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生物多樣性的分析方法范文第1篇

Abstract： The position of microbial in surface water biosphere material circulation and energy flow is irreplaceable and vital， also plays a very important role in the lake ecosystem， and is one of the main reasons of characterization eutrophication. This paper discusses that intending to apply 16S rDNA-based PCR-DGGE technology into the study of microbial diversity in water， thus preventing and controlling eutrophication.

關(guān)鍵詞： 微生物多樣性；變性梯度凝膠電泳（DGGE）；16S rDNA

Key words： microbial diversity；denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE）；16S rDNA

中圖分類號(hào)：Q938.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）19-0305-02

1 湖泊水體系微生物生態(tài)學(xué)

1.1 湖泊水體系微生物多樣性 ①藻類，常見的藻類約56個(gè)屬138個(gè)種，包括：硅藻、裸藻、金藻、甲藻、小球藻屬，柵列藻屬，以及藍(lán)細(xì)菌等。②細(xì)菌，在被研究水體中BOD符合負(fù)荷值比較低、維持好氧狀態(tài)的富營(yíng)養(yǎng)話水體中，常見的優(yōu)勢(shì)菌群有芽孢桿菌屬、假單胞菌屬、產(chǎn)甲烷菌屬、光和細(xì)菌屬、硫酸鹽還原菌等。③原生動(dòng)物及微型后生動(dòng)物，富營(yíng)養(yǎng)化水體中常見固著型纖毛蟲、鞭蟲、甲殼類、搖蚊幼蟲等。

1.2 湖泊水體系微生物間的相互關(guān)系 位于食物鏈中的各種生物與其生存環(huán)境間通過(guò)一系列的能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)移與循環(huán)保持著相互依存的穩(wěn)定關(guān)系，即生態(tài)平衡。但當(dāng)湖泊水體系中大量累積N、P等營(yíng)養(yǎng)元素時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的平衡就被破壞，主要表現(xiàn)為藻類通過(guò)大量繁殖，數(shù)量明顯增多，進(jìn)而導(dǎo)致水體透明度下降和臭閾值增加。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，向湖泊水體系中投加復(fù)合細(xì)菌能與原有水體中微生物形成共生增殖關(guān)系，從而使藻類優(yōu)勢(shì)種群無(wú)法形成，起到了強(qiáng)化水體生物自凈能力，恢復(fù)湖泊生態(tài)平衡的作用。

2 微生物多樣性分析的常用方法

2.1 水體微生物多樣性的傳統(tǒng)研究方法 水體微生物多樣性的傳統(tǒng)研究方法是先將被檢測(cè)水體樣品中的微生物進(jìn)行分離培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)純培養(yǎng)后獲得純菌株，再研究純菌株的特征及細(xì)胞性質(zhì)，最后總結(jié)特性。但由于微生物形態(tài)簡(jiǎn)單，個(gè)體較小，僅依靠外觀形態(tài)觀察無(wú)法獲得太多信息，且自然界中大多數(shù)微生物無(wú)法依靠純培養(yǎng)分離，也不能精確鑒定分離物，進(jìn)而揭示分離物間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。

2.2 分子生物學(xué)技術(shù) 應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)研究水體微生物生態(tài)學(xué)，能夠在一定程度上避免微生物多樣性丟失及種群構(gòu)成變化等問(wèn)題的發(fā)生，有利于被研究水體微生物中新的菌株、新菌種的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步提高對(duì)環(huán)境微生物多樣性的認(rèn)知水平。

3 應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)進(jìn)行水體微生物多樣性檢測(cè)的原理、步驟和主要優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)進(jìn)行水體微生物多樣性檢測(cè)的原理 本論文擬采用基于凝膠中不同DN段電泳遷移率差異的變性梯度凝膠電泳DGGE技術(shù)分離被研究水體系微生物的DNA。

如圖1將尿素和甲酰胺等DNA變性劑添加到聚丙烯酰胺凝膠中，使溶液呈現(xiàn)線性的變性劑濃度梯度變化。在電泳過(guò)程中水體微生物的DNA雙鏈分子在變性凝膠中逐步進(jìn)行解鏈，形成解鏈區(qū)域，此接連區(qū)域的形成增大了DNA分子的遷移阻力。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定變性劑濃度，水體微生物的DNA分子在變性凝膠中的解鏈程度恰好合適，DNA分子所受到的遷移阻力與周圍電場(chǎng)力互相平衡時(shí)，DNA分子便停留在該變性濃度的聚丙烯酰胺凝膠中。DNA雙鏈分子由于堿基排列順序不一樣解鏈區(qū)域及解鏈行為也不相同，導(dǎo)致雖然處于同種變性凝膠電泳環(huán)境中，其遷移行為也不一致，因此可以在其周圍電場(chǎng)作用下得到分離。

為了提高被研究水體樣品中微生物多樣性的檢驗(yàn)精確度和檢出率，能夠更好的反映被檢測(cè)水體微生物的實(shí)際情況，徹底分離DN段，在PCR擴(kuò)增過(guò)程時(shí)將GC發(fā)夾結(jié)構(gòu)添加到正向引物的5'端，使其在PCR過(guò)程中，通過(guò)擴(kuò)增連接到目的DNA雙鏈分子片段的一端上[1]，使其在含有變性劑的電泳凝膠中難以完全解鏈而形成DNA單鏈。由于單鏈DNA在DGGE凝膠中的電泳行為完全取決于DNA的分子大小，而與DNA的堿基排列順序無(wú)關(guān)，因此DGGE電泳無(wú)法將其完全分離。因此，可以說(shuō)只要將檢測(cè)過(guò)程中的電泳條件設(shè)置合適且其滿足條件足夠細(xì)致，哪怕僅有一個(gè)堿基區(qū)別的DN段也可以被區(qū)分。

應(yīng)用PCR-DGGE技術(shù)在水體微生物多樣性研究中具有以下優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)極限低；檢測(cè)速度快；檢測(cè)費(fèi)用低；結(jié)果有較強(qiáng)的客觀性；能夠針對(duì)多個(gè)樣品及多種微生物進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)；可以結(jié)合其他檢測(cè)方法提高檢測(cè)質(zhì)量。

3.2 PCR-DGGE技術(shù)分析微生物多樣性的主要實(shí)施步驟：①環(huán)境樣品微生物DNA的提取；②環(huán)境樣品微生物DNA的純化；③Touch-down PCR[2]；④GC發(fā)夾；⑤染色和測(cè)序。

3.3 PCR-DGGE技術(shù)分析研究水體系微生物多樣性的局限性 如同任何檢測(cè)分析技術(shù)一樣，PCR-DGGE技術(shù)分析微生物多樣性也存在一定的局限性，其局限性主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①存在DN段檢測(cè)的最理想長(zhǎng)度一般在200～500bp之間，所以能夠提供的生物系統(tǒng)發(fā)育信息具有局限性[3]。②在湖泊水體系微生物多樣性檢測(cè)中，由于被研究水體樣品中個(gè)別種類的微生物16S rDNA在復(fù)制時(shí)的異質(zhì)性問(wèn)題及異源核酸雙鏈分子的檢出影響，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏離真實(shí)值略高。③DN段擴(kuò)增后的PCR產(chǎn)物由于受到具有不同序列的DNA共遷移問(wèn)題的影響，DGGE電泳圖譜中可能出現(xiàn)同一條帶中含有不同種類的微生物，這將導(dǎo)致對(duì)湖泊水體環(huán)境微生物的多樣性估計(jì)偏低。同時(shí)受到電泳條件的影響，也不能保證具有序列差異的DN段完全分離。④無(wú)法還原被研究水體中微生物在生活環(huán)境中的真實(shí)圖景，也無(wú)法提供微生物數(shù)量、群落新陳代謝活性和基因水平等研究信息，需要進(jìn)一步結(jié)合微電極測(cè)量或熒光原位雜交等其他技術(shù)方法對(duì)被研究水體系中的微生物進(jìn)行更詳盡地群落的復(fù)雜性分析。⑤DGGE凝膠電泳技術(shù)雖然可以檢測(cè)到占有超過(guò)全部研究水體系的整個(gè)群落微生物數(shù)量1%的優(yōu)勢(shì)菌群的存在，但仍無(wú)法將被研究水體樣品中環(huán)境微生物群落的復(fù)雜性完整地體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于以上技術(shù)方法中存在的檢測(cè)缺陷，可以從改善PCR擴(kuò)增及DGGE電泳條件著手；同時(shí)將與其他傳統(tǒng)的技術(shù)檢測(cè)方法與DGGE電泳技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合、相互補(bǔ)充，這樣將被研究水體系微生物群落的代謝、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能等情況的動(dòng)態(tài)變化更貼近實(shí)際地反映出來(lái)，并進(jìn)一步將原位生理等環(huán)境中微生物的多樣性信息進(jìn)行表達(dá)，從而不斷提高分析微生物生態(tài)學(xué)的研究水平。

4 總結(jié)

本文擬使用PCR-DGGE分子生物技術(shù)分析研究水體微生物群落多樣性，使用該方法的研究較少目前仍然沒(méi)有明確出一種具體的、行之有效的方法來(lái)對(duì)微生物群落多樣性研究進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的后續(xù)性研究擬從傳統(tǒng)培養(yǎng)方法上對(duì)各種菌體進(jìn)行更全面的研究，進(jìn)而將分子生物技術(shù)在水體微生物群落多樣性上建立起一套快捷、可靠的分析方法，在對(duì)水體微生物處理以及富營(yíng)養(yǎng)化水體的治理研究中起到相應(yīng)的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾薇，楊慶，張樹軍等.采用FISH、DGGE和Cloning對(duì)短程脫氮系統(tǒng)中硝化菌群的比較分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（5）.

生物多樣性的分析方法范文第2篇

關(guān)鍵詞：生物多樣性；多樣性功能評(píng)價(jià)；濕地保護(hù)；衡水湖濕地

Biopersity Function Evaluation of the Hengshui Lake Wetland

ZHANG Xue-zhi

(Hengshui Bureau for Hydrology and Water Resources Survey of HebEi Province，Hengshui 053000，China)

Abstract: The Hengshui Lake wetland，located in the hinterland of North China Plain，is a bio-intensive wetland in the North Temperate Zone，an intersection area for the different migratory birds，and the best habitat in North China Plain for many rare and precious birds.According to the survey data of the wetland biopersity，this study conducted a persity function evaluation on species persities and ecosystem persities in the wetland.According to the wetland biopersity criteria，the Hengshui Lake wetland biopersity is at a general level.Biopersity function evaluation of the wetland we can provide scientific basis for the wetland protection.

Key words: biopersity;persity function evaluation;wetland protection;the Hengshui Lake wetland

1 衡水湖濕地屬性

按照國(guó)際濕地公約的濕地分類［1］，衡水湖濕地主要為湖泊濕地、沼澤濕地、水體沼澤化濕地、鹽沼濕地、河流濕地和渠道濕地等。其中湖泊濕地、沼澤濕地是濕地的主體，類型與面積占據(jù)主要地位。其他類型濕地居次要地位。此外，還有少量人工濕地如溝渠、養(yǎng)魚池等。各種類型濕地關(guān)系十分密切，它們相互依存，共同構(gòu)成衡水湖濕地生態(tài)系統(tǒng)。任一類型濕地的退化都將對(duì)衡水湖濕地的生態(tài)與環(huán)境功能產(chǎn)生巨大的影響［2-4］。

1.1 生物多樣性保護(hù)層次

衡水湖具有非常重要的濕地生態(tài)服務(wù)功能，是北溫帶野生動(dòng)植物聚集地和候鳥南北遷徙不同路線的交匯處，這里有植物370種，鳥類286種，魚類26種，昆蟲194種，兩棲爬行類17種，哺乳類17種，生物多樣性非常豐富。

保護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性與保護(hù)珍稀動(dòng)植物有著同等重要的意義。許多物種雖然未被列入國(guó)內(nèi)外各種動(dòng)植物保護(hù)名錄，但其或?yàn)橹攸c(diǎn)保護(hù)珍稀鳥類提供棲息地和繁殖地，或直接（間接）為這些珍稀鳥類提供食物，共同構(gòu)成適宜的鳥類生境。所以保護(hù)這些物種，保護(hù)生物多樣性對(duì)于珍稀鳥類的保護(hù)也是至關(guān)重要的。同時(shí)，保護(hù)生物多樣性也就是保護(hù)濕地這一天然物種基因庫(kù)，以利于我們子孫后代對(duì)物種資源的可持續(xù)利用，對(duì)人類生存和生活也都具有重要的現(xiàn)實(shí)和潛在的意義［5］。

1.2 濕地保護(hù)類型

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡性地帶，在土壤浸泡在水中的特定環(huán)境下，生長(zhǎng)著很多濕地的特征植物。濕地廣泛分布于世界各地，擁有眾多野生動(dòng)植物資源，是重要的生態(tài)系統(tǒng)。很多珍稀水禽的繁殖和遷徙離不開濕地，因此濕地被稱為“鳥類的樂(lè)園”。濕地強(qiáng)大的生態(tài)凈化作用，因而又有“地球之腎”的美名。根據(jù)《自然保護(hù)區(qū)類型與級(jí)別劃分原則》(GB/T 14529-93)，衡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)屬于自然生態(tài)系統(tǒng)類的濕地類型自然保護(hù)區(qū)［6］。從生態(tài)系統(tǒng)特征上看屬于以華北內(nèi)陸淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)為主的平原復(fù)合濕地生態(tài)系統(tǒng)。

2 濕地生物多樣性功能評(píng)價(jià)方法

生物多樣性的3個(gè)主要層次是物種多樣性、基因多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。這是組建生物多樣性的3個(gè)基本層次?；蚨鄻有源砩锓N群之內(nèi)和種群之間的遺傳結(jié)構(gòu)的變異。每一個(gè)物種包括由若干個(gè)體組成的若干種群。各個(gè)種群由于突變、自然選擇或其他原因，往往在遺傳上不同。因此，某些種群具有在另一些種群中沒(méi)有的基因突變，或者在一個(gè)種群中很稀少的等位基因可能在另一個(gè)種群中出現(xiàn)很多。在同一個(gè)種群之內(nèi)也有基因多樣性，在一個(gè)種群中某些個(gè)體常常具有基因突變。生態(tài)系統(tǒng)多樣性既存在于生態(tài)系統(tǒng)之間，也存在于一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)之內(nèi)?？傊?，物種多樣性是生物多樣性最直觀的體現(xiàn)，是生物多樣性概念的中心?；蚨鄻有允巧锒鄻有缘膬?nèi)在形式，一個(gè)物種就是一個(gè)獨(dú)特的基因庫(kù)，可以說(shuō)每一個(gè)物種就是基因多樣性的載體；生態(tài)系統(tǒng)的多樣性是生物多樣性的外在形式，保護(hù)生物的多樣性，最有效的形式是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性［7-9］。

作為水陸相兼的生態(tài)系統(tǒng)，濕地的獨(dú)特生境使它同時(shí)兼具豐富的陸生與水生動(dòng)物植物資源，對(duì)于保護(hù)物種，維持生物多樣性具有難以替代的生態(tài)價(jià)值。濕地生物多樣性是所有濕地生物種種內(nèi)遺傳變異和它們生存環(huán)境的總稱，包括所有不同種類的動(dòng)物、植物、微生物及其所擁有的基因和它們與環(huán)境所組成的生態(tài)系統(tǒng)［12］。

物種多樣性是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，它不僅可以反映群落組織化水平，而且可以通過(guò)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系間接反映群落功能的特征。

在濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物多樣性的理論和實(shí)踐，將物種多樣性和生物多樣性作為一級(jí)指標(biāo)，下設(shè)二級(jí)、三級(jí)亞指標(biāo)，建立可操作性較強(qiáng)的濕地生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［13］，見表1。

人類威脅程度分值

對(duì)資源保護(hù)部構(gòu)成威脅5保護(hù)區(qū)與未開發(fā)生境毗鄰5

資源的有效保護(hù)受到一定的威脅3保護(hù)區(qū)周邊尚有未開發(fā)生境3

資源的有效保護(hù)受到較大的威脅1保護(hù)區(qū)被已開發(fā)的區(qū)域環(huán)繞1

根據(jù)濕地生物多樣性現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，對(duì)照以上賦值逐項(xiàng)打分，將所得分?jǐn)?shù)累加即得到該濕地生物多樣性評(píng)價(jià)總分值。計(jì)算公式為：

R=∑3i=1Ai+∑3j=1Bj(1)

式中：R-濕地生物多樣性總分值；A-物種多樣性分值；i-物種多樣性評(píng)價(jià)項(xiàng)目數(shù)；B-生態(tài)系統(tǒng)多樣性分值；j-生物多樣性評(píng)價(jià)項(xiàng)目。

根據(jù)R值的高低，將濕地生物多樣性劃分為5級(jí)，見表8。轉(zhuǎn)貼于 　3 衡水湖生物多樣性評(píng)價(jià)

衡水湖是華北平原上第一個(gè)內(nèi)陸淡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，同時(shí)也是華北平原唯一保持沼澤、水域、灘涂、草甸和森林等完整濕地生態(tài)系統(tǒng)的自然保護(hù)區(qū)［14］。豐富的生物資源是衡水湖的支柱。這里有綠藻、藍(lán)綠藻和硅藻等在內(nèi)的201種浮游植物、平均密度達(dá)到了4 000個(gè)/L，浮游動(dòng)物174種、平均密度達(dá)到了4 000個(gè)/L；這里有蘆葦?shù)韧λ参铮?、睡蓮屬等漂浮有葉植物，眼子菜屬、黑藻屬等深水植物；這里有兩棲綱、爬行綱、哺乳綱野生動(dòng)物共30多種。所以，衡水湖被稱作“物種基因庫(kù)”。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，衡水湖濕地有維管植物366種，鳥類286種，分別占河北省物種總數(shù)的42.2%和57.2%。維管束植物有國(guó)家三級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物野大豆；鳥類有國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的7種，有黑鸛、東方白鶴、丹頂鶴、白鶴、金雕、白肩雕、大鴇。生物多樣性評(píng)價(jià)結(jié)果為：

物種多度：A1=A11+A12=7.5+10=17.5

物種豐度：A2=A21+A22=10+7.5=17.5

物種稀有性：A3=A31+A32=2+4=6

則物種多樣性為：

A=∑3i=1Ai=17.5+17.5+6=41

衡水湖濕地大多數(shù)植物屬于世界廣布種；在調(diào)查的鳥類中，廣布種占總數(shù)的23.1%，古北種占種數(shù)的68.9%，東洋種占8.0%。衡水湖為沼澤蘆葦香蒲生態(tài)系統(tǒng)，在華北屬常見生境類型；生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、類型單一。衡水湖受人類影響因素較多，對(duì)濕地內(nèi)水體、生物等資源影響較大；濕地周圍為村鎮(zhèn)和農(nóng)田，沒(méi)有未被開發(fā)的區(qū)域。生態(tài)系統(tǒng)多樣性評(píng)價(jià)結(jié)果如下。

生態(tài)系統(tǒng)多樣性地區(qū)分布：

B1=B11+B12=4+4=8

生態(tài)系統(tǒng)多樣性生境類型：

B2=B21+B22=2+6=8

生態(tài)系統(tǒng)多樣性人類威脅評(píng)分：

B3=B31+B32=1+1=2

則生態(tài)系統(tǒng)多樣性為：

B=∑3i=1Bi=8+8+2=18

濕地生物多樣性評(píng)價(jià)總分為：

R=∑3i=1Ai+∑3j=1Bj=41+18=59

按照濕地生物多樣性評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，衡水湖濕地生物多樣性功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為：物種多樣性為41分，生物系統(tǒng)多樣性為18分，衡水湖濕地生物多樣性處于一般水平［15］。從分析結(jié)果可以看出，衡水湖濕地物種多樣性占優(yōu)勢(shì)，而生態(tài)系統(tǒng)多樣性占劣勢(shì)，生態(tài)環(huán)境受人類活動(dòng)影響因素較大。

4 結(jié)論

利用衡水湖生物多樣性資料，對(duì)衡水湖生物多樣性功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。分別對(duì)物種多度、物種豐度和物種稀有性進(jìn)行分析，計(jì)算出物種多樣性；對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性地區(qū)分布、生態(tài)系統(tǒng)多樣性生境類型和生態(tài)系統(tǒng)多樣性人類威脅等指標(biāo)分析，計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)多樣性指標(biāo)。按照濕地生物多樣性評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，衡水湖濕地生物多樣性處于一般水平。生物多樣性是自然生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)和生態(tài)服務(wù)的基礎(chǔ)和源泉。生物多樣性可提供多方位的服務(wù)。人類歷史上大約有3 000種植物被用作食物，估計(jì)有75 000種植物可作食用。人類就是依賴這些植物得以繁衍。生物技術(shù)是以現(xiàn)有生物多樣性為物質(zhì)基礎(chǔ)的工作，在解決糧食短缺、人類健康、維護(hù)生物物種和環(huán)境等諸多社會(huì)經(jīng)濟(jì)重大問(wèn)題中將發(fā)揮重要作用，將成為21世紀(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。

參考文獻(xiàn)

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生物多樣性的分析方法范文第3篇

關(guān)鍵詞：GLOBIO3 模型 完善

中圖分類號(hào)：X17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（a）-0248-04

GLOBIO3 perfect predictive model of biodiversity - questions， suggestions and Prospects

JIANG Xintong

（Environmental Institute， Renmin University of China， Beijing 100872）

Abstract：GLOBIO3 model is one of the frontier achievements in global biodiversity assessment and forecast.Based on the dose-effct relationship，the model predicts the hardly available biodiversity data using the relatively attainable monitoring results of the environmental and social drivers.Though innovative，the model shows clear shortcomings.This paper will firstly introduce the core framework and fundamental methods of GLOBIO3 as a preparation， then focus on the analysis and resolution of the targeted disadvantages of the model.Following this logic，this paper tries to make meaningful improvements to the model and encourage more studies in related fields.

Key word：GLOBIO3 model perfect

1 引言―― GLOBIO3模型簡(jiǎn)介

1.1 基本思想

GLOBIO3[1]使用與原始環(huán)境相比的相對(duì)平均物種豐度（MSA）來(lái)表征一定環(huán)境條件下的生物多樣性，這是模型需要預(yù)測(cè)的因變量。同時(shí)，GLOBIO3使用植被覆蓋、土地利用程度、生態(tài)環(huán)境破碎化程度、全球平均氣溫、大氣氮沉降量和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量這六個(gè)驅(qū)動(dòng)因子作為自變量。模型的基礎(chǔ)是因變量與六個(gè)自變量間的六個(gè)函數(shù)關(guān)系。在對(duì)生物多樣性進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，先使用未來(lái)情景預(yù)測(cè)模型對(duì)驅(qū)動(dòng)因子做出預(yù)測(cè)，然后將因子的預(yù)測(cè)值輸入模型，其輸出結(jié)果就是預(yù)測(cè)的MSA。

1.2 具體方法

對(duì)因變量與自變量的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行回歸時(shí)需要使用樣本數(shù)據(jù)，這些樣本數(shù)據(jù)通過(guò)Meta分析得到。選取與“生物多樣性和環(huán)境條件的關(guān)系”高度相關(guān)的研究，提取其中對(duì)生物多樣性和環(huán)境條件進(jìn)行描述的數(shù)據(jù)形成回歸建模的素材。

得到自變量和因變量的函數(shù)關(guān)系后，需要對(duì)未來(lái)的自變量取值進(jìn)行預(yù)測(cè)。模型中六個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的預(yù)測(cè)值依賴于對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境發(fā)展情景的預(yù)期。GLOBIO3將經(jīng)濟(jì)發(fā)展、植被覆蓋及氣候變化等領(lǐng)域的權(quán)威研究結(jié)果結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建驅(qū)動(dòng)因子的預(yù)測(cè)模型。

將驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)值分別輸入六個(gè)函數(shù)，得到每個(gè)因子影響下，生物多樣性的預(yù)測(cè)值?；隍?qū)動(dòng)因子間不存在相互作用關(guān)系的假設(shè)，將六個(gè)函數(shù)的因變量值相乘，得到MSA綜合預(yù)測(cè)值。

1.3 論題摘要

GLOBIO3模型的思想方法新穎、使用過(guò)程簡(jiǎn)潔。但是這不能掩蓋理論分析和實(shí)踐檢驗(yàn)中顯示的不足之處。為了完善該模型，該文將對(duì)三個(gè)主要問(wèn)題進(jìn)行分析并以此為基礎(chǔ)提出建議。分析的三個(gè)不足之處包括：

（1）忽略重要驅(qū)動(dòng)因子導(dǎo)致模型具有遺漏變量偏差；

（2）樣本數(shù)據(jù)的收集質(zhì)量不高，函數(shù)關(guān)系缺乏對(duì)某些地區(qū)和某些因子的代表性；

（3）對(duì)未來(lái)發(fā)展情景的預(yù)測(cè)結(jié)果單一，結(jié)論不夠穩(wěn)?。?/p>

以下三個(gè)部分將對(duì)這些問(wèn)題分別進(jìn)行分析。

2 忽略影響生物多樣性的重要因子

2.1 問(wèn)題分析

GLOBIO3的基礎(chǔ)是六個(gè)驅(qū)動(dòng)因子（植被覆蓋、土地利用程度、生態(tài)環(huán)境破碎化程度、全球平均氣溫、大氣氮沉降量和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)量）與生物多樣性（平均物種豐度MSA）的劑量反應(yīng)關(guān)系。其中，土地覆蓋變化、土地利用強(qiáng)度、生態(tài)環(huán)境破碎化程度、氣候變化、大氣氮沉降因子源于評(píng)價(jià)全球環(huán)境的綜合模型（IMAGE；MNP 2006）[3]；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)因子源于GLOBIO2模型。通過(guò)參考IMAGE團(tuán)隊(duì)、MNP和GLOBIO2的研究成果，GLOBIO3模型比較全面地體現(xiàn)了現(xiàn)有研究中對(duì)生物多樣性具有顯著影響的因子。

但是，通過(guò)文獻(xiàn)分析找尋驅(qū)動(dòng)因子的方法容易受到文獻(xiàn)選擇的制約，產(chǎn)生遺漏變量偏差。解決遺漏變量偏差的最佳途徑就是通過(guò)更加深入的研究將以往未注意到的顯著因子納入模型。對(duì)發(fā)展問(wèn)題的關(guān)注，使得很多研究注重貧困和生態(tài)的關(guān)系。已有一些研究發(fā)現(xiàn)，貧困地區(qū)與生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)高度重合（Brendan Fisher 2007）[7]，而且在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的時(shí)期表現(xiàn)得尤其明顯。這符合貧困導(dǎo)致生物多樣性減少的理論預(yù)期。這一現(xiàn)象促使我們?cè)谕晟艷LOBIO3模型時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先納入被遺漏的“貧困水平”驅(qū)動(dòng)因子以減小預(yù)測(cè)的偏差?；蛟S“貧困水平”只是諸多遺漏變量中的一個(gè)，納入它并不能使得這個(gè)模型足夠全面。但是通過(guò)納入“貧困水平”來(lái)完善模型卻是探索更多遺漏變量的良好開端。

2.2 解決措施

（1）準(zhǔn)確選取貧困水平的測(cè)度指標(biāo)

將“貧困水平”納入GLOBIO3模型的前提條件是找到合適的指標(biāo)量化貧困水平。根據(jù)不同的研究目的，以往研究中使用的貧困測(cè)度指標(biāo)包括生活水平、財(cái)產(chǎn)、教育水平、健康狀況、營(yíng)養(yǎng)條件等（Azariadis 2005[4]，Bowless 2006[5]，Carter MR 2006[6]）。由于在GLOBIO3中納入“貧困水平”因子是從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的關(guān)系入手分析人類的福利水平變化，其測(cè)度應(yīng)當(dāng)既包括反映經(jīng)濟(jì)水平的貨幣指標(biāo)，又包括反應(yīng)環(huán)境變化的非貨幣指標(biāo)。例如：選取勞動(dòng)力人均收入直接度量貧困水平（Huib Hengsdijk 2007）[7]；或選取人群健康和死亡率指標(biāo)間接度量貧困水平。

（2）在充分論證的基礎(chǔ)上選擇函數(shù)形式

“貧困水平”具有顯著的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段性特征，在描述它與生物多樣性的關(guān)系時(shí)，許多學(xué)者以環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)提出：應(yīng)當(dāng)使用庫(kù)茲涅茨曲線的函數(shù)形式（Stern et al. 1996）擬合這種函數(shù)關(guān)系。這種想法來(lái)源于保護(hù)生物多樣性會(huì)提高經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的機(jī)會(huì)成本的基本理論（M.Norton-Griffiths et al.1995）[8]，表示早期生物多樣性會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而降低；而到達(dá)一定臨界狀態(tài)后，生物多樣性又隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而升高。更多研究在試圖應(yīng)用這一函數(shù)形式時(shí)發(fā)現(xiàn)：該種形式成立的條件是生物多樣性保護(hù)政策和經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策協(xié)調(diào)實(shí)施，而這種雙贏關(guān)系通常難以實(shí)現(xiàn)（D.Hulme 2001[9]， C.B.Barrett 1995[1]，M.Wells 1992[10]）。所以，在擬合生物多樣性與貧困水平的函數(shù)關(guān)系時(shí)依然應(yīng)當(dāng)采用簡(jiǎn)單線性回歸模型。

（3）在適合的尺度上使用模型

“貧困水平”的地區(qū)異質(zhì)性（T.Kepe 2004）限制了模型應(yīng)用的尺度條件。正如對(duì)庫(kù)茲涅茨曲線臨界點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果常因所選取的研究地區(qū)不同而產(chǎn)生巨大的差異（Panayotou 1993；Cropper and Griffiths 1994[12]），經(jīng)濟(jì)變量受制度因素的影響極大，在不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)生物多樣性的影響差異顯著。（Southgate 1990[13]， Mendelsohn 1994[14]， von Amsberg 1994[15]）可以說(shuō)，“貧困水平”因子作為該模型中對(duì)經(jīng)濟(jì)水平的代表，對(duì)全球尺度生物多樣性的影響效果已經(jīng)很不明確了。因此，納入“貧困水平”后的GLOBIO3模型應(yīng)當(dāng)在較小的空間尺度上使用，比如在某一國(guó)家或地區(qū)共同體范圍內(nèi)。

3 樣本數(shù)據(jù)的收集缺乏代表性

3.1 問(wèn)題分析

GLOBIO3模型中驅(qū)動(dòng)因子與生物多樣性的因果關(guān)系是通過(guò)Meta分析從已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)中收集數(shù)據(jù)并擬合回歸得到的。GLOBIO3團(tuán)隊(duì)先從SCI等權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索以“生物多樣性與驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系”為主題的研究；然后，從這些研究中提取驅(qū)動(dòng)因子和生物多樣性的數(shù)據(jù)；最后，利用這些數(shù)據(jù)建立驅(qū)動(dòng)因子和生物多樣性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在實(shí)際檢測(cè)技術(shù)受到限制，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重的情況下，Meta分析方法能夠間接幫助研究人員獲得數(shù)據(jù)（G?ran Arnqvist et al.1995）[16]，但是其精確度低、數(shù)據(jù)代表性不足等問(wèn)題降低了研究的指導(dǎo)意義。下文將著重討論如何通過(guò)建立更完整有效的網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取并綜合利用數(shù)據(jù)來(lái)擬合函數(shù)。

GLOBIO3在擬合函數(shù)時(shí)使用的數(shù)據(jù)通過(guò)Meta分析得到，其中存在的問(wèn)題主要有：第一，對(duì)不同區(qū)域的代表性不均。在溫帶和北半球的大多數(shù)區(qū)域，人類活動(dòng)的歷史較長(zhǎng)，難以找到未受人類干擾的參照情景，所以計(jì)算相對(duì)物種豐度存在困難。這一問(wèn)題使得GLOBIO3中熱帶地區(qū)的數(shù)據(jù)豐富程度遠(yuǎn)高于溫帶和北方區(qū)域，導(dǎo)致模型對(duì)不同地區(qū)的代表性不均勻。第二，對(duì)于不同物種的代表性不均。分析基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)影響的研究多以鳥類或哺乳動(dòng)物為研究對(duì)象；而分析大氣氮沉降的影響的研究則主要以溫帶植物為研究對(duì)象。第三，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)精度差異為綜合利用帶來(lái)困難。比如：不同利用類型的地塊分布數(shù)據(jù)既可以從FAO（FAO 2006）得到，又可以通過(guò)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)獲得，兩種來(lái)源的統(tǒng)計(jì)精度不同；不同地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)計(jì)精度也有較大差異。這都為這些數(shù)據(jù)在同一個(gè)模型中的整合利用帶來(lái)困難。

3.2 解決措施

（1）綜合利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)體系的豐富度和代表性。

首先，擴(kuò)大Meta分析的文獻(xiàn)覆蓋范圍，增強(qiáng)對(duì)弱勢(shì)物種和弱勢(shì)因子的代表性。比如：歐洲地區(qū)的數(shù)據(jù)對(duì)植物物種的代表性不足，可以將對(duì)歐洲植物物種（Bakkenes et al.2002）[17]和生物群系（Leemans and Eickhout 2004）[18]的研究成果納入Meta分析，增強(qiáng)對(duì)植物物種的代表性。再如：氣候變化因子的建模依據(jù)只有IMAGE2.4模型，在文獻(xiàn)分析中占比較少，屬于弱勢(shì)因子。借助生物對(duì)氣候變化適應(yīng)行為的研究成果（Peterson et al.2002[19]； Thuiller et al.2006[20]；Arau jo et al. 2006[2]）為氣候變化因子的建模提供更強(qiáng)大的理論支持。其次，將實(shí)地監(jiān)測(cè)與Meta分析結(jié)合使用，增強(qiáng)對(duì)弱勢(shì)地區(qū)的代表性。例如：GLOBIO3在溫帶和北方地區(qū)的數(shù)據(jù)較少，可以使用瑞典的國(guó)家生物多樣性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（BDM 2004）作為GLOBIO3數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，因?yàn)锽DM中的取樣點(diǎn)主要位于溫帶闊葉混交林和溫帶針葉林（Laura De baan et al.2013）[22]。該數(shù)據(jù)的實(shí)用性也在一些“生命周期影響評(píng)價(jià)”的相關(guān)研究（Koellner and Scholz 2008）中得到證實(shí)。

（2）完善監(jiān)測(cè)體系，打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

目前，全球已有很多國(guó)家致力于生物多樣性的實(shí)地監(jiān)測(cè)，但因檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一、監(jiān)測(cè)成本過(guò)于高昂，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)質(zhì)量很低，難以綜合利用。為了提供比Meta分析更為有力的數(shù)據(jù)支持，必須盡快完善數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。首先，改進(jìn)和統(tǒng)一實(shí)地監(jiān)測(cè)方法。目前，在陸地生物多樣性監(jiān)測(cè)中，比較先進(jìn)的檢測(cè)體系是in situ系統(tǒng)，它對(duì)物種、環(huán)境因子和人類活動(dòng)的空間分布綜合監(jiān)測(cè)。為了增強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，不同的檢測(cè)地點(diǎn)的監(jiān)測(cè)頻度、方法和物種應(yīng)當(dāng)一致（Ferrier et al.2011）[23]。其次，應(yīng)當(dāng)注重樣地監(jiān)測(cè)和遙感監(jiān)測(cè)的結(jié)合。in situ系統(tǒng)監(jiān)測(cè)成本較高，使得很多地區(qū)多項(xiàng)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失。使用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及其他的遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作為對(duì)in situ監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充可以在一定程度上彌補(bǔ)數(shù)據(jù)空白。為了使樣地監(jiān)測(cè)和遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果更好地配合，應(yīng)當(dāng)積極發(fā)展GEO BON這樣的科研項(xiàng)目，探索整合利用in situ及遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的方法（Scholes et al.2008）[24]。為了促進(jìn)不同地區(qū)之間的數(shù)據(jù)綜合利用，應(yīng)當(dāng)積極構(gòu)建以跨國(guó)NGO為中心，包括其他NGO組織、研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)、保護(hù)區(qū)管理機(jī)構(gòu)和森林管理機(jī)構(gòu)的多渠道數(shù)據(jù)收集和利用網(wǎng)絡(luò)。

4 對(duì)未來(lái)發(fā)展情景的預(yù)測(cè)不夠穩(wěn)健

4.1 問(wèn)題分析

情景預(yù)測(cè)對(duì)生物多樣性的預(yù)測(cè)具有決定性作用（Pearson et al.2006）[25]，因此情景預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)健程度至關(guān)重要。目前的生物多樣性預(yù)測(cè)研究通常在常用的情景預(yù)測(cè)模型中選擇一個(gè)加以使用，有時(shí)會(huì)援引其他研究支持自己所選用的模型（Olden，J.D.and Jackson，D.A.2002；[26]Anderson.R.P.2004[27]）；GLOBIO3模型也使用了類似的方法，但并沒(méi)有預(yù)測(cè)模型的選擇依據(jù)進(jìn)行論證。具體而言：GLOBIO3使用IMAGE2.4模型預(yù)測(cè)一定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展框架下土地利用的變化，以Global Land Cover 2000地圖作為補(bǔ)充以提高精度；使用FAO和世界土壤地圖預(yù)測(cè)全球氮沉降和超額氮負(fù)荷；用Digital Chart of the World數(shù)據(jù)庫(kù)（DMA 1992）預(yù)測(cè)道路和管線建設(shè)的分布情況；根據(jù)土地利用的變化計(jì)算群落面積未來(lái)的變化（代表生態(tài)破碎化程度）；用IMAGE模型預(yù)測(cè)全球平均氣溫的變化情況。不加論證地選擇預(yù)測(cè)模型的問(wèn)題是說(shuō)服力不足（Schmit et al.，2006）[3]；用單一而確定的預(yù)測(cè)結(jié)果取代多種潛在預(yù)測(cè)路徑的問(wèn)題是預(yù)測(cè)的穩(wěn)健型和全面性缺失。

4.2 解決措施

（1）對(duì)多種模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行交互驗(yàn)證

情景預(yù)測(cè)模型有很多范本，但是不同研究對(duì)象地理?xiàng)l件和自然稟賦的差異使得從理論層面對(duì)比研究模型的適用性很難；而通過(guò)實(shí)地監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證的成本又高。為了在不違反成本有效性的前提下增強(qiáng)預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)健程度，建議綜合使用多種預(yù)測(cè)模型，并且將模型的輸出結(jié)果進(jìn)行交互驗(yàn)證。

為了給這種交互驗(yàn)證提供素材，這里對(duì)處于國(guó)際前沿的情景預(yù)測(cè)模型及其主要思想進(jìn)行回顧。IMAGE綜合評(píng)價(jià)模型通過(guò)模擬全球貿(mào)易情景判斷對(duì)農(nóng)林產(chǎn)品的需求變化，從而間接計(jì)算農(nóng)、林用地的面積變化。其優(yōu)勢(shì)在于充分考慮到預(yù)測(cè)范圍之外的國(guó)際因素，適合開放條件下的情景預(yù)測(cè)（MNP 2006）[29]。Dyna-CLUE模型充分考慮用地需求、地理位置、管理政策、用地改變的難易程度等多重因素的交互作用，其中不同利用方式在同一地塊上相互競(jìng)爭(zhēng)的假設(shè)很符合日趨緊張的用地預(yù)期（Yongyut Trisurat et al 2010）[30]。但是該模型變量較多，數(shù)據(jù)需求高，只在小尺度研究中有較強(qiáng)的模擬能力。（Castella and Verburg 2007； Pontius 2008[31]； Verburg and Veldkamp 2004[32]）該模型包含40種具體的氣候變化情景。已經(jīng)初具概率預(yù)測(cè)的意義，其最新進(jìn)展Post-SRES還考慮了政策選擇與發(fā)展情景的交互作用（Strengers et al.2004）[33]。GCMs （Global Climate Models）模型可以分析氣候變化情景預(yù)測(cè)的不確定性（Polvani et al.2004[34]）。人類足跡模型通過(guò)預(yù)測(cè)人口密度、對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度（Cardillo et al.2004[35]）、人類活動(dòng)足跡（Sanderson et al.2002）和對(duì)初級(jí)產(chǎn)品的分配方式來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)環(huán)境的變化。（Imhoff et al. 2004）[36]。

因?yàn)殡y以捕捉影響未來(lái)環(huán)境經(jīng)濟(jì)情景的所有因素及影響機(jī)理，任何預(yù)測(cè)模型給出的結(jié)果都是不盡準(zhǔn)確的。但是，這些模型從不同的角度提出的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境發(fā)展的假設(shè)都是基于一定的歷史趨勢(shì)，因此模型間應(yīng)當(dāng)存在對(duì)未來(lái)情景預(yù)測(cè)的共性。如果能夠比較這些模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，剔除造成預(yù)測(cè)結(jié)果差異的變量，就能夠在一定程度上找到這些模型對(duì)未來(lái)發(fā)展情景的公共認(rèn)知并以次為平臺(tái)構(gòu)建未來(lái)的宏觀圖景。這一宏觀圖景就是分析在未來(lái)某一時(shí)點(diǎn)的生物多樣性變化驅(qū)動(dòng)因子的基礎(chǔ)。模型預(yù)測(cè)結(jié)果之間的交互驗(yàn)證能夠使用比較分析的方法推進(jìn)對(duì)潛在發(fā)展路徑的全面探索，增強(qiáng)預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)健性。

（2）利用“集合預(yù)測(cè)”和“一致預(yù)測(cè)”方法

預(yù)測(cè)情景是多方面輸入條件給定后的一個(gè)輸出結(jié)果，其核心層面包括“基年情景”、“模型類別”、“參數(shù)設(shè)定”等。每個(gè)方面在不同的發(fā)展模式假設(shè)下都會(huì)有不同的預(yù)測(cè)結(jié)果，將各方面的多種預(yù)測(cè)結(jié)果排列組合能夠形成一系列綜合預(yù)測(cè)圖景。雖然難以在繁多的組合情景中篩選出最為準(zhǔn)確的一個(gè)，但是從這些組合中體現(xiàn)的總體趨勢(shì)卻會(huì)在很大的概率上接近真實(shí)的發(fā)展情景。

“集合預(yù)測(cè)”方法同時(shí)考慮由不同的“基年情景”、“模型類別”、“參數(shù)設(shè)定”等多種條件組合生成的眾多發(fā)展情景組成的情景預(yù)測(cè)集合。依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，以預(yù)測(cè)集合為樣本數(shù)據(jù)，“集合預(yù)測(cè)”可以劃定未來(lái)發(fā)展情景的變化區(qū)間并給出估計(jì)的可靠程度。使用“集合預(yù)測(cè)”方法建立氣候變化―生物多樣性預(yù)測(cè)模型（Pearson， R.G.et al.2006[37]；Thuiller，W.et al.2004[38]）的嘗試可以認(rèn)為是將這一方法應(yīng)用于未來(lái)情景預(yù)測(cè)的范本。統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究證實(shí)，集合預(yù)測(cè)能夠比任何一種單一的預(yù)測(cè)方法產(chǎn)生更小的平均誤差。（Cramer .W. 2001）

由“集合預(yù)測(cè)”發(fā)展而來(lái)的“一致預(yù)測(cè)”可以認(rèn)為是在“集合預(yù)測(cè)”給出的大概率范圍中求得一個(gè)未來(lái)發(fā)展情景的期望值作為最終的預(yù)測(cè)結(jié)果。目前，“一致預(yù)測(cè)”方法已經(jīng)在建立氣候變化情景的概率分布模型中有較好的應(yīng)用（Stainforth.D.A et al.2005[39]），在此基礎(chǔ)上，將“一致預(yù)測(cè)”推廣到情景預(yù)測(cè)的其他方面需要更多持續(xù)的研究。同時(shí)，“一致預(yù)測(cè)”的研究人員強(qiáng)調(diào)使用這一方法的一個(gè)條件是盡量窮盡可能的組合情景，因?yàn)橹挥挟?dāng)這些組合全面地覆蓋未來(lái)的發(fā)展路徑，才能維持穩(wěn)定的概率分布，從而得出更加穩(wěn)健的預(yù)測(cè)結(jié)果。（Allen， M. et al. 2002[40]）

5 結(jié)語(yǔ)

GLOBIO3模型是對(duì)生物多樣性進(jìn)行預(yù)測(cè)的創(chuàng)新性方法，為了完善該方法，本文從納入“貧困水平”驅(qū)動(dòng)因子、增強(qiáng)建模數(shù)據(jù)的代表性和提高未來(lái)情景預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度三個(gè)方面入手，分別提出具有針對(duì)性的解決辦法。在納入“貧困水平”驅(qū)動(dòng)因子時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用貨幣指標(biāo)與非貨幣指標(biāo)相結(jié)合的方法來(lái)測(cè)度貧困水平、使用簡(jiǎn)單線性模型并在較小的地理尺度上應(yīng)用改進(jìn)后的模型；為增強(qiáng)數(shù)據(jù)的代表性，一方面發(fā)掘已有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高對(duì)弱勢(shì)因子、弱勢(shì)物種和弱勢(shì)地區(qū)的代表性，另一方面發(fā)展綜合檢測(cè)體系為以后的研究提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；在預(yù)測(cè)未來(lái)情景時(shí)，既可以對(duì)不同模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行交互驗(yàn)證來(lái)發(fā)現(xiàn)共同的趨勢(shì)，又可以使用不同條件的多種取值排列組合形成的預(yù)測(cè)集，劃定未來(lái)發(fā)展情景的變化范圍并求得期望趨勢(shì)。

該文的建議主要針對(duì)三個(gè)比較明顯的問(wèn)題，但是GLOBOI3模型的完善仍需要對(duì)更多潛在的不確定性進(jìn)行深入討論。比如：同樣沒(méi)有包含在GLOBIO3模型中，卻可能對(duì)生物多樣性有重大影響的因素還有“生物交換”和“大氣CO2聚集”等（R Leemans et al.2007）[41]，對(duì)這些因子影響的認(rèn)識(shí)還很粗淺，只有通過(guò)更大力度的文獻(xiàn)分析來(lái)逐步加深對(duì)他們的理解才能在此基礎(chǔ)上建立合適的函數(shù)模型。再如：在深入挖掘現(xiàn)有的數(shù)據(jù)時(shí)，以何種方式將樣地?cái)?shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行完美結(jié)合仍然需要探討；在構(gòu)建數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)體系時(shí)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題就是政策選擇只對(duì)監(jiān)測(cè)頻度高，從而時(shí)間序列數(shù)據(jù)全面的物種有利（M de Heer， 2000），這就為發(fā)展定量方法，確定不同物種在數(shù)據(jù)收集時(shí)應(yīng)當(dāng)占據(jù)的權(quán)重提出訴求。只有繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的深入研究與國(guó)際合作才能為這些潛在的問(wèn)題提出更明確的探索方法和更準(zhǔn)確的答案。

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生物多樣性的分析方法范文第4篇

關(guān)鍵詞：桉樹；人工林培育；進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S792.39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：16749944（2013）05005002

1引言

在19世紀(jì)末，桉葉曾被認(rèn)為是萬(wàn)能的。澳大利亞本地人將被桉葉搗碎，將其敷在傷口，傷口愈合的效果出乎意料。再加上桉樹具有空氣消毒的效果，有益于人體健康，所以其人工培育很有現(xiàn)實(shí)意義。如何保護(hù)和維護(hù)桉樹的生物多樣性成為現(xiàn)在各界研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)話題。所謂生物多樣性是指所有動(dòng)物、植物，甚至還包括微生物物種的生命實(shí)體組特征多元化發(fā)展，形成了豐富的生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，生物多樣性一般包括三個(gè)層次的多樣性，即遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個(gè)層次。但是需要我們注意的是生命與物種之間的多樣性是相互依存的，不可分割的，具有整體效應(yīng)。

桉樹約有500余種，最初的原產(chǎn)地是在澳大利亞及其周邊島嶼。但是由于這些年全球環(huán)境問(wèn)題的不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致天然森林和木材資源被嚴(yán)重破壞，所以越來(lái)越多的關(guān)注和重視桉樹的人，開始將它作為一個(gè)利用樹種栽培。現(xiàn)在全世界有96個(gè)國(guó)家商業(yè)化種植桉樹，在中國(guó)16個(gè)省、市、自治區(qū)的600多個(gè)縣種植桉樹2008年達(dá)260萬(wàn)hm2，中國(guó)是僅次于巴西的桉樹第二大種植國(guó)。

根據(jù)目前全世界栽種桉樹的實(shí)際效果來(lái)看，這種單一栽培的方法逐漸地導(dǎo)致了一些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，比如土地退化、生產(chǎn)力下降、生物多樣性減少、地下水位下降、氣候變化，等等。

出現(xiàn)這些問(wèn)題，最本質(zhì)的原因在于生物多樣性減少。桉樹人工林種植生態(tài)環(huán)境惡化和生產(chǎn)力下降的問(wèn)題引起了很多的關(guān)注。

2桉樹人工林單一栽培的現(xiàn)狀

單一栽培的方法逐漸地導(dǎo)致了一些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，主要的問(wèn)題是會(huì)導(dǎo)致生物多樣性減少，特別是桉樹。比如桉樹的第一大面積工程的人工生態(tài)系統(tǒng)取代其他種類的生態(tài)系統(tǒng)。這是生物多樣性喪失的第一層次性能，

即生態(tài)系統(tǒng)類型還原。桉樹人工林生物多樣性喪失的第二層次的性能是物種多樣性減少。桉樹工業(yè)群落，生物多樣性通常比其他物種的人工群低，甚至混合森林生物群落比其他樹種混交林及純林低。因此，桉樹人工森林被稱作“綠色沙漠”，“沒(méi)有生物多樣性的綠色沙漠”。桉樹純林或混合在林下植被比天然林他在植物種植少

在關(guān)于桉樹純林和混交林的觀測(cè)結(jié)果中，桉樹林中林地植物很少，只有零星的草本植物生存。比較典型的例子就是華南地區(qū)桉樹人工林。

桉樹人工林，無(wú)論是純林或混交林，樹林的動(dòng)植物物種不會(huì)很多。由于森林植物物種純，昆蟲的數(shù)量和種類非常少，因此，相應(yīng)的椎骨類型和數(shù)量的物質(zhì)不多，無(wú)論是在純桉林和人工生態(tài)系統(tǒng)混合桉樹等樹種，其人工林生物多樣性、包括植物多樣性、動(dòng)物的多樣性，生物多樣性都比較低。

隨著這幾年種植技術(shù)的不斷推廣，桉樹人工林的遺傳多樣性也越來(lái)越低。這是桉樹人工林生物多樣性減少的第三層次的性能，即遺傳多樣性減少。

如果生物多樣性下降，桉樹人工林生物多樣性就會(huì)逐漸減少，生產(chǎn)力會(huì)降低，即單位面積的產(chǎn)量會(huì)減少，然后導(dǎo)致生產(chǎn)材料減少，生態(tài)環(huán)境變差。它與生物多樣性的變化有著直接的原因。但生物多樣性下降，特別是地表植被的減少或損失，主要會(huì)造成土地養(yǎng)分流失、有機(jī)物質(zhì)的流失，使得土地質(zhì)量變差，造成可耕作土地深度更低，土壤持水、供水能力差，淺根植物不能生長(zhǎng)。

3桉樹人工林生物多樣性下降的原因

3.1替代效應(yīng)

桉樹人工林一旦落定，將對(duì)原來(lái)的環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，甚至?xí)饾u徹底破壞原來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)。其主要的本質(zhì)原因在于造成生物多樣性減少，桉樹人工群落和人工生態(tài)系統(tǒng)大面積更換其他各種原生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)類型變得單調(diào)乏味。桉樹人工林由于地表植被減少或罕見地缺乏，導(dǎo)致水土流失非常容易，形成一個(gè)惡性循環(huán)。此外，還會(huì)造成土地養(yǎng)分流失、有機(jī)物質(zhì)流失，使得土地質(zhì)量變差，缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，無(wú)法維持植物等生物的基本生存條件。

3.2競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)

桉樹人工林中原來(lái)的植被如果被逐漸地取代，那么原來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)必定會(huì)被打破，對(duì)原先系統(tǒng)中的動(dòng)物群和植物區(qū)造成很大的影響。比如植物為了爭(zhēng)奪水分和養(yǎng)分，會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，這種競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)會(huì)逐漸累積，直到形成更大的環(huán)境變化。所以它與原生境完全不同，動(dòng)態(tài)面積也會(huì)受到影響。

3.3化感作用

化感作用是指在生物間的生化關(guān)系，包括促進(jìn)和抑制兩個(gè)方面。它不同于直接競(jìng)爭(zhēng)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，水和陽(yáng)光的影響，它主要是指以桉樹分泌體的特殊物質(zhì)對(duì)其他植物，包括作物混合樹種，以及林下植被和土壤生物的抑制作用。生產(chǎn)實(shí)踐表明，一些物種和桉樹難以和諧共生。比如落下的桉樹葉，枯枝落葉的可溶性物質(zhì)和森林土壤含水量，如酚類化合物，能抑制其他植物、動(dòng)物和微生物的生長(zhǎng)。作為桉樹水提取物可抑制根瘤菌的活動(dòng)。非水在樹林可溶性易揮發(fā)的化感物質(zhì)比水溶性揮發(fā)性物質(zhì)所起的抑制作用更為重要，更重要的是，因?yàn)楹笳咴谕寥乐幸追纸?，而且由于雨水淋洗，使得它很難在土壤中積累，而前者在土壤中的分解速度慢，水的沖洗對(duì)土壤中的吸附物質(zhì)破壞效果不會(huì)太大。

3.4繼發(fā)性人為干擾效應(yīng)

桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)中人為的種植和干擾也是一個(gè)主要的障礙，后一種被稱為主要的人為干擾，包括對(duì)木材資源的分配管理、砍伐時(shí)的收獲形式和對(duì)枯落物的處置等。人為地從林地上收到枯枝落葉使林地地表，直接導(dǎo)致桉樹人工林的水源涵養(yǎng)能力下降。

4結(jié)語(yǔ)

在過(guò)去桉樹的研究中，很多的研究?jī)H限于實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立觀測(cè)點(diǎn)缺乏重復(fù)性和生態(tài)環(huán)境的條件類型代表性。許多機(jī)構(gòu)已采取相應(yīng)干預(yù)措施來(lái)解決這一問(wèn)題，使桉樹不僅可以大量種植，而且避免生物多樣性對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響。對(duì)桉樹人工林生物多樣性進(jìn)行系統(tǒng)研究，非常有必要。

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生物多樣性的分析方法范文第5篇

關(guān)鍵詞：城市；綠化建設(shè)；生物多樣性；增加

1 城市綠化建設(shè)過(guò)程中增加生物多樣性的必要性

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，城市化的進(jìn)程不斷加快，越來(lái)越多的工業(yè)和人工企業(yè)得到發(fā)展，隨之而產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題日益增多。生態(tài)環(huán)境不斷遭到破壞，資源的無(wú)節(jié)制浪費(fèi)，生物多樣性不斷遭到嚴(yán)重破壞，幾乎每天都有數(shù)10種生物滅絕。面對(duì)這樣裸的環(huán)境問(wèn)題，社會(huì)各界都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到保護(hù)和增加生物多樣性在城市綠化建設(shè)過(guò)程中的必要性。生物多樣性包含遺傳多樣性、物種多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)多樣性。在城市綠化過(guò)程中增加生物的多樣性，并不是回到原來(lái)沒(méi)有現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的時(shí)代，而是以綠化建設(shè)作為其它產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，于此同時(shí)，保護(hù)生物多樣性，并在可能的情況下增加生物的多樣性。在這樣的情況下，不僅為人類提供了綠色適宜的生活空間，而且還可以帶來(lái)生態(tài)效益。在人們不斷追求綠色生活的同時(shí)，適時(shí)發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)不僅可以為城市帶來(lái)綠化建設(shè)，還可以完善城市的生物多樣性，確立人與自然和諧的發(fā)展關(guān)系，真正做到可持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)下的城市綠化建設(shè)大都采取單一的種植綠色植物，很少有與現(xiàn)代生活結(jié)合，其實(shí)生物多樣性才是促進(jìn)城市綠化建設(shè)的基礎(chǔ)。城市綠化應(yīng)該以大自然的生產(chǎn)力為主體，與該城市的發(fā)展有機(jī)結(jié)合起來(lái)。生物多樣性作為人類賴以生存的重要潛在資源，在綠化發(fā)展的同時(shí)，能有效地促進(jìn)物質(zhì)的循環(huán)、凈化空氣、保持水土，保證生物基因庫(kù)的完整，這都是大自然的寶貴資源，同時(shí)，在城市綠化過(guò)程中保護(hù)和增加生物多樣性，有利于城市生物多樣性的恢復(fù)和發(fā)展。所以，在城市綠化建設(shè)過(guò)程中保護(hù)和發(fā)展生物的多樣性有必要，也很重要。

2 城市綠化建設(shè)過(guò)程中增加生物多樣性的方法及探索

盡力將城市綠化布局做到完美，從物種的分配，品種的匹配到群落的分布，都要與該城市的氣候環(huán)境，居民生活習(xí)慣結(jié)合，建立綠網(wǎng)系統(tǒng)。在保留自然植被的基礎(chǔ)上，給生物提供更加適宜的生存空間，這樣就能有效地增加生物多樣性。反過(guò)來(lái)生物多樣性的發(fā)展會(huì)保持該城市的物種多樣性，建立起復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，從而有效地保護(hù)城市環(huán)境，防止城市污染，實(shí)現(xiàn)綠色合理的多贏城市綠化建設(shè)。

2.1 加強(qiáng)對(duì)生物多樣性以及城市綠化的認(rèn)識(shí)

其實(shí)現(xiàn)在我們對(duì)城市綠化建設(shè)的認(rèn)識(shí)還很不足，只有掌握和了解城市綠化與生物多樣性在歷史和地域上的聯(lián)系才能在城市綠化的過(guò)程中增加生物的多樣性。在綠化過(guò)程中將荒地野草全部廢除，這樣何嘗不是對(duì)物種多樣性的破壞，這些物種群落的價(jià)值不能低估，所以，要從不同層次上了解生物的多樣性對(duì)于城市綠化的幫助。在建設(shè)中不能忽視原來(lái)不被重視的地段，有很多瀕危物種就存在其中，應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行調(diào)查和保護(hù)，可以變相、多角度的進(jìn)行綠化建設(shè)，將這些被忽視，甚至要廢除的地域規(guī)劃為公園或者生態(tài)園區(qū)的一部分。

2.2 保護(hù)和發(fā)展城市生態(tài)結(jié)構(gòu)

一個(gè)地域的所有物種可以形成群落，城市的群落是一個(gè)較為完善的結(jié)構(gòu)，城市綠化應(yīng)該盡量選取與該地域環(huán)境相適應(yīng)的物種，改善物種布局，使得綠網(wǎng)系統(tǒng)更加完善。應(yīng)該以城市的原有植被為基礎(chǔ)，在綠化前對(duì)該城市的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和了解，綠化建設(shè)的同時(shí)豐富物種的多樣性。只有這樣才能加強(qiáng)城市物種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和自我恢復(fù)能力，將建設(shè)的同時(shí)帶來(lái)的危害降到最小。與此同時(shí)，要找到該城市在綠化建設(shè)中的薄弱地方，通過(guò)合理的規(guī)劃和新物種的引進(jìn)進(jìn)行宏觀上的生態(tài)綠化建設(shè)。例如，城市的綠化建設(shè)不能只考慮增加植物的多樣性，還應(yīng)該考慮動(dòng)物的多樣性。這樣不僅注重了群落垂直結(jié)構(gòu)，形成了層次上的綠化建設(shè)，而且給生物提供了最大的生存空間，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2.3 完善

雖然，增加生物的多樣性有利于城市的綠化建設(shè)，但生物多樣性高并不是人為拼湊。如今的綠化建設(shè)中人為種植所占比重大，所以，生物多樣性不能等同于物種的多樣性。要考慮他們是否能有機(jī)結(jié)合在一起，能否融入綠網(wǎng)結(jié)構(gòu)中。人工搭配的不穩(wěn)定性客觀存在，必須要在保護(hù)中發(fā)展，要充分挖掘原有的生態(tài)多樣性，這樣會(huì)節(jié)省大量的人力、財(cái)力，并且達(dá)到意想不到的效果。在綠化建設(shè)中增加生物多樣性，進(jìn)而以生物多樣性維護(hù)城市綠化的成果，構(gòu)建優(yōu)良的生態(tài)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，我們對(duì)城市綠化建設(shè)提出的新要求就是保護(hù)和增加生物的多樣性，為此，相關(guān)部門首先要充分研究城市原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)，充分挖掘原有的生態(tài)潛力，然后再引入新的物種，完善生態(tài)結(jié)構(gòu)，建成全新、有機(jī)并更加穩(wěn)定的垂直結(jié)構(gòu)，進(jìn)而真正保護(hù)和發(fā)展生物的多樣性。

參考文獻(xiàn)