第四章种群和物种的保护(2)

• 种群生存力分析主要从三个方面来研究 种群灭绝过程： • ①建立分析模型，在分析模型时，把种 群可能发生的随机因素都包含进去。 • ②模拟模型，根据某一物种的种群动态 数据，用计算机模拟该种群的灭绝过程。 • ③岛屿生物地理学分析，是用岛屿生物 地理学资料检验最小存活种群模型，主 要考虑地理隔离作用对种群生存力的影 响
• 3.目标：确定MVP（minimum viable population) 最小可存活种群,把灭绝减小到可接受的水平 。 • 一种是种群统计学概念，即种群以一定概率存活 一定时间的最小种群大小； • 另一种为遗传学概念，即在一定时间内保持一定 遗传变异所需的最小种群大小。
• 4. MVP大小：关于MVP曾提出50/500法 则。短期存活的种群，有效种群大小不 得低于50；长期存活的种群其有效种群 大小应该是500。 但现在的研究认为MVP包含三个要素： • 作用于种群的各种随机效应； • 保护计划中的时间期限； • 种群存活的安全界限。 后两个问题与社会经济等关系密切。因 此，MVP的时间期限和存活概率标准是 可变的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 目前，绝大多数种群生存力分析模型缺 乏验证，这大大影响了模型的实际应用。 模型一般预测几十乃至几百年的种群存 活状态，直接地验证要花费一个人一生 或更长的时间，这几乎是不可能的。较 为间接的方法是用岛屿生物地理学资料 检验模型。岛屿物种分布提供了各种随 机因素对种群作用的综合结果，应大力 开展这方面的研究（shaffer,1987）。
• 种群生存力分析主要研究小种群的随机 灭绝问题。研究对象是一些对生态系统、 遗传学以及政治经济等有重大意义的物 种，包括建群种和关键种（创造构建栖 息地和增加其他种的适合度）、旗舰种 （对人类有精神、美学和经济价值）和 稀有种或濒危种。
• 6.研究的基本原理： • 根据某一物种的自然史特征参数、导致 物种灭绝的外在和内在的因素参数以及 促使物种灭绝的随机干扰特征参数，建 立数学模型和模拟模型进行分析，用计 算机模拟种群真实动态。
3. 统计研究(demographic studies) • 依据已知种群中的个体来确定其出生率、 生殖率和存活率。这种研究应涉及物种 的不同年龄、不同大小的个体。 • 统计研究能提供一个种群年龄结构的资 料、种群的生殖特征，还可帮助人们确 定环境承载量。
• 如华南虎，已濒临灭绝，主要分布在浙 闽赣地区。从前曾是中国境内最常见的 一种虎，由于过度捕杀及生境破坏，除 福建部分地区及其邻近地区有少量野生 个体之外，已经在野外绝迹。 • 早蜘蛛兰。9年统计研究显示，虽为多年 生，但只有一半个体存活超过两年，这 种短寿命使其遇到不适宜的环境条件异 常脆弱；牲畜对土地的损害是导致种群 衰落的关键因素。 • 恢复对策：只在植物不开花、不结果的 时期牧羊，会使种群得以恢复。
• 生理学 一个个体需要多少食物、水、 矿物质和其他必需品才能维持其生存、 生长和生殖？其利用资源的效率如何？ 物种对极端气候，如热、冷、风和雨的 承受能力如何？ • 种群统计学 过去和目前种群大小有多 大？个体数量是稳定、增长还是下降？
• 行为学 个体行为如何使其在环境中生 存？种群中个体怎样择偶和繁育后代？ 个体间以何种方式交流、合作或竞争？ • 遗传学 个体间在形态和生理特征方面 的变化，在多大的程度上受遗传因素的 控制？
• 不同物种因其种群特性和遗传学特征， 所处的生态环境和受威胁程度不同， MVP不同。 • 不同国家和民族，不同社会和经济条件 对同一物种制定的MVP标准也不同。 • 不存在某个神秘的种群大小，不存在对 所有种都适用的MVP。
• 如：存活概率标准可以是50%、95%或 99%；保持遗传变异的标准是90%， 95%或更高；而存活时间可定为50年、 100年或者1 000年。 • 通常把低于100年的存活时间称为短期存 活，把100年或大于100年小于1 000年的 存活时间定为中期存活，而把1 000年以 上的存活时间称为长期存活。
三 、种群生存力分析
• population viability analysis(PVA)。 • 是统计分析的一种延伸，着重确定物种 是否能在某环境里可持续生存的能力。
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1. 目的： 研究物种的灭绝问题。 2. 意义： 建立各种自然保护区，需要研究种群存 活的最低条件、建立保护区的数目、大 小以及在何地建立保护区。
• 系统压力引起的确定性灭绝和随机干扰 引起的随机性灭绝往往联合起作用，在 许多情况下，由系统压力把物种推到随 机事件很容易发生作用的种群大小范围， 再由随机干扰促使物种灭绝。
• 确定性灭绝往往无法避免，因此，种群 生存力分析一般研究随机干扰对种群的 影响。不同的种群大小对随机干扰的反 应是不同的，在没有系统压力的情况下， 大种群对随机干扰不敏感，种群不易灭 绝；而小种群对随机干扰极为敏感，种 群易灭绝。
• 另一种划分方法是把灭绝分为确定性灭 绝和随机灭绝。 • 如历史上的冰河时期和栖息地损失。确 定性灭绝通常由不可避免的强制性的变 化引起，就是由无法改变的气候变化和 人类活动引起,它可导致许多物种灭绝； • 随机灭绝是正常的随机变化和干扰引起， 它一般不毁灭种群，但削弱种群，使种 群灭绝概率增加
• 利用1959-1970年的种群动态数据，模拟 美国黄石公园大灰熊种群的灭绝过程， 定义为95%概率存活100年，模拟结果显 示50-90个个体能满足最小生存种群需要； • 利用1975-1982年数据模拟美国黄石公园 大灰熊种群的灭绝过程，也定义为95% 概率存活100年，结果显示最小生存种群 需要125个个体。两者的结果不同，是因 为前者未考虑遗传随机性和灾害等因素。 模拟模型和分析模型相比，更真实可靠。
第四章 种群和物种的保护（2） 第二节 濒危种的种群生物学
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一 自然史和个体生态学 二 种群监测 三 种群生存力分析 四 物种和生态系统的长期监测 五 集合种群
• 问题？ • 在一个自然保护区内，一个濒危种的种 群会持续生存甚至会增长吗？ • 该物种会衰退，需给予特别的关注才能 使之免遭灭绝吗？
• 物种在自然保护区持续生存的能力通常 能利用种群生物学的方法和种群生存力 分析(PVA)数学予以预测。 • 用这些技术还能够估算最小生存种群数 量（MVP），即保存一个长期生存的种 群所需要的最少的个体数量。
一 、自然史和个体生态学
• 物种与其生存环境之间的关系及该物种 种群的状况，称物种的自然史*(natural history)，其学科称为个体生态学 (autecology)。 • 掌握以上问题是保护和管理某一稀有或 濒危种的关键。
• 2. 采集自然史信息的渠道 • 已发表的文献 图书馆索引、如生物学文 摘(BA)或动物学记录(zoological record)， 计算机网络，参考书和参考文献。 • 未发表资料 访问自然保护区、政府渔业、 林业和野生动物管理机构、自然保护的有 关协会、自然保护的有关国际组织(ICUN、 世界自然基金World Wide Fund for Nature、 世界野生动物基金会WWF)等。
• 最小生存种群是设计自然保护区的一个重要准则。 Newmark（1985）检查了美国西北部8个公园和公园 系统，发现只有一个能支持分布的哺乳类种群，其它 7个公园和公园系统面积都不足以维持有效种群大小 为50的种群。 • Shonewoldcox（1983）报道美国55%的国家公园对大 多数脊椎动物和长寿命植物很少提供保护，即使最大 的公园，也难以保护繁殖较慢和高度特化的物种的长 期存活。 • Belovsky（1987）比较了当今世界各国的公园面积和 哺乳动物存活所需面积，他的计算表明，在自然条件 下，有0%-20%的公园，最大型的食肉动物（10100KG）能期望存活100年，但没有一个公园大到能 保证最大的食肉动物存活1000年；4%-100%的保护 区将允许最大的食草动物存活100年，0%-20%的保 护区将将允许其存活1000年。Belovsky建议人们应重 新评价保护区工作和管理方针。
• 野外工作 • 某一物种自然史的知识常来自野外的仔 细观察。 必不可少，因为地球上被研究 的物种只是所有物种中极其微小的一部 分，而且很多物种的生态学特征由于分 布不同而有差异。唯有野外工作才能确 定一个物种的保护状况及其与生物和物 理环境间的关系。 • 如白颈长尾雉、常绿阔叶林的野外研究。
二、 种群监测
• Berger（1990）研究美国西北部122个地 点大角羊种群存活情况，这些种群是地 理上隔离的。研究结果表明： • ①小于50个个体的种群在50年内全部灭 绝； • ②超过100个个体的种群存活70年； • ③种群快速灭绝不是由于食物短缺、恶 劣气候、捕食、种间竞争引起的。
• 种群生存力分析需要获取种群和环境的 准确参数，而这些参数的获得，依赖于 对种群进行长期系统观察并编制出生命 表。绝大多数濒危动物的种群生存力分 析研究缺乏有效资料。参数缺乏或不准 确，影响到模型结果的准确性。然而， 收集种群参数需要花费巨大的人力、物 力和时间。编制大型长寿动物的生命表， 通常需要数年，而获取灾害对种群影响 的数据需要的时间就更长了。必须长期 系统地研究目标种的种群参数和环境参 数，以保证模型结果的准确性。
• 5.导致物种灭绝的因素： • 外在因素。与其他种的有害相互作用(竞 争、寄生、捕食和疾病共生作用下降等)、 有害事件、生境生物和物理环境的的有 害变化等； • 内在因素。物种的遗传特征的随机变化 以及这些特征与环境间的相互作用。包 括统计随机性，不适应的特征或行为对 种群造成的不利影响，近亲繁殖带来的 遗传退化，遗传漂变等。
• 最小生存种群虽然没有一个统一的为所有保 护学家承认的数字，但对最小生存种群的数 量级认识却逐渐趋于一致。大小为10-100的种 群太小，遗传变异将快速损失，统计随机性 很快促使种群灭绝。Soule和Simberloff（1986） 认为有效种群大小在几百至几千才能达到保 护要求。Soule（1987）猜测以95%的概率存 活几百年的最小生存种群应在较低的几千比 较适合。Thomas（1990）通过种群动态研究 提出种群大小为1000能达到正常波动的种群 中期和长期存活要求，种群大小为10000能保 证种群波动极大的鸟兽中期和长期存活。
• 1. 所需研究和了解的重要问题 • 环境 物种在何种生境类型中被发现？每种生境 的面积多大？环境时空上如何变化？环 境受灾害干扰影响的频率多高？ • 分布 物种在生境中的何处被发现？一天或一 年中物种是否在生境间或不同地域间运 动迁徙？物种移居到新生境的频率如何？
• 生物间相互作用 物种需要何种食物和其它自然资源？有 何物种与之竞争哪些资源？有哪些捕食 者病害和寄生者会影响该种群的数量？ 形态学 物种的形状、大小、颜色、表面构造如 何？这些特征的功能是什么？是怎样帮 助其在环境中生存的？
2. 种群抽样调查(population survey) 使用重复抽样估计一个群落或一定区域 内某一个物种的种群密度。 它适用于种 群数量很大或其分布很广的物种调查。 步骤： • 将某一地区划分为若干个样地单元 • 在每一个样地单元里计算个体数量 • 根据每个单元所计算的个体数量来估计 实际种群数量。
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种群监测方法* *种群编目 *种群抽样调查 *统计研究 *种群生存力分析(专节)
1. 种群编目(population inventory ) • 指对现有的种群数量进行清点计数。在 连续的时间间隔重复清查可确定种群数 量是否稳定，是增加还是减少，并能发 现物种分布区的变化。 • 如：夏威夷僧海豹，种群编目证明，该 种群从20世纪50年代的约100头成年个体 下降到60年代末的14头。1976年美国濒 危物种法案宣布其为濒危种。有关部门 已采取保护措施。
• 种群监测可有效反映种群对其生存环境 的变化所做出的反应。 • 如：长期的调查记录可帮助分辨种群长 期走向，是变大还是变小？是否由人类 或天气、其它无法预测的自然事件的干 扰引起？
• 随着政府机构和保护组织越来越关注稀 有种和濒危种的保护，监测研究正在显 著地增加。 • 如我国从1997年开始的全国野生动物资 源调查和1998年开始的全国野生植物资 源调查工作。都已结束。