生物多样性中小学PPT教学课件(1)

6 生物多样性的生态系统功能
多样性存在于生命世界 从分子这样的微观层次到生 物圈那样的宏观层次
“必要的”还是“多余的”？
• 一个生物应该有那么多的基因吗？—— 一个生物 有很多的基因，是否每个基因都是必需的？
• 一个细胞过程有一系列的步骤，所有步骤都是必 需的吗？
• 生态系统需要那么多的物种吗？ —— 一个生态 系统有很多的物种，是否每个物种都是必需的？
生物多样性(三)
BIODIVERSITY
内容
6．生物多样性的生态系统功能 7．生物多样性丧失有多快 8．结 语
尽管生态学家说服了各国政府的决 策者们重视生物多样性，1992年许多国 家也已在《生物多样性公约》上签了字。 直到1994年联合国环境规划署的环境问 题科学安全委员会提出了生物多样性在 生态系统中的功能是什么，科学家们才 开始注意相关问题。
“过路人”假说
的森林生态系统的例子
• 大多数生态系统的物种数比达到最高生产 力所需的物种数多，比如同处于北半球的 温带森林，东亚有876种树，北美有158种， 欧洲只有106种，但在这三个洲的温带森林 生产力却差不多。
物种数还是物种种类组成更重要？
• MacGillivray等人比较了英国北部5个相邻 的生态系统在霜冻、干旱、火烧影响下表 示出的差异，认为是优势种的功能特征在 起作用，而不是植物多样性。
生产力（productivity）和初级生产力 （primary productivity)
• 生产力是单位时间单位面积上的生物制造 有机物质的量
• 初级生产力是单位时间单位面积上的植物 利用二氧化碳转化太阳能制造有机物质的 量，单位：kJ/m2·d
Tilman1Βιβλιοθήκη Baidu82年的试验
• 在4类草地的200个样地上进行长期研究 • 设计不同物种数的搭配，种植在不同样
几个至关重要的问题
• 为什么我们要保护生物多样性？ • 生物多样性丧失的后果是什么？ • 生物多样性与稳定性的关系是什么？ • 生物多样性与生产力的关系是什么？
从两个方面讨论生物多样性的功能
• 生物多样性与稳定性（stability） • 生物多样性与生产力（production）
稳定性有两种类型
• 对于生态系统来讲，哪些物种是至关重要的？ • 至关重要的物种与生态系统的哪些功能有关？
关于生物多样性与生态系统 生产力关系的两个假说
• 铆钉假说 • 冗余假说
铆钉假说
• 1981 年 美 国 斯 坦 福 大 学 生 态 学 家 保 尔 （Paul）等人提出，生命的多样性就像飞 机上的铆钉，每个物种就像一颗铆钉，对 生态系统的正常功能起它那一小部分作用， 一颗铆钉的丢失使飞机失去它的一小部分 作用，丢失足够多的铆钉则会使飞机坠毁 或无法飞行。
冗余假说
• 10年后，澳大利亚的瓦尔赫（B. Walher） 提出了另一种完全对立的冗余假说，认为 大多数物种是多余的，即更像过路人而不 是铆钉，要维持生态系统的正常功能，只 要不多几个关键物种就够了。
Naeem的试验
• 从16个物种库中，随机选择2、5或8个物 种的一年生植物作为一组，在同样的条 件下种植在宽敞的温室中，共150余组。
造成争论的原因
• 实验室种群还是野外种群总是变化的 • 实验生态学家力图用系统变化的量度来作
为系统稳定性的指标 • 理论研究以平衡表示稳定 • 这可能是几十年来多样性—稳定性之争的
一个原因
“多样性带来稳定性”理论的主要内容 —保险假设(insurance hypothesis)
•例 – 如果一个多样化的生态系统有很多的物种， 一些物种耐受干旱，一些物种耐受洪水，一 些物种耐受火 – 这个生态系统的抗干扰稳定性就比较高，因 为许多物种可以对损害起缓冲的作用
– 群落多样性（或物种丰富度）增加使稳定性 也增加
• 一些研究进展说明，多样性是能够提高生 态系统稳定性的
• 但是另外一些研究却得到相反的结论
多样性与生产力的关系
• 有的资料说明如果多样性高，生态系统生产力 也较高，但有一个阈值，大多数自然生态系统 可以超出这个阈值，虽丧失一些物种而生产力 不致下降。
地上
• 收集关于植物物种丰富度、群落生物量、 种群生物量随时间的动态资料
• 目的：以探索多样性和稳定性间的关系
研究结果证明
– 物种数多的草地生产力能更快地从干旱中恢 复
– 当物种数增加到某一数字，生产力的增加会 达到一个饱和点
– 生态系统中前10 个物种对稳定性的效应最大， 超出10个物种，稳定作用就不明显了
•
结果发现
• 物种数增加使得生态系统中空间结构多样化，从 高的草到匍匐的草，这样就可以吸收更多太阳能， 生产更多的有机物
• 产量最高的组合是含有最多功能类型植物的组合 • 例：
– 单一高密度种植玉米就不如玉米与瓜、树和固氮的豆类一起种植时生产 力高
– 农业种植中，超出4～5种农作物，生产力并无什么提高，有的物种在人 管理的农业生态系统中确实像过路人
大河中下游的洪积平原， 经常受到洪水的淹没， 洪水过后，动植物种群的 数量很容易恢复
关于多样性与稳定性关系的 两个对立观点
• 麦克阿瑟（R. MacArthur）认为“多样 性带来稳定性” (diversity begets stability)
• 梅（R. May）认为“多样性高的生态系 统更不稳定”
• 抗干扰稳定(resistance stability) • 恢复稳定性(resilience stability)
抗干扰稳定性
面对干扰， 生态系统不容易 因为损害而改变
美国加州松树 树皮十分粗糙， 不容易燃烧， 表现出抗干扰 稳定性
恢复稳定性
• 经过干扰，生态系统要发生改变，但总能 够恢复到受干扰以前的状态
• 研究结果强烈地支持这样的观点：是优势 植物的生物学特征，而不是植物种数在控 制着生态系统生产力和生物地球化学过程。
植物多样性、功能组成和功能多样性 -Tilman和 Hooper的试验
• 289块样地，每块169m2，撒播了多年生热带 草原的禾本科植物种子，物种数分别为0，1， 2，4，8，16，32。这些物种分别代表1、2、 3、4和5个功能组(C3、 C4 、豆科植物、木本 植物、非禾本科植物)。