水域生態(tài)學-學科與研究生管理處

1、水域生態(tài)學,第十六章 應用生態(tài)學問題03 水域生態(tài)系統(tǒng)的保護,第一節(jié) 資源概述,一、資源的定義二、資源的分類三、水生生物資源,一、資源的定義,資源一般情況下指自然資源。Owen認為：自然環(huán)境中的任何部分，土壤、水、陸地、森林、野生生物、礦物或者人口等．所有人類可以利用來改善其生活的東西都可以稱作自然資源。,二、資源分類,1. 不會用盡的資源(inexhaustible): 如原子能、風力、太陽能等 2. 會用盡的資源

2、(exhaustible) (1)可更新的資源(renewable) a．農(nóng)業(yè)土壤 b 土地上的產(chǎn)品，包括農(nóng)產(chǎn)品、森林、動物等 c．水體的產(chǎn)品，如漁業(yè)產(chǎn)品 d. 人類產(chǎn)品，包括物質(zhì)和精神產(chǎn)品 (2)不可更新的資源(nonrenewable) a．化石燃料; b．生物物種,三、水生生物資源,按照上述對資源的定義和分類來理解水生生物資源

3、的含義，則水生生物資源包括有兩部分，一部分是水產(chǎn)品或者說是漁業(yè)產(chǎn)品，某種程度上它屬于—種量的資源，另—部分是水體的生物物種資源，即生物多樣性資源。因此水生生物資源的含義是水體中的 魚、蝦、貝、藻等各類群的生物物種，和它們的生物量(漁業(yè)產(chǎn)品)資源。本章節(jié)的內(nèi)容也將按這兩部分來展開。其中，漁業(yè)資源主要側(cè)重于管理，生物多樣性資源主要側(cè)重于保護。,第二節(jié) 漁業(yè)資源的管理,一、漁業(yè)資源的基本概念 二、漁業(yè)資源管理的模型 三、漁業(yè)資源管理的目

4、標 四、漁業(yè)資源現(xiàn)狀的評估,1．漁業(yè)資源的定義,漁業(yè)資源指水域中蘊藏的具有經(jīng)濟、社會、美學價值，在現(xiàn)在或?qū)砜梢酝ㄟ^漁業(yè)得以利用的生物資源（費鴻年、張詩全，1990）。按棲息的水域，漁業(yè)資源可以分為江、河、湖、海的資源。按生物的分類系統(tǒng)可以分作魚類、甲殼類、軟體動物、藻類、哺乳動物等資源。按棲息的水層可以分作上層、中下層、巖礁漁業(yè)資源等等。,2．漁業(yè)資源的特點,（1）新舊更替和自身調(diào)節(jié)能力 可以通過繁殖、生長、死亡而進行更替。

5、 （2）游動性 一般來說，漁業(yè)資源不象農(nóng)產(chǎn)品固定不動，而是游動的。 （3）波動性 由于環(huán)境的影響，漁業(yè)資源量是波動的。 （4）生產(chǎn)潛力較低 和其他類型生態(tài)系統(tǒng)相比，水生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力低，食物鏈損失大。 （5）產(chǎn)量的有限性 漁業(yè)資源的產(chǎn)量是有限的，這是水環(huán)境的局限性所決定的。,3．漁業(yè)資源的基本單位,漁業(yè)資源的基本單位一般是群體（stock）。人對于群體有各種定義，費鴻年等將群體的定義綜合為：魚類群體是可充

6、分隨機分配的個體群所組成的，具有時間或空間的生殖隔離以及獨立的洄游系統(tǒng)，在遺傳離散性上保持著個體群的生態(tài)、形態(tài)、生理性狀的相對穩(wěn)定，是水產(chǎn)資源研究和管理的基本單元。,4．漁業(yè)資源在自然狀況下的變異,漁業(yè)資源作為一種群體，其增長形式符合種群的一般增長模式。一種是J型增長，即dN /dt=rN。另一種是S型增長，即dN/dt=rN(1-N/K)。一般情況下，如果沒有人為對自然資源的干擾，資源量將在達到環(huán)境容納量后呈平衡或圍繞此限度上下波動。

7、,二、漁業(yè)資源管理的模型,漁業(yè)資源的管理是從漁業(yè)資源變動的生物學特點出發(fā)，經(jīng)過具體的模型模擬，通過對捕撈活動進行控制來實現(xiàn)的。 1．一般產(chǎn)量模型 2．動態(tài)庫模型 3．親體量一補充量模型,1．一般產(chǎn)量模型,一般產(chǎn)量模型（general production model）是從種群增長的邏輯斯諦模型出發(fā)，假設種群處于平衡狀態(tài)，希望取得最大魚產(chǎn)量的同時能維護資源量的現(xiàn)狀而不衰減。其基本原理如下： 對于邏輯斯諦增長的

8、種群來說，種群生物量 (B)的增長為ΔB； ΔB＝dB/dt＝rB（B∞-B）／B∞ 式中r為內(nèi)稟增長率。如果為了種群的穩(wěn)定和延續(xù)，在捕撈時只捕撈增長的部分則種群仍可維持在原來的水平，產(chǎn)量Y=ΔB=rB（B∞一B）／B∞。對于這樣一個方程，產(chǎn)量Y有最大值Y=rB∞／4。由于此時仍可保持種群的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展，因此，此時Y稱最大持續(xù)漁產(chǎn)量 MSY（maximum sustaina

9、ble yield）這時的生物量最合適，為：Bopt = B∞/2。 如果產(chǎn)量Y=F·B, F為漁撈死亡率，則F=r/2。,,,生物學解釋,對于一般產(chǎn)量模型的結(jié)果可以有這樣的生物學解釋：①接近種群最大密度時，繁殖效率減小，實際補充個體數(shù)小于小密度群體的補充個體量，在這種情況下減少了的群體將增大補充量；②食物補充受限制時，大群體比小群體食物轉(zhuǎn)變?yōu)轸~肉的效率小，大群體的每一個體獲得食物少，大部分用來維持生命，小部分

10、用來生長。 一般產(chǎn)量模型只在資源處于平衡的條件下才成立，而生產(chǎn)實際中很少能這樣。在計算產(chǎn)量時沒有魚體大小的差異，沒有季節(jié)的差異，與實際情況相差較大。因為捕大魚與捕小魚，產(chǎn)卵前捕和產(chǎn)卵后捕效果肯定是不一樣的。所以一般產(chǎn)量模型在理論上的指導意義較大，具體應用時主要是后面敘述到的一些模型。,動態(tài)庫模型（dynamic pool mdel）,是在一般產(chǎn)量模型基礎上認為魚類種群是個體的總和。一年中可捕的魚群是進人可捕年齡后所有各齡魚中生存

11、部分的總和。 對于每一齡魚，t時間后剩下的數(shù)量可用關(guān)系式表示為： Nt＝Re-(F+M)t式中Nt為存活到t時間的補充量，t為補充量進人漁撈范疇后的時間，R為進人捕撈范圍時間的補充量，F(xiàn)為瞬時漁撈死亡率，M為瞬時自然死亡率。假設補充量，自然死亡率和外界條件恒定，則產(chǎn)量可以表示為各齡組的總和∑Nt。如果假設R＝1，則 Nt為存活到t時間的補充量R的分數(shù)，對于某一

12、特定年齡組 Yt＝Nt×Wt×F式中Yt為t時間的產(chǎn)量，Nt為活到t時間的補充量，Wt為存活到t時間補充量的平均體重，F(xiàn)為漁撈死亡率。,動態(tài)庫模型,所有年齡組加起來即可得到總的產(chǎn)量 Y ＝ ∑ Nt×Wt×F 式中Y為1年的總產(chǎn)量，tc為進人漁撈的年齡。如果對魚類的自然生活情況有所了

13、解，知道最初的補充量，自然死亡情況和體重的增長，可以對不同漁撈強度下將獲得怎樣的產(chǎn)量進行預測。,動態(tài)庫模型,例如對北海歐蝶的研究。歐蝶進人漁撈范疇時3～5齡，體重增長如圖8．IA所示。每年的補充量為30（圖15．IB）。種群隨自然死亡而減少（圖15．IC）。對應于不同的漁撈死亡率可以得到不同的產(chǎn)量曲線圖（圖15．ID）， 其中產(chǎn)量以補充量的分數(shù)來表示。表1所示為M＝0.5時產(chǎn)量的計算。先對各齡的產(chǎn)量分別計算，其總和為全部產(chǎn)量。依據(jù)產(chǎn)量與

14、漁撈死亡率關(guān)系曲線圖求得MSY，可以對漁業(yè)活動進行指導。動態(tài)庫模型是圍繞魚類生長特點進行的，具有巨大的潛力和優(yōu)勢，由于計算繁瑣，很長一段時間應用受到限制。在現(xiàn)代，計算機技術(shù)發(fā)展很容易采用微積分的方法，借助計算機和程序完成計算。,,,,,3．親體量一補充量模型（parental reruitment model）,動態(tài)庫模型中假設補充量是不變的，而生產(chǎn)實際中補充量是變化的。親體量一補充量模型是探討補充量與留下來親體量之間關(guān)系的模型，由于

15、操作簡單，應用非常廣。主要有2種模型，Ricker模型和Beverton-Holt模型。,（1）Ricker模型,a．模型的一般形式 這一模型假設補充量和親體量有這樣的關(guān)系 R＝αPe-βp式中：R為補充量，P為親體量。α、β為參數(shù)。這一函數(shù)為負指數(shù)函數(shù)，有極值。 dR／dP＝αe-βp-αβPe-βp＝0

16、則 P＝1／β,Ricker模型,b．模型的數(shù)據(jù)擬合 上述方程取自然對數(shù)后變成：InR=InP＋Inα－βP產(chǎn)量為：InR—InP = In α一βP對多年的產(chǎn)卵群體和補充量作調(diào)查，進行回歸分析，可以得到有關(guān)的產(chǎn)量曲線。,Ricker模型,c．MSY的確定(a)圖解確定 在補充量一親體量關(guān)系曲線上過坐標原點作出補充量、親體量相等的直線，稱對換水平線。作平行于對換水平線的切線，切點處補充量與親體量的差值為MSY（圖15．2）。

17、 (b)）數(shù)學計算確定；對多年的補充量、親體量數(shù)據(jù)進行回歸分析，可以求出α和β的數(shù)值。如前所述，ocker模型方程有極值點，此時親體量為： Pm＝1／β 最大補充量為： Rm＝a／βe＝0.3679α／β Rm和 Pm的差值即為MSY。,(2)Beverton-Holt模型,(2)Bevert

18、on-Holt模型 同Ricker模型的原理相同，但這一模型認為，補充量與親體量為雙曲線關(guān)系。R=1/(α+ β/P) 式中：R為補充量，P為親體量，α、β是新的參數(shù)。 用圖解表示的對換水平線在對角線上，MSY在與對換水平線垂直的另一條對角線上。 在實際應用中，補充量與親體量的關(guān)系不是十分明確，可以針對具體情況選擇Ricker曲線和Beverton-Holt

19、曲線，如果有極值可選擇Ricker曲線，如果沒有則選擇Beverton-Holt。,,,三、漁業(yè)資源管理的目標,1．MSY 理論 在漁業(yè)資源的利用中，最初發(fā)展起來的是MSY理論。它在理論和實踐中都有重要的價值，但沒有考慮經(jīng)濟和社會效果。隨著研究的深人和觀念的更新，人們發(fā)展了漁業(yè)管理的經(jīng)濟模型和資源最佳持續(xù)利用模型。,2．MER（最大經(jīng)濟利潤）理論,它是Gordon（1954）提出來的。MER（maxium economical

20、rent）理論認為漁獲物的價值與捕撈成本之間的差值才是漁業(yè)上的最好標準。漁業(yè)生產(chǎn)應以追求最大經(jīng)濟效益為目標。先對產(chǎn)量方程改造： Y＝dB／dt＝rB（1－B／B∞）＝rB－rB2／B∞設 a= r，b＝r／B∞，f=B則：　Y＝af－bf2設魚價為P，成本為C，收益和成本之間的關(guān)系為：收益：TR＝PY＝P（af—bf2）成本：TC＝cf,,,MER,漁業(yè)利潤為： π=PY—cf＝P（af—bf2）－cf經(jīng)過求

21、導后令導數(shù)為0， dπ/df = Pa一 2 bPf一c＝0可以得到最適經(jīng)濟捕撈時的生物量為 f eco = a/(2b)－c/(2bP)則最大經(jīng)濟產(chǎn)量 MEY＝a2/(4b)一c2／（4bP2）最大經(jīng)濟利潤 MER＝（Pa—C）２／4 bP用圖形可以表示為圖15．3：,3．OSY最佳持續(xù)產(chǎn)量理論（Optimal su

22、stainable yield）,進一步的研究表明，資源的利用不僅是MSY、MER的追求，還應考慮生態(tài)系統(tǒng)中更復雜的功能變化，要兼顧短期利益和長期影響，對人類的貢獻和生態(tài)平衡的影響。即綜合考慮生物的、經(jīng)濟的、社會的和政治的價值，使某給定的魚類種群對社會產(chǎn)生最大的利益。 現(xiàn)在一般采用最適捕撈死亡 F0.1原理，即減少實際捕撈死亡率，以維持合適的資源量。方法是：首先，在坐標原點作產(chǎn)量一漁撈努力關(guān)系曲線的切線，求出斜

23、線的斜率a；然后，計算斜率0.1×a時，相應的切點處的產(chǎn)量和漁撈努力。①先在原點處作切線OA，求出斜率a； ②對曲線作斜率為0.l a的直線OB； ③作平行于直線OB的切線B′。 切點處捕撈死亡率即為最適捕撈死亡率。 FO. 1帶有一定的經(jīng)驗性，也可以據(jù)一定的理由用F0. 05、F0. 2等。作為一種預防性的措施，這一原理已經(jīng)在國際海洋考察理事會成員國內(nèi)廣泛使用，并作為確定總的允許漁獲量（TAC，tota

24、l allowed catch）的主要科學依據(jù)。,,,四、漁業(yè)資源現(xiàn)狀的評估,1. 漁業(yè)發(fā)展的各階段 一般情況下，可以將漁業(yè)的發(fā)展分作4個階段。（1）開發(fā)不足 水產(chǎn)資源沒有被捕撈或只有小型漁業(yè)。（2）增長階段 漁撈努力和總漁獲量迅速增長，單位漁撈努力的漁獲量（CPUE，catch per unit effort）初期迅速增長，中期以后開始下降。 (3) 過度開發(fā) 捕撈過度，漁撈努力大，資源量少，CPUE明顯下降，總

25、漁獲量變化不大，有時是下降趨勢。（4）管理階段 由于人為的干預，加強了管理，資源量和CPUE逐漸上升，最終趨于穩(wěn)定。,,,2．漁業(yè)利用現(xiàn)狀的評估,對于一個已知的漁產(chǎn)量，可以有兩種現(xiàn)存量與之相對應。如何評價是開發(fā)不足還是利用過度呢？通過對捕撈強度進行調(diào)節(jié)，觀察產(chǎn)量的變化，可以推測資源的開發(fā)現(xiàn)狀。減輕一下捕撈率，可以得到一個新的產(chǎn)量，如果產(chǎn)量上升，說明過去是過度捕撈（圖15.6 B）。如果下降，說明是開發(fā)利用不足（圖15.6A）。從圖1

26、5.4中也可以看出這一點。,,,第三節(jié) 生物多樣性,全球變化、生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展是當今國際生態(tài)學研究的三大熱點。全球生物多樣性正以超過自然滅絕率1000倍的速度喪失，使得生物多樣性的研究顯得尤為迫切。,1．生物多樣性的定義,生物多樣性是指各種生命形式的資源，是生物及其與環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和。它包括數(shù)以百萬計的動物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們生存環(huán)境形成的復雜的生態(tài)系統(tǒng)，以及它們的

27、生態(tài)過程。生物多樣性的定義首先指出生物多樣性是一種資源，然后說明它包含有遺傳多樣性、物 種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個層次。生物多樣性不僅有靜態(tài)的現(xiàn)狀，而且有動態(tài)的過程。,2. 生物多樣性的層次-（1）遺傳多樣性,廣義的遺傳多樣性指地球上所有生物攜帶的遺傳信息的總和， 也就是各種生物所擁有的多種多樣的遺傳信息。狹義的遺傳多樣性指種內(nèi)個體之間或同一群體內(nèi)不同個體的遺傳變異的總和。 遺傳多樣性是物種以上各水平多樣性的重要

28、來源。決定或影響著一個物種與其他物 種及其環(huán)境相互作用的方式，是物種對人為干擾進行成功反應的決定因素。所有的遺傳多樣性都發(fā)生在分子水平。新的變異是突變的結(jié)果。自然界中存在的變異來源于突變的積累。,(2)物種多樣性,這里所指的物種多樣性與群落生態(tài)學中所指的物種多樣性不同。群落生態(tài)學中的物種多樣性是從群落這一層次對其中物種的豐度程度進行比較、衡量，而生物多樣性中所指的物種多樣性是指某一地區(qū)分化的物種的總和。據(jù)估計，地球上的物種有200萬

29、至l億，比較可能的估計是1000萬，其中140萬己被定名。,(3)生態(tài)系統(tǒng)多樣性,生態(tài)系統(tǒng)多樣性指的是生物圈內(nèi)生境、生物群落和生態(tài)過程的多樣化，以及生態(tài)系統(tǒng)的生境變異、生態(tài)過程變化的驚人的多樣性。 此處的生境主要是指無機環(huán)境，如地貌、氣候、土壤、水文等。生境的多樣性是生物群落多樣性甚至是整個生物多樣性形成的基本條件。生物群落的多樣性主要指群落組 成、結(jié)構(gòu)和動態(tài)方面的多樣化。生態(tài)過程主要是指生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)與

30、功能在時間上的變化，以及生態(tài)系統(tǒng)的生物組分之間及其與環(huán)境之間的相互作用或相互關(guān)系。當我 們動態(tài)地考慮這些組分的變化時，它們的變化方式也是多樣的。,二、我國淡水生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性問題,1．我國淡水生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的現(xiàn)狀 2．我國淡水生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性遭到破壞的情況,1．我國淡水生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的現(xiàn)狀,(1)遺傳多樣性 我國幅員遼闊，水環(huán)境特征差異顯著，因而水生生物遺傳多樣性豐富。以魚類為例，在報道的215種淡水魚類中，染

31、色體數(shù)目從24到264變化，有27種不同的染色體數(shù)目。許多種類還表現(xiàn)有染色體的多態(tài)現(xiàn)象。 對長江、珠江、黑龍江鰱、鳙、草魚8個種群16個酶位點的遺傳變異研究發(fā)現(xiàn)同種魚的不同水系種群之間存在明顯的生化遺傳差異。 對許多魚類DNA序列的測定也發(fā)現(xiàn)了不同種和種群之間的序列差異。有關(guān)魚類遺 傳多樣性的研究正方興未艾。,(2)物種多樣性,在物種這一層次，我國水生生物也表現(xiàn)了豐富的多樣性。我國有淡水魚類近

32、1000種，許多魚類具有重要的經(jīng)濟價值，為人們提供了豐富的蛋 例如四大家魚、鯉、鯽魚等。許多魚類有重要的研究價值，是活的化石，例如白鱘。有的魚類有很大的觀賞價值，還有的魚類是理想的實驗動物，例如稀有魚句鯽。,(3)生態(tài)系統(tǒng)多樣性,我國水生生物多樣性的豐富還表現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)這一層次 上，出于地區(qū)的差異和形成的地質(zhì)歷史不同，所形成的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能也不一樣。依據(jù)形成的歷史和地理位置的差異，可以將我國內(nèi)陸水體生態(tài)系統(tǒng)分作五類。東北、新疆

33、的冷水湖泊生態(tài)系統(tǒng)：這一類湖泊普遍較深，溫度較低，以冷水鮭蹲魚類為主。內(nèi)蒙古、甘肅的鹽堿泡子：這一類湖泊多與內(nèi)流河相通，由于氣候干燥．水面減少，鹽堿現(xiàn)象嚴重。魚類區(qū)系簡單，以雅羅魚和耐鹽堿的鯉、鯽魚為主。青藏高原湖泊：是第三紀后期，出于高原隆升而形成的湖泊，魚類區(qū)系極為簡單．以裂腹魚和高原鰍類為主。云貴高原湖泊：位于云貴高原。湖較深，區(qū)系簡單，但保留有較多的古老類群。長江中下游湖泊：位于長江中下游，構(gòu)造、沖積或共同作用形成的湖泊

34、。湖泊較淺，魚類種類豐富，許多魚類具有江湖洄游習性。長江中下游湖泊由于水淺，水生植物繁茂，常由于水生植物過分生長而呈現(xiàn)沼澤化 的趨勢。這時，如果遇到大的洪水，將可能在同一地區(qū)或其他的地區(qū)沖出一新湖泊。因此，長江中下游湖泊的歷史一般都不長。但這種江湖復合生態(tài)系統(tǒng)歷史悠久。,2．我國淡水生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性遭到破壞的情況,長期以來，人們沒有認識到生物多樣性的作用和保護生物多樣性的重要性，許多經(jīng)濟活動對水生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性造成了嚴重的破壞

35、。在遺傳多樣性的水平上，由于不當?shù)碾s交，我國鯉魚的野生種群已經(jīng)難以找到．許多地方品種也己不純。多代的近親繁殖，四大家魚種質(zhì)資源嚴重衰退，自然種群的鰱魚雌魚性成熟年齡3—4齡，平均體重4．85kg。雄魚3齡，體重3．18kg。經(jīng)過4代近交后，第5代的雌魚2齡即普遍性成熟，平均體重僅1.25kg，平均體重0．69kg的1齡雄魚幾乎普遍成熟，同時，魚苗的畸形率上升12．1倍，魚病發(fā)病率增加15％，成活率下降55.1％。,淡水多樣性,在物種多

36、樣性的水平上，由于棲息環(huán)境的變化，許多種類瀕于滅絕。而異龍中鯉(Cyprinus yilonggensis)是確認已經(jīng)滅絕了。異龍湖位于云南石屏縣境內(nèi)，面積約92km2，草茂魚肥，歷史上盛產(chǎn)鯉魚、白魚。異龍中鯉為該湖的特有種。該湖于1952年開始挖河發(fā)電，又于1971年打洞放水造田，水位下降4．3m。1981年4月出現(xiàn)過全湖持續(xù)干枯20天的罕見狀態(tài)。此后恢復蓄水，但異龍中鯉再未曾發(fā)現(xiàn)過。,淡水多樣性,在生態(tài)系統(tǒng)多樣性的水平上，由于江湖阻

37、隔，圍湖造田，加速了湖泊的沼澤化。不恰當?shù)姆硼B(yǎng)草魚和環(huán)境污染造成湖泊富營養(yǎng)化，改變了原有的生態(tài)系統(tǒng)特征。不恰當?shù)囊N使得土著種類消失，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能變得面目全非。生活在歐洲和我國額爾齊斯河水系的河鱸(Perca fluvitatilis)是一種有一定經(jīng)濟價值的肉食性魚類，當它被引入新疆 南部的博斯騰湖后，避開了其他兇猛性魚類對其種群的控制，大量整殖并掠食其他經(jīng)濟 魚類，導致該湖特有的名貴魚類新疆大頭魚(Aspiorhync

38、hus laticeps)和原來生活在湖中的鯉魚等其他魚類絕跡，其本身也由于群體數(shù)量過大，食物不足，個體變?。ピ械慕?jīng)濟價值。昆明的滇池，其魚類區(qū)系幾經(jīng)演替，土著的名貴魚類銀白魚(Anabarilius alburnops)和多鱗白魚(Anabarilius polylepis)早已絕跡。,第四節(jié) 水生生物資源與保護,一、保護生物學的基本原理二、水生生物資源保護,一、保護生物學的基本原理,保護生物學是一門綜合性的交叉學科，是將

39、基礎科學和應用科學結(jié)合，為保護生物多樣性提供原理和工具，并為科學研究和管理實踐架起一座橋梁。其主要內(nèi)容包括物種的滅絕規(guī)律，物種的進化潛能，物種多樣性與群落和生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，保護區(qū)的設計．生境的恢復，物種的再引人和遷地保護，生物技術(shù)在保護生物學中的應用等等。 保護生物學最基礎的理論是島嶼生物地理學。許多生物賴以生存的環(huán)境都可以看作 是大小、形狀、隔離程度不同的島嶼。例如湖泊可以看作是陸地海洋中的島嶼。島嶼生物地理學是研究島嶼

40、中物種數(shù)目與面積的關(guān)系，物種的進入，遷出規(guī)律和達到平衡的過程，為解釋生物的地理分布和保護區(qū)的設計提供理論基礎。,島嶼生物地理學理論,島嶼生物地理學理論認為物種數(shù)隨面積的增加而增加，并且有如下關(guān)系：S ＝ CAz式中：S為物種數(shù)，A為島嶼面積，C、Z為常數(shù)。 對于這一現(xiàn)象的原因有多種解釋：①棲息地異質(zhì)性假說。這一假說認為，面積增大就增加了更多類型的棲息地，因而可以容納更多的物種；②隨機樣本假說。這一假說認為物

41、種在不同大小的島嶼上的分布是隨機的，大的島嶼為大的樣本，因而包含較多的物種。 島嶼上的物種數(shù)目雖然是一定的，但物種本身不是固定不變的，而是有遷入和遷出 的變化，是一個動態(tài)的過程，這就是島嶼生物地理學的平衡理論。它認為在一開始．島嶼上的物種數(shù)很少，進入島的遷入率很高，而遷出島嶼的滅絕率很低，隨著島嶼上物的增加，遷入率逐漸降低，滅絕率逐漸升高。最后遷入和滅絕相等，島嶼上的物種數(shù)達到一個動態(tài)平衡。,島嶼物種平衡的影響因子

42、,島嶼上物種的平衡受2個因子的影響。(1)面積效應 即面積大的島嶼，物種數(shù)多。對于某一大陸邊緣距離相等的—系列島嶼，物種從陸地遷到這些島嶼的速率是一樣的，但物種的消失率不一樣，小島嶼的物種消失率高些，因為空間小，種間競爭激烈，允許容納的物種數(shù)目相對較少。(2)距離效應 島嶼與陸地和其他島嶼的距離越遠，其上的物種數(shù)目就越少。因為在島嶼的面積相等時，島嶼與其他島嶼及陸地的距離越遠，其上物種的遷入就越慢。因此，島嶼的片斷化和隔

43、離，將造成物種數(shù)的減少。,設計自然保護區(qū)的幾點原則,依據(jù)島嶼生物地理學的理論，Diamond (1975)總結(jié)了設計自然保護區(qū)的幾點原則。 a保護區(qū)面積越大越好。 b．單個保護區(qū)要比面積相同、但分隔成若干個小保護區(qū)好。 c．若干個分隔的小保護區(qū)越靠近越好。 ’ d．若十個分隔的小保護區(qū)排列緊湊較好，線性排列最差。 e 有走廊連接的若干小保護區(qū)比無走廊連接的好。 f．圓形保護區(qū)比條形保護區(qū)好。 但是有人認為，物種數(shù)隨棲息

44、地異質(zhì)性增加而增加，因此不贊成設一個大的保護 區(qū)，而建議在一個較大的地理尺度上選擇多個小型保護區(qū)。由于島嶼生物地理學在物種數(shù)變動的具體機制上不清楚，特別是對具體哪些物種有 影響不清楚，因而其應用有一定的局限性。盡管如此，島嶼生物地理學將人們的注意力吸引到島嶼化這一現(xiàn)象上來，研究物種遷入、遷出的動態(tài)變化和相關(guān)的因子，對于生物多樣性的保護仍有—定的啟發(fā)作用。,二、水生生物資源保護,根據(jù)水生生物資源的特點和保護生物學的一般原理，我們認為

45、水生生物資源保護應 當針對不同的情況區(qū)別對待，采取切實有效的措施，處理好保護和利用的關(guān)系。1．天然漁業(yè)對象的數(shù)量保護 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，應當逐漸將天然漁業(yè)轉(zhuǎn)向為養(yǎng)殖漁業(yè)，保護天然漁業(yè)資源和水環(huán) 境。對于現(xiàn)在天然漁業(yè)仍占相當比重的地區(qū)應當嚴格執(zhí)行漁業(yè)法，規(guī)定禁漁期．保護產(chǎn)卵場。同時進行科學的管理，控制捕撈強度。,2．養(yǎng)殖種類種質(zhì)資源保護 對于養(yǎng)殖種類應當采用高新技術(shù)培養(yǎng)新品種，而對于它們的

46、野生種則應予以保護， 避免近親繁殖與不適當?shù)碾s交。3. 慎重引種馴化引人種一定要考慮它對本地種的影響，控制引入種的范圍。4．保護棲息地，建立保護區(qū)對于一些重要的類群，如中華鱘、白暨豚等，要重點保護它們的棲息環(huán)境。由于經(jīng)濟建設的需要，對水體的干擾是不可避免的，特別是河流的梯級開發(fā)，對水生生物資源影響極大。因此要選擇適當?shù)牡貐^(qū)，主要是多樣性高的地區(qū)建立保護區(qū)。例如長江上游，隨著葛洲壩、三峽大壩、烏江大壩的建成，建立保護區(qū)很有必

47、要。,第五節(jié) 生態(tài)恢復,生態(tài)恢復是當今生態(tài)學研究熱點之一，為眾多國家生態(tài)學界所重視。原因在于，隨著人口的急劇增長和經(jīng)濟的發(fā)展，自然資源的掠奪性開發(fā)頻頻發(fā)生，氣候變化、環(huán)境污染和生態(tài)退化不斷加劇。地球的資源是有限的，要使所有的生態(tài)系統(tǒng)提供無止境的商品和服務是不切實際的。因而，促進退化生態(tài)系統(tǒng)功能恢復的有關(guān)研究和實踐事關(guān)人類的生存，意義十分重大。,一、生態(tài)恢復與恢復生態(tài)學,隨著人類生存環(huán)境的嚴重變化，生態(tài)恢復(ecological res

48、toration)的任務正在隨之加重，因此也更加要求在理論上的指導，與此同時也就產(chǎn)生了生態(tài)恢復的科學和技術(shù)——恢復生態(tài)學（restoration ecology）。生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建已成為現(xiàn)代生態(tài)學領(lǐng)域最引人注目的趨勢之一。J．L．Meyer于1996年在美國生態(tài)學會第8l屆年會的大會報告提到：“我們運用生態(tài)學知識恢復受破壞的生態(tài)系統(tǒng)，利用恢復實施來檢驗生態(tài)學假設。這些都表明我們這門學科已經(jīng)走出低谷，走向明天。……生態(tài)恢復是我們未來法

49、則的一個組成部分?！被謴蜕鷳B(tài)學(restoration ecology)正是應用生態(tài)學原理、方法，對人為干擾引起的群落或生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的改變進行恢復的科學，它是生態(tài)學的一門分支學科。簡言之，恢復生態(tài)學是研究生態(tài)退化和生態(tài)恢復的機理和過程的科學。 恢復生態(tài)學總是和生態(tài)恢復聯(lián)系在一起的，生態(tài)恢復作為一種研究方法和手段，同時又是一種目的，恢復實踐為恢復生態(tài)學提供了發(fā)展理論的天地，反過來，恢復生態(tài)學又為生態(tài)恢復提供理論基礎。,生

50、態(tài)恢復的概念,生態(tài)恢復是針對受損而言的，受損就是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和關(guān)系的破壞；因而，生態(tài)恢復就是恢復生態(tài)系統(tǒng)合理的結(jié)構(gòu)、高效的功能和協(xié)調(diào)的關(guān)系。生態(tài)恢復的目標是把受損的生態(tài)系統(tǒng)返回到它先前的，或類似的、或者有用的狀態(tài)，最終使受損的生態(tài)系統(tǒng)明顯地融合在周圍的景觀中、或看上去類似或起的作用像某一熟悉且可接受的環(huán)境。由此可見，恢復不等于復原，恢復包含著創(chuàng)造與重建，當然，這種創(chuàng)造與重建都是有原則的。,第六節(jié) 可持續(xù)發(fā)展,可持續(xù)發(fā)展（sust

51、ainable development）是既滿足當代人需求，又不對后代滿足其需求的能力構(gòu)成危害的發(fā)展”。,第七節(jié)   全球變化,全球變化（global change）是指地球生態(tài)系統(tǒng)在自然和人為影響下出現(xiàn)的可能改變地球承載生物能力的全球環(huán)境變化，包括全球氣候變化、溫室效應、環(huán)境污染、生態(tài)退化等人類生態(tài)環(huán)境的變化。1992年在巴西里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上提出了《氣候變化框架公約》，列出全球變化項目除全球氣

52、候變化外，還包括全球人口增長、土地利用和覆蓋的變化、大氣成分變化、營養(yǎng)物質(zhì)生物地化循環(huán)變化、生物多樣性喪失等方面。這些變化是相互作用的（圖4-1）。,,,(一)人口增長,人口增長是全球變化中的一個重要方面。人口劇增也是全球變化的一個主要原因。自地球上出現(xiàn)人類直到1945年，人口增加到20億，1962年為30億，1980年為44億。預計到2032年將達到90億。各地區(qū)各國的人口增長率是不相同的，非洲和拉丁美洲是人口增長率最快的地區(qū)，其次是

53、亞洲。而且，發(fā)展中國家的人口增長率一般都比發(fā)達國家為高。眾多人口給全球生態(tài)系統(tǒng)施加了巨大壓力，人類活動及對自然資源的消耗正在改變著全球。,,,(二)溫室氣體濃度增加,地球大氣是以氮（78.08%）、氧（20.95%）和氬（0.93%）三種氣體為主組成的，其他氣體僅占0.1%，稱為微量氣體，包括CO2(0.0332%)、甲烷（0.00015%）、二氧化硫及其他惰性氣體。大氣成分受全球生物圈中生物群落和人類活動影響的。溫室氣體是指那些對地球

54、向外發(fā)射的長波輻射有強烈吸收作用的氣體，包括水汽、CO2、N2O、氟氯烴（CFCs）、CH4、臭氧（O3）等。溫室氣體所產(chǎn)生的效應即為溫室效應，溫室效應對保持地球溫度是必不可少的。否則地球溫度得比現(xiàn)在低40℃；但過大也會帶來嚴重后果。與工業(yè)革命前相比，大氣中二氧化碳、甲烷和氧化氮濃度分別增加了大約30％、145％和15％。氟氯烷體積分數(shù)則從20世紀50年代初到90年代中期已迅速增加到2.68×l0-10 (林光輝，1995)。

55、臭氧主要集中于平流層，主要作用是吸收進入地球大氣的紫外線。全球范圍內(nèi)臭氧都在減少，如在南極上空發(fā)現(xiàn)“臭氧空洞（ozone hole）”。大氣中二氧化碳的增加主要源于化石燃料燃燒(大約每年5.5×1015一6.0×1015g)。森林砍伐和農(nóng)業(yè)的擴展每年使大約1.6×1015g碳釋放到大氣中。這些二氧化碳大部分滯留在大氣中（3.3×1015g），部分則被海洋吸收(2.0×1015g)。近年來

56、，許多研究表明陸地植被在吸收二氧化碳方面發(fā)揮著重要作用。然而，大多數(shù)研究表明，溫室氣體濃度的增加可能是導致全球變暖的關(guān)鍵因素(IPCC，1996a)。,,,,,(三)全球氣溫升高,根據(jù)對全球大約7000個氣象臺站的氣象資料所做的分析，有充分的數(shù)據(jù)表明：自19世紀后半葉以來，全球地表年平均氣溫升高了0.3—0.6℃。1988-1995年的幾年間是1860年以來年平均氣溫最高的時期。夜間溫度的升高較之于白天更為明顯。氣溫的變化具有明顯的時空

57、差異。例如，在北半球的中緯度地區(qū)冬春季節(jié)氣溫升高幅度最大，而北大西洋地區(qū)則有變冷的趨勢。根據(jù)跨政府氣候變化委員會(Inter—Governmental Pand on Climate Change，或IPPC)的預測，全球變暖的趨勢今后將持續(xù)并加劇。從1990一2100年全球陸面平均氣溫將增加2℃(1PPC，1996a)。,,,,,,,(四)海平面上升,由溫室效應導致的全球變暖以驚人的速度融化著兩極和高山的冰川，從而使海平面升高。據(jù)估計

58、，在過去的100年間全球海平面升高了10—25cm。IPCC預測在今后的100a間海平面將繼續(xù)升高大約50cm。,(五)土地利用和覆蓋的變化,土地覆蓋(land cover)是指陸地表面生態(tài)系統(tǒng)類型及其生物的和地理的特征，如森林、草地、農(nóng)田等。而土地利用(land use)則是指對土地的利用方式。土地利用和土地覆蓋往往相互關(guān)聯(lián)。許多情況下很難將二者清楚地區(qū)分開來。對全球變化研究而言，最重要的土地覆蓋的變化是森林轉(zhuǎn)化為農(nóng)田。由于人口增長

59、的巨大壓力，使大面積森林被砍伐，林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田用于生產(chǎn)食物。其中熱帶森林的砍伐尤為嚴重。根據(jù)世界資源研究所(World Resource lnstitute)的估計，每年大約有20×10‘km’熱帶森林被伐并轉(zhuǎn)化為其他生物量較低的土地覆蓋類型(Meyer，1996)。森林被砍伐后大量的有機物質(zhì)通過燃燒和生物分解釋放出二氧化碳，造成大氣二氧化碳濃度增加。土地利用和土地覆蓋的變化直接改變著陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及區(qū)域乃至全球范

60、圍內(nèi)的生物地球化學循環(huán)。此外，土地利用和土地覆蓋的變化可能影響區(qū)域范圍內(nèi)能量和水分收入，從而影響區(qū)域的氣候特征。例如亞馬遜河流域大面積毀林開荒造成該地區(qū)部分區(qū)域嚴重干旱。,,,(六)生態(tài)系統(tǒng)及生物多樣性的變化,生態(tài)系統(tǒng)包括水域生態(tài)系統(tǒng)的變化近年來成為全球變化的重要領(lǐng)域。國際地圈生物圈計劃（IGBP）將全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)(global change and terrestrial ecosystems，或GCTE)列為該組織的重點研究

61、項目。GCTE集中于陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化和大氣二氧化碳濃度升高的反應。這項研究分別在結(jié)構(gòu)和功能兩方面展開。在功能方面，主要側(cè)重于陸地生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力和生理生態(tài)過程的變化。如溫度或CO2 濃度的增高對生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響。在結(jié)構(gòu)方面則表現(xiàn)為對種群構(gòu)成、群落結(jié)構(gòu)和景觀格局的關(guān)注。特別值得注意的是，生物多樣性問題成為全球變化研究的重要內(nèi)容。,生物多樣性的變化,全球氣候變化如何影響生物圈的生物多樣性是一個特別值得關(guān)注的問題(Heywood

62、，1995)。生物多樣性(biodiversity)是衡量生態(tài)系統(tǒng)生命力和持續(xù)性的重要指標。人類活動范圍的擴展和強度的增加已經(jīng)造成全球范圍內(nèi)生物多樣性的不斷下降。據(jù)估計，目前生物物種滅絕速度比人類出現(xiàn)以前的自然滅絕速度高出上千倍。迄今，全球11500種鳥類已有20％受人類活動影響而滅絕(林光輝，1995)。嚴重的是生物多樣性的喪失是不可逆轉(zhuǎn)的，一旦消失，永不再現(xiàn)?？傊蜃兓瘒乐赜绊懮锒鄻有?，而生物多樣性對水域和陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和

63、功能也具有重要影響。,二、全球變化的生態(tài)后果,全球變化是一種過程緩慢，范圍廣泛，且影響深遠的環(huán)境變化。其中以氣候變化最為突出。氣候變化的趨勢是全球氣溫升高，降水分配在時間和空間格局上的變化，以及災害性天氣可能增加。根據(jù)氣候?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)的影響，可以預期全球變化對整個生物圈和具體的生態(tài)系統(tǒng)都可能產(chǎn)生巨大影響，并將繼續(xù)改變著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力。,三、減緩全球變化的途徑,(一)減緩氣候變化 (二)生態(tài)系統(tǒng)管理 (三)減緩全球變化的

64、機制,(一)減緩氣候變化,全球性的氣候變化主要是由于大氣中溫室氣體的增加所致。此外大氣顆粒物(aeros01)數(shù)量的增加也是一個重要原因。因此，減緩氣候變化的關(guān)鍵便在于控制溫室氣體的排放和顆粒物的形成。其核心是控制化石能的消耗。,(二)生態(tài)系統(tǒng)管理,全球環(huán)境變化的實質(zhì)在于人與環(huán)境關(guān)系喪失和諧，導致環(huán)境的破壞?；謴腿伺c環(huán)境關(guān)系的和諧則要求：一方面人必須認識到人是整個自然界的一部分，人及其社會的持續(xù)生存和發(fā)展有賴于環(huán)境和整個生態(tài)系統(tǒng)的健康；

65、另一方面，人類社會必須尋求有效的途徑，使其適應并管理其環(huán)境。這便是在資源管理和環(huán)境管理的研究和實踐中發(fā)展出的生態(tài)系統(tǒng)管理的概念。生態(tài)系統(tǒng)管理強調(diào)系統(tǒng)中各部分關(guān)系的和諧和整體的持續(xù)性。,(三)減緩全球變化的機制,全球變化涉及自然和社會的各個層面。因此減緩全球變化必須在多層次上進行。1．技術(shù) 使化石能燃燒效率提高，也有助于開發(fā)利用其他形式的替代能源。2．管理 管理是使技術(shù)得以實現(xiàn)的保障。3．法律 法律是一定社會中以一定形