本文赞许和解读了洪德元院士在2016年以“三个‘哪些’: 植物园的使命”为题而提出的植物园引种收集了哪些、培育开发了哪些和挽救了哪些的“三个哪些”的重要见解。笔者认为, 从20世纪80年代以来, 我国植物园已从约110个发展至约200个, 收集、保存了占我国2/3区系成分的约20,000种植物, 远高于世界2,000多个植物园所保存的约1/3的世界种类。在这种情况下, 笔者认为我国植物园在今后的一定时期内, 与其追求保护植物的数量, 不如在资源有限的情况下侧重和优先收集、保存具有重要科研、经济或文化价值种类中已受严重威胁的种类; 另一方面, 要切实加强对它们的有效保护研究, 以解决30多年来植物园新增的和死亡的国家重点保护植物种数相当(各约80%)的状况。对于国家而言, 我们希望政府有关部门要进一步重视那些具有保护功能的植物园的科学布局, 切实解决好在我国植物多样性越丰富、生态环境越独特的地方植物园越少或空白的问题, 而且要在洪院士所提出的“三个哪些”基础上, 进一步重视和支持植物园开展植物有效保护的科学研究。

现代植物园起源于16世纪中叶欧洲文艺复兴后期自然科学与园林艺术的崛起, 兴盛于18世纪西方殖民地对全世界的植物考察与收集鉴定、研究与发掘利用。植物园500余年的发展史充满着人类对自然奥秘、奇特植物的好奇与探索, 是一部人类探索自然、利用自然、改造自然、最终与自然和谐共处的渐进认知的历史; 是一部人类对植物世界从混沌无序到分门别类有序认知的过程史。本文尝试从科学与艺术两个层面, 分析世界植物园500年来的科研行进轨迹与承担社会功能的变迁, 以史为鉴, 思考我国植物园的未来发展及承接的历史担当。本篇先从“艺术的外貌”综述世界植物园500年的发展历程, 限于篇幅, 仅聚焦里程碑式大事件的分析归纳, 以期为我国植物园界同行提供可借鉴的思考。

塞奥弗拉斯特、雷、怀特、林奈、梭罗、缪尔所属的博物学认知传统曾推动植物学、生态学、保护生物学的创立和发展, 在科学日益专门化的今天, 它也能启发植物园改进植物文化传播工作。植物园工作中重启古老的博物学, 有助于平衡人类中心论与非人类中心论、科学家视角与公众视角、公共知识与个人知识、外来种与本土种、驯化与野性等之间的张力。各植物园首先应当重视本土种的保护和展示, 同时面向公众的导赏活动又不必囿于固定边界的园区, 完全可以扩展至所在地的各种步道, 来探究植物和生态, 欣赏大自然之美。这也为改革植物园的体制和员工培训提出了新要求。

为了有效保护珍稀濒危植物, 植物园在迁地保护过程中开始关注迁地保护和野外回归相结合, 其拥有的活植物资源、知识、技能和设施可为植物回归提供重要支撑。早期的植物回归实践注重用园艺手段增加种苗存活率, 后来强调了种群恢复, 并把植物回归放到生态系统恢复的背景下考虑, 近几年则强调了全球变化背景下的植物回归。目前, 全世界植物园的回归研究和实践进展主要集中在影响回归植株定居的因素、回归的遗传多样性、全球变化对回归的影响和成功回归的标准等四方面。在人类干扰和全球变化情景下, 植物园需要综合考虑就地保护、迁地保护和回归三位一体的综合保育体系, 以实现植物多样性的有效保护。

作为生命世界的橱窗和城市文明的标志, 植物园承载着科研、保护、科普、娱乐、经济和文化等重要的功能, 且其功能随时代发展而演变。当前, 可持续发展已然成为全球经济和文化发展的一大共识。本文通过剖析植物园的定义与内涵、回溯植物园功能的历史演变、期望厘清植物园发展的脉络, 分析了城市可持续发展背景下植物园所面临的机遇和挑战以及为实现植物园自身可持续发展所需要关注的问题。以上海辰山植物园为案例, 探讨了植物园在推动自身科研、园艺、科普以及国际化发展的过程中, 对支持城市可持续发展所发挥的作用, 期望能为城市的协调持续发展和植物园同行提供些许启发。

生物多样性的维持机制一直是群落生态学研究的核心内容。目前利用负密度制约和生境过滤分别解释群落多样性空间分布格局的研究较多, 但结合这两种机制来解释功能多样性格局年际变化的研究还很少。本文以古田山亚热带常绿阔叶林24 ha动态监测样地的木本植物幼苗为研究对象, 利用2006年和2007年的幼苗动态监测数据, 比较了幼苗功能α和β多样性随时间推移而变化的趋势。结果表明: 2006-2007年间, 随着时间的变化, 幼苗群落内与木质密度、比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量4种功能性状相关的功能α多样性显著增加, 与气孔密度相关的α多样性变化不显著; 幼苗群落间基于5种功能性状的β多样性均呈显著增加趋势。综合分析表明, 负密度制约能够促进古田山木本植物幼苗群落内的功能α多样性, 而生境过滤只能在一定程度上解释群落的功能β多样性。该结论还需要更长期的调查数据来验证。

种子扩散方式对植物物种分布、种群动态及群落组成都有重要影响, 但目前有关种子扩散方式的数据还很欠缺。植物的生活史性状与种子扩散方式联系密切, 通过植物生活史性状预测种子的扩散方式是一种有效的研究手段。本文基于我国360种植物的生长型、株高、种子质量和果实类型以及种子扩散方式的数据集, 随机抽取288个物种数据(80%)作为训练样本, 采用神经网络、决策树、费舍尔线性判别和支持向量机算法, 分别建立种子扩散方式的预测模型, 将其余72个物种数据(20%)用于模型检验。以1,000次随机抽样后的平均判别正确率作为模型预测效果的评价指标。结果表明: 用生长型、株高、种子质量及果实类型作为主要预测变量, 构建的神经网络、决策树、费希尔线性判别和支持向量机模型均能达到较好的预测效果, 准确率分别为78.90%、77.09%、77.81%和78.14%, 其中以神经网络模型的预测效果最好。进一步研究发现, 神经网络模型对动物扩散、无助力扩散和风扩散的预测效果分别为81.32%、74.90%和81.45%。本研究为植物种子扩散方式预测提供了一种新的思路。

喀斯特地区石灰岩土壤和红壤间断分布的特点是影响该地区植物群落内物种组成的最重要环境因素之一。为了研究不同生境中植物的繁殖对策及对生境的适应方式, 本文以生长在石灰岩土壤和红壤两种生境中的地锦苗(Corydalis sheareri)为研究对象, 调查了两种生境中土壤的理化性质, 并开展了开花物候、花部特征、传粉者种类和访问频率及繁殖成功的比较研究。结果显示, 石灰岩土壤中有机质、全氮、全钙的含量以及pH值均比红壤高, 而土壤含水量则比红壤低。地锦苗的单花期在两种土壤生境中没有显著差异, 但石灰岩土壤中的地锦苗植株明显比生长于红壤上的植株矮, 始花期比红壤中的推迟1周左右, 盛花期持续时间短, 并且提前进入末花期。花序大小、花长、开口大小、距长及柱头直径在两种土壤生境中都没有显著差异。地锦苗的繁育系统为专性异交, 繁殖成功依赖传粉者。访花者主要是以花蜜为报酬的黑颚条蜂(Anthophora melanognatha), 并且在两种生境中的访花频率没有显著差异。两种生境中地锦苗的结籽率没有差异, 但生长在石灰岩土壤上的地锦苗坐果率明显低于红壤上的。我们的结果表明, 结籽率没有差异可能是由于传粉者的丰度不受生境影响, 导致两种生境中的地锦苗具有相同水平的传粉服务; 而土壤性质的差异可能是导致两种生境中地锦苗花期物候和坐果率差异的重要原因。

为了解南麂列岛国家级海洋自然保护区砂质潮间带底栖硅藻多样性与群落结构的现状及近20多年来的变化, 于2013年11月至2014年8月, 对南麂列岛火焜岙砂质潮间带的底栖硅藻进行了4个季节的采样和研究, 并与1981-1993年有关的历史资料进行了比较分析。本研究共鉴定底栖硅藻49属120种, 海岸曲解藻(Fallacia litoricola)、史氏双壁藻(Diploneis smithii)、稀疏双壁藻(D. parca)等17种为目前的优势种。Shannon多样性指数在2.388-3.445之间, 以春季最高, 秋季最低; 在空间分布上依次为: 中潮区 > 低潮区 > 高潮区。相似性分析(analysis of similarities, ANOSIM)表明底栖硅藻群落在不同潮区间差异显著, 而季节差异不显著。BIOENV分析显示盐度与底栖硅藻群落结构的相关性最高。本研究结果表明, 南麂列岛砂质潮间带的底栖硅藻群落结构近几十年来已发生了明显变化。与1981-1993年南麂列岛的3次调查数据相比, 目级阶元减少了2个, 科级阶元增加了7个, 而属级和种级阶元较过去的29属55种有了显著增加, 这可能是分类研究强度增加所致。但分类学多样性降低, 平均分类差异指数Δ⁺由过去的79.79降至71.41; 且过去记录的大个体固着类群被现今的小个体固着类群和间隙运动类群(epipelon)所取代, 这可能是火焜岙过去人类活动频繁、有机质过量排放的长期效应所致。

香禾糯是侗族地区广泛种植并具有重要意义的一类糯稻农家品种。探讨香禾糯地方品种多样性变化的历史与现实问题, 有利于及时制定与侗族地区经济和传统文化发展相适应的香禾糯种质资源保护策略和措施。本研究运用民族植物学、文化人类学、生态学等多学科综合研究方法, 自2005年以来, 对贵州侗族地区香禾糯品种多样性的变化情况进行了为期12年的调查和统计。结果表明, 历史上香禾糯在侗族地区的栽培和利用非常普遍, 但从清雍正年间至新中国成立初期, 贵州侗族地区经历了3次大型的“糯改粘”运动, 导致香禾糯种植面积和品种数量大幅度减少; 目前黎平、从江和榕江县侗族地区香禾糯品种大约为100个, 比20世纪80年代初调查到的363个品种减少了72.5%, 即使在黄岗、高仟等香禾糯种植传统保持相对较好的侗族村寨, 其种植面积和品种数量也减少了50%以上, 而且这种减少趋势越来越严重。香禾糯品种减少的重要原因是杂交稻的大面积推广, 而近年来随着侗族地区社会、经济和文化等方面的快速发展与变迁, 香禾糯品种多样性正在面临新一轮的冲击, 消失速度加快。香禾糯的多样性维系与侗族的生产生活和传统文化关系密切, 需要及时采取措施加以保护。

对自然保护区的定期评估有助于提升其管理和保护水平。本研究以苍山自然保护区所在的大理市、洱源县、漾濞县3个市/县作为子研究区域, 构建了基于倾向评分配比(propensity score matching)和配对t检验(paired-samples t-test)的保护成效评估技术方案。选取海拔、坡度、与最近居民点的距离、与最近道路的距离4个因子作为环境变量, 通过对每个县单独进行分析, 分别对比了自然保护区晋升国家级时(1995年)与20年后(2015年)其森林覆盖面积的变化, 以此来评估苍山自然保护区的森林保护成效, 并对各环境变量与森林覆盖变化值的关系进行了偏相关分析(partial correlation analysis)。结果表明: 大理市境内苍山自然保护区内的森林覆盖变化值显著高于保护区外部, 且该区段的森林覆盖率最高。洱源县境内苍山自然保护区内、外的森林覆盖变化率均高于其他2个市/县, 且保护区内、外森林覆盖变化值差异不显著。漾濞县境内苍山自然保护区内、外森林覆盖变化率最低, 但其保护区外0-10 km区域的森林覆盖变化值显著高于10 km以外区域, 保护区的存在对其周边0-10 km区域产生了正面的溢出效应 (neighborhood leakage)。海拔、坡度、与最近居民点的距离、与最近道路的距离4个协变量在3个市/县的不同研究区段内均与森林覆盖变化值呈现出了不同程度的相关性。本研究所采用的倾向评分配比法和按照行政区划对自然保护区分区进行评估的方法, 为自然保护区整体保护成效的评价提供了新的技术思路。

动物行为多样性作为生物多样性的重要组成部分, 与珍稀动物的迁地保护以及行为管理密切相关。2015年12月至2016年8月, 我们在广州长隆野生动物世界园区内的狒狒岛, 利用焦点取样法和瞬时扫描取样法, 观察并记录了半放养条件下阿拉伯狒狒(Papio hamadryas)行为的发生过程、内容和环境。基于以“姿势-动作-环境”(posture-act-environment, PAE)为轴心、以行为生态功能为依据的PAE编码系统, 对该环境下阿拉伯狒狒的行为进行分类和系统编码, 构建并利用PAE行为谱表征其行为多样性。结果如下: (1)研究中分辨并记录到阿拉伯狒狒的18种姿势, 120种动作, 208种行为; (2)记录到的行为可分别归入摄食、排遗、调温、配对、交配、育幼、亲密、高序位、威胁、攻击、屈服、通讯、聚群、休息、运动、玩耍、讨食和杂类18个类别中; (3)编制基于PAE编码系统的人工饲养阿拉伯狒狒行为谱, 描述了各种行为的相对发生频次与性别、年龄的关系; (4)在前人工作的基础上为非人灵长类PAE行为编码系统丰富了两类行为(玩耍行为和讨食行为), 描述了半放养环境下阿拉伯狒狒这两类行为的特点, 并探讨了其生态功能和适应意义; (5)基于PAE行为谱求得阿拉伯狒狒各年龄-性别组的行为多样性指数。本研究发现, 阿拉伯狒狒各年龄-性别组的行为多样性在总体层面上很接近, 在细分的行为层面上则有着渐进明显的差别。这表明, 利用PAE行为编码分类系统对动物的行为进行归类细分以及编码标准化, 对于行为多样性的研究是有帮助的。

为了能够掌握大亚湾物种多样性状况, 本文利用2004-2015年大亚湾底栖生物调查底拖网数据, 研究了该海域的生物种类组成、优势种及物种多样性的时空变化。结果表明: 2004-2015年共获得海洋动物429种, 隶属于10门16纲175科309属, 各航次物种数变化范围在75-114种之间, 不同年份、季节均以软体动物、节肢动物和鱼类为主要生物类群; 大亚湾物种数量的空间分布存在差异, 春季在2007年前基本呈现海湾西部高于东部的趋势, 夏季在2008年前则呈现向海湾西南部升高的趋势, 之后不同季节则基本呈现湾口高于湾内北部、东部高于西部的趋势; 大亚湾的主要优势种具有一定的季节性变化, 春季常以鳞片帝汶蛤(Timoclea imbricata)或波纹巴非蛤(Paratapes undulatus)优势度最高, 夏季2004-2007年间优势度最高的优势种经常变化, 2008年后则以棒锥螺(Turritella bacillum)优势度最高, 秋季棒锥螺或鳞片帝汶蛤优势度最高; 2004年后大亚湾底拖网物种多样性呈逐渐降低的趋势, 特别是海湾北部物种多样性下降严重, 受人类活动的干扰较大。目前, 大亚湾的局部区域承担了整个海湾物种多样性的维持功能, 底栖生态系统相对更加脆弱。