气候变化和生物多样性损失是人类面临的两个严峻的全球性环境挑战, 有关应对气候变化和生物多样性保护国际公约的协作在全球范围内也越来越受重视。本文系统梳理了《联合国气候变化框架公约》下保护生物多样性和《生物多样性公约》下应对气候变化的发展脉络, 探讨了两公约下各缔约方针对相关议题的谈判立场及未来走向, 并对两公约进行了综合评价。《联合国气候变化框架公约》下涉及生物多样性保护的焦点议题主要有土地利用、土地利用变化和林业(Land Use, Land-Use Change and Forestry, LULUCF)、减少毁林和森林退化的碳排放机制(Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation, REDD)及损失和损害国际机制, 《生物多样性公约》下涉及应对气候变化的焦点议题主要有协同增效、减少毁林和森林退化的碳排放机制(REDD)和地球工程及相关问题。本文最后还就我国应对气候变化和生物多样性国际谈判及国内履约提出了建议: (1)整合谈判团队力量, 促进两公约协同增效; (2)做好交叉议题的研判和谈判预案, 主动引领谈判进程; (3)为《联合国气候变化框架公约》谈判提供损失和损害风险评估数据; (4)加强《生物多样性公约》下地球工程议题的科学研究与国际交流。

为揭示森林群落系统发育结构在海拔梯度上的变化及其驱动因素, 本研究以云南哀牢山西坡的亚热带森林群落为研究对象, 以APG III系统为基础框架, 结合DNA条形码序列信息解决末端分类单元亲缘关系的方法, 构建了哀牢山森林群落系统发育进化树, 采用净亲缘指数(net relatedness index, NRI)和最近亲缘指数(nearest taxon index, NTI), 探讨了不同植被类型的森林群落系统发育结构和沿海拔梯度的变化规律。结果表明, 从整体的海拔变化趋势上来看, 哀牢山森林群落系统发育结构随海拔上升由系统发育聚集(phylogenetic clustering)走向发散(phylogenetic overdispersion)或聚集程度降低。在低海拔地区, 群落表现为系统发育聚集, 表明生态位理论中的生境过滤作用在群落构建和生物多样性的维持中起着主导作用; 在中海拔地区, 出现了聚集与发散两种群落系统发育结构并存的现象, 推测可能是生境过滤和竞争排斥两种生态过程共同作用的结果; 在高海拔地区, 群落的系统发育结构因选择的指数不同而出现相反的结果, NRI表现出系统发育聚集, 而NTI却表现为随机或发散, 考虑到高海拔地区的环境胁迫可能促使植物发生趋同进化, 推测其群落构建的生态学过程需要更为综合的研究。本研究揭示群落系统发育结构沿海拔梯度确实存在显著的变化, 证明在生态群落的构建过程中非随机过程起到促进乃至关键作用。

为了在温带和亚热带的过渡带中验证森林树木死亡是否受密度制约的影响, 我们在宝天曼国家级自然保护区选择1个100 m×100 m的暖温带落叶阔叶林样地, 用双变量函数g(r)(the pair-correlation function)研究了锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)死亡前(活树和枯木统称为死亡前树木)和死亡后(活树为死亡后树木)的分布格局。把样地中的锐齿栎分为幼树(1 cm ≤ DBH<10 cm)、小树(10 cm ≤ DBH<20 cm)和成年树(DBH≥20 cm)3个不同的生长阶段来研究密度制约对空间分布格局的影响机制。结果表明: (1)死亡前锐齿栎在r>5 m尺度呈聚集分布, 死亡后幼树(1 cm≤DBH<10 cm)和成年树(DBH≥20 cm)在1-25 m尺度呈现随机分布, 死亡后小树(10 cm≤DBH< 20 cm)在r<1.5 m和2.5-4.5 m的尺度为随机分布, 在r>5 m的尺度呈聚集分布; (2)采用随机标签零模型和案例-对照设计的方法, 排除生境异质性影响后, 将幼树和小树的分布格局作为案例, 将成年树的分布格局作为对照, 并代表生境异质性的作用, 通过小径级树木与成年树分布格局的对比发现, 密度制约效应对死亡前后的锐齿栎分布格局均具有影响; (3)幼树和小树在成年树周围的分布死亡前为显著聚集分布格局, 死亡后剩余树木的聚集强度下降; 随着与成年树之间距离的增加, 死亡后的幼树(仅包括现存的活树)逐渐向随机分布格局演替。本研究初步表明锐齿栎空间格局受生境异质性的影响并呈现出显著的聚集效应, 排除生境异质性影响后, 锐齿栎死亡前后的空间格局受到密度制约的影响, 这一结果为Janzen-Connell假说提供了支持。

目前有研究表明被子植物类群中单一的开花或展叶物候模式可能具有遗传性, 但两类物候事件的节律关系是否受遗传因素控制, 各种节律模式的形成与演化机制及其与生物系统演化的关系仍不清楚。作者对四川都江堰市迁地保育的2个海拔点的杜鹃属(Rhododendron)4亚属4组13亚组42种植物的开花-展叶节律模式进行了5年的观察研究。作者假定杜鹃属的开花-展叶节律模式为进化遗传特性, 包括先花后叶(F→L)、先花后叶部分重叠(F+L)、叶期包花期(L∈F)、先叶后花部分重叠(L+F)和先叶后花(L→F)等5种类型。同一地点不同年份以及不同地点同一物种的相关物候观察结果均显示, 尽管它们5年的物候发生时间随年度和观察点海拔不同而有波动, 但物候发生次序和开花-展叶节律模式均未见随年份而变化, 即每个物种只对应一种节律模式, 支持了上述假设。作者进一步提出了开花-展叶节律模式与物种的系统演化存在进化程度上的差异和序列关系的假设。不同节律模式的物种其区系地理以及不同海拔和分类群中的物种数量分布特征表明: (1)进化程度不同的节律模式分别对应于古老的中国-日本森林植物亚区和年轻的中国-喜玛拉雅森林植物亚区物种, 较原始的节律模式倾向于出现在中高山海拔区域, 并与杜鹃属可能起源山地的一定海拔区域构成关联, 而进化程度较高的节律模式倾向于出现在更高或更低的海拔地段; (2)节律模式的进化程度与有关亚属、组、亚组的系统位置和进化程度有一定关联; (3)节律模式的演化与生活型、叶性进化同步, 环境胁迫、生长期长度变化、光资源竞争等都可能是节律模式演化的外部动力。研究还表明, 在气候波动条件下物候事件间的发生次序比单一物候事件的时间属性更加稳定。

凤仙花属(Impatiens)植物具有极为广泛的多样性和类型各异的特化传粉者, 被誉为“双子叶的兰花”, 受到众多传粉生物学家的关注。本文以海南特有种海南凤仙花(Impatiens hainanensis)为研究对象, 对3个不同海拔梯度的种群进行了开花生物学特性和开花物候、花器官结构、花粉活力和柱头活性、传粉者种类和访花行为及繁育系统的比较研究。结果表明: 单花花期4.10 ± 0.46 d, 雄性期和雌性期分别约为3.15 ± 0.24 d和0.95 ± 0.36 d; 种群开花峰期在8月初, 高海拔种群的花期高峰相对滞后。低、中海拔种群花粉活力呈现先升高后下降的趋势, 以开花第2 d花粉活力最高; 高海拔种群花粉活力随开花时间推移逐渐下降; 柱头活性随开花时间的推移而增强, 高海拔种群开花各天次均较低、中海拔种群低。主要传粉昆虫为黄黑无垫蜂(Amegilla leptocoma)和绿条无垫蜂(A. zonata), 低、中海拔种群以黄黑无垫蜂为主, 高海拔种群以绿条无垫蜂为主。未观察到自动自花授粉和无融合生殖现象, 人工授粉能明显增加坐果率(75-90%), 自然坐果率在高海拔种群相对较低(40-60%), 说明存在较强的传粉者限制。海南凤仙花的保护需要同时关注其有效传粉者的保护, 促进有效传粉昆虫在不同海拔种群之间的往来, 保证种群间的花粉流与种子流, 维持海南凤仙花的种群遗传多样性与有效种群大小。

华木莲(Sinomanglietia glauca)仅分布于江西宜春和湖南永顺, 是我国一级重点保护植物。前人采用RAPD、ISSR以及叶绿体SSCP(single-stranded conformation polymorphism)标记对华木莲进行了居群遗传学研究, 但未包括后发现的湖南居群或未检出居群内遗传变异。为了全面检测华木莲遗传多样性及其空间分布格局, 并据此确定保护单元, 本研究采用细胞核微卫星标记对华木莲所有4个居群共77个个体进行了居群遗传学分析。结果表明, 华木莲具有较低的遗传多样性(平均等位基因数A = 2.604, 平均期望杂合度H_E = 0.423)和较高的遗传分化(F_ST = 0.425)。STRUCTURE和主成分分析(Principal Coordinated Analysis, PCA)将4个居群首先分为江西、湖南两组, 江西的2个居群实际上是同一个自然繁育居群, 而湖南的2个居群则为2个分化明显的自然繁育居群。研究还发现湖南居群存在明显的杂合子过剩现象, 可能是小居群内随机因素造成的。研究结果表明华木莲可能在近期历史上遭受过强烈的瓶颈效应, 导致种群缩小、遗传多样性丧失和居群分化加剧, 需要加强对其进化潜力的保护。在制定保护措施时, 需要考虑其较高的遗传分化水平, 根据遗传结构可以将其划分为3个保护单元, 即湖南居群和江西居群分别为2个进化显著单元, 湖南居群进一步划分为2个管理单元(分别为朗溪乡云盘村和小溪乡鲁家村居群)。

为了解红薯(Ipomoea batas)对农田杂草群落和生物多样性的影响, 作者研究了云南省东南部红河州建水县5种不同覆盖度红薯田的杂草种类、密度、重要值及多样性。结果表明, 5种红薯田共统计到25种杂草, 隶属18科。其中4种入侵植物藿香蓟(Ageratum conyzoides)、鬼针草(Bidens pilosa)、牛膝菊(Galinsoga parviflora)、牛筋草(Eleusine indica)和2种本地植物马齿苋(Portulaca oleracea)、马唐(Digitaria sanguinalis)的密度较高, 为红薯田杂草群落的优势物种。随红薯覆盖度增加, 杂草优势物种的密度和重要值显著降低(P<0.05), 然而2种本地物种打碗花(Calystegia hederacea)和早熟禾(Poa annua)密度却显著增加, 2种本地物种铁苋菜(Acalypha australis)和稗(Echinochloa crusgalli)重要值与红薯覆盖度成正相关(P<0.05)。红薯覆盖度为1-25%和26-50%时, 杂草群落的物种丰富度(23.5、24.5)、Simpson指数(0.89、0.85)、Shannon-Wiener指数(2.36、2.35)和Pielou均匀度指数(0.75、0.73)较高, 说明中低水平的红薯覆盖度有利于提高群落的物种多样性。可以推断, 红薯种植改变了农田杂草的群落结构, 有利于限制优势杂草和入侵杂草的发生危害, 中低水平的红薯覆盖度可作为一种有效的旱田替代化学除草剂的生态控草措施。

探索如何在利用和控制农田杂草的同时又能维持较高的杂草群落多样性的生产方式, 是当前农业发展的重要方向。作者以“农牧一体化”生产方式下的“玉米(Zea mays)田养鹅”处理和常规玉米种植处理为研究对象, 探讨了玉米田养鹅处理放牧前后及同期常规玉米种植处理下杂草生态位、功能群结构和杂草群落生物多样性的变化。结果表明: (1)在玉米田养鹅模式下, 黑麦草(Lolium multiflorum)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和灰绿藜(Chenopodium glaucum)在放牧前的生态位宽度较大, 但放牧后黑麦草、紫花苜蓿的生态位宽度减小, 而灰绿藜、尼泊尔蓼(Polygonum nepalense)、西南草莓(Fragaria moupinensis)和老鹳草(Geranium sibiricum)等物种的生态位宽度则有不同程度的增大, 放牧后群落内新增加了7种杂草; 对照中, 前期丝叶球柱草(Bulbostylis densa)的生态位宽度最大, 而后期鼠麹草(Gnaphalium affine)的生态位宽度变为最大, 新增2种杂草。(2)放牧前玉米田养鹅处理下的黑麦草和紫花苜蓿的重叠度最大, 而放牧后黑麦草和西南草莓的重叠度变为最大; 在常规玉米种植模式下, 前期丝叶球柱草和马唐(Digitaria sanguinalis)的重叠度最高, 而后期丝叶球柱草和鼠麹草的重叠度最高。(3)两种模式下放牧前后均是一年生双子叶(DA)杂草功能群占据最大优势, 但玉米田养鹅处理模式下放牧后多年生功能类群所占的比例较放牧前增加, 且分配更均匀。(4)放牧前, 玉米田养鹅处理的Shannon-Wiener多样性指数、Margalef物种丰富度指数和Simpson多样性指数均高于对照, 其中Shannon-Wiener多样性指数和Margalef物种丰富度指数差异显著(P<0.05, n=3), 而Pielou均匀度指数低于对照, 但差异并不显著(P>0.05, n=3); 放牧后玉米田养鹅处理的Shannon-Wiener多样性指数和Margalef物种丰富度指数仍显著高于对照(P<0.05, n=3), 而Pielou均匀度指数和Simpson多样性指数则分别显著低于对照 (P<0.05, n=3)。放牧前后, 玉米田养鹅处理杂草群落的地上总生物量均高于对照, 但差异不显著(P>0.05, n=3)。(5)玉米田养鹅处理的玉米产量与对照相比减产4.0%, 但并未达到显著差异(P>0.05, n=12)。总的来看, 玉米田养鹅生产方式维持了较高的农田生态系统生物多样性, 虽然造成了一定的减产, 但可通过鹅的产出获得更高的经济效益。

为了预测气候变化对麦田节肢动物群落多样性的影响, 本研究在麦田开放环境中设置4种处理, 分别是高温(高于当时气温2℃和当前CO₂浓度)、高CO₂浓度(500 μL/L和当时气温)、高温+高CO₂浓度和对照(当前CO₂浓度和气温)等, 采用定期随机抽样方法调查节肢动物群落的多样性, 用经典的多样性指数对整体节肢动物群落以及不同食性节肢动物群落多样性进行分析。共采到节肢动物3纲10目42科52种。仅“高温”和“高温+高CO₂”处理显著增大节肢动物群落的均匀度, 其余处理均无显著影响。“高温+高CO₂”处理的影响随小麦生长发育期不同而略有差异, 在苗期可增大Shannon-Wiener多样性指数, 而在后期使该指数减小; “高温+高CO₂”与“高温”处理的群落多样性较为相似。对不同食性节肢动物群落的分析表明, 与对照相比, 植食性昆虫群落在“高CO₂”下丰富度显著增大; 寄生性昆虫群落的多度在“高温”下显著增大; 腐食性等节肢动物群落的多度在“高CO₂+高温”和“高温”处理下有所增大、均匀度在“高温”下略降低, 但均未达统计上的显著水平; 捕食性节肢动物群落不受影响。本研究说明, CO₂浓度和气温升高不同程度地影响麦田节肢动物群落的物种多样性, 两类因素同时升高与各自单独升高的影响不完全一致。

水稻土是非常复杂又典型的生态系统, 分析淹水培养过程中水稻土细菌的丰度和群落结构变化规律, 可以客观反映水稻土中细菌群落结构信息, 为深入探讨水稻土细菌微生物对稻田的影响和在生态系统中的作用(营养元素转换、重金属还原与抑制甲烷生成过程等)提供实验基础与理论依据。作者采用淹水非种植水稻土微环境模式系统, 提取水稻土淹水培养1 h和1、5、10、20、30、40、60 d后的微生物总DNA, 利用Real-time PCR和PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis)技术检测了淹水培养过程中细菌丰度与群落结构的变化。结果表明: 淹水水稻土中细菌的丰度在1 d时最大, 并在40 d到达第二个峰值, 说明淹水过程改变了细菌的丰度。基于16S rRNA基因V3区的DGGE图谱分析显示, 淹水过程中细菌的群落结构发生了演替性变化: r-策略生存的细菌仅存在于淹水初期; k-策略生存的细菌存在于淹水后期; r-和k-策略共生存的细菌存在于整个淹水过程中, 淹水后期k-策略的细菌占据优势。淹水培养过程中优势种群多样性指数大体呈现先上升后减小的趋势。主成分分析(PCA)将淹水处理过程分成几类不同的生境, 反映出中、后期细菌群落结构较为稳定; 测序结果表明, 32个优势条带所代表的细菌分别属于厚壁菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、变形菌门和酸杆菌门, 且与来自不同地域的水稻土、其他类型土壤、活性污泥以及湖泊沉积物等生态系统的细菌关系密切。

为了解宁夏黄土丘陵区不同生境地表甲虫群落多样性变化规律及与环境因子的关系, 并探讨不同生态恢复措施对维持地表甲虫群落多样性的影响, 2013年7-8月, 作者利用陷阱法调查了该区6种生境内的地表甲虫群落多样性。结果表明: 灌草混交林地、乔灌混交林地、生态薪炭林地中地表甲虫物种丰富度和个体数量均较高, 天然封育草地、生态经济林地和水平农田中物种丰富度较低, 生态经济林地和水平农田中甲虫个体数量显著高于天然封育草地。不同生境间, 灌草混交林地、乔灌混交林地与生态薪炭林地之间、生态经济林地与水平农田之间甲虫群落组成相似性较高。多元回归分析表明, 草本层生物量、灌木层盖度及土壤含水量是影响甲虫物种丰富度的决定因素, 林冠层盖度和枯落物厚度是决定地表甲虫个体数量的重要因素。CCA分析表明, 枯落物盖度、枯落物厚度、林冠层盖度及草本层盖度是影响地表甲虫群落组成的重要环境因子。研究表明, 灌草混交林地为地表甲虫群落多样性维持较好的生境类型, 是宁夏黄土丘陵区典型生态恢复的最优模式。

本文依据台湾海峡鱼类物种的相关历史调查资料和文献, 分析了台湾海峡鱼类物种组成及其生态类型和区系特征, 探讨全球变化背景下台湾海峡鱼类物种组成变化。结果显示, 台湾海峡共有鱼类1,697种, 分隶40目206科740属, 其中, 目级分类阶元种类数最多的为鲈形目, 科级分类阶元种类数最多的为鰕虎科; 从适温性上看, 暖水性鱼类最多, 有1,560种, 其次为暖温性鱼类(128种)和冷温性鱼类(9种); 栖息地生态类型则以大陆架砂泥质底层鱼类和岩礁性鱼类种类数最多, 各有596种, 其后依次是大陆架近底层鱼类(249种)、大陆架中上层鱼类(158种)和大洋性鱼类(98种), 洄游性鱼类181种, 经济性鱼类735种; 海区间鱼类种类数对比显示, 台湾海峡鱼类与南海鱼类共有种最多, 共有种比例高达91.9%, 其次为东海(69.3%)和黄海(19.4%), 多为印度—西太平洋海区分布种, 仅288种广泛分布于中国各海区。由此, 台湾海峡鱼类区系特征兼有热带和亚热带海区鱼类区系特点, 属于印度—西太平洋暖水区系中—日亚区和印度—马来亚区的过渡海区, 其分界区域在台湾浅滩东部外缘至澎湖列岛偏北海域。

利用联合国粮农组织(FAO)1950-2011年渔获物捕捞量资料, 分析了我国海域(包括大陆海域、台湾海域、香港海域和澳门海域)129种渔获物的营养级指数变化特征。研究表明, 1950-1974年我国海洋营养级指数在3.45左右波动, 1975-1978年下降至3.35左右, 1982-1987年急剧下降到3.25并维持到1996年, 1997-2011年平稳回升至3.34。与全球海洋营养级指数相比, 1984年之前我国高于全球水平, 而1984年之后则低于全球水平。就生物类群而言, 鱼类对我国海洋营养级指数的贡献最大, 达73.1-85.8%; 甲壳动物次之, 为9.2-15.5%; 软体动物较小, 为3.3-11.6%; 其他无脊椎动物的贡献最小, 不超过1.8%。过度捕捞使我国部分渔获物由原来的长寿命、高营养级的底层鱼类变为现在的短寿命、低营养级的无脊椎动物和中上层鱼类。渔业捕捞许可管理制度、禁渔期和禁渔区制度、海洋捕捞产量“零增长”和“负增长”计划、增殖放流、扩大海洋保护区面积等措施的实施可能是我国海洋营养级指数回升的主要原因。

甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区目前已进行了三次综合科学考察(以下简称科考): 第一次1988-1989年、第二次2002-2003年、第三次2012-2013年。在三次科考20多年的时间跨度中, 脊椎动物各类群物种多样性发生了一定的变化: 鱼类增加了2种, 减少了3种土著种; 两栖爬行类种类一直保持稳定; 保护区三次科考记录的151种鸟类中, 有55.63%(84种)一直稳定分布。因气候变暖, 鸟类区系中东洋界比例增加, 有明显的分布区向西扩散的物种成分, 同时也有从新疆向东扩散的种类以及高原扩散来的成分。20年间分布减少的29种鸟类中, 主要为夏候鸟(41.37%)和旅鸟(48.28%), 这些鸟类的分布消失随机性很大。哺乳类的分布相对比较稳定, 第三次科考没有调查到的6种哺乳类应该是由于调查方法造成的。新增的小五趾跳鼠(Allactaga elater)是甘肃省啮齿类的一个新记录, 表明该物种分布区有向东南扩散的趋势。