保护和持续利用生物多样性

国际生物多样性科学计划（DIVERSITAS）是国际全球环境变化（GEC）研究四大计划之一，是国际地球系统科学联盟（ESSP）成员之一，是生物多样性领域最大的国际科学计划项目。DIVERSITAS目前进入第Ⅱ阶段研究。本文较为详细地介绍了DIVERSITAS的发展及第Ⅱ阶段的3个核心计划的科学研究内容。

 

地球是一个复杂和敏感的系统，在人类出现以前，是由物理的、化学的和生物的过程控制和影响的。现在，由于人类活动的加剧，它已变成了一个面临重重危机的系统。科学证据表明，我们的星球正面临物种以前所未有的速度灭绝的状况（见图1），其结果可能是对生态系统和人类社会造成深远影响。

 

尽管近二三十年来，生物多样性科学研究已取得了一些明显的进展，但在目前，生物多样性科学仍面临着许多的科学挑战。如：地球上到底有多少种生物多样性？生物多样性正在发生什么样的变化？生物多样性为什么会发生这样的变化？生物多样性发生变化时会导致什么样的生态后果？生物多样性发生变化时会导致什么样的社会后果？我们怎样做才能更好地管理和保护生物多样性？

 

生物多样性领域影响最大的项目——国际生物多样性科学计划（DIVERSITAS）将迎接这些挑战。它通过联合自然科学和社会科学各学科领域的科学家的力量，研究全球生物多样性变化和丧失引起的复杂科学问题并促进国际间合作，加强对生物多样性的起源、组成、功能、持续与保护等基础性研究，促进全球对生物多样性的认识、保护和可持续利用。

 

 

DIVERSITAS是一个国际性的、非政府的科学计划，它始于1991年，发起组织者是国际生物科学联盟（IUBS）、环境问题科学委员会（SCOPE）和联合国教科文组织（UNESCO）。后来该计划的组织者又增加了国际微生物学联盟（IUMS）、国际科学联合会理事会（ICSU）。DIVERSITAS自成立已来，其研究内容已经过多次修改。近年来，DIVERSITAS计划组织者对其研究内容进行了较大调整，使其与全球环境问题研究的联系更为紧密，DIVERSITAS计划现已被列为2001年成立的“国际地球系统科学联盟”（Earth System Science Partnership，ESSP）的全球环境变化研究四大计划之一。

 

DIVERSITAS最初确定的研究内容是：①生物多样性对生态系统的功能的影响；②生物多样性的起源、保护和丧失；③生物多样性的编目和分类。1996年，DIVERSITAS又增加了更多的研究内容：①生物多样性监测；②生物多样性的保护、恢复和持续利用；③土壤和沉积物的生物多样性；④海洋生物多样性；⑤微生物生物多样性；⑥内陆水的生物多样性；⑦生物多样性的人类因素。这些新的研究内容不仅进一步完善了该计划原先的研究内容，而且强调了生物多样性保护与可持续利用问题中的人文因素。

 

2001年，DIVERSITAS计划进入第Ⅱ阶段研究。在第Ⅱ阶段的研究中，五个主持单位ICSU、IUBS、IUMS、SCOPE、UNESCO要求DIVERSITAS科学委员会建立一个新的综合性的生物多样性研究计划。于是，由瑞士的Bernhard Schmid教授和法国的Michel Loreau教授共同组织国际专家于2001年8月30日至9月2日在巴黎草拟一项新的DIVERSITAS科学计划，并随后在网上接受咨询。2001年10月到2002年3月，这项草案还被发送给若干重要机构和会议。2002年1月，新的科学委员会组成，新的科学委员会在2002年4月12日至13日召开会议，听取来自各方面的评论和修改意见，通过了新的DIVERSITAS科学计划。

 

新DIVERSITAS科学计划包括3个核心研究计划：①发现生物多样性并预测其变化趋势；②评估生物多样性变化对生态系统功能和服务的影响；③发展生物多样性保护与可持续利用的科学。2003年，DIVERSITAS就以上3个核心研究计划工作分别举行了一系列科学会议并提出了其科学计划和实施措施。经过对DIVERSITAS研究目标的重新审视和认知，与会者确定了这3个核心研究计划的名称，它们是“生物发现”（bioDISCOVERY）、“生态服务”（ecoSERVICES）、“生物可持续性”（bioSUSTAINABILITY）。从2004年开始，DIVERSITAS陆续发布3个核心计划的科学计划与实施战略。《生物可持续性科学计划与实施战略》(bioSUSTAINABILITY Science Plan and Implementation Strategy)于2004年发布，《生态服务科学计划与实施战略》（ecoSERVICES Science Plan and Implementation Strategy）于2005年发布，目前，DIVERSITAS正在准备《生物发现 》(bioDISCOVERY) 科学计划与实施战略。2005年11月，DIVERSITAS计划在墨西哥的瓦哈卡（Oaxaca）举办了“第一届生物多样性开放科学会议——为了人类福利的集成生物多样性科学”（First DIVERSITAS Open Science Conference：Integrating Biodiversity Science for Human Well-being），对生物发现、生态系统服务、生物可持续性等进行讨论。

 

DIVERSITAS第Ⅱ阶段研究还包括建立一些跨学科的网站，建立这些跨学科网站的主要目的是确保“生物发现”（bioDISCOVERY）、“生态服务”（ecoSERVICES）、“生物可持续性”（bioSUSTAINABILITY）3个核心研究计划的实施，目前主要的网站有：国际山区生物多样性评估网站（Global Mountain Biodiversity Assessment，GMBA，www.unibas.ch/gmba/）、农业生物多样性网站(Agro-biodiversity)、淡水生物多样性网站(Freshwater biodiversity)、全球外来物种研究计划网站（GISP，www.gisp.org）。

 

 

DIVERSITAS第Ⅱ阶段的3个核心研究计划有十分密切的联系，其关系如图2所示。

 

 

许多国际公约、国际文件、国家和地方的政策及规章制度、社会习俗都涉及到了生物多样性的管理，但它们均未能阻止全球生物多样性的丧失。造成这种状况的部分原因可能是，制定的政策没有认识到或没有完全考虑到个人、企业以及政府部门所采取的行动会威胁到生物的多样性。另外，社会也常常不能正确地评价生物多样性的全面价值，特别是生物多样性提供的生态系统服务以及人类的行为方式对生物多样性的影响。DIVERSITAS的生物可持续性计划（bioSUSTAINABILITY）将会促进生物多样性保护与可持续利用有效措施的发展。

 

bioSUSTAINABILITY科学计划的科学研究内容主要由3个相互关联的研究焦点组成：①评价目前所采取的生物多样性保护和可持续利用措施的有效性；②分析研究生物多样性丧失的社会、政治和经济驱动因子；③研究生物多样性保护和可持续利用的社会选择和决策取向。

 

研究焦点一：评价目前所采取的生物多样性保护和可持续利用措施的有效性

 

目前，有许多保护生物多样性与促进生物多样性可持续利用的计划和政策，研究焦点一的目标就是有效地评价当前的保护计划和政策，确定是什么因素导致了当前保护行动的成功与失败。因此，只有通过评估，才能确定生物多样性保护的“最佳实践”活动。而为了使评估更科学、更严密，就十分有必要研究生物多样性的测量方法，并发展对研究计划和政策的有效性的定量衡量方法。

 

研究焦点一主要有以下4项研究任务：①测量生物多样性；②确定判断生物多样性保护行动、战略与政策有效性的评价标准；③确定与生物多样性保护和可持续利用有关的正式和非正式制度的作用；④分析生物、经济和政治边界之间的失谐。

 

研究焦点二：研究导致生物多样性丧失的社会、政治和经济驱动因子

 

生物多样性变化（如生境丧失、生境碎片化、过度开发和外来物种入侵等）的近期原因已有很多研究文献，这也是DIVERSITAS的核心计划“生物发现”（bioDISCOVERY）的研究内容。但对有关导致生物多样性减少的社会、政治和经济驱动因子却知之甚少，或者说，不知道它们是如何起作用的。例如，是经济增长促进了保护，还是它提供的动力使原始地区转变为其它用途了？同样地，是农业集约化导致了生物多样性保护的增加和减少吗？变化着的社会、政治和经济的关键要素对生物多样性保护的影响可能是正面的或负面的。了解导致正面结果和负面影响的机制和条件，是制定能够达到它们所宣称的成功的保护政策的首要条件。该项研究将深入理解社会、政治和经济驱动因子导致生物多样性的近期变化的各种机制。

 

研究焦点三：研究生物多样性保护和可持续利用的社会选择和决策取向

 

人类对生物资源的开发与利用方式直接影响着生物多样性。如当决策改变时（把自然系统改为生产系统、改变水的利用方式、控制外来种的引进程度、控制污染物的释放程度），可能会影响生物的多样性。这些决策对生物多样性有负面影响，经常是由于缺乏对原因的认识和缺乏有效的管理机制，或缺乏减少这种影响的有效机制。研究焦点三的目的就是研究人类的选择和决策取向对生物多样性变化的直接和长期影响，从而为人们的决策提供理论依据。

 

研究焦点三的主要研究任务是：①全成本核算——考虑生物多样性和生态系统服务功能的价值；②与多方面的利益相关者群体共同决策；③面临不确定因素时，如何保护和可持续利用生物多样性。

 

由于许多管理问题对特定的生物区系而言是具体的，因此，对特定的生态系统而言，评估以上3项任务是十分重要的。通过分析对特定生态系统的管理可以获得有价值的经验，这种分析主要涉及生物多样性的价值评估；生物多样性提供的生态系统服务；保护目标、各利益相关方与可持续性问题管理之间的权衡博弈。对同一生态系统类型中的不同特定子系统进行比较也是十分有价值的。

 

 

生物多样性丧失对生态系统功能的潜在影响目前已越来越受到重视。这主要是由于研究发现生物多样性变化对生态系统功能具有很大的影响。并且可能对人类社会所依赖的生态系统的产品和服务产生十分重要的直接影响。近来的理论和实验研究表明，生物多样性与生态系统功能之间存在着密切的联系。这就迫切需要我们进一步研究生物多样性的变化将对生态系统的产品和服务产生怎样的影响，以及对人类社会的影响。DIVERSITAS的生态服务计划（ecoSERVICES）将积极推动该领域的研究活动。

 

ecoSERVICES科学计划研究生物多样性变化是如何影响生态系统功能及其服务的，该计划的科学研究内容由3个相互关联的研究焦点组成：①生物多样性与生态系统服务功能的联系；②生态系统功能与生态系统服务的关联性；③生态系统服务功能变化的人类响应。

 

研究焦点一：生物多样性与生态系统功能的联系

 

近来有关生态学研究使人们对生物多样性和生态系统功能（BEF）之间的关系有了初步的认知。然而，大多数研究是小尺度短期的试验研究，并且是在一个或者两个热带尺度来开展的。事实上，生物多样性变化和生态系统功能将在较大时空尺度上对人类的生产生活产生影响，也包括在很多营养级别上同时产生影响。

 

研究焦点一主要有6项任务：①研究空间尺度变化与生物多样性—生态系统功能之间的相互关系；②研究时间尺度变化与生物多样性—生态系统功能之间的关系；③研究复合系统中的生物多样性的变化；④研究微生物多样性和生态系统功能的关系；⑤研究生物多样性与生物地球化学循环的关系；研究生物多样性变化是如何通过影响生态系统生产力、呼吸和碳存贮等生态过程，进而是如何影响生物地球化学循环的；⑥开展生物多样性—生态系统功能第二阶段的研究。

 

研究焦点二：生态系统功能与生态服务的关系

 

生态系统服务主要包括碳存贮、温室气体的减少、水体质量和土壤质量的维持以及与人类健康密切相关的生态环境等。该研究的主要目的是进行与人类活动密切相关的生态系统结构（如捕食）和功能（生产力）变化与生态系统性状变化（生态系统服务）的关系研究。

 

研究焦点二主要有以下4项任务：①开展与生态系统功能和生态服务关系有关的试验研究；②生态系统服务与环境公共产品；③对生物多样性、恢复力和生态系统服务的价值进行估算；④开展生物多样性变化对生态系统服务影响的预测模型研究。

 

研究焦点三：生态系统服务变化的人类活动响应

 

生态系统服务变化与人类活动响应之间存在着反馈机制。人类活动导致的生物多样性的变化会影响到生态服务的数量和质量。人类通过不断调整自己的行为和活动来适应生物多样性及生态服务的变化。该项研究的主要目的就是把人类活动对环境变化的响应视为生物多样性与生态系统功能之间关系的一个主要组成部分。但是，该科学计划并没有探讨管理措施方面的响应，这一部分将在DIVERSITAS的bioSUSTAINABILITY科学计划中进行阐述。

 

研究焦点三主要有以下3项任务：①生态服务的可替代性、区域响应和单一服务案例研究；②生态服务的可替代性、区域响应与多重服务；③进行生态系统服务与环境公共产品的预测研究。

 

 

目前，关于地球上生物多样性的认知是有限的和不完全的，大约有80％的现有物种还没有被完全发现或者报道过。特别是在世界上尚未大规模开发的区域和小生物体（如细菌、原生生物和节肢动物）等方面。由于受持续加强的人类活动的影响，世界上的生物多样性正在经受着前所未有的快速变化，这就使得对生物多样性的认知变得极为复杂，即使是在已经做了详细研究的区域和生物分类组群中也是一样。已有研究表明，与人口增长、文化变化、政治和经济有关的因素均会导致生物生境的减少和重组，也会导致物种的分布和丰富度的变化。最终，将会影响生物地球化学循环中的土壤、水和大气的化学组成，进而影响生态系统功能和服务的变化。这就要求我们必须找到新的方法和技术来积极开展与生物多样性变化和损失有关的监测和研究。DIVERSITAS的生物发现计划（bioDISCOVERY）将促进研究不同尺度（如基因、物种和生态系统等层次）水平的生物多样性的观测和描述。这将是开展深层次生物多样性研究和认知生物多样性变化与损失及其成因的基础。

 

bioDISCOVERY研究计划将研究地球上有多少种生物多样性，关注生物多样性的变化并研究它们是怎样变化的和是什么机制导致了它们变化。该研究计划的研究焦点主要有3个：①评估目前的生物多样性；②监测生物多样性的变化；③认知和预测生物多样性的变化。

 

研究焦点一：评估目前的生物多样性

 

为了促进与生物多样性有关的研究工作的开展，就需要发现、验证和综合集成新的研究方法。研究焦点一试图在空间采样设计和地理制图等方法的基础上开展数据信息的集成和综合，以此来探讨分类学信息与功能生态学和其他相关属性的关系。研究焦点一的任务主要有：①强化分类学技术在植物分类和区域关系研究中的应用；②引入生物切片方法和技术；③建立种系信息学并使其成为生物学数据库的骨架；④填补空白，尽可能地发挥博物馆的新信息搜集和优化能力；⑤建立生物物种标本及其数据库。

 

研究焦点二：监测生物多样性的变化

 

当前，急需建立一个高效的、科学的观测网络系统，以监测生物多样性的变化并研究如何量化影响其变化的驱动力。该观测网络将有助于科研人员开展生物多样性变化的驱动因子的认知和量化研究，同时也可以理解生物多样性变化的主导过程变化及其对生态系统功能和人类利用的影响和结果。

 

研究焦点二的主要任务有：①评估目前正在应用和即将应用的方法和程序；②对已有生物多样性监测研究进行综合分析和回顾；③建立生物多样性观测网络；④监测方法的规范和标准化；⑤建立科学的生物多样性研究指标体系。

 

研究焦点三：认知和预测生物多样性的变化

 

为了研究人类活动对生物多样性变化的影响，研究焦点三将主要探讨与生物多样性变化有关的生态学和进化过程的理论的、实验的和经验知识，主要是研究资源开发利用的强度和格局变化引起的生态结构和过程的响应。目的是预测未来生物多样性变化趋势。

 

其任务是：①理解生物多样性的起源和动力学过程；②认知生物多样性变化的人类学驱动因素；③进行人类活动对生物多样性的影响评价；④预测未来生物多样性变化的趋势。

 

 

生物多样性在维持地球生命支持系统和人类可持续发展中起着非常重要的作用。它不仅给人类提供了丰富的食物、药物和诸如木材、纤维、油料、橡胶等重要的工业产品，而且在保持水土、调节气候、维持自然平衡等方面起到了举足轻重的作用（见图3）。

 

但近年来，不断加剧的人类活动，对生物多样性造成了严重破坏。已有研究表明，人类活动是引起生物多样性变化的首要驱动因子。科学家们也认识到，由生物多样性发生变化或丧失引起的特定生态系统结构和功能的变化，会减弱这些系统重要服务功能的有效性，并影响人类社会的美学价值、伦理价值和文化价值。这就要求我们必须采取积极有效的措施来保护生物多样性，并对生物多样性的持续利用进行管理。所以，DIVERSITAS第Ⅱ阶段3个核心计划的发布，将对保护和持续利用生物多样性起到十分重要的作用。（作者单位：中国科学院资源环境科学信息中心）