海洋生物多样性甚高, 但却饱受人为的破坏及干扰。目前全球最大的含点位数据的在线开放性数据库是海洋生物地理信息系统(OBIS), 共约12万种3,700万笔资料; 另一个较大的数据库世界海洋生物物种登录(WoRMS)已收集全球22万种海洋生物之物种分类信息。除此之外, 以海洋生物为主的单一类群的数据库只有鱼库(FishBase)、藻库(AlgaeBase)及世界六放珊瑚(Hexacorallians of the World)3个。跨类群及跨陆海域的全球性物种数据库则甚多, 如网络生命大百科(EOL)、全球生物物种名录(CoL)、整合分类信息系统(ITIS)、维基物种(Wikispecies)、ETI生物信息(ETI Bioinformatics)、生命条形码(BOL)、基因库(GenBank)、生物多样性历史文献图书馆(BHL)、海洋生物库(SeaLifeBase); 海洋物种鉴定入口网(Marine Species Identification Portal)、FAO渔业及水产养殖概要(FAO Fisheries and Aquaculture Fact Sheets)等可查询以分类或物种解说为主的数据库。全球生物多样性信息网络(GBIF)、发现生命(Discover Life)、水生物图库(AquaMaps)等则是以生态分布数据为主, 且可作地理分布图并提供下载功能, 甚至于可以改变水温、盐度等环境因子的参数值, 利用既定的模式作参数改变后之物种分布预测。谷歌地球(Google Earth)及国家地理(National Geographic)网站中的海洋子网页, 以及珊瑚礁库(ReefBase)等官方机构或非政府组织之网站, 则大多以海洋保育的教育倡导为主, 所提供的信息及素材可谓包罗万象, 令人目不暇给。更令用户感到方便的是上述许多网站或数据库彼此间均已可交互链接及查询。另外, 属于搜索引擎的谷歌图片(Google Images)与谷歌学术(Google Scholar)透过海洋生物数据库所提供的直接链接, 在充实物种生态图片与学术论文上亦发挥极大帮助, 让用户获得丰富多样的信息。为了保育之目的, 生物多样性数据库除了整合与公开分享外, 还应鼓励并推荐大家来使用。本文乃举Rainer Froese在巴黎演讲之内容为例, 介绍如何使用海洋生物多样性之数据来预测气候变迁对鱼类分布的影响。最后就中国大陆与台湾目前海洋生物多样性数据库的现况、两岸的合作及如何与国际接轨作介绍。

Scratchpads 2.0系统是支持在线环境下生物多样性基础数据的创建、管理和高效利用的虚拟研究平台。本文对该系统的研发背景和现状、系统使用的关键特征(包括个人数据和在线资源的动态整合机制、多语言内容的创建和管理、系统使用授权、动态数据追踪、团队协作, 以及数据论文的发表机制), 以及系统开发和管理者关心的主要技术问题(包括系统安装和高效维护管理、分布式系统架构、模块化开发和管理机制、相关的技术标准)进行了介绍。并针对与Scratchpads 2.0相关的生物多样性信息工具研发和应用的问题进行了讨论。Scratchpads准确的角色定位、学科业务需求的深度挖掘和优越的技术实现, 决定了它是网络时代分类学研究的重要基础设施之一, 将为世界在线植物志的实现提供重要的技术基础。

科学工作流系统是由一系列经过特殊设计的数据分析与管理步骤组成的、按照一定的逻辑组织在一起, 并在给定的运行环境下, 完成特定科学研究的工作流管理系统。科学工作流系统致力于使全世界的科学家可以在一个简单易用的平台上交换思想, 共同设计全球尺度的实验, 共享数据、实验步骤与结果等。每一个科学家可以独立创建自己的工作流, 执行工作流并实时查看结果; 不同科学家之间也可以方便地共享和复用这些工作流。本文以开普勒系统(Kepler system)和生物多样性虚拟实验室(BioVeL)两个项目为例, 介绍了科学工作流的发展历史、背景、现有项目和应用等。以生态位模型工作流为例, 介绍了科学工作流的流程以及特点等。并通过对现有科学工作流的分析, 对其发展方向和存在的问题提出了自己的看法及预期。

DNA条形码基于较短的DNA序列实现物种的快速、准确鉴定, 不仅加快了全球生物物种的鉴定和分类步伐, 也为生物多样性的管理、保护和可持续利用提供了新思路和研究方法。植物DNA条形码标准数据库的不断完善, 将使植物多样性信息的快速获取成为可能; 将不同类型数据资源整合、共享和利用, 构建植物DNA条形码数据共享平台, 是满足公众对物种准确鉴定和快速认知的重要支撑。本文介绍了近年来植物DNA条形码的研究进展; 植物DNA条形码参考数据库的研发现状和存在的问题。结合上述问题, 围绕“大数据”时代背景, 对如何管理和使用好海量的植物信息, 如何构建数据共享平台提出了一些设想: (1)数据共享平台的元数据应尽可能翔实、丰富、准确和多关联; (2)数据标准应统一规范; (3)查询入口方便、迅速、多样, 易于管理, 便于实现更大程度的数据共享和全球化的合作交流。

生物多样性研究、保护实践、自然资源管理及科学决策等越来越依赖于大量数据的共享和整合。虽然关于数据共享的呼吁和实践越来越多, 但很多科学家仍然主动或被动地拒绝共享数据。关于数据共享, 现实中存在一些认知和技术上的障碍, 比如科学家不愿意共享数据, 担心同行竞争, 认为缺少足够的回报, 不熟悉相关数据保存机构, 缺少简便的数据提交工具, 没有足够时间和经费等。解决这些问题及改善共享文化的关键在于使共享者获得适当的回报(比如数据引用)。基于同行评审的数据发表被认为不但能够为生产、管理和共享数据的科学家提供一种激励机制, 并且能够有效地促进数据再利用。因而, 数据发表作为数据共享的方式之一, 近来引起了较多关注, 在生物多样性领域出现了专门发表数据论文的期刊。在采取数据论文的模式上, 数据保存机构和科技期刊采用联合数据政策在促进数据共享方面可能更具可行性。本文总结了数据共享和发表方面的进展, 讨论了数据论文能在何种程度上促进数据共享, 以及数据共享和数据发表的关系等问题, 提出如下建议: (1)个体科学家应努力践行数据共享; (2)使用DOI号解决数据所有权和数据引用的问题; (3)科技期刊和数据保存机构联合采用更加合理和严格的数据保存政策; (4)资助机构和研究单位应当在数据共享中起到更重要的作用。

利用2006年7-8月(夏季)、2007年4-5月(春季)和2007年10-12月(秋季)珠江丰水期、平水期和枯水期3个航次在南中国海北部珠江口附近海域4条由河口、近岸到深水区调查断面的数据, 研究大型底栖动物多样性由河口-近岸-深水的变化趋势及与环境因子的关系。春季、夏季和秋季分别获得大型底栖动物273、256和148种, 各季节均以环节动物种类最多, 节肢动物次之。大型底栖动物种类数、丰度、生物量和Shannon-Wiener多样性指数均由河口向近岸海域升高, 再由近岸向外海深水区降低。Pielou均匀度深水区最高, 其次为近岸。河口和深水区大型底栖动物k-优势度曲线位于近岸浅水域曲线之上, 表明生物多样性由河口向近岸升高, 而由近岸向深水则降低。大型底栖动物与环境因子Pearson相关性分析表明, 春、秋季大型底栖动物种类数、丰度和生物量与水深呈显著的负相关, 秋季种类多样性指数和均匀度也与水深呈显著的负相关性, 而夏季仅生物量与水深呈显著的负相关; 春、秋季大型底栖动物种类数、生物量、丰度、多样性指数和种类均匀度与盐度的相关性不显著, 但是夏季大型底栖动物种类数、丰度、多样性指数和种类均匀度与盐度呈显著正相关。单位面积(0.2 m²)内, 珠江口及邻近海域大型底栖动物在近岸浅水区较深水区和河口生物多样性高, 且生物量丰富。

为了研究长江口及其邻近海域无脊椎动物群落结构和多样性的时空变化特征, 我们于1999-2012年春季在长江口及其邻近海域采用定点底层双拖网调查方式进行无脊椎动物调查。结果表明: (1)1999-2012年长江口水域共记录无脊椎动物41种, 隶属6纲10目23科, 其中甲壳动物种类最多(26种), 其次为软体动物(13种)。不同年份种类数量呈先下降后上升的趋势。(2)优势种主要包括日本枪乌贼(Loligo japonica)、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)、葛氏长臂虾(Palaemon gravieri)和鹰爪虾(Trachypenaeus curvirostris)等, 其在年间存在剧烈变动, 但日本枪乌贼几乎每年都是优势种。(3)长江口无脊椎动物丰度、种类丰富度和多样性在年间均存在显著差异, 1999年和2001年最高, 2004年后呈先下降后恢复上升的趋势。(4)长江口水域的无脊椎动物在每个航次调查中都存在2-3个群聚类型, 并有不同的指示种类。(5)1999-2012年长江口无脊椎动物群落的时间变化可划分为3个阶段: 1999-2001年多样性程度最高, 2004-2007年下降至最低水平, 2009-2012年多样性显著回升, 但尚未恢复到1999-2001年的水平。与20世纪80年代相比, 蟹类减少导致长江口无脊椎动物生物量整体水平下降, 高营养级生物资源衰退带来了无脊椎动物中低营养级生物种群的迅速发展。

为了解昌江沿岸海域生态系统的现状, 探讨海域环境因素对浮游动物的生存环境造成的影响。本文根据2008年11月至2009年7月在海南西部昌江沿岸水域21个测站、4个季度月调查所获的浮游桡足类样品数据, 对该海域浮游桡足类群落结构、分布、季节变化及影响因素进行了分析。本调查共鉴定出桡足类44种, 隶属4目17科24属, 其中秋季25种, 冬季23种, 春季22种, 夏季23种。本次调查共发现优势种6种, 分别是微刺哲水蚤(Canthocalanus pauper)、亚强次真哲水蚤(Subeucalanus subcrassus)、锥形宽水蚤(Temora turbinata)、刺尾纺锤水蚤(Acartia spinicauda)、椭形长足水蚤(Calanopia elliptica)和精致真刺水蚤(Euchaeta concinna), 优势种以近岸暖水种居多。浮游桡足类丰度季节变化明显: 冬季最高, 达409 ind./m³; 秋季次之, 为144 ind./m³, 春季为55 ind./m³, 夏季最低仅为17 ind./m³。其丰度的平面分布显示: 秋、冬季节分别在海区中部和南部形成明显密集区, 春、夏季节则大致呈现由外海向近岸逐渐递减的趋势。浮游桡足类的多样性指数(H')表现为夏季>春季>秋季>冬季, 春、夏季的均匀度指数(J')明显高于秋、冬季。本调查反映出该海区的桡足类群落具有热带—亚热带区系特征, 种类组成季节更替明显, 桡足类种群受海域水温和硅藻的影响明显, 受盐度影响不明显。

由于生活史特殊以及分类学历史复杂, 国内外有关梨甲藻科物种的分类学研究比较少。本研究通过形态分类学方法, 详细阐述了梨甲藻物种的分类学历史沿革, 对我国海域的11种梨甲藻科物种的孢囊进行了分类学研究。我们认为其中的1种应隶属于球甲藻属(Dissodinium), 其余10种可归为梨甲藻属(Pyrocystis)(包括2个变种, 2个变型), 对每个物种都进行了详细的形态学描述, 认为拟新月球甲藻(Dissodinium pseudolunula)与新月梨甲藻(Pyrocystis lunula)、优美梨甲藻(Pyrocystis elegans)与粗梨甲藻(Pyrocystis robusta)的分类学关系还需要进一步研究。

沿环境梯度物种多样性的分布格局及其环境影响因子的研究是生态学研究的重点内容之一。雅鲁藏布江是我国海拔最高的大河, 目前还没有针对其流域的河岸植物群落物种丰富度分布格局的系统研究。作者沿海拔梯度从雅鲁藏布江上游源头区至下游共设置了15个海拔样带, 在每个海拔样带随机取6个5 m×5 m样方, 共对90个样方的河岸植物群落物种组成和植被类型进行了调查, 共记录到238种维管束植物。DCA排序结果表明物种组成变化主要受海拔和经度控制。CCA排序区分出5种大的植被类型, 即高寒草甸或高寒草原、高山草原、两种亚高山灌丛草原和林缘灌丛植被。各植被类型的分布和变化主要受海拔和经度影响。雅鲁藏布江河岸植物物种丰富度沿海拔和经度梯度呈浅“U”形分布格局, 物种丰富度与年均降水量和植被盖度成显著正相关。

物种多度–分布关系是生物多样性科学的关键问题之一, 但目前对其解释尚未有统一的观点, 生态幅假说和集合种群动态理论是其中两个有代表性的假说。作者以松嫩平原羊草(Leymus chinensis)草甸的代表性群落羊草–杂类草群落斑块为研究对象, 分别于2007年和2008年调查了其植物生长型组成和斑块距离, 来检验上述两个假说对物种多度–分布关系的解释能力。作者提出以生长型适应指数(growth-form adaption index, GAI)作为生态幅的衡量指标, 以最小斑块距离来反映植物的扩散和定居过程。结果表明: 在生境尺度上, 物种的多度和分布成显著正相关, 且多度–分布关系在年际间相对稳定。物种的多度和分布均与植物生长型密切相关, 分布广、多度高的物种以根茎型、直立型或分枝型为主, 分布窄、多度低的物种以莲座型或刷状根型为主。GAI与物种的多度和分布均成显著线性正相关, 少数物种的分布广, 多数物种的分布窄, 直接支持了生态幅假说。最近斑块距离与物种的多度和分布均成显著幂函数负相关, 而群落相似性与斑块距离无显著相关性, 因此本结果并未直接支持集合种群动态理论, 但扩散过程可能是影响羊草草甸植物群落种多度–分布关系的重要潜在机制之一。

森林采伐后次生林的恢复过程对于生物多样性的保护和生态系统功能的重建具有重要意义。作者以古田山不同干扰程度的12个1 ha 森林样地为研究对象, 运用群落多元统计方法, 探讨了自然恢复过程中森林群落组成及物种多样性的动态变化及趋势。结果表明: 不同恢复阶段森林样地的群落组成存在显著性差异, 而同一恢复阶段的样地具有高度的相似性。物种丰富度随恢复进程有增加的趋势, 但各阶段差异并不显著; 物种均匀度除人工林较低以外, 其他恢复阶段之间无显著性差异。不同恢复阶段研究样地的群落组成及物种多样性的差异主要存在于林冠层。灌木及更新层具有各自的指示种, 人工林的指示种为落叶灌木或阳性乔木, 幼龄次生林的指示种为常绿灌木或小乔木, 老次生林的指示种为亚乔木层常绿树种, 老龄林的指示种为林冠层树种。上述结果表明古田山不同人为干扰程度森林群落的物种多样性具有较强的自我恢复能力。尽管物种组成难以预测, 但处于同一恢复阶段的森林, 其幼树的生活型组成呈现出一致的变化趋势。

稻鸭共作能有效控制稻田杂草的危害, 但是它对后茬小麦田杂草的影响及其控制作用尚没有详细的报道。我们于2000-2012年对江苏丹阳稻鸭共作兼秸秆还田的有机稻麦连作田土壤杂草种子库进行了连续13年的观察实验。结果显示, 稻鸭共作兼秸秆还田的措施使看麦娘(Alopecurus aequalis)、通泉草(Mazus japonicus)、碎米荠(Cardamine hirsuta)等18种麦田主要杂草的种子库均有较大幅度的降低, 总体的降低幅度高达97%。除了Pielou指数处于小幅波动状态外, 麦田杂草群落多样性指数整体呈下降趋势。丰富度下降表明杂草种子库向种类少、多样性低的方向演变。从Bray-Curtis指数和Jaccard相似性指数也可以得到同样的结论。可见, 连续稻鸭共作兼秸秆还田能够降低下茬的麦田土壤里杂草种子密度及多样性, 控制杂草危害。

濒危植物鹅掌楸(Liriodendron chinense)目前仅零散分布于我国亚热带及越南北部地区, 残存居群生境片断化较为严重。研究濒危植物片断化居群的遗传多样性及小尺度空间遗传结构(spatial genetic structure)有助于了解物种的生态进化过程以及制定相关的保育策略。本研究采用13对微卫星引物, 对鹅掌楸的1个片断化居群进行了遗传多样性及空间遗传结构的研究, 旨在揭示生境片断化条件下鹅掌楸的遗传多样性及基因流状况。研究结果表明: 鹅掌楸烂木山居群内不同生境斑块及不同年龄阶段植株的遗传多样性水平差异不显著(P>0.05), 居群内存在寨内和山林2个遗传分化明显的亚居群。烂木山居群个体在200 m以内呈现显著的空间遗传结构, 而2个亚居群内的个体仅在20 m的距离范围内存在微弱或不显著的空间遗传结构。鹅掌楸的空间遗传结构强度较低(Sp = 0.0090), 且寨内亚居群的空间遗传结构强度(Sp = 0.0067)要高于山林亚居群(Sp = 0.0053)。鹅掌楸以异交为主, 种子较轻且具翅, 借助风力传播, 在一定程度上降低了空间遗传结构的强度。此外, 居群内个体密度及生境特征也对鹅掌楸的空间遗传结构产生了一定影响。该居群出现显著的杂合子缺失, 近交系数(F_IS)为0.099 (P < 0.01), 表明生境片断化的遗传效应正逐渐显现。因此, 对鹅掌楸的就地保护应注意维护与强化生境的连续性, 促进基因交流。迁地保护时, 取样距离应不小于20 m, 以涵盖足够多的遗传变异。

为了解荔波世界自然遗产地翼手目动物的物种多样性和生存现状, 作者于2010年10月至2011年10月, 对中国南方喀斯特荔波世界自然遗产地区域内6个镇(乡)69个洞穴的翼手目动物进行了考察, 发现60个洞穴有翼手目动物栖息痕迹, 其中可以确定具体栖息物种的洞穴有37个。本次调查观察记录到翼手目动物10万余只, 隶属5科15种, 结合文献记载及贵州师范大学动物标本室保存的翼手目动物标本, 确认该地区共有翼手目动物7科24种。11种翼手目动物在荔波世界自然遗产地为首次记录, 其中狭耳鼠耳蝠(Myotis blythii)、果树蹄蝠(Hipposideros pomona)2种为贵州省翼手目新记录。该地区一些洞穴已被开发为旅游景点, 严重影响了洞穴内翼手目动物的生存, 翼手目动物保护状况令人担忧, 建议对翼手目动物栖息的洞穴采取必要的保护措施。

为了研究不同秸秆还田量对紫色土区土壤线虫群落的影响, 作者于2011年5月和9月对川中丘陵区的100% (RMW1)、50%(RMW2)、30%(RMW3)和空白对照(CK)4种秸秆还田量的农田土壤线虫进行了调查。结果发现, 随着秸秆还田量的下降, 土壤线虫的群落结构有一定变化。总体上, 群落密度、食真菌类群和捕食-杂食类群的密度呈波动增加; 食细菌类群的密度持续增加; 植物寄生类群密度、Shannon-Wiener多样性指数(H')、植物寄生成熟指数(PPI)和瓦斯乐斯卡指数(WI)呈先增加后下降的变化趋势, 且多样性指数在秸秆还田量为30-50%之间最高; 类群数、自由生活成熟指数(MI)、线虫通路比值(CR)则先下降后增加; 所有变化均不显著(P > 0.05)。土壤速效钾含量随秸秆还田量的增加显著提高(P < 0.05), 且与线虫群落多样性指数呈显著负相关(P < 0.05)。研究结果表明, 在紫色土区秸秆还田主要是通过改变土壤钾含量对土壤线虫群落产生影响, 且秸秆还田量在30-50%之间时有利于维持线虫群落多样性。

甲藻环沟藻属于一类无色素体、表面有脊的裸甲藻, 因可捕食一些重要的赤潮生物而在海洋生态系统中扮演着重要的角色。有关中国近海环沟藻属的物种多样性信息非常有限。本文报道了2个新记录种——纺锤环沟藻(Gyrodinium fusiforme)和莫氏环沟藻(G. moestrupii)。纺锤环沟藻细胞呈纺锤形, 长48.0-58.0 μm, 宽18.0-23.0 μm, 长宽比为2.4-3.0, 和模式种相比体型和长宽比都较小。莫氏环沟藻细胞也呈纺锤形, 长约30 μm, 宽约15 μm。我们测定了纺锤环沟藻和莫氏环沟藻大亚基的部分序列, 并根据大亚基序列利用最大似然法和贝叶斯法建立了系统发育树。结果显示环沟藻属是单源的, 纺锤环沟藻和裂缝环沟藻(G. fissum)聚合在一起, 但是与螺旋环沟藻(G. spirale)分离。纺锤环沟藻和莫氏环沟藻分别可以摄食米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)和具齿原甲藻(Prorocentrum dentatum), 前者在米氏凯伦藻赤潮中的大量出现显示它可以促进赤潮的消退。

气候变化已成为威胁生物多样性及生态系统服务功能的主要因素之一, 许多国家已经意识到必须提高本国生物多样性适应气候变化的能力。一些国家出台了国家战略, 采取增加连通性、改进现有保护区域的管理和恢复措施等基于生态系统的适应措施, 采用跨学科与跨部门协作手段加强生物多样性适应气候变化的监测和评估, 并且从制度和资金等方面加强政策措施的落实。作者对部分发达国家和发展中的生物多样性大国的生物多样性适应气候变化的相关政策和措施进行了梳理, 并结合我国现状提出以下建议: (1)把生物多样性适应气候变化作为国家整体适应战略中的优先措施之一; (2)将提高生物多样性和生态系统的恢复力作为适应气候变化的基础性原则; (3)整合并完善国家生物多样性监测网络, 参考国际通行标准制定信息和数据收集标准, 并且尽快对气候变化下我国生物多样性脆弱性开展全面且持续的评估。