长江关键地区生物多样性保护的若干重大问题研究

长江关键地区生物多样性保护的若干重大问题研究

（“九五”重大项目建议书）

［目的和理由］

意义：

（1）生物多样性是地球演化中独特的产物，是所有动物、植物和微生物的总和，以及它们所拥有的基因，它们与生存环境所组成的生态系统（汪松、陈灵芝，1990）。一般认为，它包括生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性。生物资源是生物多样性的物质体现，是人类赖以生存和发展的基础。

（2）中国是生物多样性最丰富的国家之一，也是生物多样性受到严重威胁的国家之一。全球生物多样性正处在快速丧失的境地，保护生物多样性已是人类面临最紧迫的任务之一。我国由于人口的巨大压力，经济的高速发展对资源需求的日益增长，公众保护与法制意识不强，导致生态系统急剧退化、物种濒危数目迅速增加、遗传多样性不断丧失。因此，我国科学家面临严峻挑战。

（3）长江关键地区生物多样性的保护具有重要的战略意义，是关系到长江经济开发带能否持续发展的关键之一，也是对我国能否解决自然社会经济协调发展难题的严峻考验。大坝兴建对环境的巨大影响，移民问题，水资源污染问题，湖泊数量剧减及面积缩小问题，等等，都对生物多样性造成极大威胁。因此，该课题立项将举世瞩目。

（4）保护生物多样性要以保护生物学为其科学基础。保护生物学（conservation biology）是一门用现代生命科学及相关学科的理论、方法和技术研究生物多样性发生及兴衰的过程与内外机制，为其保护和持续利用提供科学依据的综合性新兴学科。它以分类学、生态学、遗传学、生理学、生殖生物学、行为生物学、分子生物学和进化生物学为基础，也借用数学、自然地理学、管理学等学科的理论与方法。它特别注重研究珍稀濒危物种以及与人类密切相关的物种的种群动态和遗传结构，并从生活史可塑性、对胁迫的应答能力等特性与生态因子相互关系中，揭示生物多样性丧失过程和机制，进而寻找脱濒的途径。

（5）保护生物学研究可带动生命科学各个学科的发展。跨世纪之际，生命科学正孕育巨大变革，生物多样性的综合研究有可能加速生命科学的这一变革。这为中国生命科学在21世纪国际生命科学领域占有一席之地提供了机遇。

现状和趋势：

（1）保护生物多样性的生物学基础研究大致分3个阶段：①调查与编目阶段——对某一国家或地区的濒危动植物种类和分布进行全面调查，划分濒危等级，编制红皮书；②濒危物种的生物学阶段——着重于濒危动植物的生物学和生态学特性，为就地保护及迁地保护、人工繁殖和驯化提供科学依据；③生物多样性保护生物学阶段——以物种多样性为核心，向生态系统和遗传多样性两个层次拓展，并开始跨层次整体研究，着重揭示生物多样性发生与兴衰过程与机制，寻找保护、管理及持续利用的途径。

（2）发展趋势：①重点仍在物种多样性层次，但遗传多样性层次研究极为活跃，生态系统多样性研究开始起步；②研究有国际意义的关键地区；③跨层次研究，即将3个层次多样性作整体研究；④从“自然保护”为目标走向“保护、管理和持续利用相协调”为目标。

（3）中国在该领域起步比发达国家晚了近二十年，整体水平目前处于第一、二阶段。

（4）中国政府日益重视保护生物多样性，并积极采取行动；中国科学院已有重要举措。

选题理由：

（1）选题原则：①站在学科发展前沿，瞄准重大科学问题；②学术思路新颖；③研究方案可行；④有限经费、有限时间、有限目标；⑤其成果对促进学科发展和推动我国持续发展起重大作用。

（2）选题关键地区的依据：①生物多样性丰富或具特色；②受威胁程度；③有重大价值。

（3）拟选择的4个关键地区符合上述原则和依据：它们均是极富特色的自然地理单元，长江源头由于地貎特征，发育着彼此在结构与功能上差异很大的生态系统，主要是世界上罕见的高寒沼泽，其次是高寒草甸和山地针叶林；川西高山峡谷地区的特殊地质史使其成为举世瞩目的生物多样性分化中心；紧邻三峡库区的鄂西、川东、湘西、黔北是东亚亚热带区系华中区成分的核心地段，建坝后鱼类洄游问题也独特；两湖平原的湖泊是地球上同纬度唯一的大型湖泊群，山地零星沼泽也极富特色，其中发育着独特的水生生物多样性，特别是主要农作物的种质资源以及名特优鱼类。长江经济开发带加速发展以及三峡大坝兴建使这些关键地区的生物多样性保护成为极为紧迫的任务。

［研究内容和目标］

研究内容：

（1）4个关键地区的生物多样性（生态系统和物种层次上）编目。

（2）生物多样性发生过程与机制。

（3）生物多样性丧失过程与机制。

（4）物种多样性发生、兴衰与其他两个层次生物多样性的关系。

（5）特大型水利工程建设与保护生物多样性的协调关系。

研究目标：

（1）揭示研究对象的生物多样性发生、丧失过程和机制。

（2）比较自然和人为扰动对生物多样性影响的异同，以及受胁迫的生物的适应性反应，提出保护、管理和持续利用的对策。

（3）提出长江经济带开发与生物多样性保护相协调的科学模式。

（4）探讨大尺度自然地理单元的生物多样性保护生物学研究的理论与方法。

（5）建立2～3个研究基地，培养跨世纪的保护生物学的高级专门人才。

［研究方案］

（1）先从各关键地区生物多样性编目着手。

（2）各关键地区根据研究侧重点，选定研究的代表性地点、生态系统类型和类群。

（3a）源头由可可西里向东，以陇南为界的青藏高原高寒草甸生态系统为主要研究对象。先研究其物种结构（物种多样性）和营养结构（食物网），再研究群落中物种多样性的维持机制及种间关系，同时，研究主要濒危物种在生态系统中的地位、变动和变动机制，进而研究人为扰动（如放牧、砍伐等）对生态系统多样性的影响。

（3b）川西高山峡谷地区以特有属和特有种为主要研究对象，同时研究若干关键类群的种系发生，若干物种分化、形成过程和机制，以及若干类群动植物的协同进化，探讨横断山脉物种多样性和遗传多样性的分化、形成的过程与机制。

（3c）三峡库区着重于特大型工程兴建对生物多样性影响及保护策略的研究。一是对川东、鄂西这一类关键地区的生物多样性的影响及保护对策研究，二是建坝对洄游鱼类多样性影响及保护对策的研究。

（3d）两湖平原湿地以若干湖泊和沼泽为主要研究对象，同时进行3个层次生物多样性兴衰过程与机制的研究。生态系统层次上着重生物多样性的生态系统功能，以及人为扰动对其兴衰过程的影响；物种层次上着重研究濒危的水生植物、鱼类和水禽类的种群动态，生活史中薄弱环节，遗传多样性丧失与濒危的关系，以及物种对胁迫的适应性反应。前两项关系研究，通过传粉过程，草鱼类系以及鸟类传播来研究；后两项关系研究，通过种群消亡与遗传多样性丧失之间关系来研究。

（4）采用分类学、生态学、细胞学、遗传学、生殖生物学、行为生物学、分子生物学以及其他相关学科的理论和方法进行综合研究。

（5）精选研究样地，使各研究相对集中在若干地点。

（6）对4个地区获得的结果进行综合分析和评价。

［子课题］

1．源头生物多样性保护生物学研究

1．1　生物多样性编目；

1．2　高寒草甸生态系统的物种和营养结构；

1．3　群落中物种多样性的维持机制及种间关系；

1．4　濒危物种在生态系统中的变动及动态与机制；

1．5　人为扰动对高寒草甸生物多样性影响。

2．川西高山峡谷生物多样性保护生物学研究

2．1　生态系统中物种多样性与生态系统稳定性；

2．2　特有属的种系发生；

2．3　物种分化、形成与机制；

2．4　植物与动物协同进化；

2．5　濒危物种种群生态学研究；

2．6　濒危物种生殖生物学及繁殖策略研究；

2．7　植物生理多样性研究。

3．三峡库区生物多样性保护生物学研究

3．1　生物多样性编目；

3．2　三峡工程对川东、鄂西地区生物多样性影响与保护对策；

3．3　三峡工程对洄游鱼类多样性影响与保护对策。

4．两湖平原湿地生物多样性保护生物学研究

4．1　生物多样性编目；

4．2　湖泊和沼泽生态系统多样性丧失过程与机制；

4．3　濒危物种（水生植物、鱼类）多样性丧失过程与机制；

4．4　生态系统中主要经济生物（如野生稻、胭脂鱼等）的遗传多样性丧失过程与机制；

4．5　生态系统中种间关系（传粉、传播、捕食和栖息地等关系）及其景观破碎对其影响；

4．6　退化湖泊、沼泽生态系统重建的途径和机制。

［组织方式］

（1）建议项目主持单位为武汉大学，主持项目并进行协调。

（2）成立专家组或委员会，负责项目设计、评估、分析和总结。

（3）设立保护生物学研究基地，类似工作集中在基地进行，并组织交流和技术培训。

（4）课题主持人负责该课题的组织实施，并对项目主持人和委员会负责。

［研究人员］

（1）以武汉大学、四川联合大学、兰州大学的植物学、动物学、生态学、遗传学、生理学、细胞生物学、分子生物学和环境科学专业的教授、副教授为主要骨干，其中有博士后流动站2个、重点学科点3个、博士点10个。

（2）邀请国内其他专家以个人或课题组形式参加研究。

（3）相当数量博士生参加研究。

［承担单位］

武汉大学：主持两湖平原湿地的研究。

四川联合大学：主持川西高山峡谷地区的研究。

武汉大学、四川联合大学：主持三峡库区的研究。

兰州大学：主持长江源头的研究。

北京师范大学、西南师范大学参与研究。

作者后记

1994年4月20—25日，我应邀赴南京大学参加原国家教委科技司主持的“九五”重大项目的专家研讨会。研讨会规模很大，几乎涉及了全部自然科学领域。会议的目的是组织大学研究人员尽早进入国家“九五”重大计划。我第一次参加这种重要会议。会议前兰州大学赵松龄教授打电话告诉我杜国桢博士也会赴会。在南京大学期间，我得到了梁厚果教授、杜国桢博士等大力支持，策划了“沿长江关键地区生物多样性保护生物学研究”项目，并得到科技司的推荐。主持单位是武汉大学，负责人是我。同年9月25—26日，按科技司要求，在武汉大学召开重大项目研讨会议。这份建议书便是会议的最终成果。由于武汉大学与兰州大学共同努力，高校在生物多样性领域逐步组织起来，形成了一股强大力量，为后来的基金委重大项目申报成功奠定了基础。“973”计划中关于生物多样性的项目也可以看到这份建议书中的许多影子。应当说，我从美国回来，通过3年努力，已将武汉大学宏观生物学带领到生物多样性这一重要领域。但在武汉大学孤掌难鸣，步履维艰，而是复旦大学独特的人文环境才给了我发展生物多样性科学的巨大空间。