例、种子比例、败育花数量和榕小蜂子代数量作为榕小蜂种内竞争的指标, 并用顶空固相微萃取装置和气相色谱–质谱联用仪鉴定分析榕小蜂在雌花期进果前后, 榕果和榕小蜂中的差异性挥发性成分, 重点探讨这些物质在调节榕小蜂种内竞争中的作用。研究结果表明, 同时放蜂所产生的瘿花比例、种子比例和榕小蜂子代数量相较于间隔放蜂显著偏低, 而败育花数量则显著偏多; 化学鉴定结果表明榕小蜂进果前后榕树的挥发性物质的种类存在差异, 在鉴定出来的22种差异物质中, 部分物质对其他种昆虫有抑制产卵的作用。因此, 信息化学物质对榕小蜂的行为可能起着重要的调节作用, 这种作用对于榕小蜂子代和寄主榕树适合度可能都具有重要影响。

快速城市化背景下, 城市公共绿地已经成为重要的鸟类栖息地, 其中的木本植物群落构成对鸟类群落结构有显著影响, 研究木本植物配置与鸟类多样性的关系对提升城市公共绿地作为鸟类栖息地的生态服务功能有重要的理论和应用价值。我们于2009–2010年间在上海市滨江森林公园就木本植物和鸟类群落的相互关系展开研究。样线法结合样点调查共记录到鸟类10目25科64种5,368只(次), 鸟类多度全年变化显著, 峰值分别出现在4月和11月。丰富度全年也呈现双峰型变化, 峰值出现在4月和12月。全年鸟类多样性(Simpson指数)差异显著, 10月最高, 8月最低。样方调查共记录到77种木本植物, 其中有14种(乔木9种、灌木5种)出现率超过5个样方, 定义为常见种, 其果期主要集中在9月到翌年2月, 其上常见林业致病害虫的发生盛期集中在5–11月。主成分分析显示, 常见木本植物上观察到的鸟类可划分为8个鸟类集团, Spearman秩相关检验显示秋冬季常见木本植物果期与植食性、肉食性、食虫性、杂食性等多个鸟类集团的多度均呈显著正相关。说明在秋冬季鸟类迁徙高峰期不同鸟类集团均能获得丰富的食物资源。就常见木本植物对鸟类群落的重要值进行排序, 结果显示, 大叶杨(Populus lasiocarpa)、枫杨(Pterocarya stenoptera)、香樟(Cinnamomum camphora)等乔木对鸟类重要值较高, 而灌木层对鸟类的重要性整体偏低, 说明滨江森林公园的灌木层作为鸟类栖息地的功能建设尚需加强。根据以上研究结果, 我们提出了提高上海城市公园鸟类多样性的植被配置建议。

为揭示不同蜘蛛类群对火干扰的敏感程度及蜘蛛群落外貌对环境变化产生的响应, 本文选取苍山针阔混交林2007年火烧迹地作为调查样地, 以无火烧记录的样地为对照, 运用陷阱法调查地表蜘蛛群落生活型及季节动态。研究结果显示: (1)火烧迹地中朱氏狂蛛(Zelotes zhui)(相对优势度 DV' =33.03)、晨豹蛛(Pardosa chionophila) (DV'=22.53)和西菱头蛛一种(Sibianor sp.1)(DV'=8.75)占明显优势; 而对照样地中龙隙蛛一种(Draconarius sp.2) (DV'=63.50)占绝对优势; (2)火烧迹地的定居型蜘蛛相对多度为25.82%, 显著少于游猎蜘蛛(P<0.001); 而对照样地的定居型蜘蛛相对多度为92.07%, 显著高于游猎蜘蛛(P<0.001); (3)火烧迹地地表蜘蛛优势类群随季节更替明显, 在夏季和冬季多度为低谷期; 对照样地优势类群稳定, 为漏斗蛛科蜘蛛。研究表明, 火干扰改变了苍山针阔混交林地表蜘蛛群落生活型组成, 降低了定居型蜘蛛的相对多度和地表蜘蛛群落的季节稳定性。

湖南省八大公山自然保护区自1982年设立以来, 尚未进行过兽类资源的深入研究。为此, 作者于2012年9–10月, 采用笼捕法、陷阱法和红外相机法等对保护区内森林动态永久监测样地及周边常见植被类型中的地栖性小型兽类多样性进行了初步研究。共捕获小型兽类12种, 其中啮齿目8种, 食虫目4种。结合以往记录, 该保护区现已记录的小型兽类有20种, 而本次调查新增分布记录物种6种, 即黑腹绒鼠(Eothenomys melanogaster)、猪尾鼠(Typhlomys cinereus)、中华姬鼠(Apodemus draco)、四川短尾鼩(Anourosorex squamipes)、灰黑齿鼩鼱(Blarinella griselda)和藏鼩鼱(Sorex thibetanus)。陷阱法所捕获个体的体重显著小于笼捕法。此外, 不同生境类型对小兽多样性有重要影响。建议综合采用多种调查方法对整个保护区兽类多样性资源进行深入监测与研究。

生态位模型利用物种分布点所关联的环境变量去推算物种的生态需求, 模拟物种的分布。在模拟入侵物种分布时, 经典生态位模型包括模型构建于物种本土分布地, 然后将其转移并投射至另一地理区域, 来模拟入侵物种的潜在分布。然而在模型运用时, 出现了模型的转移能力较低、模拟的结果与物种的实际分布不相符的情况, 由此得出了生态位漂移等不恰当的结论。提高生态位模型的转移能力, 可以准确地模拟入侵物种的潜在分布, 为入侵种的风险评估提供参考。作者以入侵种茶翅蝽(Halyomorpha halys)和互花米草(Spartina alterniflora)为例, 从模型的构建材料(即物种分布点和环境变量)入手, 全面阐述提高模型转移能力的策略。在构建模型之前, 需要充分了解入侵物种的生物学特性、种群平衡状态、本土地理分布范围及物种的生物历史地理等方面的知识。在模型构建环节上, 物种分布点不仅要充分覆盖物种的地理分布和生态空间的范围, 同时要降低物种采样点偏差; 环境变量的选择要充分考虑其对物种分布的限制作用、各环境变量之间的空间相关性, 以及不同地理种群间生态空间是否一致, 同时要降低环境变量的空间维度; 模型构建区域要真实地反映物种的地理分布范围, 并考虑种群的平衡状态。作者认为, 在生态位保守的前提下, 如果模型是构建在一个合理方案的基础上, 生态位模型的转移能力是可以保证的, 在以模型转移能力较低的现象来阐述生态位分化时需要引起注意。

随着化石燃料资源的减少和全球环境问题的加剧, 全球生物质能源的生产增长迅速, 生物质能源植物种植面积不断增长。全球生物质能源植物的大面积种植对生物多样性造成了严重影响: 不但直接或间接侵占了大片自然或半自然生态系统, 造成生物原生栖息地的退化和消失, 而且还易造成生态系统单一并改变生态系统结构与功能, 加剧面源污染, 引起外来种入侵, 甚至增加了转基因生物安全风险。为减少生物质能源植物种植对生物多样性的影响, 政府或相关单位需制订可持续发展的生物质能源生产管理规范, 合理规划以避免在生物多样性丰富或脆弱区种植生物质能源植物, 积极开发新技术并改变生物质能源原料的利用效益, 加强生产方式管理并改变传统种植模式。

生境破碎化可导致物种数量减少、死亡率增加及迁移率下降, 是生物多样性降低与物种灭绝的重要影响因素。构建绿色廊道可将彼此隔离的植被斑块连接起来, 有助于减少甚至消除景观破碎化对生物多样性的影响。国外的生态环境保护组织较早地意识到了建立大尺度绿色廊道对于景观连通性、生物多样性保持和恢复的重要性, 已经在区域尺度、国家尺度或洲际尺度陆续构建了若干大型绿色廊道。我国于20世纪70年代起开展的“三北防护林工程”, 在干旱区的大部分地区已建成连片的大型防护林体系, 构成了三北地区大型廊道网络体系。然而, 现阶段我国的绿色廊道建设多集中在小尺度的城市绿化建设方面, 而在区域、国家、洲际尺度绿色廊道的构建方面尚属空白。本文对目前国外典型大尺度绿色廊道的建设目的、发展历程和空间分布作了介绍, 回顾了我国绿色廊道发展的三个主要阶段。本文提出我国绿色廊道发展的趋势应由城市尺度的点、线状向区域、国家尺度的片、面、带状过渡, 并将部分地区廊道的规划建设重点引向体现其生态功能的方向, 发挥其野生生物线状开放系统的潜在疏导功能, 从而为景观多样性、生物多样性的保护奠定基础。在借鉴国际经验的同时结合我国实际情况, 提出了我国大尺度绿色廊道可依托于现有的自然保护系统、城市绿色廊道网络及特定自然景观进行构建。