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保護(hù)生物學(xué) 讀者對(duì)象:保護(hù)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、普通生物學(xué)、野生動(dòng)植物保護(hù)與利用、森林培育學(xué)、森林保護(hù)學(xué)、園林學(xué)和水土保持等相關(guān)專業(yè)的本科生、碩士與博士研究生、相關(guān)教師和科研人員
《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:保護(hù)生物學(xué)》依據(jù)生命過(guò)程的基本層次結(jié)構(gòu),采用從分子到生物群落區(qū)的體系,介紹保護(hù)生物學(xué)的重要理論和方法。主要內(nèi)容包含了生物多樣性概念、遺傳多樣性保護(hù)、物種多樣性保護(hù)、種群生物學(xué)與保護(hù)、群落生態(tài)與保護(hù)、棲息地保護(hù)生物學(xué)、入侵生物學(xué)、生物種質(zhì)資源的保護(hù)、生理生態(tài)學(xué)、生物地理學(xué)、自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理和生物多樣性保護(hù)法規(guī)與政策等。《保護(hù)生物學(xué)》的特點(diǎn)是引入了分子進(jìn)化、生物入侵、生物種質(zhì)保存、生理生態(tài)和生物地理等最新科技成果,對(duì)于在校生系統(tǒng)學(xué)習(xí)保護(hù)生物學(xué)知識(shí)和科技人員都是一本重要的參考書(shū)。
《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:保護(hù)生物學(xué)》可供保護(hù)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、普通生物學(xué)、野生動(dòng)植物保護(hù)與利用、森林培育學(xué)、森林保護(hù)學(xué)、園林學(xué)和水土保持等相關(guān)專業(yè)的本科生、碩士與博士研究生、相關(guān)教師和科研人員使用和參考。 更多科學(xué)出版社服務(wù),請(qǐng)掃碼獲取。
《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:保護(hù)生物學(xué)》可供保護(hù)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、普通生物學(xué)、野生動(dòng)植物保護(hù)與利用、森林培育學(xué)、森林保護(hù)學(xué)、園林學(xué)和水土保持等相關(guān)專業(yè)的本科生、碩士與博士研究生、相關(guān)教師和科研人員使用和參考。
目錄
前言 第一章緒論 1 第一節(jié)自然保護(hù)與自然規(guī)律 1 一、自然保護(hù)的涵義 2 二、自然規(guī)律與滅絕漩渦 3 第二節(jié)保護(hù)生物學(xué) 4 一、保護(hù)生物學(xué)概念 4 二、保護(hù)生物學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 5 三、保護(hù)生物學(xué)的相關(guān)學(xué)科及其應(yīng)用 8 第三節(jié)保護(hù)生物學(xué)教學(xué) 9 一、課程內(nèi)容 9 二、學(xué)時(shí)分配與考核 10 小結(jié) 11 思考題 11 主要參考文獻(xiàn) 11 第二章生物多樣性 13 第一節(jié)生物多樣性及其現(xiàn)狀 13 一、生物多樣性概念 13 二、物種多樣性 14 三、遺傳多樣性 15 四、生態(tài)系統(tǒng)多樣性 16 五、景觀多樣性 18 六、中國(guó)的生物多樣性 20 第二節(jié)生物多樣性的價(jià)值 24 一、直接利用價(jià)值 25 二、間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值或生態(tài)價(jià)值(環(huán)境作用、生態(tài)服務(wù)) 27 三、存在與備擇價(jià)值 32 四、倫理價(jià)值 33 第三節(jié)威脅生物多樣性的因素 33 一、過(guò)度利用 34 二、生境喪失 37 三、生境破碎化 37 四、生境退化與污染 37 五、全球氣候變化 39 六、外來(lái)種入侵 41 七、疾病 41 第四節(jié)生物多樣性的保護(hù)策略及方法 42 一、生物多樣性的保護(hù)策略 42 二、生物多樣性的保護(hù)方法 42 小結(jié) 43 思考題 43 主要參考文獻(xiàn) 43 第三章遺傳多樣性保護(hù) 45 第一節(jié)生物保護(hù)與分子遺傳的關(guān)系 45 一、進(jìn)化論與分子遺傳的關(guān)系 45 二、遺傳多樣性和保護(hù) 48 第二節(jié)常用分子標(biāo)記技術(shù) 54 一、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 54 二、常用分子標(biāo)記 55 第三節(jié)分子保護(hù)生物學(xué)的應(yīng)用實(shí)例 60 一、分子系統(tǒng)學(xué)在保護(hù)中的應(yīng)用 61 二、野生種群的遺傳管理 64 三、遺傳問(wèn)題的診斷 65 四、圈養(yǎng)種群的遺傳管理 66 小結(jié) 71 思考題 72 主要參考文獻(xiàn) 72 第四章物種多樣性保護(hù) 75 第一節(jié)什么是物種 75 一、生物學(xué)物種概念與物種形成 75 二、生物學(xué)物種概念的產(chǎn)生和局限 77 三、其他物種概念 78 第二節(jié)地球上的生物種類 80 一、地球上曾經(jīng)有過(guò)多少物種 80 二、世界上有多少現(xiàn)存物種 81 三、物種豐富度最高的生態(tài)系統(tǒng) 82 四、世界上生物多樣性特別豐富的國(guó)家 82 五、全球物種特有性格局 83 六、全球物種多樣性的熱點(diǎn)地區(qū) 84 第三節(jié)物種多樣性保護(hù)等級(jí) 88 一、國(guó)際瀕危物種保護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 88 二、中國(guó)物種保護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 90 小結(jié) 90 思考題 90 主要參考文獻(xiàn) 90 第五章種群生物學(xué)與保護(hù) 92 第一節(jié)種群特征的多樣性保護(hù) 92 一、種群的概念 92 二、種群的基本特征 93 三、年齡結(jié)構(gòu)與多樣性保護(hù) 93 四、性比與多樣性保護(hù) 97 五、應(yīng)用實(shí)例:山楊、水曲柳種群密度與種群性比的關(guān)系 97 第二節(jié)物種生活史與生物多樣性保護(hù) 100 一、生活史對(duì)策 100 二、種子庫(kù)與生物多樣性保護(hù) 104 第三節(jié)種群遺傳學(xué)與生物多樣性保護(hù) 106 一、遺傳變異與種群數(shù)量 106 二、瓶頸與遺傳漂變基因多樣性的影響 107 三、小種群?jiǎn)栴} 110 四、新種群的建立 115 五、種群保護(hù)與監(jiān)測(cè) 116 小結(jié) 118 思考題 119 主要參考文獻(xiàn) 119 第六章群落生態(tài)與保護(hù) 121 第一節(jié)生物多樣性的概念與格局 121 一、從群落的角度理解生物多樣性概念 121 二、群落生物多樣性的格局 121 第二節(jié)群落物種多樣性的測(cè)度方法 127 一、物種豐富度指數(shù) 128 二、物種多度模型 129 三、多樣性指數(shù) 130 四、β和多樣性指數(shù) 132 第三節(jié)群落結(jié)構(gòu)及其物種共存機(jī)制 134 一、物種結(jié)構(gòu) 134 二、物種共存機(jī)制 137 第四節(jié)應(yīng)用實(shí)例:我國(guó)溫帶地帶性植被——闊葉紅松林保護(hù)與恢復(fù) 140 小結(jié) 141 思考題 141 主要參考文獻(xiàn) 141 第七章棲息地保護(hù) 143 第一節(jié)棲息地的概念和空間尺度 143 一、棲息地 143 二、棲息地選擇 152 三、中國(guó)野生動(dòng)植物棲息地保護(hù)總體布局和規(guī)劃分區(qū) 153 第二節(jié)棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià) 154 一、棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則 155 二、棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)要素 155 三、棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià) 156 第三節(jié)棲息地保護(hù)與修復(fù) 158 一、棲息地保護(hù)措施 158 二、破碎化棲息地修復(fù)目標(biāo) 159 三、破碎化棲息地修復(fù)措施 159 四、研究實(shí)例:大熊貓棲息地恢復(fù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立 160 小結(jié) 162 思考題 163 主要參考文獻(xiàn) 163 第八章入侵生物學(xué) 166 第一節(jié)外來(lái)種的概念和生物入侵過(guò)程 166 —、主要概念 166 二、生物人侵的過(guò)程 169 三、外來(lái)入侵種的引入途徑 170 四、生物人侵研究與生物多樣性保護(hù) 173 第二節(jié)生物人侵的影響 174 一、人侵種對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響 175 二、人侵生物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響 178 三、人侵種影響生態(tài)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估 179 第三節(jié)入侵種的防控 181 一、生物人侵的管理對(duì)策 182 二、生物入侵的管理思想 182 小結(jié) 191 思考題 191 主要參考文獻(xiàn) 192 第九章生物種質(zhì)資源的保護(hù) 194 第一節(jié)超低溫保存及其細(xì)胞學(xué)理論依據(jù) 194 一、超低溫保存及其意義 194 二、超低溫保存的細(xì)胞學(xué)理論依據(jù) 196 第二節(jié)超低溫保存的技術(shù)體系 196 一、冰凍方法 197 二、影響超低溫保存效果的主要因素 201 第三節(jié)超低溫保存后細(xì)胞活力及遺傳特性酸化 203 一、細(xì)胞活力、存活率 203 二、遺傳穩(wěn)定性 204 第四節(jié)超低溫保存技術(shù)的應(yīng)用 206 一、動(dòng)物種質(zhì)的保存 206 二、稀有瀕危植物種質(zhì)的超低溫保存 209 小結(jié) 210 思考題 211 主要參考文獻(xiàn) 211 第十章生理生態(tài)學(xué)在保護(hù)生物學(xué)中的 213 第一節(jié)植物生理代謝途徑的多樣性 213 一、光合作用的多樣性 213 二、呼吸作用的多樣性 215 三、水分生態(tài)類型的多樣性 216 四、礦質(zhì)養(yǎng)分獲取途徑的多樣性 217 第二節(jié)植物對(duì)自然環(huán)境脅迫的適應(yīng) 217 一、植物對(duì)輻射脅迫的適應(yīng) 218 二、植物對(duì)溫度脅迫的適應(yīng) 221 第三節(jié)生理生態(tài)學(xué)方法在保護(hù)生物學(xué)的應(yīng)用 231 一、珍稀瀕危植物瀕危的原因 231 二、植物生理生態(tài)學(xué)方法的應(yīng)用 231 三、激素監(jiān)測(cè)在保護(hù)生物學(xué)中的應(yīng)用 232 四、免疫球蛋白監(jiān)測(cè)在保護(hù)生物學(xué)中的應(yīng)用 233 五、應(yīng)用實(shí)例 233 小結(jié) 235 思考題 235 主要參考文獻(xiàn) 236 第十—章生物地理學(xué)在保護(hù)生物學(xué)中的應(yīng)用 238 第一節(jié)生物地理學(xué)的概念和理論 239 一、生物地理學(xué)的概念 239 二、生物地理學(xué)的理論 240 三、討論:中國(guó)為什么具有豐富的特有生物種 242 第二節(jié)地理阻限與物種保護(hù) 243 一、島嶼隔離 243 二、生境島隔離 251 第三節(jié)Meta-種群和Meta-群落理論 253 一、集合種群理論的提出及其意義 253 二、集合種群與島嶼生物地理學(xué) 253 三、集合種群理論與生物多樣性保護(hù) 255 小結(jié) 256 思考題 256 主要參考文獻(xiàn) 256 第十二章自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理 258 第一節(jié)自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃與建設(shè) 259 一、自然保護(hù)區(qū)選址 259 二、自然保護(hù)區(qū)大小的確定 262 三、自然保護(hù)區(qū)的功能區(qū)劃 264 四、生物廊道的應(yīng)用 265 五、集合種群理論與自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì) 266 第二節(jié)自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng) 267 一、自然保護(hù)區(qū)資源的利用 267 二、自然保護(hù)區(qū)生態(tài)旅游 270 第三節(jié)自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)管理 276 一、自然保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè) 276 二、自然保護(hù)區(qū)社區(qū)共管 280 三、自然保護(hù)區(qū)環(huán)境教育 283 四、自然保護(hù)區(qū)管理有效性評(píng)估 285 第四節(jié)自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理發(fā)展構(gòu)想 286 一、我國(guó)自然保護(hù)區(qū)管理面臨的挑戰(zhàn) 286 二、我國(guó)自然保護(hù)區(qū)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理發(fā)展方向 289 小結(jié) 292 思考題 293 主要參考文獻(xiàn) 293 第十三章生物多樣性保護(hù)法規(guī)與政策 295 第一節(jié)我國(guó)生物多樣性保護(hù)政策概況 296 一、我國(guó)生物多樣性保護(hù)政策的發(fā)展 296 二、我國(guó)生物多樣性保護(hù)政策現(xiàn)狀 297 三、我國(guó)參與的與生物多樣性相關(guān)的主要國(guó)際條約 298 第二節(jié)野生動(dòng)植物保護(hù)與自然保護(hù)區(qū)相關(guān)政策 301 一、我國(guó)有關(guān)野生動(dòng)植物保護(hù)的法規(guī)與政策 301 二、我國(guó)自然保護(hù)區(qū)立法 305 第三節(jié)我國(guó)生物多樣性保護(hù)政策實(shí)施成效與未來(lái)發(fā)展 307 一、我國(guó)生物多樣性保護(hù)政策實(shí)施成效 307 二、我國(guó)生物多樣性保護(hù)政策發(fā)展方向 309 小結(jié) 312 思考題 312 主要參考文獻(xiàn) 312
第一章 緒論
人法地,地法天,天法道,道法自然。――老子 我們要記住,人是自然之子,在總體上只能順應(yīng)自然,不能征服和支配自然,無(wú)論人類創(chuàng)造出怎樣偉大的文明,自然永遠(yuǎn)比人類偉大。――周國(guó)平,2011 自古至今,人類在地球上的活動(dòng)都會(huì)留下痕跡。1900 年3 月,曾經(jīng)是全世界數(shù)量最多的鳥(niǎo)類――旅鴿(Ectop istes migratorius )宣告被人類滅絕;2000 年統(tǒng)計(jì)每年約有20 萬(wàn)平方公里的熱帶雨林被破壞,10 萬(wàn)平方公里的牧場(chǎng)或更大面積的草場(chǎng)(草甸)正在快速的沙漠化;人類活動(dòng)造成全世界接近四分之一的生物物種瀕臨滅絕,換來(lái)的只是近一百年急速增長(zhǎng)的衣食住行需求;我們實(shí)現(xiàn)了幾千年的夢(mèng)想,征服了海洋,可以肆無(wú)忌憚地掠奪“取之不盡用之不竭”的海洋資源,照此速度海洋的漁業(yè)資源或?qū)⒂?050 年以前枯竭。 人類的文明發(fā)展到今天,基本朝著增進(jìn)人類福祉的方向邁進(jìn),我們達(dá)到了每一個(gè)既定的目標(biāo),我們做錯(cuò)了什么嗎? 一切不都是為人類的未來(lái),為我們的明天而努力的嗎? 而我們給養(yǎng)活我們的大自然留下來(lái)的是什么? 一千多年前,唐朝詩(shī)人杜牧寫(xiě)下“六王畢,四海一。蜀山兀,阿房出。覆壓三百余里,隔離天日!钡木渥,他寫(xiě)的是距他那個(gè)時(shí)代一千年前秦朝的故事,似乎意味著中華民族的文明史和華夏大地的森林破壞史息息相關(guān)?靸汕灏倌炅耍笫赖娜藭(huì)怎么樣說(shuō)我們這一代的文明呢? 第一節(jié) 自然保護(hù)與自然規(guī)律 “地球可以滿足人類的需要,但不能滿足人類的貪婪(earth provides enough to satify every man’s need ,but not every man’s greed)” 。這是印度圣雄甘地(Mahatma Gandhi)說(shuō)過(guò)的一句話。在這個(gè)世界上的每一個(gè)國(guó)家,都至少擁有三種資產(chǎn):物質(zhì)的、文化的和生物的,前兩項(xiàng)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和政治的基礎(chǔ),第三項(xiàng)則是由各式各樣的動(dòng)物、植物、原生生物和大自然潛在的運(yùn)行規(guī)律支持著的資源,是各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的生命維持系統(tǒng)。我們常常對(duì)物質(zhì)生活獲得改善和精神生活層次獲得提升而對(duì)這個(gè)時(shí)代和這個(gè)社會(huì)心存感激,但卻未同樣地關(guān)心過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)人類賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)的狀況:這個(gè)系統(tǒng)的生物是否正快速地消失? 這是否已構(gòu)成了人類生存的危機(jī)?如果是,我們要如何應(yīng)對(duì)? 在過(guò)去不到一千年的時(shí)間里,人類的足跡遍布于整個(gè)地球,在這個(gè)過(guò)程中,地球被我們改變了很多,這種改變,比其他任何自然因素造成的影響都要大。我們已經(jīng)對(duì)地球的表面進(jìn)行了改造,砍伐各個(gè)緯度內(nèi)的森林,導(dǎo)致物種受到威脅,甚至滅絕。然而,隨著人類社會(huì)的發(fā)展,當(dāng)我們的技術(shù)日新月異之時(shí),通常會(huì)忘記自然也在改變著我們,比如改變我們的生產(chǎn)、生活,改變我們的未來(lái)。人類是大自然的一個(gè)成分,來(lái)自于自然,將來(lái)還要回歸到自然,保護(hù)自然就是保護(hù)我們自己的家園。 自然保護(hù)一般所指的是保護(hù)生物資產(chǎn)。這樣的概念透過(guò)生物學(xué)的理論和經(jīng)營(yíng)管理的技術(shù)、方法,再匯入跨領(lǐng)域?qū)W科(如倫理、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)學(xué))的內(nèi)涵,形成一門(mén)綜合性的新興學(xué)科,旨在經(jīng)研究和實(shí)踐減緩人和自然共同的危機(jī)。生物資源的消失可歸納為兩大因素:第一是棲息地的破壞,大多與人口增加相關(guān),其結(jié)果是森林破壞、濕地消失和水域污染;第二是生物資源的過(guò)度利用,如單一作物大量生產(chǎn)、過(guò)度捕獵、過(guò)度捕魚(yú)等,同時(shí)也與人口過(guò)多有關(guān),其結(jié)果是人類讓自身賴以生存的生物多樣性快速消失,猶如地質(zhì)年代生物大滅絕事件的重演。我們雖在近五十年大力建設(shè)自然保護(hù)區(qū)、森林公園、濕地公園和海洋保護(hù)區(qū),將已瀕臨滅絕的生物保護(hù)在這有限的區(qū)域里,然而其面臨的威脅仍并未解除,人與自然的緊張關(guān)系也未見(jiàn)緩和。 因人類生存的需要所造成的兩大問(wèn)題(棲息地破壞和物種滅絕)固然與政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)都有關(guān)系,但解決這兩大問(wèn)題所需要的科學(xué)依據(jù)及方法,最基礎(chǔ)的仍是生物學(xué)。而保護(hù)生物學(xué)(conservation biology)討論的核心便是保護(hù)人類賴以生存的生物多樣性,是研究和實(shí)踐決定該保存哪些棲息地、恢復(fù)什么樣的生態(tài)系統(tǒng)、如何科學(xué)而有效地利用生物資源和如何減緩生物多樣性滅絕的速率以維護(hù)人類在大自然的持續(xù)生存的科學(xué)。然而保護(hù)正在受威脅的生物資源絕非僅是生物學(xué)問(wèn)題,而是自然科學(xué)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與文化相結(jié)合的綜合科學(xué)。 一、自然保護(hù)的涵義 “自然”指的是地球這個(gè)大環(huán)境及其所包含的各類生物和非生物,是客觀的存在;“保護(hù)”是指人們對(duì)自然所采取的某種管理措施,是主觀的行動(dòng)。 一般認(rèn)為國(guó)外自然保護(hù)工作的進(jìn)展比國(guó)內(nèi)早,中國(guó)對(duì)人與自然的態(tài)度,早受“天人合一”哲學(xué)基礎(chǔ)的影響,也早有“數(shù)罟不入① 池,魚(yú)鱉不可勝食也,斧斤以時(shí)入山林,材木不可勝用也”(《孟子·梁惠王篇》)的順應(yīng)天時(shí)、持續(xù)經(jīng)營(yíng)自然資源的觀念。這是中國(guó)人的生活方式,是傳統(tǒng)文化,本質(zhì)上就是與大自然和諧相處。在全世界各國(guó)家各民族普遍都有與大自然和諧相處的倫理,只是到了近代,人與自然的關(guān)系發(fā)生了變化,生態(tài)危機(jī)也隨之產(chǎn)生。 與“自然”二字相應(yīng)的概念便是“天地” 。北宋改革家王安石曾提出向大自然討取財(cái)富的主張:“因天下之力以生天下之財(cái),取天下之財(cái)以供天下之費(fèi)” 。這里所說(shuō)“取天下之財(cái)”也就是大自然所蘊(yùn)含的財(cái)富(鄧廣銘,2007) ,就是資源。 《逸周書(shū)·大聚解》記載夏代已有“春三月,山林不登斧斤,以成草木之成長(zhǎng);夏三月,川澤不入網(wǎng)罟② 以成魚(yú)鱉之長(zhǎng)”的禁令。說(shuō)明夏代就有禁止砍樹(shù)和捕魚(yú)的法令!吨芤住吩O(shè)立《節(jié)》卦,提倡人類向大自然索取資源時(shí),必須節(jié)制,從而維持自然資源不受到破壞。《荀子·王制》曰:“修火憲,養(yǎng)山林藪③ 澤草木魚(yú)鱉百索,以時(shí)禁發(fā),使國(guó)家足用而財(cái)物屈” ,這又是嚴(yán)格的動(dòng)植物保護(hù)的思想。 孔子在《論語(yǔ)·述而》中主張“釣而不綱,弋不射宿” ,足見(jiàn)傳統(tǒng)儒家思想中就有節(jié)制的內(nèi)涵。1975 年湖北出土秦律竹簡(jiǎn)條文《田律》,其中就有“春二月,毋敢伐材木山林及雍(壅)堤水。不夏月,毋敢夜草為灰,取生荔··”等自然保護(hù)內(nèi)容,這是我國(guó)最早的一部自然保護(hù)的法律文件。清代木蘭圍場(chǎng)是皇家禁苑,建于1681 年,前后存在200 多年,遵守“于物誡盡取” 、“留資歲歲仍”的管理思想,對(duì)我們現(xiàn)在的自然保護(hù)也都有一定的借鑒意義(艾琳等,2010) 。 中國(guó)歷朝歷代幾乎都有類似的環(huán)保思想或者自然保護(hù)的法規(guī)和禁令,因?yàn)槲覀冇兄鴰浊晡拿鞫揖哂懈畹俟痰摹疤烊撕弦弧彼枷,自然保護(hù)是我們民族的生活方式。然而當(dāng)來(lái)到物質(zhì)昌盛社會(huì)開(kāi)放的今日世界,我們敬天惜物簡(jiǎn)樸傳統(tǒng)的生活模式經(jīng)過(guò)西方文明的百年沖擊之后,還能維持得住嗎? 我們生活在如此科學(xué)昌明的現(xiàn)代,眼睜睜地看著在這個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),社會(huì)繁榮的世界里,一個(gè)物種一個(gè)物種的滅絕,一大片一大片的森林消失,我們難道沒(méi)有責(zé)任嗎? 二、自然規(guī)律與滅絕漩渦 現(xiàn)代生物學(xué)討論的兩大主題一是討論大自然的規(guī)律,一是探究生命的本質(zhì)。這兩大主題都建在一個(gè)共同的基礎(chǔ)上,那就是進(jìn)化的觀念。正如杜布贊斯基(Dobzhansky)所說(shuō):“如果生物學(xué)沒(méi)有了進(jìn)化的內(nèi)容,那將會(huì)是一門(mén)沒(méi)有意義的科學(xué)(nothing make sense in biology ,unless in the light of evolution)” 。自然界的生物多樣性是在進(jìn)化中產(chǎn)生的,物種在進(jìn)化過(guò)程中,經(jīng)歷適應(yīng)和自然選擇,必然導(dǎo)致物種的形成和滅絕。物種形成增加自然界的生物多樣性,而物種的滅絕則減少自然界的生物多樣性,物種滅絕跟它的形成一樣都是自然現(xiàn)象。生物進(jìn)化是以時(shí)間為向量的,它與時(shí)俱變,物種一旦滅絕就永遠(yuǎn)不會(huì)復(fù)生。 物種的滅絕有它的過(guò)程,一般而言,總是先經(jīng)過(guò)種群數(shù)量減少,進(jìn)入滅絕漩渦(extinction vortex)之后而消失。所謂“滅絕漩渦”是指小種群由衰退到滅絕過(guò)程中的變化就像一個(gè)漩渦一樣,越接近漩渦的中心這種滅絕的趨勢(shì)越明顯,而一旦被卷入這個(gè)漩渦,就難逃滅絕的厄運(yùn)。也就是說(shuō)基因多樣性的減少給小數(shù)量的種群(或小種群)恢復(fù)帶來(lái)巨大障礙,小種群比大數(shù)量的種群(或大種群)基因豐富度小,如果有其他生物個(gè)體與之發(fā)生基因交流,導(dǎo)致其他個(gè)體基因匯入,該小種群將會(huì)出現(xiàn)基因數(shù)量固定,致使其生物多樣性減少,最終無(wú)法適應(yīng)條件的變化。因?yàn)榉N群數(shù)量較少就會(huì)產(chǎn)生基因的漂移,而且會(huì)在后代中逐漸喪失,從而使得基因多樣性減少(圖1-1) ,這種趨勢(shì)被稱為滅絕旋渦。這是多個(gè)因素互相作用造成的,比如小種群容易產(chǎn)生近親繁殖,導(dǎo)致后代先天不良,同時(shí)小種群更經(jīng)受不起數(shù)量的波動(dòng),稍大的波動(dòng)可能就意味著滅絕。這兩方面互相促進(jìn),像漩渦一樣把小種群卷進(jìn)滅絕的深淵(Gilpin and Soule ,1986 ;Guerrant ,1992) 。人類的活動(dòng)如果干擾到這個(gè)適應(yīng)和自然選擇的規(guī)律,干擾自然選擇的過(guò)程,阻斷進(jìn)化之路,就造成了人為的滅絕漩渦。 每一個(gè)生物個(gè)體都是基因的載體,生物的多樣性代表著30 億年生命演化的結(jié)果,是大自然運(yùn)行規(guī)律產(chǎn)生的結(jié)果。生物多樣性的喪失是千百萬(wàn)年,甚至上億年生命演化結(jié)果的損失,是無(wú)法彌補(bǔ)的。這種損失不僅影響當(dāng)代人的生活和生產(chǎn),對(duì)我們的后代生存和發(fā)展也將構(gòu)成威脅。所以保護(hù)生物多樣性,維護(hù)大自然的運(yùn)行規(guī)律,防止物種滅絕是我們這代人的責(zé)任和義務(wù),也是本書(shū)的研究方向和學(xué)科領(lǐng)域。 第二節(jié) 保護(hù)生物學(xué) 2005 年5 月22 日《生態(tài)系統(tǒng)和人類健康幸福:生物多樣化綜合報(bào)告》的調(diào)查報(bào)告指出:過(guò)去五十年期間,由于人類對(duì)自然環(huán)境的大肆破壞,自然界物種的消失速度為正常消亡率的1000 倍,如果不及時(shí)對(duì)趨勢(shì)加以制止,最終受害的還是人類自身,因?yàn)槿绻チ舜笞匀坏谋Wo(hù),人類生存將面臨巨大威脅。然而地球表面生物多樣性的變化是復(fù)雜的,既有分布區(qū)環(huán)境的影響,又受生物本身的變異和進(jìn)化規(guī)律所左右。 由于生物多樣性是“生物(動(dòng)物、植物、微生物)與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和,包括生態(tài)系統(tǒng)、物種和基因三個(gè)層次”(中國(guó)生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略與行動(dòng)計(jì)劃,2011) ,生物多樣性的形成和變化相當(dāng)復(fù)雜,與人類的關(guān)系又極其密切,保護(hù)生物多樣性也不單純是生物學(xué)問(wèn)題,還涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)問(wèn)題以及倫理和文化,復(fù)雜的起因更突顯了生物多樣性保護(hù)科學(xué)的重要性。 一、保護(hù)生物學(xué)概念 前面簡(jiǎn)單介紹了保護(hù)生物學(xué)的涵義,為了明確起見(jiàn),這里給出保護(hù)生物學(xué)的概念!氨Wo(hù)生物學(xué)”是一門(mén)關(guān)于自然保護(hù)的學(xué)科,其中最關(guān)心的對(duì)象是生物多樣性,最重要的活動(dòng)是保護(hù)。無(wú)論自然還是生物多樣性都有其固有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,而保護(hù)是一種實(shí)踐活動(dòng),需要從自然環(huán)境或者生物多樣性基本規(guī)律出發(fā),建立起科學(xué)的理論體系和有效的方法體系,從而科學(xué)合理地進(jìn)行生物多樣性保護(hù),也就是保護(hù)我們?nèi)祟愘囈陨娴拇笞匀弧?/span> 保護(hù)生物學(xué)是研究生物多樣性保護(hù)的學(xué)科。保護(hù)生物學(xué)所研究的對(duì)象既包括生物有機(jī)體、生物種群和生物群落,也包括生物的棲息地。關(guān)于保護(hù)生物學(xué)的概念,不同學(xué)者從各自的專業(yè)角度出發(fā),提出的定義也有所不同。蔣志剛等(1997)提出保護(hù)生物學(xué)是研究從保護(hù)生物物種及其生存環(huán)境著手,來(lái)保護(hù)生物多樣性的學(xué)科;Soulé(1985)的定義是保護(hù)生物學(xué)是研究直接或間接受人類活動(dòng)或其他因子干擾的物種、群落和生態(tài)系統(tǒng)的生物學(xué);陳道海和鐘炳輝(1999)提出保護(hù)生物學(xué)是研究保護(hù)物種,保存生物多樣性和持續(xù)利用生物資源問(wèn)題的學(xué)科;張恒慶(2005)提出保護(hù)生物學(xué)是一門(mén)論述全世界生物多樣性面臨嚴(yán)重危機(jī),及如何保護(hù)生物多樣性的綜合學(xué)科,它既面臨當(dāng)前生物多樣性的危機(jī),又著眼于生物進(jìn)化潛能的保持。簡(jiǎn)單地說(shuō),保護(hù)生物學(xué)是研究生物多樣性變化規(guī)律及其保護(hù)的學(xué)科。 保護(hù)生物學(xué)是一門(mén)理論性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的交叉學(xué)科,它涉及生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)和生物進(jìn)化論的有關(guān)理論、方法,探討生物多樣性形成的機(jī)制、保護(hù)理論和保護(hù)措施。保護(hù)生物學(xué)是一門(mén)新興的綜合性學(xué)科,是伴隨著生物多樣性的銳減,全球環(huán)境質(zhì)量的下降和人們的自然資源保護(hù)意識(shí)的提高而出現(xiàn)的新學(xué)科。我國(guó)在一些綜合性大學(xué)的生物系開(kāi)設(shè)此課程,農(nóng)林院校在近些年加強(qiáng)此領(lǐng)域的開(kāi)拓,甚至還有一些學(xué)校設(shè)置了與自然保護(hù)相關(guān)的院系,形成了課程體系與專業(yè)體系相統(tǒng)一的發(fā)展模式。總之,探討如何通過(guò)保護(hù)資源來(lái)保護(hù)生物多樣性,是我們開(kāi)設(shè)保護(hù)生物學(xué)課程的一個(gè)重要任務(wù)。與保護(hù)生物學(xué)關(guān)系最密切的學(xué)科是生態(tài)學(xué)和生物進(jìn)化論,三者產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景和發(fā)展過(guò)程十分相似,研究的對(duì)象和要完成的任務(wù)也基本接近,尤其是所要達(dá)到的目標(biāo)更為一致,所以我們將始終把生態(tài)學(xué)與生物進(jìn)化論的方法和理論應(yīng)用到本教材的編撰中。 二、保護(hù)生物學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 保護(hù)生物學(xué)是在人類的物質(zhì)文明高度發(fā)展之后才構(gòu)建的學(xué)科。當(dāng)今世界面臨著資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)兩大主題。人類為了追求財(cái)富,提高生活水平而恣意開(kāi)發(fā)自然資源,形同向大自然舉債,因而欠下大量的自然債(debt for nature)(Thomas Lovejoy of the World Wildlife Fund ,1984) 。其結(jié)果是資源枯竭,生態(tài)破壞。在這樣的過(guò)程中,受害最嚴(yán)重的莫過(guò)于地球上的生物多樣性,因?yàn)槊恳患此朴欣诟纳粕瞵F(xiàn)況的開(kāi)發(fā)事件,幾乎都要付出減損生物多樣性的代價(jià),生物多樣性的喪失會(huì)給帶來(lái)無(wú)法預(yù)料的損失和影響,甚至引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。伴之而生的是公眾的環(huán)保意識(shí)空前的提高,保護(hù)生物多樣性的主張很快地受重視,保護(hù)生物多樣性的理論和實(shí)踐隨之產(chǎn)生,以適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境狀況的需要。 (一) 保護(hù)生物學(xué)的產(chǎn)生 保護(hù)生物學(xué)的產(chǎn)生是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一次革命,在此之前多數(shù)自然科學(xué)的學(xué)科都是在獲取資源、開(kāi)發(fā)資源的過(guò)程中產(chǎn)生的,人們的主觀愿望是從自然中獲取所需要的一切,學(xué)科門(mén)類的產(chǎn)生是開(kāi)發(fā)自然資源實(shí)踐的副產(chǎn)品。可以說(shuō)人類在改造自然和征服自然的同時(shí),也積累了科學(xué)文化知識(shí),促進(jìn)了自然科學(xué)的發(fā)展。 保護(hù)生物學(xué)是在生物資源受到威脅而喚醒人們強(qiáng)烈保護(hù)意識(shí)和行動(dòng)的前提下產(chǎn)生的,其主觀愿望是保護(hù)世界上豐富多彩的生物多樣性,在主動(dòng)保護(hù)生物資源的過(guò)程中,也進(jìn)行有效的利用,但這種利用絕不是以破壞環(huán)境為代價(jià),必須是更有利于子孫后代的利用,是一種可持續(xù)的利用。 人類大約在距今160 萬(wàn)年的第四紀(jì)成為地球上的優(yōu)勢(shì)族群。人類形成的初期,直至近一萬(wàn)年的全新世,為了求生到森林里去采摘野果,到草原上去獵殺動(dòng)物,到河流和海洋中去捕撈魚(yú)蝦。他們以本能的方式在十分原始的狀態(tài)下生活了上百萬(wàn)年,對(duì)自然的改造或者破壞能力還不算大,尚可維持平衡。隨著人類的發(fā)展進(jìn)入到黃金時(shí)代,隨著族群的擴(kuò)大和人口的增加,天然食物無(wú)法滿足生活需求,人類不得不馴養(yǎng)牲畜和栽培作物。例如,中國(guó)早在公元前7500 年就有了稻米、小米、蠶和豬等,西南亞早在公元前8500 年就有了小麥、豌豆、橄欖、綿羊和山羊等。人類經(jīng)歷了數(shù)千年的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,其主要資源是土地、陽(yáng)光和水,農(nóng)牧業(yè)和家庭手工業(yè)是主要生產(chǎn)方式,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有地域性特征。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)的積累,人們首先懂得了栽培學(xué)、植物學(xué)和動(dòng)物學(xué)等。 然而,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類歷史的演化,對(duì)自然開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度與日俱增,對(duì)大自然施加的壓力也越來(lái)越大,終有一天人們發(fā)現(xiàn)原以為取之不盡的資源在逐漸枯竭。16 世紀(jì)時(shí)歐洲的野牛(圖1-2)數(shù)量減少,只是一個(gè)小案例。當(dāng)時(shí)的人類警覺(jué)到了資源匱乏的嚴(yán)重性,甚至在1564 年于歐洲建立了野牛保護(hù)區(qū),但是野牛仍于1672 年滅絕。人口越多的地區(qū)資源消耗得越快,首先建立起文明的地區(qū),同時(shí)也是資源最早枯竭的地區(qū),這里的人們不得不到其他地區(qū)去尋找資源,因此促進(jìn)了航海學(xué)、地理學(xué)的發(fā)展;與此同時(shí),人們也大力開(kāi)發(fā)新的資源,如煤炭、石油等礦產(chǎn)。人們?cè)趯ふ屹Y源和開(kāi)發(fā)資源的過(guò)程中,促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,改造自然的能力也不斷提高。大型采掘機(jī)械、船只遠(yuǎn)洋捕撈和對(duì)野生動(dòng)物的捕殺能力等都是空前的,使森林、海洋和礦產(chǎn)資源等在近100 年中迅速減少,甚至接近枯竭的邊緣。 面對(duì)如此嚴(yán)重的現(xiàn)狀,我們應(yīng)該怎么辦? 對(duì)于我們?nèi)祟愃龅囊磺袘?yīng)該如何評(píng)價(jià)? 事實(shí)告訴我們,無(wú)論砍伐機(jī)械如何先進(jìn),可采伐的森林資源已經(jīng)不多了,無(wú)論你的漁網(wǎng)眼孔多么小,水中魚(yú)蝦數(shù)量已經(jīng)很少了。問(wèn)題不在于先進(jìn)的科技和優(yōu)良的設(shè)備,而在于生物資源本身,是生物資源本身發(fā)生了變化,這種變化越來(lái)越不利于人類的繼續(xù)利用和自身發(fā)展。在這種情況下,人們需要相關(guān)的理論和方法指導(dǎo)其對(duì)生物資源進(jìn)行保護(hù),要考慮生物資源保護(hù)問(wèn)題,以便能夠持續(xù)地生存下去,于是,保護(hù)生物學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。 保護(hù)生物學(xué)作為一門(mén)學(xué)科體系是近三四十年發(fā)展起來(lái)的,是一門(mén)高度綜合,多學(xué)科交叉的新領(lǐng)域。該學(xué)科領(lǐng)域重要開(kāi)拓者之一,美國(guó)著名生態(tài)學(xué)家Michael E.Soulé(1985)認(rèn)為保護(hù)生物學(xué)是一門(mén)既面向目前危機(jī),又有長(zhǎng)遠(yuǎn)生態(tài)前景,以研究物種、群落和生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問(wèn)題為對(duì)象的新興學(xué)科。其目的在于為保護(hù)生物多樣性提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐途徑(Soulé ,1985) 。Soulé 和Wilcox(1980)出版了一本題為《自然保護(hù)生物學(xué)》的專著,認(rèn)為這是一門(mén)多學(xué)科高度綜合的產(chǎn)物,這些學(xué)科包括生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、社會(huì)生物學(xué)、生理學(xué)、自然資源科學(xué)(林學(xué)、水產(chǎn)學(xué)、野生動(dòng)物學(xué)、政策及管理學(xué)科) 、環(huán)境監(jiān)測(cè)學(xué)、生物地理學(xué)、以及社會(huì)科學(xué)等,并明確指出道德、倫理規(guī)范也是保護(hù)生物學(xué)所涉及的一部分。自然保護(hù)生物學(xué)更多地強(qiáng)調(diào)整體論(holistic)觀點(diǎn),即強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的高度綜合性,和研究大尺度現(xiàn)象的重要性。他們?cè)诳紤]到現(xiàn)代生物學(xué)的中心偏向于分子水平,在研究的手段越來(lái)越先進(jìn),研究的尺度越來(lái)越小,研究的對(duì)象越來(lái)越狹窄的情況下,提倡這種整體論觀點(diǎn)在自然保護(hù)中的重要性。自然保護(hù)生物學(xué)通常被認(rèn)為是介于“純”科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)之間的交叉學(xué)科,也是理論學(xué)科與實(shí)踐學(xué)科的結(jié)合與交融,人文、社會(huì)和自然科學(xué)的交叉,經(jīng)濟(jì)學(xué)和生態(tài)學(xué)的交叉等等。它的誕生無(wú)疑標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)在自然保護(hù)實(shí)踐中應(yīng)用的新階段。 關(guān)于保護(hù)生物學(xué)的起源有兩種觀點(diǎn)。一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為保護(hù)生物學(xué)是歐洲起源的,強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代保護(hù)生物學(xué)的許多觀點(diǎn),在100 年以前或更早時(shí)期的歐洲科學(xué)家的著作中已經(jīng)建立,歐洲對(duì)野生動(dòng)物的關(guān)注在19 世紀(jì)晚期就已經(jīng)十分明顯,物種保護(hù)工作也開(kāi)展得最早。另一觀點(diǎn)認(rèn)為保護(hù)生物學(xué)是北美起源的,指出美國(guó)學(xué)者提出的有關(guān)資源保護(hù)的理論中有兩條原則具有十分明顯的保護(hù)生物學(xué)的思想:第一條原則是要在當(dāng)代的使用者、消費(fèi)者和未來(lái)的消費(fèi)者之間合理地分配資源;第二條原則是資源的有效利用,即達(dá)到最大可能的利用而不是浪費(fèi)。 (二) 保護(hù)生物學(xué)的理論基礎(chǔ) 保護(hù)生物學(xué)的概念、保護(hù)對(duì)象和保護(hù)動(dòng)機(jī)是以保護(hù)動(dòng)植物等自然產(chǎn)物為對(duì)象,它們自身有其固有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,認(rèn)識(shí)和了解它們是保護(hù)的前提,故而保護(hù)生物學(xué)首要的理論基礎(chǔ)是有關(guān)自然方面的理論基礎(chǔ)。包括生物學(xué)和生態(tài)學(xué)所涉及的科學(xué)如大氣、水文和地質(zhì)地理規(guī)律及最基礎(chǔ)的物理、化學(xué)等基本規(guī)律。所以,基礎(chǔ)的植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)和自然環(huán)境方面的科學(xué)都是保護(hù)生物學(xué)的首要理論基礎(chǔ)。 對(duì)于任何自然界的生物來(lái)說(shuō),無(wú)論是來(lái)自自然的還是來(lái)自人為的改變可能都是一種干擾,而生物對(duì)于外界干擾必然會(huì)有一定的響應(yīng)機(jī)制。這就需要掌握有關(guān)生物與生物之間的相互作用規(guī)律,以及生物與環(huán)境之間的作用規(guī)律,需要我們掌握生態(tài)學(xué)和遺傳學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)。在自然因素中生物還受到來(lái)自環(huán)境方面的影響,比如某一地區(qū)的環(huán)境變遷,氣候異常或者自然災(zāi)害等等,導(dǎo)致物種難以適應(yīng)變化的環(huán)境條件,生物多樣性迅速減少,研究這方面的問(wèn)題需要有關(guān)生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)的理論和技術(shù)。
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