第十三章 保护海洋生物多样性.ppt

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1、第十三章 保护海洋生物多样性,学习目的：掌握生物多样性的基本概念、内涵和海洋生物多样性的特点；了解海洋生物多样性为人类提供的各种服务功能、人类对海洋生物多样性的严重威胁以及保护海洋生物多样性的基本原则和途径；初步了解对退化生态系统的基本特征、受损生态系统恢复的生态学原则和基本途径。,第一节 生物多样性概念 及其与人类的关系,一、生物多样性的定义和内涵 生物多样性（biodiversity）是指栖息于一定环境的所有动、植物和微生物物种、每个物种所拥有的全部基因以及它们与生存环境所组成的生态系统的总称。因此，生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性三个基本层次。 生命有机体的种类和变异

2、性及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，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和自然景观。生物多样性是人类生存和发展的基础，它与全球变化和可持续发展被列为当代生态学和环境科学的三大前沿领域。,物种多样性（species diversity）是指地球上生命有机体的多样化，它是生态系统的基本组分，也是基因和染色体的载体，在生物多样性三个基本层次中，物种多样性是最明显、最直观的一个层次。 物种多样性产生的根本原因在于物种的形成与不断分化。物种形成是指物种数量的增加，主要形式为地理成种(异域成种)，其次为非地理成种（包括杂交成种和多倍化成

3、种）。,（一）物种多样性,关键种假设：一些物种对维持系统稳定性和完整性具有重要作用。冗余假设（功能补偿假设）：物种在功能上有相当程度的重叠，一个种的丢失不会对生态功能发生影响。铆钉假设：物种相互制约，一个种丢失，都存在使群落或系统过程发生改变的概率，每一物种具有同样重要的功能。,物种在生态系统中功能中的作用：,从总的物种数来说，陆地的物种数要远多于海洋。然而，从大的分类单元看，海洋中生活的门类大大超过陆地。在此意义上，海洋的物种多样性程度比陆地高。在36个动物门中，海洋生物就有35个门，有13个门是海洋特有的；而陆地生物11个门中仅有1个门是特有的，淡水生物没有特有的门。多样性水平在纬度分布上

4、有很大差异，热带地区的物种多样性比温带、寒带的高得多。热带海洋的珊瑚礁与陆地的热带雨林一样都是物种最丰富的地区。,遗传多样性也称基因多样性（gene diversity），广义上可以理解为蕴藏于所有动、植物和微生物有机体中的遗传信息的总合；狭义上可以理解为种内不同种群之间或一个种群内不同个体之间的遗传变异的总和。 等位基因（alleles）、基因型（genetype）、 个体表现型（phenotype）、 基因重组（generecombination）,（二）遗传多样性,一个物种遗传变异愈丰富，则它对环境变化的适应性就愈强。反之，遗传多样性贫乏的物种，在进化上的适应性就较差。 分布地域广、寿命

5、长、基因交流频繁，处于演替末期阶段群落中的物种也具有较高的遗传变异水平。,生态系统多样性（ecosystem diversity）是指生物群落与生境类型综合体的多样性（栖息地、生物群落和生态过程的多样化，以及生态系统内栖息地差异和生态学过程变化的多样化 ），它是生物多样性的最高层次，也是物种多样性和遗传多样性存在的基本保证，同时也是人类必不可少的发展空间和生存条件。包括生境多样性、群落多样性、生态过程多样性。,（三）生态系统多样性,生态系统的多样性不仅包括环境和生物群落类型的多样化，还包括结构与功能统一的多样性及其动态。生态系统的环境（生境）与其生物组成是统一整体，当一个自然生态系统被破坏或消

6、灭后，其中的物种赖以生存的条件也就恶化或不存在，必然引起物种多样性和基因多样性的下降或消失。 因此，生态系统多样性是物种多样性和遗传多样性存在的基本保证。,（一）食品、药物和工业原料海洋为人类提供的食物总量仅占人类消费总量的2%，但人类消费的高质量蛋白质约有20%来自海洋。 大型海藻（如海带、紫菜、石花菜等）也是重要的食物品种。 海洋生物可能是一个潜在的药材宝库，开发利用前景十分广阔，不过必须注意保护和管理。 化工原料：江蓠、石花菜是生产琼脂和鹿角胶的原料、螺旋藻、红树林的药用价值、造礁珊瑚的骨骼。,二、海洋生物多样性与人类的关系,生物泵是调节大气CO2水平、维持全球气体平衡、减轻温室效应的最

7、重要过程。沿海海草场、红树林和珊瑚礁等生态系统却有保护海岸的作用。此外，红树林也有清除溶解营养物质和净化水质的作用。陆地：涵养水源、保护农田等,（二）保护人类生存环境的作用,休闲旅游：生态旅游业的基础，具美学、娱乐价值。 科研：进行从基因到生态系统的各个层次的的研究，如基因工程（转基因、杂交等）。教育：涉及伦理道德的范畴，呼唤人类天性以及教育人类与自然协调相处 。,（三）海洋生物多样性的其他功能,第二节 海洋生物多样性面临的威胁,物种受威胁等级：灭绝种：在野外已有50年肯定没有被发现濒危种：面临灭绝危险，如果致危因素继续存在，就不可能 生存。易危种：如果致危因素继续存在，可能很快成为濒危种的类

8、群。稀有种：在全世界总数量很少，但目前尚不属于濒危种、易危种的类群。未定种：已知属于上述濒危种、易危种、稀有种，但无充分资料说明它究竟属于哪一类。,地理分布区狭窄的物种，如海岛； 只有一个和少数几个种群的物种，如美洲西南部的斑鳉，一个种群只生活在一个池塘或湖泊中； 种群规模小的物种，对随机事件和环境改变较脆弱； 需要较大生活空间的物种，如候鸟、洄游性鱼类； 体型较大的物种，因有较大经济价值易收过度利用； 增长速率低的物种；,易灭绝物种的特性：,不能有效扩散，难以穿越道路、农田和人为破坏的区域； 很少遗传变异的物种，难以应付新的病害、捕食者和其它变化； 需要特殊生态位的物种，如湿地植物需要特殊而

9、有规律的水位变化； 以稳定生态环境为特征的物种，如珊瑚； 长期或暂时群聚的物种； 具有极高经济价值而被人类猎取或收获的物种。,（一）海洋鱼类的过度捕捞 我国东、黄海在20世纪5060年代是以底层鱼类（带鱼、小黄鱼）为主，70年代初以中上层鱼类（太平洋鲱鱼）为主，随后有蓝点马鲛和鲐鱼，至80年代和90年代小型中上层鱼类（如黄鲫、鳀鱼）为主。目前鳀鱼资源量已出现下降迹象，小型鱼类（如玉筋鱼）明显增加。南极的商业性捕鲸使鲸的数量急剧下降，结果以南极磷虾为食物的动物数量上升了。,一、海洋生物资源的过度利用,从1940年至1986年间，商业性捕鲸者捕杀了大约50万头鲸。 无齿海牛（Hydrodamali

10、s gigas）已经在1768年灭绝，从它被发现到灭绝仅27年。 鲨鱼也是被大量捕杀的对象。 鸟类、爬行类等也面临人类过度捕杀的局面。 很多海洋无脊椎动物也被过度采捕，如珊瑚礁的各种美丽漂亮的珊瑚以及一些腹足类软体动物（如法螺）都被大量采捕作为观赏、古玩商品出售。,（二）其他海洋生物的过度利用,（一）底层拖网对海床环境的破坏 （二）人为改变沿岸区的自然环境 1.砍伐红树林和改造盐沼滩 2.采挖珊瑚礁：防止旅游业的恶性循环 3.港工建设对生境的破坏,二、人类活动对海洋自然环境的破坏,自20世纪50年代以后，随着现代工农业的发展、沿海人口剧增和海上活动频繁（包括石油开采和过度的水产养殖），海洋对污

11、染物的负荷大大超过海洋的自净能力。 特别是在近岸内湾，污染物的大量积聚使环境大为恶化，很多生物群落遭到灭顶之灾。,（三）污染,（一）生物入侵的概念 物种流（species flow）：物种的种群在生态系统内或系统之间时空变化的状态。物种流包括三层含意：生物与环境相互作用所产生的时间、空间变化过程；物种在系统内或系统间的格局与数量动态，反映寄生、捕食、共生等物种关系；群落物种组成，营养结构变化，外来种与本地种的相互作用，系统对物种增加与空缺的反应。,三、生物入侵,所谓生物入侵（exotics invasion）或称生态入侵、生物污染，是指由人类活动有意或无意引入历史上该区域尚未出现过的物种，从而

12、可能造成入侵地生物群落结构与生态功能的巨大变化。 外来种的引入包括无意的和有意的引入两种情况。,入侵的四个阶段：侵入；定居；适应；扩展生物入侵对当地生物群落和生物多样性的影响可能 有以下三种情况： （1）对入侵地生物群落有明显不利影响，有时 是毁灭性的灾难； （2）没有明显的影响； （3）对入侵地生态系统有积极意义。,生物入侵对当地原有生物群落和生态系统的稳定性可能造成极大威胁，导致群落结构变化、生境退化、生物多样性下降、病害频发甚至导致原有生态系统崩溃的严重后果。,（二）生物入侵的生态学后果,1.入侵物种比当地物种有更高的种群增殖力； 2.生物群落的关键种具有控制群落种类组成、物种多样性等群

13、落结构的功能； 3.外来种可能携带各种病原体间接引起入侵地生物暴发新的病害。 4.外来物种改变当地生物的遗传多样性。 5.入侵种的迅速蔓延，使原有自然生物群落的生境退化或遭到严重破坏。,原因：,四、全球气候变化对海洋生物多样性的潜在威胁,全球变化指地球生态系统在自然和人为影响所导致的全球问题及其相互作用下变化的过程。全球变化包括全球气候变化、土地利用和覆盖的变化、全球人口增长、大气成分变化、生源物质生物地球化学循环的变化和生物多样性丧失等方面。这些变化既相互独立，又相互影响。,（1）海洋环流和上升流的改变； （2）温室效应使北极和南大洋海冰生态系统迅速萎缩 ； （3）很多热带生物与极区生物一样

14、，是在接近于温度最高极限的条件下生存，温度再升高可能将造成它们的死亡； （4）温室效应引起气候的变化将使高纬度地区降水增加，河水入海量随之增加，低纬度自然河流水量减少，这两种情况对河口区生态系统都有重要影响。,（一）海洋水温上升的效应,在十九世纪，全球海平面大约每年升高12 mm，进入20世纪后，升高速率加快，据政府间气候变化专业组（IPCC）估计，现在每年上升速率比过去高出36倍，到2100年，每年上升速度将超过12 cm。,（二）海平面上升,海平面上升可引起海岸生态系统向陆地后退，使沿岸生态系统（红树林、珊瑚礁、盐沼、河口、潮间带等）更易受台风、洪水、风暴潮的侵袭。海面上升最终可能淹没或部

15、分淹没一些岛屿，消灭其中大部分物种。 也有人提出，人类活动可能使一些物种因旧生境不适合而又没有新生境可迁移而趋于灭绝。但是，对于一个具有基因差异的不同种群的大洋广布物种，当全球环境发生变化时，又是形成新物种的时机 。,第三节 保护海洋生物多样性的原则与途径,一、保护现存海洋生物多样性 （一）树立正确的生态观，停止继续损害海洋生物多样性的 行为 （1）树立与自然协调相处的观点 （2）树立生态系统的整体观 （3）树立可持续发展的观点,保护生物多样性意味着保护现在和将来可以利用的生物资源。 保护最大的物种多样性并不总是等于保护了一个生态系统中最有价值的部分，应在濒危物种、特有种的保护、挽救和关键生境

16、的保护的基础上，同时也要注意还未受威胁的那些种及其组成的群落和生境的保护。,采取有效措施制止海洋生物多样性继续受到人类活动的损害，包括： （1）禁止继续过度捕捞海产品和不合理的捕捞方法； （2）禁止不合理的海洋开发活动，避免海洋环境（特别是沿岸环境）继续恶化； （3）严格控制污染物的入海量，按照海洋自净能力 接受陆地的各种污染物质；,（4）防止过度养殖、优化养殖水域生态系统； （5）对引种持慎重态度和防止无意引种对当地物种的危害； （6）控制养殖种群的扩散，预防物种遗传多样性的丧失； （7）严格按照旅游资源负载能力，合理发展旅游业。,自然保护区（Nature Reserves）：通过立法以达到

17、保护某种自然资源或具有特殊意义景观环境的特定区域。自然保护区的类型：自然生态系统自然保护区；野生生物自然保护区；自然遗迹自然保护区。,（二）建立自然保护区,海洋自然保护区（marine nature reserves）就是指以保护海洋为目的，在海域、岛屿和海岸带对选择的保护对象，依法划出一定的面积予以特殊保护和管理的区域。建立海洋自然保护区是保护海洋生物多样性的一项重要措施。建于1975年的澳大利亚大堡礁海洋公园是世界上最好的也是最大的海洋自然保护区，是地球上具有世界意义的自然地貌。,1.什么叫海洋自然保护区,建立自然保护区是一种动态的就地保护（in situ preservation）措施，

18、是对海洋生物栖息环境的保护，保护物种的遗传多样性和保护物种继续进化的潜力，保证与大自然协同进化的一种保护措施，是一种动态型的保护，也是最有效的一种保护。,2. 建立海洋自然保护区的意义,对保护海洋生物多样性具有重大的战略意义： （1）海洋自然保护区既能较完整地为人类保存一部分有代表性的海洋生态系统的天然“本底” ； （2）海洋自然保护区是野生生物种的天然贮存库，能为大量物种提供栖息、生存和保持进化过程的良好条件，有效地保护生物物种多样性，尤其是保护珍稀、濒危的物种，以便人类可以持续利用。,（3）海洋自然保护区能减少或消除人为的不利影响，使已受人类干扰，但干扰程度不严重的典型海洋环境得以恢复和发

19、展，达到改善海洋环境和维持生态相对平衡的目的。 （4）海洋自然保护区可保护自然历史遗迹和风景名胜等，使其免遭破坏，对促进科学研究、文化教育和旅游事业的发展有重要意义。 3. 我国海洋自然保护区的建设 目前我国已建立22个国家级海洋自然保护区，此外还有一批地方级海洋自然保护区，包括物种保护区、生态系统保护区、自然遗迹保护区和水产资源保护区4种类型。,也叫迁地保护，指把物种及其种群迁移到其原栖息地外人工环境下的适当区域（如动物园、水族馆等），以达到保存遗传基因的目的，是一种静态型的保护。 许多稀有物种或因遭到过度开发、病害、生境被破坏或外来种入侵等人类严重干扰而处于濒危状态的物种，就地保护往往不是

20、一种切实可行的措施。,（三）易地保护,优点：异地保护可以为被保护对象提供比自然野生条件下更为适宜的生存条件；可以为科研人员提高较方便的生物学研究条件；还可以采取较有效的繁殖措施（如人工授精）以维持物种持续存在，最后还便于对群众进行保护生物多样性的教育。 缺点：易地保护的空间（如水族馆）不可能很大，保护对象的数量受到限制，种群容易产生遗传漂变；易地保护对象也只代表物种基因库的一个有限部分 。 其次，经过许多世代的人工饲养后，保护对象的食性、习性都会改变，并逐渐丧失它们在自然环境条件下的生存能力。 最后，易地保护需要很大的资金投入。,保存有机体的一部分如细胞、卵子、胚胎、精液或其它繁殖体等，并通过

21、建立现代化的离体保存基因库，保护遗传基因，也称基因资源库。延长个体的繁殖寿命；增加珍稀物种的个体繁殖机会；为地理隔离种群之间交流基因提供了途径。,（四）离体保护,（一）退化生态系统及其特征 退化生态系统（degraded ecosystem）或称受损生态系统（damaged ecosystem）是指在自然因素、人为因素或二者的共同干扰下，导致生态系统要素和生态系统整体发生的不利于生物和人类生存的量变和质变，具体表现为生态系统的基本结构和固有功能的破坏或丧失，生物多样性和生产力下降，系统的稳定性和抗逆能力减弱甚至丧失。,二、退化生态系统和恢复生态学,退化生态系统实际上是生态系统演替的一个类型。退

22、化生态系统形成的直接原因是人类活动，部分来自自然灾害，有时两者叠加发生作用。自然的干扰：全球环境变化（大气环境、洋流的变化）或区域性的气候变化和局部自然灾害（如火山爆发、地震等）。人为因素：主要包括工农业生产、城市化、商业、旅游、战争等一系列活动或过程。,退化生态系统的特征：群落结构趋于简单化，相应的功能也不断衰退，生产力下降，正常的能流、物流渠道被阻断，系统稳定性不断减弱，生态系不断朝着异养演替方向发展。,1恢复生态学 恢复生态学（restoration ecology）， 它是以生态学原理为基础，恢复受损生态 系统到接近于受干扰前的自然状况的技术方法和管理措施。,（二）受损生态系统的恢复,

23、生态学原则、社会经济技术原则和美学原则：退化生态系统的恢复与重建要求在遵循自然规律的基础上，通过人类的作用，根据技术上适当，经济上可行，社会能够接受的原则，使受害或退化生态系统重新获得健康并有益于人类生存与生活的生态系统重构或再生过程。,2恢复退化生态系统的生态学原则与目标,图13-3,生态学原则：生态演替原则、食物链食物网原则、物质循环与转化原则、生物相互作用原则以及生物多样性原则等。 受损生态系统恢复的目标是部分或全部恢复其原有基本的生态功能作用。首要目标仍是保护自然的生态系统，,3恢复受损生态系统的基本途径,图13.4,恢复受损的生态系统的基本步骤包括： （1）确定生态系统退化的原因 （2）确定生态系统受破坏的程度 （3）制定恢复方案（4）实地试验（5）恢复后的监测与效果评价以及建立管理措施,