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xiaochong8693木虫之王 (文坛精英)
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向物种多样性的机制性阐释迈出重要一步
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向物种多样性的机制性阐释迈出重要一步 -------------------------------------------------------------------------------- 作者:张双虎 张思玮 发表时间:2009-09-14 摘自:科学时报 近日，北京大学城市与环境学院方精云院士率领的研究团队与美国新墨西哥大学James Brown教授合作，在物种多样性分布规律的机制性阐释方面获得重要研究结果。他们通过对我国木本植物分布数据库的分析，并结合北美的物种分布数据，检验了James Brown研究小组提出的生态学代谢理论（以下简称“代谢理论”）对解释物种多样性分布规律的有效性，同时发现该理论具有极强的尺度依赖性。这一成果已发表在近期的《美国科学院院刊》（PNAS）上。此项研究获得了国家自然科学基金的支持。 代谢理论的尺度依赖性 物种多样性（或物种数量）由低纬度向高纬度递减的变化趋势是地球表面最显著的生态特征之一，对其规律和机制的探讨可以追溯到19世纪的达尔文时期。最近20年，随着国际社会对生物多样性问题的高度关注，物种多样性的分布规律及其机制的研究也随之成为生态学、环境科学和保护生物学的研究热点。 方精云课题组近年来致力于中国生物多样性分布规律及其机制的研究。他们在对全国近60座重要山地的植物多样性进行调查的同时，与各地植物学专家合作，建立了含有多达13000余种中国木本植物的分布数据库。 通过相关数据的分析与对照，方精云课题组发现，中国和北美地区的物种数量确实如代谢理论所预测的那样受能量制约。代谢理论的本质，即环境能量控制着生物的代谢速率和个体大小，从而控制着物种数量的多少。但他们同时发现，空间尺度的大小在某种程度上极大地影响着这种能量与多样性之间的关系。 研究还发现，东亚地区物种多样性随纬度递减的速率比北美地区要大得多。这个结果推演出一个重要结论：温暖的东亚南部其物种多样性比同气候的北美南部要高，但寒冷的东亚北方地区物种多样性要低于北美的寒冷地区。该结论已得到实测数据支持，从而改变了人们长期以来普遍认为的“东亚地区的物种数量要比北美丰富”的观点。 “我们的思路是，把空间尺度作为取样单元，以一定面积内的主要树木群落作为研究对象，运用相应的计算公式考察出空间尺度对物种丰富度与环境因子之间的相互关系。”近日，课题组成员之一、正在瑞士苏黎世大学从事博士后研究的王志恒在接受《科学时报》记者采访时说。 据了解，东亚地区和北美地区拥有相近的降水、温度条件以及广阔的气候梯度，两地区拥有许多间断分布的种和属，物种组成具有一定的相似性。方精云研究团队通过实验发现，东亚和北美地区的物种丰富度与温度均呈显著的线性相关关系。当年均温在0℃前后，两地区的物种丰富度基本相同；而高于0℃时，在相同空间分辨率下，东亚地区的丰富度高于北美地区；并且，随着温度的增加，多样性的增加越显著。反之，当温度低于0℃时，北美的多样性反而比东亚地区要高。 “这与以往的一些研究笼统得出东亚物种多样性高于北美的结论不一致，因为他们没有考虑到两个大陆间区域和温度的差异。”王志恒说。 有关专家评价该项研究认为，它既解释了东亚和北美生物多样性的分布规律，又发展了“代谢理论”，是向物种多样性的机制性解释迈出了重要一步。 保护物种多样性要先“摸底” 准确的物种分布信息是宏观生态学和生物地理学研究的重要基础。在过去几十年中，随着物种分布资料的积累以及大量物种分布区图的出版，基于物种分布区的资料研究物种丰富度、物种组成更替以及其他生态格局已经成为宏观生态学和生物地理学的通用方法。 据了解，中国作为全球12个“巨大生物多样性国家”之一，拥有超过30000种维管束植物，其中包括约13500种木本植物、3200种树木，物种数量仅次于位于南美洲的巴西和哥伦比亚，位居全球第三，而远高于同处北温带的北美洲、欧洲地区以及日本。但中国目前还没有一个较为完善的植物分布数据库。 “建立中国木本植物分布数据库是很必要的，因为只有知道有什么物种了，我们才能做到更有效的保护，否则一切都是空谈。”王志恒说。 其实，在过去的一个世纪中，我国植物学家和生态学家一直为植物的分布进行着广泛调查，也开展过多次大型科学考察。比如青藏高原考察、横断山区考察、三峡地区植物资源考察等，积累了大量一手资料。 尤其近二十年来，《中国植物志》、《中国树木志》以及多个省区的植物志和树木志相继出版；一大批地方植物志和植物资源考察报告也纷纷出版发行。这为建立中国植物分布数据库提供了不可或缺的基础资料。 自2004年开始，北京大学生态学系组织实施了“中国木本植物分布数据库”建设项目。该数据库建设由方精云主持，邀请全国各地熟知当地植物分布的专家数十人参与，数据库已于2007年年底基本建成。 据方精云研究团队的人员介绍，数据库中收录了我国几乎全部的木本植物，共有13570种木本种子植物（包括变种、亚种和变型），是目前最为完善和全面的中国木本植物分布数据库。数据库中，木本植物是指根和茎含有木质部的植物，包括乔木（高度>4米）、灌木（高度<4米）和木质藤本植物。数据库包含了每种植物的中文名、拉丁名及其在中国境内的县级分布以及50千米×50千米等面积的网格分布。 数据库创建过程的“四步走” 记者从中国木本植物分布数据库相关负责人处获悉，该数据库提供了两种不同形式的物种分布数据，即以县为分布单元的物种分布区以及以等面积网格为基础的分布区。 “基本上能够比较全面地在数据库中找到相应木本植物。”王志恒说。 记者了解到，数据库建立第一步是以《中国植物志》为基础，建立中国木本植物名录。第二步是广泛收集物种分布信息，建立每个物种的分布区。这些信息大多来源于已出版的全部植物志，包括《中国植物志》各卷册以及已出版的其他全国性植物志、各省植物志和区域植物志等。 为确保数据库的准确性和权威性，负责数据库建立的科研人员还将全国划分为20个区域，在不同地区邀请1～2名熟知植物分布的植物学专家对数据库中每个种的物种分类信息（包括物种中文名、拉丁名及所属科、属信息）以及地理分布信息进行详细的校验、补遗和审定完成，这是创建数据库的第三步。 “开发木本植物数据库目的在于方便对物种分布格局的了解，我们最后还使用Visual basic以及MapObject等工具开发了一款便捷实用的工具软件，实现了对物种分布数据库的编辑、修改、浏览显示、输入输出以及搜索等功能。”方精云研究团队的一位科研人员说。 不过，王志恒也坦言，这个数据库仍然需要不断丰富与完善。 |
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