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第三届现代生态学讲座暨国际学术研讨会

第三届现代生态学讲座暨国际学术研讨会

  • 召开年：2005
  • 召开地：北京
  • 出版时间： 2005-06-01

主办单位：国家自然科学基金委员会

会议文集：第三届现代生态学讲座暨国际学术研讨会论文集

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  • 摘要：近来生物多样性中性理论的发展激起了人们进一步研究宏观生态格局的兴趣,虽然该理论仍有待完善,但它提供了一种简单且基于生物学机制的中性假设,可作为生态位理论的一种替代理论去解释自然生态系统中的生物多样性格局形成问题。作为一种无效模型,中性理论提供了一种有效途径去测定与自然选择关联的生态过程(生态位理论)是否参与多样性格局的构造过程。本章是在我们近期发表的一篇论文的基础上,评价中性理论在宏观生态与群体遗传概念上的联系。由于迁移,新物种形成及生态漂变是形成中性和自然群落的驱动力。作者用中性理论解释了三种主要多样性格局的形成问题:物种在集合和地方群落中的丰富度分布,种-面积关系及beta多样性。我们同时还概括了中性理论取得研究进展的两个方面:一是中性理论测定方法,另一个是扩展现有的中性假设以便包含与实际更贴近的过程。许多实际研究显示群落系统的维持可源于自然选择,很少有生态系统是完全由自然选择或纯生态漂变来控制的。未来生态学家面临的挑战就是把中性理论和生态位理论结合起来作为一种广义的生态过程去解释生物多样性格局形成的机制。
  • 摘要：太阳光是绿色植物的能源。绿色植物通过光合作用把太阳光能转变成化学能储存到植物体内,太阳能由此进入生物圈并驱动其他生物地球化学过程。在自然条件下,植物的光环境在时空上变化很大,这些变化或者说光环境的时空异质性从叶片到生态系统水平都是影响光合作用的主要因子。本文介绍了近30年来有关植物光环境异质性研究的主要进展,其内容包括植物冠窗(如林窗、草隙)引起的植物群落内光环境的空间变化、阳斑--从植冠空隙透过的光斑的时空动态以及叶片内部光环境的不均一分布等。同时,本文以光合作用为主轴,综述了植物在群落、个体、器官、细胞和分子水平上对光环境时空变动的适应、驯化和响应。
  • 摘要：土地荒漠化表征环境演变过程、土地荒漠化与尺度和格局高度关联。本文对尺度、格局与荒漠化过程关系的研究进展进行了综述,以促进荒漠化研究的完善。受需要和兴趣驱动下的单尺度研究在过去相当长时段居主导地位。随着干扰生态学和景观生态学的发展,荒漠化研究开始步入多尺度或跨尺度研究的新阶段,研究范式正在向按等级思想分析尺度和格局与过程关系研究过渡,这一新范式将给荒漠化研究带来如下助益:[1]揭示荒漠化过程中的各种生物和自然物理过程的尺度和格局背景,阐述各种过程在不同尺度和格局下的相互作用,针对不同地区、不同尺度的不同过程建立适合的模型;[2]量化与荒漠化相关的各种过程,并界定它们的临界阈;[3]完善荒漠化评价指征体系,限定指标体系的尺度和格局背景。
  • 摘要：生态系统服务是生态学研究的热点问题。本文首先从概念、分类、价值评估理论、评估案例等方面总结了目前国内外生态系统服务的研究现状。然后评述目前生态系统服务研究的局限性和存在的问题,其中包括:评估结果的准确性低、生态资产与生态系统服务的混淆、物理量评估方法的不确定性、价值量评估的不确定性以及生态系统功能与服务的复杂性。最后,文章展望今后生态系统服务的研究课题:生态系统服务与生态系统结构同生态过程的关联性和复杂关系的研究、人类干扰下生态系统服务的响应与反馈研究、生态系统服务变化对人类福利的影响研究、人类行为方式对生态系统服务的影响机制研究,以及不同生态系统类型的各种生态服务价值研究等方面。
  • 摘要：在全球多数地区由于人类科技的进步,经济发展,工商业发达和人口膨胀,土地过度开发,因应各项工业和民生需求,淡水生态系统遭受严重冲击与威胁,加以国际间往来日益频繁,各种动植物在人类有意或无意间忽略下随之入侵,对淡水生态环境造成巨大的负面影响。其中对其影响最大的包括外来生物的入侵。外来生物在其入侵的生态系统中,缺少可以控制其繁衍的天敌,无从产生自然的制约力量。所以外来的生物一经侵入之后,往往可以成功地快速繁衍,且凭恃其快速的繁衍力,严重影响或抑制本地植物族群的生长,进而取代本地植物种群。又由于外来生物在入侵的生态系统中,往往是该生态系统中最主要的生产者,所以外来生物凭其在该生态系统中的生产者角色,不仅可以影响其生态系统中的消费者或分解者的组成和数量,更进一步影响整个生态系统的功能与架构,例如,化学物质的循环与再利用和能量的转移。而且,外来生物的入侵不仅会影响其所入侵的生态系统,当其成功繁衍之后,也会因为造成对本地植物族群的伤害,而对人类食物安全产生直接侵害,进而引发许多隐性或显性的人类疾病,影响人类健康,更可能进一步直接或间接地造成全球局部性,甚至是全球性的经济损失,抑制国际经济的健康发展,也因此而阻碍贫穷问题的舒缓。许多经济学家和政策制定者,都已认识到外来生物的入侵不仅已经严重地损害国际经济,而且其所造成的损害正在持续增加当中,如再不提出有效的防治之道,将成为21世纪生态环境和人类经济民生的浩劫。想要解决外来生物入侵的问题,除了全球共同合作一起努力来预防并适时阻止外来生物的传播外,更需要研定出一个有效的管理与控制的方法。
  • 摘要：生物多样性是人类赖以生存和发展的基础,具有巨大的商品和公益价值。据联合国预测,到2050年地球上的人口将达到90亿。据气候变化政府间委员会(IPCC)预测届时的气温将升高1~2℃,大气C0,体积分数升高100×10<'-6>~200×10<'-6>。考虑到生境变化、野生资源的过度利用和外来种的影响将继续施加重大影响,则至2050年将发生大量的物种灭绝和原始生境的减少。Pauly等根据大量的资料对海洋渔业的发展态势的预测显示海洋渔业正向深海发展,对生物多样性造成严重影响。渔获物从20世纪80年代后期的每年8000~8500万吨,以每年50万吨的速度下降。渔获物下降的态势由于燃料价格上扬而加剧。目前东南亚46﹪的森林遭到破坏,到2100年,东南亚74﹪的森林将被破坏。根据经验模型,到下世纪,该地区13﹪~42﹪的生物多样性将面临灭绝,将占全球灭绝生物的一半。由于投入的人力和财力的限制以及政策等方面存在的问题,生物多样性丧失的态势并没有从根本上得到遏制。从保护的效率上考虑,保护行动应有明确的目标或重点的对象(地区或类群等)。自然保护国际(conservation nternational)一直倡导的热点地区(hotspots)途径受到国际社会的重视。保护国际于2005年重新修改了世界热点地区方案,热点地区增加到34个(http://www.biodiversityhotspots.org/),占陆地总面积的2.3﹪,而其分布着全球50﹪的植物物种和42﹪的脊椎动物物种(鱼类除外),其原始植被至少有70﹪已丧失。世界自然基金会(WWF)的生态区为基础的保护途径,提出全球200个重要生态区方案。美国大自然保护协会(The Nature Conservancy)倡导的系统保护方法(conservation by design)也是生物多样性保护规划中使用的方法。中国的生物多样性特别丰富,但面临的威胁也十分严重。中国政府在保护生物多样性方面做了大量工作,也开展了大量的研究,取得了明显的进展。近期的努力目标是实现《生物多样性公约》缔约方大会提出的2010年目标,即"明显遏制生物多样性锐减的态势"。
  • 摘要：景观生态学的新理论、新概念、新方法层出不穷,为大尺度和多尺度生态学研究、自然资源管理和生物保护作出了重要贡献。景观生态学的最大贡献在于它为生态学的理论发展和实际应用提供了新的空间思维方法和研究途径。然而,景观生态学的进一步发展和完善需要我们不断地对其核心理论、概念、方法进行反思,存优去纰,不断创新。景观生态学的一个核心研究方法是空间分析,旨在建立生态过程与景观格局之间的关系,从而为景观预测、管理和监测提供必需的方法和手段。在此,我们将以空间格局分析为焦点,对其理论基础作较为系统的讨论,并对其在应用中所面临的重要挑战及存在的问题作一扼要的阐述。我们认为,空间格局分析的有效应用必须有理论指导,同时要求景观生态学学者对所使用方法的假设、用途及局限性有详尽的了解。现代科学以理论和方法的多元性为特征,这就要求科学家知识广博、精益求精。学术严谨性对年轻科学领域的发展尤其重要。因此,我们还将列举几种与景观生态学研究方法论有关的具体问题,与大家商榷,以促进我国景观生态学长足而健康的发展。
  • 摘要：生态系统生态学是生态学的一个重要分支学科,也是代表生态学发展新阶段特征的最为活跃的研究领域。对生态系统的结构与功能、格局与过程的综合研究,既是地球科学、资源与环境科学研究的重要组成部分,又是社会经济发展宏观管理的科学基础。本文首先简述了生态系统生态学的发展历程,继而从生态学发展的新目标、生态信息获取的新方法、生态系统格局与过程研究的新思路和新方法、生态系统生态学研究的主要热点问题几个方面分析了生态系统生态学发展的趋势和特征,重点综述了全球变化与生态系统碳循环研究、长期网络化的生态系统观测与试验研究的进展,最后还概述了国际生态系统长期联网观测与试验研究,以及中国生态系统观测研究网络的形成过程与发展思路。
  • 摘要：各个植物器官中,我们对根系的了解最少。根系生存的土壤环境导致采样困难。生活在土壤中的根系不断与周围土壤发生物理、化学和生物作用,很难直接观察它们的生理生态活动,使得有关根系的知识十分有限。以至于今天我们仍要面对如根系的结构和功能这类基本问题。然而,也正是关于根系知识的有限,使根系研究成为一个充满挑战的领域。我们不仅要在数据不足的条件下提出富有创新性的理论,还要像工程师那样设计出研究根系的巧妙方法。根系结构和功能的研究长期以来一直缺乏一个系统的采样和分析的方法,研究者只是简单地把根系按单一直径(1~2mm或5mm)划分为粗根和细根两部分。这种划分有其合理性,因为粗根的主要功能是运输水分、养分和支撑地上部分,而细根则主要负责养分和水分的吸收。然而这种划分忽略了粗根或细根内部所包含的个体根在结构和功能上的差异。近十年来对根系结构、尤其是根系构型的深入研究使基于直径的二分法陷入困境。如果把根系用河流那样的分形系统来定义,我们发现树木根系是由不同分枝等级的个体根组成的高度有序的集合体。随分枝等级的变化,根系在结构和功能上表现出极大的规律性。此外,不同分枝等级个体根的数量、直径、长度、比根长、表面积、氮含量、呼吸速率等呈现巨大差异,这些差异的存在推翻了过去认为细根在结构功能上基本相似的假设。个体根在结构和功能上的巨大差异迫使我们对细根周转的定义和周转速率的计算方法作出修正。细根周转有多种定义,每一种定义和一个特定的测定周转速率方法相联系。两种目前认为最可靠的方法是微根管法和碳同位素法。在微根管的研究中,细根周转速率常被定义为中值寿命的倒数,这种方法测得的细根周转速率约为一年一次。而在碳同位素法中,周转率被定义为混合细根样品的平均寿命的倒数。这种方法测得的细根周转速率为3~20年一次。由于不同分枝等级根的平均寿命不同,每一分枝等级中的个体根的数量又随分枝等级的降低而以指数方式增加(在这里,最小最短的根尖被定义为一级根),因此细根是由大量寿命短的低级根和少量寿命长的高级根组成,细根中所有个体根寿命的频数分布严重右偏。这使得微根管法测得的细根中值寿命要比平均寿命小,因而对细根周转速率估计偏高。碳同位素法中所用的混合细根样品中大部分的生物量是由寿命较长、直径较粗的高级根组成,使得这些样品的平均寿命的测值偏高,导致碳同位素法对细根周转速率的估计偏低。新的细根周转的定义和计算方法必须对个体细根在生物量和寿命上的差异给予足够重视,才能使细根周转的测值更接近真实值。根系尤其是细根中的异质性也给根的分解研究带来许多困难。通常所指的细根(<2mm)可能包括许多寿命很长的根,这些根对根系的周转和分解的贡献很小,因此不应被包括在细根分解和地下系统碳和养分循环的研究中。但目前还缺乏一个合理的细根的定义,只有在深入认识不同环境条件、生态系统类型和植物种类的不同直径和分枝等级的根的寿命和化学成分的基础上,才能准确估计根系通过周转和分解向土壤系统输送的养分总量。目前,这方面的研究不论在国内还是国际上都很缺乏,但它们是准确预测全球环境变化对地下生态系统物质循环影响的必由之路。
  • 摘要：昆虫对低温的适应程度--即抗寒性的强弱在它们的生殖、扩散、分布及种群发生动态中起着至关重要的作用。昆虫在长期的进化中形成了多种多样的抗寒策略。世界性分布的飞蝗、热带起源的斑潜蝇和温带分布的草原蝗虫的抗寒性特点明显不同,同时也反映在各自不同的生活史对策以适应环境条件的变化。以上三类昆虫在抗寒性策略上都属于不耐结冰型,但在耐寒性特征的表现有明显差别。飞蝗分布广泛,所经历的环境条件跨越很大,其耐寒性也发生极显著的变化,高纬度地区卵的耐寒性显著高于低纬度地区,纬度居中的地区卵的耐寒性也居中,说明不同种群已经适应当地的气候条件而形成耐寒性不同的生态群。热带起源的昆虫具有有限的耐寒能力,存在较明显的自然越冬北界,其向更北区域的扩散依赖于环境条件的改善。草原蝗虫起源于温带北部,其本身的扩散能力较弱,具备了最强的耐寒能力,并且发展了滞育特性来调节个体的发育进程,在生活史对策上一年一代,具有严格的发生时间,形成了严格的年度发生序列。对耐寒性的最好理解与评价是将其生活史中的各方面联系起来,在地理区域、季节的时序性及控制,以及生理水平的水分平衡、能量代谢等多方面,考察对生活史有影响的因素是如何与抗寒的需求统一起来。
  • 摘要：自20世纪70年代以来,在世界环境科学领域,特别是生态学领域,发生了深刻的转变。众多研究环境危机的学科应运而生,促进了现代生态学的崛起与发展,也给生态学家带来了前所未有的挑战与机遇。泛义的生物入侵指由非本地或本地受抑制物种取代本地的或原有的物种,改变原有生态系统的结构、功能和效益,减少物种多样性,给本地生态系统带来生态和经济上的损失的现象。目前的生物入侵研究集中于外来引进物种。入侵生物学是一门与21世纪同步的生态学科,发展迅速。其突出特点是多学科结合,着眼于入侵生物的预测、防止、根除、管理和利用。入侵生物学与保护生物学、全球变化生态学、恢复生态学等紧密相关,平行发展。生物入侵的跨区域和全球性促使全球生态学家的密切合作,采用"比较研究"的手段来研究生物入侵,即比较入侵生物的生活史、生态环境、遗传结构等方面,在其原产地与入侵地之间的差异,追踪入侵生物的扩展路线与途径,进而弄清入侵机制,找出有效的控制、管理、根除方法。此外,比较入侵物种与入侵地的同属异种植物的差异也是行之有效的方法。也有研究者提出用与入侵种同属异种的本地种来治理入侵种。入侵生物学目前主要的研究目标与成果可归纳为如下的5个方面:[1]发展先进的预测模型与手段;[2]制定各种政策防止进入;[3]有效地管理使其早期根除或维持在最低水平;[4]弄清入侵机制;[5]揭示入侵对生态系统的效应。本文着重介绍后三方面,即有效管理、入侵机制及入侵效应的研究进展。利用生物控制来根除或管理入侵生物已有100年历史。近期在某些地区,如在南非对某些入侵种的控制已取得较好的效果;对于某些物种如喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的研究取得了明显进展。同时,也有日益增加的对生物控制和天敌引进等手段的质疑与争论。主要基于引进天敌对非控制种的危害及扩散到其他地区的危害。因此,引进天敌一定要慎重,要仔细筛选,最好是作为迫不得已的最后一种对策。使用入侵生物来治理入侵生物,是生物入侵治理的另一重要发展。一些资深生态学家提出"入侵植物既是生态恢复的障碍,也是解决问题的办法"、"给外来植物在生态系统恢复中的作用留有余地"等。如用生物工程技术来培育不育品种,阻止某些可利用的园林、花卉和观赏入侵植物的进一步扩散。利用入侵软水草(Hydrilla verticillata)降低农业用水的营养元素含量等。在某些被严重干扰的生态系统,用入侵植物暂时代替被替代种发挥生态功能,一味地反对使用入侵植物。入侵机制的研究取得较大进展,各种假说纷纷而起,并且有较强的针对性,即为预测和根除入侵生物提供依据。其中,最值得一提的是"天敌释放"假说和"新式武器"假说。它们都着眼于原产地生境与入侵生境的地下生物环境,强调地下微生物、寄生虫、病毒天敌和植物分泌的化学物质等对某些入侵生物的作用。本文对此给出了较详细介绍。最后,我们还将给出中国入侵生物学研究的重点与方向建议。
  • 摘要：恢复生态学是一门非常年轻且动态强的学科。它的观念和理论框架在过去的二十几年里经历了非常快的发展与变化--从静态的、单稳定态的、基于生态系统结构的,着重于单个生态系统的观念演化到动态的、多稳态的、以生态过程为中心的,着重于生态系统的景观背景与功能的观念。恢复生态学的发展吸收了许多当今生态学的主要理论,它的研究与实践同时也催生了新的理论进展及指导原则。主要基于北美恢复生态学的研究与实践,本文讨论了恢复生态学在近几十年中的一些主要的观念演变和理论进展,以及当今恢复生态学中的一些重要研究议题。包括:组合规则和恢复生态系统的组织;生态系统退化与恢复的阈值和非线性特征;正反馈机制的认识与利用;空间异质性与恢复生态系统的发育;环境的随机性和长期变化与生态恢复的设计与评价;生态恢复的整体生态系统实验研究与前瞻性研究。
  • 摘要：景观遗传学是景观生态学和种群遗传学相结合而形成的一个新兴研究领域。其核心问题是:景观空间异质性如何影响种群的空间遗传结构以及种群的命运。景观遗传学从发现空间遗传格局入手,将这种格局与景观环境特征进行相关性分析,以达到理解两者之间相互关系的目的。由于繁殖体扩散的局限性而导致的种群遗传结构的距离隔离格局是分析空间遗传格局产生的时空过程的一个基本格局。很多研究表明,景观格局对遗传变异的空间分布具有重要作用。人类活动、自然干扰导致的景观格局改变,如生境破碎化,亦影响着空间遗传格局,对物种进化产生影响。本文将介绍景观遗传学的基本概念和研究方法,同时对一些常见的种群空间遗传格局和研究热点进行总结,旨在抛砖引玉,促进景观遗传学研究在中国的迅速发展。
  • 摘要：稳定同位素标记技术是生态系统生态学研究中的一种新手段。本文对稳定同位素的基本概念、重要术语、原理、分析方法作了介绍,并综述了近年来稳定同位素标记技术在生态系统生态学研究中的进展。在生态系统试验中添加重稳定同位素(例如<'13>C或<'15>N),生态学家能够追踪生源元素的来源、去向、过程并分析其对食物网和生态系统的贡献。通过同位素标记技术获得的信息往往是常规技术不能提供的,有时是全新的。这就扩充了人类对生态系统结构、能量流动、物质循环和对人类干扰响应的认识。为保护和恢复受损害的生态系统提供新的依据。最后,本文还讨论了稳定同位素标记技术在生态系统生态学研究中的应用前景。
  • 摘要：代谢。CH<,4>排放的自然源主要有湿地、地质排放和蚁类;人工源包括化石能源燃烧、反刍动物、水稻田、填埋场和生物量燃烧。大气CH<,4>汇主要有大气光化学反应和土壤CH<,4>氧化。湿地是CH<,4>排放的强势源,森林土壤是CH<,4>氧化的强势汇。NH<,4><'+>对土壤CH<,4>氧化存在普遍性的抑制作用。许多环境和生物因素影响"地-气"间的CH<,4>循环。植被和土壤生物对CH<,4>循环的作用应引起关注。本文还讨论了同位素和分子生物学技术在CH<,4>循环研究中的应用,未来研究的重点应放在人类活动与CH<,4>循环的相互关系上。">甲烷(CH<,4>)是重要的温室气体,在全球变暖中起着重要作用。自1750年工业革命以来,大气CH<,4>浓度增加150﹪,在1998年达到1745nL·L<'-1>。大气中CH<,4>浓度的升高主要是快速增加的人类活动所致。本文综述陆地生态系统CH<,4>循环的基本情况。陆地生态系统CH<,4>循环可解释为:[1]宏观尺度的CH<,4>源与汇的收支关系;[2]微观尺度的"植物-土壤-大气"系统的CH<,4>代谢。CH<,4>排放的自然源主要有湿地、地质排放和蚁类;人工源包括化石能源燃烧、反刍动物、水稻田、填埋场和生物量燃烧。大气CH<,4>汇主要有大气光化学反应和土壤CH<,4>氧化。湿地是CH<,4>排放的强势源,森林土壤是CH<,4>氧化的强势汇。NH<,4><'+>对土壤CH<,4>氧化存在普遍性的抑制作用。许多环境和生物因素影响"地-气"间的CH<,4>循环。植被和土壤生物对CH<,4>循环的作用应引起关注。本文还讨论了同位素和分子生物学技术在CH<,4>循环研究中的应用,未来研究的重点应放在人类活动与CH<,4>循环的相互关系上。
  • 摘要：人类活动导致全球环境迅速变化,陆地生态系统对全球变化如大气CO<,2>浓度增加、氮沉降、地面增温和外来物种入侵作出响应。过去人们主要关注生态系统地上部分植物对全球变化的响应,而对地下部分植物的根和微生物了解较少。植物根系是土壤生态系统的动力基础,根系通过资源竞争和化感作用等改变共存植物的关系,从而影响到植物群落的结构和功能。土壤具有丰富的生物类群,多样性的土壤生物通过调节植物养分的有效性、改变土壤结构和抑制病原物的活性等而影响生态系统的功能。本文综述了我们近年来在土壤系统对大气CO<,2>浓度增加、氮沉降、地面增温和外来物种入侵的响应等方面的研究结果;论述了土壤生物调节植物和生态系统对环境变化的反馈机制;阐述了全球变化对植物和微生物相互关系的作用效应,并提出通过试验研究以进一步了解陆地生态系统的结构和功能对全球变化响应的长期效应。
  • 摘要：本文全面综述和介绍动物对植物种子命运的影响,以及动物与植物种子之间复杂关系的研究进展,在此基础上提出一个动物-植物种子相互作用的捕食-互惠关系的新模型。种子植物自然更新的过程主要包括种子生产、种子扩散和幼苗建成三个阶段。大多数植物依赖动物扩散、贮藏其种子来实现更新。许多因素如种子特征、植被环境、同种或异种竞争、捕食风险等都会影响动物的取食、扩散、贮藏行为,进而影响种子的命运和植物的适合度。动物在取食和贮藏种子的同时,也促进了种子扩散和萌发,因此,动物与植物种子之间的关系是捕食与互惠并存的关系。植物种子需要权衡吸引与防御投入,而动物则需要权衡捕食与贮藏投入。有限重叠的弥散协同进化关系在植物种子与动物捕食关系和互惠关系中都可能存在,需要今后重点加以研究。

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