第五章 物种多样性及保护

第二节 全球物种多样性概况
一、物种数目
全世界大约有1300万至1400万个物种，但科学描述过的仅约有175 万种。 实际上，科学描述过的物种和被认为是有效的物种的准确数目对大多数 类群来说是不计到一个确定的数量级 500万——3000万种（Wilsong 等, 1988） 200万——1亿种（世界资源研究所， 1992） 即使是目前已定名或描述的物种数目也不十分清楚 140万种——（世界资源研究所， 1992） 170万种——（Wilsong 等, 1985）
4
42 3 20 7 4 15 10 15
25
69
7
47 2 49
91
84
43 25 15
23 22 16
智利中部
1 450
五、 物种多样性的时空格局
（一）物种多样性的时间格局
物种多样性的时间格局是指物种多样性在时间维度的变化规律。
1 进化尺度的时间格局 （1）物种多样性增加与大绝灭的影响： 有关地质历史时期物种多样性的资料都是通过化石记录 得到的。尽管由于化石记录的不完整性使有关物种多样 性的结论一直有争议，但总的轮廓是普遍接受的，那就 是从大的时间尺度上看，物种多样性是增加的，不管是 陆生脊椎动物、海洋无脊椎动物还是陆生植物，都是如 此。但某些类群在某一时期有显著的下降。
①每个物种的成种率随物种的增多而下降； ②每个物种的灭绝率随物种的增多而升高； ③如果灭绝率持续高于成种率，则不可能有更多物种的存在；
生态演替模式
总体趋势： 随着群落的 进展演替， 群落内物种 多样性呈增 加的趋势 在稳定群落内： 物种多样性 常有下降的 现象
季节变化模式
（二）物种多样性的空间格局
二、全球物种多样性概况
类 病毒 细菌 真菌 原生动物 藻类 群 已描述的物种数目（万种） 0.4 0.4 7.2 4.0 4.0 估计可能存在的物种数目（万种） 40 100 150 20 40
高等植物
线虫 甲壳动物 蜘蛛类
27.0
2.5 4.0 7.5
32
40 15 75
昆虫
软体动物 脊椎动物 其他
马达加斯加 新喀里多尼亚 巴西大西洋沿岸 菲律宾 东喜马拉雅 西亚马孙高地 哥伦比亚乔省 厄瓜多尔西部
马来西亚半岛
缅甸北部 象牙海岸 坦桑尼亚 印度加茨西部 斯里兰卡西南部 南非开普敦地区 澳大利亚西南部 加利福尼亚植物区系省
2 400
3 500 200 535 1 600 500 6 300 2 830 2 140
95.0
7.0 4.5 11.5
800
20 5 25
总计
175.0
1362
• 新种连续不断被发现。
• 上个世纪发现的两个重要的新种是涉及到了“活化石”
（living fossil），即该种被认为早已灭绝。 – 1938年印度洋矛尾鱼（Latimeria chalumnae），属于海洋 鱼类腔棘鱼，它们曾在古海洋普遍分布，但认为在650万 年前已灭绝。进化生物学家对腔棘鱼有特别的兴趣，因为
第五章 物种多样性及保护
人类的生存与发展依赖于自然界各种各样的生物。自 然界植物、动物、微生物物种以及所有的生态系统及其紧 密相关的生态过程组成了生物多样性的基本内容。而物种 多样性则是生物多样性研究的核心内容。 本章介绍了物种多样性的概念，从物种数目、物种多 样性特丰富国家、介绍全球的物种多样性概况。 介绍中国的物种多样性概况。同时，还介绍了中国濒 危物种概况和物种多样性的保护问题。
西半球植物物种多样性随纬度梯度的变化
3 海拔梯度与物种多样性 群落类型及环境因素在沿海拔和沿纬度梯度变化方 面有很大的相似性。沿海拔梯度每升高1000m，气温降 低6℃，相当于沿纬度梯度往北递进500－750 km。随着 海拔升高，鸟类、维管植物的多样性都表现出降低的趋 势。
北美鸟类、哺乳类、两栖类、爬行类物种 多样性随纬度梯度的变化
2 纬度梯度与物种多样性 对物种多样性的纬度梯度格局是最早引起人们注意的。对大 多数陆生植物和动物来说，极地的物种多样性是最低的，随着纬 度的降低，物种多样性增加，在热带雨林达到最大值。不管是从 区域物种多样性水平上还是从群落物种多样性水平上，都表现出 这样的规律。 变化最明显、生物学意义最重大的是植物物种多样性随纬度梯度 的变化规律。树木物种多样性从北方针叶林到热带雨林一直是增 加的。同样的格局在北美、欧洲及西半球也表现得很明显。
物种－面积曲线模式：物种多样性与面积的关系并非 只有一种模式，而是有多种模式。本章仅简要介绍两种， 大陆型模式和岛屿型模式。 （1）大陆型模式 大陆型模式探讨在足够大的陆地范围内，物种多样 性和面积之间的关系模式。一般认为，在陆地范围内， 更大的面积拥有更大的物种多样性。主要原因有三种可 能的解释： ①更大的面积内拥有更多的个体； ②更大的面积内拥有更多的栖息地（生境）； ③更大的面积内拥有更多的生物地理区系成份。
过样方或样点在群落水平上进行研究。
2、物种多样性的主要研究内容：
1.物种多样性的现状（包括受威胁现状） 2. 物种多样性的形成、 3.物种多样性的演化及维持机制
目前，物种水平生物多样性编目是研究的重点。此 外，物种的濒危状况、灭绝速率及原因，生物区系的特 有性，如何对物种进行有效地保护与持续利用等都是物 种多样性研究的内容。
新几内亚鸟类物种丰富度 随海拔高度的变化规律
4 栖息地与物种多样性 每个物种都需要一个或一系列合适的栖息地才能生存， 才能得到生存所需要的食物和避难所。通常，栖息地变 化越大，物种多样性就越大。
（三）物种多样性空间分布格局的成因
有关物种多样性格局形成机制假说的综合 影响因子 气候 气候变率 解 释 适宜的气候允许较多物种生存 稳定的气候为物种分化创造了条件
化石数据分析与时间模式-----捕获－重捕法、刀切法
在大的生物进化时间尺度上认识物种多样性的分布 格局，取决于化石记录的完整性。 捕获－重捕法是借鉴于种群数量统计中的捕获－重捕分 析技术。其基本思想是把一系列岩层按年代顺序排列起 来，年代最早的在下面，第一层中物种数作为首次标记 的物种数，在下一层中发现的曾在本层中出现过的物种 作为下一层重捕到的物种，以此类推。传统的捕获－重 捕法假定每个个体被捕获的机会相等，但物种的分布和 丰富度是不同的，因而它们被捕获的机会也不会相同。
物种多样性的空间分布格局是物种多样性的重要自然属性，主要 包括面积、纬度、海拔和栖息地等方面。
1 面积与物种多样性 面积对物种多样性的影响是显而易见的，如果选择 更大的样地面积，就能发现更多的物种。
面积转化为物种多样性的原因： 面积大-----种群大 面积大-----生境条件丰富 面积大-----地理隔离有利 于新种形成 面积大-----提高物种特化 形成的概率
• 现象
热带物种丰富的原因分析
– 世界热带森林仅占全球面积的7%，但它包含有 世界上一半以上的物种。
– 这个估计仅只是根据有限的昆虫和节肢动物的 样方推算，并类推出占有世界物种的大多数。 – Mayer （ 1992 ）认为热带地区未被记录的昆 虫种数约有500到3000万种。如果该数字是正 确的，意味着分布在热带森林的昆虫可能构成 世界物种的90%以上。
18个生物多样性的热点地区及特有物种数目
地 区 高等植物(种)
4 900 1 400 5 000 3 700 3 500 5 000 2 500 2 500 8 9 137 111
哺乳动物(种)
86 2 40 98
爬行类(种)
234 21 92 120 20
两栖类(种)
142 0 168 41 25
它被认为可能是最初陆生动物的祖先。
– 1945年于四川东部（现湖北省利川县）发现了水杉 （Metasequoia glytostroboides）。随后的调查和植物学研究
弄清楚了这种树木属于一个曾在中生代广泛分布并遍及北
半球的植物属，但它显然已经在数千万年前灭绝。 – 注意其它更多不显眼的种？
三 、物种多样性特丰富国家
2 生态学时间尺度
（1）生态演替模式：在一个特定的区域，一次干扰（如火灾或农业 耕作）后动植物种类以及其他生物重新在那里定居，所有的物种形 成一个基本有序的定居次序，而且有一部分物种相互替代，这一过 程称作演替。 （2）季节变化模式：生物的季节变化模式是物候学的基础，也是 物种多样性时间变化的特殊模式。
第一节 物种多样性的概念
1、概念
物种多样性是指一定区域内所有生物物种及其变化， 包括一定区域内生物区系的状况、形成、演化、分布格局 及其维持机制。是生物多样性在物种水平上的表现形式。
物种多样性的两方面含义
（1）一定区域内物种的总和。主要从分类学、系统学和生
物地理学角度对物种的状况进行研究，或称为区域物种多 样性； （2）生态学方面的物种分布的均匀程度，常常是从群落组 织水平上进行研究，或称生态多样性或群落物种多样性。 • 两种含义的区别主要在于研究的层次和尺度的不同。前一 种含义主要通过区域调查进行研究，后一种含义主要是通
（3）物种多样性的稳定性和生态位： 生态位（Ecological niche），又称小生境或是生态龛位，生态 位是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。每个物种都 有自己独特的生态位，借以跟其他物种作出区别。生态位包括该物 种觅食的地点，食物的种类和大小，还有其每日的和季节性的生物 节律。 物种之间相互限制彼此的生态位宽度，这种限制可以决定它们 的地理分布。 当物种的分布范围减小时，物种的隔离成种率会降低；当物种 多样性增加时地理成种率呈下降趋势。
世界生物多样性分布状况
物种并不是均匀地分布于全世界168个国家，位于或部分位 于热带、亚热带地区的少数国家拥有全世界最高比例的物 种多样性（包括海洋 淡水和陆地中的生物多样性），称为 生物多样性特丰富国家（megadiversity country）。包括 巴西、哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁、墨西哥、扎伊尔、马 达加斯加、澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚、马来西 亚在内的12个生物多样性特丰富国家拥有全世界 60%~70% 甚至更高的生物多样性。
生物大灭绝－－生物物种的大规模适应辐射（生物大爆发）
物 种 数 目 \ 百 万 年
700 600 500 400 300 200 100 0
地质历史时期海洋无脊椎动物物种多样性变化
奥 纪 陶 志 纪 留 泥 纪 盆 石 纪 炭 二 纪 叠 三 纪 叠 侏 纪 罗 白 纪 垩 第 纪 三 纪
寒
武
（2）化石数据分析与时间模式：
生境异质性
历史因素 能量 竞争
物理因子或生物因子的复杂性孕育了较多的生态位
进化时间越短形成新物种越多 物种丰富性由每个物种所分配到的能量所决定 a. 竞争有利于减小生态位宽度；b. 竞争排斥减小物种数目
捕食
干扰
捕食减缓了竞争排斥
中等干扰减缓了竞争排斥
1 在大尺度上能量是物种多样性预测第一重要的因子
（2）岛屿型模式
岛屿的定义很模糊，曾经有人用“被水所环绕的陆 地”或“不能接近到达的地方”来描述它。但是更明确 的解释表明，岛屿是一个自我维持的区域，区域内的物 种完全来源于从外部向内的迁移。迁移是指不在岛屿上 生存的物种的种群在岛屿上出现。因此，迁移对岛屿上 物种多样性非常重要，涉及到大陆物种库、迁移速度、 能否成功定居几个关键因素。 就岛屿的物种－面积曲线变化趋势而言，岛屿生物地 理学理论预测：大的岛屿将拥有更为丰富的物种多样 性，这是因为大的岛屿将比小的岛屿有更多的栖息地 和更大的繁殖群体；大的群体会降低灭绝率，栖息地 的增多也能影响到灭绝率和迁移率。
四、全球物种多样性的热点地区及物种特有性格局
当物种（或类群）自然分布范围有一定的地域限制时，这个 物种（类群）称为这个地域特有种（类群）。 特有现象是对世界广泛分布现象而言的，一切不属于世界性 分布的属或种（类群），都可以称之为分布区内的特有属或 特有种（类群）。 一个地区物种多样性的高低不仅取决于该区域物种数目的多 少，还在于该地区物种的特有性程度的高低。Myers 依据极 高的特有性水平、严重受威胁的程度这两个标准，在全球范 围内划分出了 18个生物多样性的热点地区 （Hot-Spots' area）。 这18个地区属于热带的有14个，属于地中海类型的有4个。 它们虽然仅占地球表面积的0.5%，却拥有全球20%的植物物 种，拥有50 000个特有植物物种。