林学概论第三章

林学概论第三章森林植物都存在着丰富的变化，都存在着多样性；（1）遗传多样性；遗传多样性是生物多样性的重要组成部分；遗传信息储存在染色体和细胞器基因组成的DNA序列；遗传多样性的测度是比较复杂的，主要包括四个方面：；（2）物种多样性；物种是生物进化链索上的基本环节，由占有一定空间的；物种多样性包括以下几种含义：(1)特定地理区域的；我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一，有353；都存在着丰富的变化，都存在着多样性。因此，生物多样性是一个内涵十分广泛的重要概念，包括多个层次或水平.其中，研究较多、意义重大的主要有四个层次:遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性.（1）遗传多样性遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义的遗传多样性是指地球上的所有生物携带的遗传信息的总合；狭义的遗传多样性主要指种内不同群体之间或一个群体内不同个体的遗传变异的总和.遗传信息储存在染色体和细胞器基因组成的DNA序列中，虽然生物都能准确的复制自己的遗传物质DNA，将自己的遗传信息一代一代的遗传下去，保持遗传性状的稳定性，但是有许多因素影响DNA复制的准确性.可能引起的变化是多种多样的，从而导致不同程度的遗传变异.种内的多样性是物种以上各水平多样性的重要来源，而且种内多样性是一个物种对人为干扰进行成功反应的决定因素.遗传多样性的测度是比较复杂的，主要包括四个方面：形态多样性、染色体多样性、蛋白质多态性和DNA多态性。染色体多样性主要从染色体数目、组型及其减数分裂时的行为等方面进行研究。蛋白质多态性一般通过两种途径分析，一是氨基酸序列分析，一是同工酶或等位酶电泳分析。DNA多态性主要通过PCR,RFLP,PAPD,AFLP及DNA指纹等技术进行分析。此外，还可以用数量遗传学方法对某一物种的遗传多样性进行研究。（2）物种多样性物种是生物进化链索上的基本环节，由占有一定空间的、具有实际或潜在繁殖力的种群(或居群)所组成，而且与该种群的其它群体在生殖上隔离，物种多样性是生物多样性在物种水平上的表现形式。物种多样性包括以下几种含义：(1)特定地理区域的物种多样性，是在一定区域范围内研究物种多样性；(2)特定群落及生态系统单元的物种多样性，是从生态学角度对群落的结构水平进行研究，强调物种多样性的生态学意义；(3)一定进化时段或进化支系的物种多样性，从生物演化角度看，物种多样性随时间推移呈现特殊的变化规律，不仅生物物种本身以及物种的集合(分类单元)有起源、发展、退缩和消亡的过程，就是物种多样性整体也有自己特定的演化规律我国是世界上物种多样性最丰富的国家之一，有353科、3184属、27000余种高等植物，脊椎动物6347种，分别占世界总数的10%和14%.物种多样性的测度主要有以下几种：(1)物种丰富度：指一个区域内所有物种数目或某些特定类群的物种数目；(2)单位面积物种数目或物种密度：有时从物种一面积关系考虑把物种数目和区域面积取对数求比值；(3)特有物种的比例：指在一定区域内特有物种与物种总数的比值；(4)物种多样性的区系成份分析：对研究地区的生物物种，分析其生态地理和生物地理成份，从发生地点与时间角度区分不同组成类别，用定量化的方法对物种多样性的组成进行分析.物种多样性的现状、形成、演化及维持机制等是物种多样性的主要研究内容.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的保护与持续利用等都是物种多样性研究的课题.现代科学研究表明，多种多样的物种是生态系统不可缺少的组成部分.生态系统中生物之间、生物与非生物之间的物质循环、能量流动、信息传递等有着相互依赖、相互制约的辨证关系.（3）生态系统多样性生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化及生态系统内生境差异、生态过程变化的多样性.生境主要是指构成生态系统要素之一的无机环境，包括地形、地貌、气候、土壤及水文等，生境多样性是生物群落多样性甚至是整个生物多样性形成的基本条件；生物群落多样性主要指群落的组成、结构和动态方面的多样化；生态过程主要指生态系统的组成、结构和功能随时间的变化以及生态系统的生物组份之间及其与环境之间的相互作用或相互关系，这是生物多样性研究中非常重要的方面.按照全球性的区域划分，生态系统可分为陆地生态系统、海洋生态系统和淡水生态系统.陆地生态系统又可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、高山高原生态系统、岛屿生态系统、陆地水生生态系统、湿地生态系统.海洋生态系统和淡水生态系统也可分为若干类型.生态系统多样性的测度有以下几种：(1)α-多样性，即物种的丰富度，指的是一定样区内的物种数目；(2)β-多样性，用来描述物种组成随环境梯度改变的程度，它与α多样性一起构成了群落或生态系统总体多样性或一定地段的生物异质性；(3)γ一多样性，它适用于更大的地理尺度，被定义为“在不同地点的同一类型生境中，物种的组成随地理区域的延伸而改变的程度”。（4）景观多样性景观是空间镶嵌出现和紧密联系的生态系统的组合，在更大尺度上的区域中，景观是互不重复且对比性强的基本结构单元。景观多样性是指景观在结构、功能及其时间变化方面的多样性，它揭示了景观的复杂性，是对景观水平生物组成多样化程度的表征。景观多样性可区分为景观类型多样性、斑块多样性和格局多样性。①类型多样性类型多样性是指景观中类型的丰富度和复杂性。类型多样性多考虑景观中不同的景观类型(如农田、森林、草地等)的数目的多少及它们所占面积的比例。类型多样性的测度指标包括类型的多样性指数、优势度、丰富度等。②斑块多样性斑块多样性是指景观中斑块(广义的斑块包括斑块、廊道和基质)的数量、大小和斑块形状的多样性和复杂性。斑块多样性的测度指标包括景观中的斑块数目、面积、形状破碎度、分维指数等.③格局多样性格局多样性是指景观类型空间分布的多样性及各类型之间以及斑块与斑块之间的空间关系与功能关系。格局多样性考虑不同景观类型的空间分布、同一类型间的连接度与连通性、相邻斑块间的聚集与分散程度。格局多样性的测度指标包括聚集度、连接度、连通性、修改的分维指数等.不同层次的生物多样性是相互联系、密不可分的，上一级水平的生物多样性是由下一级生命实体的不同组合方式形成的。由遗传多样性导致物种多样性，而物种不同形式的组合则决定了生物群落、生态系统乃至景观的多样性。在所有层次的生物多样性中，物种多样性是最基本的，这不仅在于物种个体是承载各种生命现象的有机单位，而且在从微观到宏观的多样性带谱中，物种是承前启后的关键环节。3．2．2生物多样性的价值和作用生物多样性的价值和作用可分为直接利用价值、生态价值、科学价值和美学价值四大类。生物多样性的直接利用价值指生物资源可供人类消费的作用，如作为食物、燃料、建材等。目前人们仅仅利用了生物界的一部分，许多野生动植物还有待驯化，以培育新的作物、家畜；许多野生乔木还可以筛选出速生树种。例如，中国云南西双版纳生长着一种叫铁刀木的速生树，当地居民间隔一定时间砍取铁刀木的枝条作为燃料，留下树干发枝，解决了当地的能源问题，持续利用了生物资源。又如，中国的传统中药材多为野生动物、植物。中国著名植物学家蔡希陶教授等曾发现了抗癌植物——云南美登木。可以预言，人们将不断发现许多野生动植物的新的使用价值。生物的生态价值指的是其维持生物圈的功能。绿色植物通过光合作用放出O2、吸入CO2，维持了大气成分的相对稳定。土壤中的分解者——真菌、微生物和土壤动物分解了死去的植物和动物，清除了有机垃圾，是生物圈物质循环中不可缺少的一环。森林和草地截留降水，保持了水土。因此，生物多样性的生态价值常常是难以定量估计的。现有的生物多样性包含着丰富的信息，具有科学研究的价值。例如，经过20年的定位研究，契尔法斯（Cherfas，1991）发现荷兰森林中的真菌数量下降了，不但食用菌数量下降，其他真菌也减少了。德国的研究也发现了类似的现象。在森林中，蘑菇与树木共生，土壤真菌促进了植物抗草食动物啃食和抗低温的能力，增强了植物吸收养分的能力。为什么这些真菌会消失呢？人们尚无确切的答案，这可能与空气污染有关。森林真菌的消失，可能是树木大量死亡的前兆。因此，科学家正在研究扭转这一趋势的措施。生物多样性的美学价值是其环境功效的一部分。近年来全球兴起了生态旅游热，据估计，全球生态旅游业的产值达120亿美元。人类是自然的一部分，生命的每种形式是独特的，不管它对人类的价值如何，都值得受到尊重。并且，来自自然的持久利益取决于必需的生态过程和生命支持系统的维持，也取决于生命形式的多样性。保护生物多样性的伦理基础必须与生态学原理相一致，物种和生态系统存在的理由可能比简单地满足当代消费者的经济愿望更为重要，当某一物种基因库是由于当代人为最大限度地满足个人利益而趋向灭绝时，所有的子孙后代都将为其付出代价。3．2．3生物多样性的评价指标3．2．3．1生物多样性的数量特征（1）物种的丰度和多度①丰度物种的丰度(丰富度)，是植物群落种物种的数量。植物群落中物种数目的多少直接影响到生物多样性和生态系统的功能。一般来讲，植物物种的数量越多，生态系统越稳定。但是，是不是越多越好？生态系统是由阈值的，超过阈值后，增加更多的物种，在生产力、稳定性以及其他方面可能的回报是很少的。②多度物种的多度，是植物群落种生物中间个体数量对比关系。每个物种在生态系统中的多度是不同的。有优势种、常见而数量不多的种、数量很少的种等。他们在生态系统中的作用是不同的，多度大的物种在生物量、生产力、羊粪、水分等的循环中占有较大的比重。（2）密度、盖度和频度①密度密度：单位面积上某种植物个体的数目。用公式：D=N/A(其中，D—密度；N—样地内某种植物的个体数；A—样地面积)。相对密度：样地内某种植物个体数目与全部植物个体数目的比值。用来反映群落内各种植物个体数目之间的比例关系。用公式：RD=某种植物的个体数/全部植物的个体数×100%密度比：以密度最大的职务的数目为100而计算其余物种数量的百分数。用公式：Dr=100ni/n(其中，n—密度最大的种的数量；ni—第i种植物个体数量)②盖度盖度：是群落中各种植物遮盖地面的百分率。投影盖度：是某种植物在一定的土壤面积上投影覆盖面积的比例。基盖度：是一定面积上某种或全部植物的基径或胸径面积和占该土地面积的百分率。投影盖度往往随季节变化而变化，基盖度一般比较稳定。③频度频度：是群落中某种植物在样方中出现的百分率。反映某种植物在某一段区域的分布性质。用公式：F=某一种出现的样方数/样方总数×100%（3）物种的体积和生物量物种的体积和生物量是描述群落种植物种群的数量指标，是标志植物物种所积累的有机物质数量的具体指标。①体积：乔木的体积用公式：V=G×h×f(G—胸高断面积；h—树高；f—形数，即树干体积于胸高的圆柱体体积之比)。草本植物体积：将单位面积植物个体浸入带刻度盛有水的量杯中，根据排水量测得植物的体积。②生物量：植物体的鲜重和干重。一个具有高生物量的植物物种，能降低系统内水分的流失和增加土壤持水力。从理论上讲，一定的面积内生物量越高，就可能有更多的物种。（4）关键种、优势种和冗余种①关键种（建群种）：在维护生物多样性和稳定生态系统稳定性方面起重要作用的物种，如果他们削弱或消失，整个生态系统就可能要发生根本性的变化。②优势种：植物群落中对其他物种发生控制作用的物种。他们占有竞争优势，从而排除别的物种。③冗余种：植物群落中有些种的去除不会引起生态系统内其他物种的丢失，对整个群落和生态系统的结构和功能不会造成太大的影响。这样的种叫冗余种。3．2．3．2生物多样性的测度（p73）3．2．4生物多样性保护3．2．4．1世界生物多样性现状世界上究竟有多少物种?这个问题至今也没能得到准确的答案,不同的学者可能有不同的结论.一般认为,被科学上描述过的物种约有140万种.但是全球生物多样性丧失的速度更加惊人.下面具体从遗传多样性的丧失、物种多样性的丧失和生态系统多样性的丧失三方面加以说明.(1)遗传多样性的丧失:当前,全球大约492个遗传上显著不同的乔木种群受到威胁.自20世纪50年代以来,绿色革命中出现的玉米、小麦、水稻和其他农作物品种的传播很快排挤了本地品种,印度尼西亚1500个当地水稻品种在过去15年里消失.这种遗传多样性丧失造成农业生产系统抵抗力下降.(2)物种多样性的丧失:从1992至2002年,灭绝生物800个物种,平均每年80个物种.不少人预测:如果目前的趋势继续下去,至2050年,地球将有四分之一的物种陷入灭绝的境地.并且随着人口的增长,与我们共享这个地球的物种数量越来越少.随着越来越多的物种消失,地方性生态系统开始崩溃,达到某种程度时,我们将面临大规模的生态系统崩溃,从而威胁到人类本身的幸福和生存.(3)生态系统多样性的丧失:就生态系统而言,最大规模的物种灭绝发生在包含全球物种50%以上的热带森林.有人估计,在1990至2020年间,由于热带森林的砍伐所引起的物种灭绝,可能导致世界5%~15%的物种消失。3．2．4．2中国生物多样性的一般特点中国是地球上生物多样性最丰富的国家之一。中国的生物多样性概括起来有下列特点:(1)物种高度丰富中国有高等植物30000余种，仅次于世界高等植物最丰富的巴西和哥伦比亚，占世界第三位。苔藓植物2200种，占世界总种数的9.7%，隶属106科，占世界科数的70%；蕨类植物52科，约2200—2600种，分别占世界科数的80%和种数的22%：裸子植物全世界共15科，79属，约850种，中国就有10科，34属，约250种是世界上裸子植物最多的国家;被子植物约有328科，3123属，30000多种，分别占世界科，属，种数的75%，30%和10%。中国的动物也很丰富，脊椎动物共有6347种，占世界总种数（45417）的13.97%。中国是世界上鸟类种类最多的国家之一，共有鸟类1244种，占世界总种数的13.1%；中国有鱼类3862种，占世界总种数（19056种）的20.3%。包括昆虫在内的无脊椎动物，低等植物和真菌，细菌，放线菌，其种类更为繁多。目前尚难做出确切地估计，因大部分种类迄今尚未被认识。(2)特有属，种繁多辽阔的国土，古老的地质历史，多样的地貌，气候和土壤条件，形成夫在多样的生境，加之第四纪冰川的影响不大，这些都为特有属，种的发展和保存创造了条件，致使目前在中国境内存在大量的古老孑遗的（古特有属种）和新产生的（新特有种）特有种类。前者犹为人们所注意