生物多样性最丰富的生态系统

第三节　生物多样性

地球上存在形形色色的生物。各种生物以及生物赖以生活的环境一起，共同组成了这个世界。那么，丰富多彩的生物有什么价值呢？与人类的生活有什么关系呢？人类应该如何对待与我们一起生活的其他生物呢？

一、生物多样性概念的提出

生命在地球上的出现和发展已经超过了35亿年，在这个漫长的历史年代中，随着地球的演化，曾经产生过千百万种生物，但是它们大多已经灭绝。现存的生物实际上只是在地球上生存过的生物总数的很少的一部分。据估计，在过去的2亿年中，每27年就有一种植物物种从生物界消失，每个世纪有90多种脊椎动物灭绝。自从人类近几个世纪工业化的大生产发展后，人类的活动加快了地球上物种灭绝的速度。20世纪以来，随着世界人口的持续增长与人类活动范围与强度的不断增加，现在的物种正在以1 000倍于自然灭绝的速度在世界范围消失。20世纪80年代以后，人们在开展自然保护的实践中逐渐认识到，自然界中各个物种之间、生物与周围环境之间都存在着十分密切的联系，因此自然保护仅仅着眼于对物种本身进行保护是远远不够的，往往也是难以取得理想效果的。要拯救珍稀濒危物种，不仅要对所涉及的物种的野生种群进行重点保护，而且还要保护好它们的栖息地。或者说，需要对物种所在的整个生态系统进行有效的保护。在这样的背景下，生物多样性和多样性保护的概念便应运而生了，因为这直接关系到人类的生存和可持续发展。

生物多样性是一个描述自然界多样性程度的一个内容广泛的概念。对于生物多样性，不同的学者所下的定义是不同的。例如，Norse等（1986）认为，生物多样性体现在多个层次上。而Wilson等人认为，生物多样性就是生命形式的多样性（Wilson＆Peter，1988；Wilson，1992）。孙儒泳（2001）认为，生物多样性一般是指“地球上生命的所有变异”。

在《生物多样性公约》（1992）里，生物多样性的解释为：“所有来源的活的生物体中的变异性，这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成生态综合体；这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性。”

在《保护动物学》一书中，蒋志刚等（1997）给生物多样性所下的定义为：“生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的综合，包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统。”

综合各家的观点，我们认为：“生物多样性指的是以生命形式存在的多样性，各种生命形式间及其与环境之间的多种相互作用，以及各种生物群落、生态系统及其生境与生态过程的复杂性，反映了地球上一切生命都有各不相同的特征及生存环境。”

二、生物多样性的主要组成

生物多样性通常包括三个层次：遗传多样性，物种多样性和生态系统多样性。

（一）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生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。因此，遗传多样性也就是生物的遗传基因的多样性。任何一个物种或一个生物个体都保存着大量的遗传基因，因此，可被看作是一个基因库。一个物种所包含的基因越丰富，它对环境的适应能力就越强。基因的多样性是生命进化和物种分化的基础。

狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异（世界资源研究所，1992）。此外，遗传多样性可以表现在多个层次上，如分子、细胞、个体等。在自然界中，对于绝大多数有性生殖的物种而言，种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型，而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

在生物的长期演化过程中，遗传物质的改变（或突变）是产生遗传多样性的根本原因。遗传物质的突变主要有两种类型，即染色体数目和结构的变化以及基因位点内部核苷酸的变化。前者称为染色体的畸变，后者称为基因突变（或点突变）。此外，基因重组也可以导致生物产生遗传变异。

（二）物种多样性

物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。物种多样性包括两个方面，其一是指一定区域内的物种丰富程度，可称为区域物种多样性；其二是指生态学方面的物种分布的均匀程度，可称为生态多样性或群落物种多样性（蒋志刚等，1997）。物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标。

在阐述一个国家或地区生物多样性丰富程度时，最常用的指标是区域物种多样性。区域物种多样性的测量有以下三个指标：①物种总数，即特定区域内所拥有的特定类群的物种数目；②物种密度，指单位面积内的特定类群的物种数目；③特有种比例，指在一定区域内某个特定类群特有种占该地区物种总数的比例。

（三）生态系统多样性

生态系统是各种生物与其周围环境所构成的自然综合体。所有的物种都是生态系统的组成部分。在生态系统之中，不仅各个物种之间相互依赖，彼此制约，而且生物与其周围的各种环境因子也是相互作用的。从结构上看，生态系统主要由生产者、消费者、分解者所构成。生态系统的功能是对地球上的各种化学元素进行循环和维持能量在各组分之间的正常流动。生态系统的多样性主要是指地球上生态系统组成的功能上的多样性以及各种生态过程的多样性，包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其中，生境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性。

遗传多样性是物种多样性和生态系统多样性的基础（施立明等，1993；葛颂等，1994），或者说遗传多样性是生物多样性的内在形式。物种多样性是构成生态系统多样性的基本单元。因此，生态系统多样性离不开物种的多样性，也离不开不同物种所具有的遗传多样性。近年来，有些学者还提出了景观多样性，作为生物多样性的第四个层次。景观是一种大尺度的空间，是由一些相互作用的景观要素组成的具有高度空间异质性的区域。景观要素是组成景观的基本单元，相当于一个生态系统。景观多样性是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化程度。

三、生物多样性的价值

生物资源也就是生物多样性，有的生物已被人们作为资源所利用，另有更多生物，人们尚未知其利用价值，是一种潜在的生物资源。生物多样性的价值往往不被人们所重视，一般人们利用生物资源时，没有经过市场流通而直接消费，只是取而用之。生物多样性具有很高的开发利用价值，在世界各国的经济活动中，生物多样性的开发与利用均占有十分重要的地位。生物多样性的价值主要体现在以下几个方面。

1．直接价值

直接价值也叫使用价值或商品价值，是人们直接收获和使用生物资源所形成的价值。它包括消费使用价值和生产使用价值两个方面。

消费使用价值是指不经过市场流通而直接消费的一些自然产品的价值。生物资源对于居住在出产这些生物资源地区的人们来说是十分重要的。人们从自然界中获得薪柴、蔬菜、水果、肉类、毛皮、医药、建筑材料等生活必需品。尤其在一些经济不发达地区，利用生物资源是人们维持生计的主要方式。

生产使用价值是指商业上收获时，用于市场上进行流通和销售的产品的价值。生物资源的产品一经开发，往往会具有比其自身高出许多的价值，常见的生物资源产品包括木材、鱼类、动物的毛皮、麝香、鹿茸、药用动植物、蜂蜜、橡胶、树脂、水果、染料等。

2．间接价值

生物资源的间接价值是与生态系统功能有关，它并不表现在国家的核算体制上，但它们的价值可能大大超过直接价值。而且直接价值常常源于间接价值，因为收获的动植物物种必须有它们的生存环境，它们是生态系统的组成成分。没有消费和生产使用价值的物种可能在生态系统中起着重要作用，并供养那些有使用和消费价值的物种（陈灵芝，1994）。生物多样性的间接价值包括非消费性使用价值、选择价值、存在价值和科学价值四种价值。

（1）非消费性使用价值：保护生物资源可以为人类社会带来日益增长的利益，这种效益因地域和物种的不同而各不相同。大致可归纳为以下几个方面。

①光合作用固定太阳能，使光能经绿色植物进入食物链，从而给可收获物种提供维持系统。

②生态系统的功能包括传粉、基因流动、异花受精的繁殖功能，维持环境的效力和对经济物种获取有益遗传品质有影响的物种，保持进化过程，在生态系统中使竞争者之间保持永恒的张力。

③污染物的吸收和分解，包括有机废物、农药以及空气和水污染物的分解作用。

④娱乐和生态旅游：人们采用不同的方式利用生物资源开展娱乐活动。在不破坏自然环境的条件下进行旅游活动称为生态旅游。如野外观鸟、赏花、森林浴等。这些活动的价值也叫休闲价值。在全世界，生态旅游可获取120亿美元的收入。例如，在加拿大，每年大约84%的人口要参与到与野生动物有关的娱乐活动中去（如狩猎、参观动物园、保护区旅游等），每年可为加拿大创造约8亿美元的收入（Fillon等，1985）。另外，生态旅游还有一定的生态教育功能。

⑤保护土壤：受自然植被覆盖和凋落层保护的优质土壤可保持肥力、防止危险滑坡、保护海岸和河岸以及防止淤积作用对珊瑚礁、淡水和近海渔业的破坏。

⑥调节气候：生态系统对大气候及局部气候均有调节作用，包括对温度降水和气流的影响。

⑦稳定水流：在集水区内发育良好的植被具有调节径流的作用。植物根系深入土壤使土壤对雨水更具有渗透性。有植被地段比裸地的径流较为缓慢和均匀。一般在森林覆盖地区，雨季可减弱洪水，干季在河流中仍有流水。例如马来西亚森林集水区内，每单位面积径流在高峰期大约相当于橡胶园、油棕园内径流量的50%。在径流的低峰期约为种植园的1倍。

（2）选择价值：保护野生动植物资源，可以以尽可能多的基因，为农作物或家禽、家畜的育种提供更多的可供选择的机会。例如，家猪与野猪杂交，培育形成了瘦肉型猪的新品种。家鸡目前已有上百个不同的品种，均来自于原鸡。紫杉和红豆杉中可提取抗癌药物。现在自然界的许多野生动植物，也许短时间内人类无法进行利用，但其价值是潜在的。也许我们的子孙后代能发现其价值，找到利用它们的途径。因此多保存一个物种，就会为我们的后代多留下一份宝贵的财富。

（3）存在价值：有些物种，尽管其本身的直接价值很有限，但它的存在能为该地区人民带来某种荣誉感或心理上的满足。例如，大熊猫、金丝猴、褐马鸡等是我国的特产珍稀动物，全国人民都引以为荣。大熊猫已成为中国的象征。

（4）科学价值：有些动植物物种在生物演化历史上处于十分重要的地位，对其开展研究有助于搞清生物演化的过程。如一些孑遗物种（银杏）。

四、我国生物多样性的一般特点

我国是地球上生物多样性最丰富的12个国家之一。我国野生物种和生态系统类型多，特有属、种多，科研价值高。我国生物多样性丰富程度在北半球首屈一指。我国生物多样性的特点如下。

（1）物种高度丰富　我国有高等植物3万余种，仅次于世界高等植物最丰富的巴西和哥伦比亚。

（2）特有属、种繁多　我国高等植物中特有种最多，约17 300种，占全国高等植物的57%以上。581种哺乳动物中，特有种约110种，约占19%。尤为人们所注意的是有“活化石”之称的大熊猫、白鳍豚、水杉、银杏、银杉和攀枝花苏铁等。

（3）区系起源古老　由于中生代末我国大部分地区已上升为陆地，在第四纪冰期又未遭受大陆冰川的影响，所以各地都在不同程度上保存着白垩纪、第三纪的古老残遗成分。如松杉类植物，世界现存7个科中，我国有6个科。动物中的大熊猫、白鳍豚、羚羊、扬子鳄、大鲵等都是古老孑遗物种。

（4）栽培植物、家养动物及其野生亲缘种的种质资源异常丰富　我国有数千年的农业开垦历史，很早就对自然环境中所蕴藏的丰富多彩的遗传资源进行开发利用、培植繁育，因而我国的栽培植物和家养动物的丰富度在全世界是独一无二的。例如，我国有经济树种1 000种以上。我国是水稻的原产地之一，有地方品种50 000个；是大豆的故乡，有地方品种20 000个；有药用植物11 000多种等。

（5）生态系统的类型丰富　我国具有陆生生态系统的各种类型，包括森林、灌丛、草原和稀树草原、草甸、荒漠、高山冻原等。由于不同的气候、土壤等条件，又进一步分为各种亚类型约600种。例如，我国的森林有针叶林、针阔混交林和阔叶林；草甸有典型草甸、盐生草甸、沼泽化草甸和高寒草甸等。除此之外，我国海洋和淡水生态系统类型也很齐全。

（6）空间格局繁复多样　我国地域辽阔，地势起伏多山，气候复杂多变，从北到南，气候跨寒温带、温带、暖温带、亚热带和热带，生物群落包括寒温带针叶林、温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林。从东到西，随着降水量的减少，在北方，针阔叶混交林和落叶阔叶林向西依次更替为草甸草原、典型草原、荒漠化草原、草原化荒漠、典型荒漠和极旱荒漠；在南方，东部亚热带常绿阔叶林（分布于江南丘陵）和西部亚热带常绿阔叶林（分布于云贵高原）在性质上有明显的不同，发生不少同属不同种的物种替代。

五、生物多样性受威胁的原因

1．人口迅猛增加

自从有了人类以来，人口的数量就在增长。在生产力落后的时候，人口的数量受到自然因素如旱灾、虫灾、火灾、水灾、地震等的控制；另外，人类自身制造的灾难如战争、贫困也使得人口数量得以控制。但是，现代科学技术的进步使人的数量与寿命都提高了。

19世纪工业革命后，人口的增加就成了全球的主流，在经济发展中国家最为明显。1830年全球人口只有10亿，1930年达到20亿，2 000年达到了60亿，现在达到69．6亿。我国1790年人口约3亿，1860年约4亿，1970年达8亿人口，2 000年就超过13亿人口了。

人口增加后，必须扩大耕地面积，满足吃饭的需求，这样就对自然生态系统及生存其中的生物物种产生了最直接的威胁。目前，我国境内水土流失面积约为180万平方公里，占国土面积的19%，其中黄土高原地区约80%地方水土流失。北方沙漠、戈壁、沙漠化土地面积为149万平方公里，占国土面积的16%，1987年已沙漠化土地20万平方公里，潜在沙漠化土地13万平方公里。目前有5 900万亩农田和7 400万亩草场受到沙漠化威胁。草原退缩面积13亿亩，每年以2 000万亩增加。每年使用农药防治面积23亿亩次，劣质化肥污染农田2 500万亩。

2．生境的破碎化

生物多样性减少最重要的原因是生态系统在自然或人为干扰下偏离自然状态，生境破碎，生物失去家园。

与自然系统相比，一般地，退化的生态系统种类组成变化，群落或系统结构改变，生物多样性减少，生物生产力降低，土壤和微环境恶化，生物间相互关系改变。

Daily（1995）对造成生态系统退化和生物多样性减少的人类活动进行了排序：过度开发（含直接破坏和环境污染等）占35%，毁林占30%，农业活动占28%，过度收获薪材占6%，生物工业占1%。其中前三项人类活动占93%，而这些破坏最直观的结果是造成了物种生境的破碎化、栖息地环境的岛屿化。

生物多样性减少的程度取决于生态系统的结构或过程受干扰的程度，如人类对植物获取资源过程的干扰（如过度灌溉影响植物的水分循环，超量施肥影响生物地球化学循环）要比对生产者或消费者的直接干扰（如砍伐或猎取）产生的负效应要大。

一般地，在生态系统组成成分尚未完全破坏前排除干扰，生态系统的退化会停止并开始恢复（如少量砍伐后森林的恢复），生物多样性可能增加。但在生态系统的功能过程被破坏后排除干扰，生态系统的退化很难停止，而且有可能加剧（如火烧山地后的林地恢复）。

3．环境污染

随着人类的发展，环境污染也加剧。环境污染会影响生态系统各个层次的结构、功能和动态，进而导致生态系统退化。环境污染对生物多样性的影响目前有两个基本观点：一是由于生物对突然发生的污染在适应上可能存在很大的局限性，故生物多样性会丧失；二是污染会改变生物原有的进化和适应模式，生物多样性可能向着污染主导的条件下发展，从而偏离其自然或常规轨道。环境污染会导致生物多样性在遗传、种群和生态系统三个层次上降低。

（1）在遗传层次上的影响。虽然污染会导致生物的抵抗相适应，但最终会导致遗传多样性减少。这是因为在污染条件下，种群的敏感性个体消失，这些个体具有特质性的遗传变异因此而消失，进而导致整个种群的遗传多样性水平降低；污染引起种群的规模减小，由于随机的遗传漂变的增加，可能降低种群的遗传多样性水平；污染引起种群数量减小，以至于达到了种群的遗传学阀值，即使种群最后恢复到原来的种群大小，遗传变异的来源也大大降低。

（2）在种群水平上的影响。物种是以种群的形式存在的，最近研究表明，当种群以复合种群的形式存在时，由于某处的污染会导致该亚种群消失，而且由于生境的污染，该地方明显不再适合另一亚种群入侵和定居。此外，由于各物种种群对污染的抵抗力不同，有些种群会消失，而有些种群会存活，但最终的结果是当地物种丰富度会减少。

（3）在生态系统层次上的影响。污染会影响生态系统的结构、功能和动态。严重的污染可能具有趋同性，即将不同的生态系统类型最终变成基本没有生物的死亡区。一般的污染会改变生态系统的结构，导致功能的改变。值得指出的是，重金属或有机物污染在生态系统中经食物链作用，会有放大效应，最终会影响到人类健康。

4．外来物种入侵

外来物种的入侵从字面上理解是增加了一个地区的生物多样性，事实上，历史上那些无害的生物也是通过人的努力而扩大了分布范围的，一些驯化的作物或动物已经成了人类的朋友，如我们食物中的马铃薯、西红柿、芝麻、南瓜、白薯、芹菜等，树木中的洋槐、英国梧桐、火炬树，动物饲料中的苜蓿，动物中的虹鳟鱼、海湾扇贝等，这些物种进入异国他乡带来的利益是大于危害的。

对于生态平衡和生物多样性来讲，生物的入侵毕竟是个扰乱生态平衡的过程，因为任何地区的生态平衡和生物多样性是经过了几十亿年演化的结果，这种平衡一旦被破坏，就会失去控制而造成危害。人们最初引进物种时，仅是引进了原产地生态系统的一个组分，食物网中的一些天敌或者它所控制的物种是没有办法引进的，这样，控制不好成灾就不可避免，而成灾的一个直接后果是对于当地的生态多样性造成危害，甚至是灭顶之灾。

六、保护生物多样性的意义

生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础。我们的衣、食、住、行及物质文化生活的许多方面都与生物多样性的维持密切相关。

（1）首先，生物多样性为我们提供了食物、纤维、木材、药材和多种工业原料。我们的食物全部来源于自然界，维持生物多样性，我们的食物品种会不断丰富。

（2）生物多样性还在保持土壤肥力、保证水质以及调节气候等方面发挥了重要作用。黄河流域曾是我们中华民族的摇篮，在几千年以前，那里还是一片十分富饶的土地。树木林立，百花芬芳，各种野生动物四处出没。但由于长期的战争及人类过度地开发利用，这里已变成生物多样性十分贫乏的地区，到处是黄土荒坡，遇到刮风的天气便是飞沙走石，沙漠化现象十分严重。近年来由于人工植树，大搞“三北防护林”工程，生物多样性得到了一定程度的恢复，沙漠化进程得到了抑制，森林覆盖率逐年上升，环境不断得到改善。

（3）生物多样性在大气层成分、地球表面温度、地表沉积层氧化还原电位以及pH值等方面的调控方面发挥着重要作用。例如，现在地球大气层中的氧气含量为21%，供给我们自由呼吸，这主要应归功于植物的光合作用。在地球早期的历史中，大气中氧气的含量要低很多。据科学家估计，假如断绝了植物的光合作用，那么大气层中的氧气将会由于氧化反应在数千年内消耗殆尽。

（4）生物多样性的维持，将有益于一些珍稀濒危物种的保存。任何一个物种一旦灭绝，便永远不可能再生。今天仍生存在我们地球上的物种，尤其是那些处于灭绝边缘的濒危物种，一旦消失了，那么人类将永远丧失这些宝贵的生物资源。而保护生物多样性，特别是保护濒危物种，对于人类后代，对科学事业都具有重大的战略意义。

物种或生态系统的灭绝，以及随之造成的遗传多样性的损失是无法弥补的。因为损失的是生物在亿万年的进化中形成的资源，这个过程是不可逆的。作为地球的生命支持系统，生态系统还执行着更新大气中的氧的功能，并在生物地球化学循环中起中心作用；它能够保护土壤，调节水文等。这些都不仅涉及所在地区或所在国家，也涉及邻近地区或邻近国家，甚至整个地球。因而生物多样性的丧失不仅是某个国家、某一民族的损失，也是全世界、全人类的损失。这就是保护生物多样性一直受到国际社会普遍关注的原因。

生物多样性保护的科学概念在1980年就由国际自然保护联盟（IUCN）、联合国环境规划署（UNEP）、世界自然基金会（WWF）联合向世界发布的《世界自然保护大纲》（WCS）阐明。大纲指出：对人类利用生物圈的管理，旨在使生物圈为当代人产生最大的持续利益，同时保持满足人类后代需要和实现抱负的潜力，保护的内容明确包括对自然环境的保存、保护、持续利用、恢复和加强。大纲指出生物资源保护的三个主要目标：①保持基本的生态过程和生命支持系统；②保存遗传的多样性；③保证物种和生态系统的永续利用。1992年6月5日在联合国所召开的里约热内卢世界环境与发展大会上《生物多样性公约》正式通过，并于1993年12月29日起生效（因此每年的12月29日被定为国际生物多样性日，从2001年起，根据第55届联合国大会第201号决议，国际生物多样性日由原来的12月29日改为每年的5月22日）。该公约是国际社会所达成的有关自然保护方面的最重要公约之一。到目前为止，全世界已经有180多个国家是该条约的缔约国。生物多样性公约的目标：①保护生物多样性及对资源的持续利用；②促进公平合理地分享由自然资源而产生的利益。

对生物多样性的保护，实际上也是对人类生存环境的保护，也就是保护人类自己。