上海海洋大学海洋生态学Chapter014海洋生物多样性保护与生态系统管理

第十四章海洋生物多样性保护与生态系统管理\n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。生物多样性是生命有机体的种类和变异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。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。\n物种多样性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种）。（一）物种多样性（speciesdiversity）\n表14.1地球上现存生物已描述的种数（McNeely1990，Wilson&Peter1988）类别种数（103）类别种数（103）细菌和蓝藻真菌藻类高等植物原生动物海绵动物腔肠动物环节动物甲壳动物4.7646.9826.90267.7530.805.009.0024.0038.00昆虫其他无脊椎动物软体动物棘皮动物硬骨鱼类两栖、爬行类鸟类哺乳类合计751.00132.4650.006.1016.0910.489.204.171,435.66\n关键种假说：一些物种对维持系统稳定性和完整性具有重要作用，称为群落或生态系统的关键种。冗余假说（功能补偿假说）：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。铆钉假说：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\n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。\n遗传多样性也称基因多样性：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）表现型（phenotype）、基因重组（generecombination）（二）遗传多样性（genediversity）\n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。\n生态系统多样性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。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（ecosystemdiversity）\n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。\n（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\n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\n海洋生物泵与海-气碳通量示意图(引自SOLARS2006)\n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\n三、海洋生物多样性保护刻不容缓海洋生物多样性是伴随着地球演化，经历了数十亿年海洋生物与海洋环境相互作用和生物间协同进化的结果。海洋生物多样性面临多种压力的威胁：过度捕捞环境污染生境破坏外来种入侵无控制的旅游活动全球变暖当前人类活动导致陆地和海洋生物物种灭绝的速度是自然灭绝速度的1,000倍以上。\n第二节生态系统管理的原则与途径一、生态系统管理的概念与原则生态系统管理的概念：指在对生态系统组成、结构、功能和动态充分理解的基础上，制定适应性的管理策略，以维持、保护或恢复生态系统结构的完整性和功能与服务的可持续性。生态系统管理是具有明确且可持续目标驱动的管理活动，由政策、协议和实践活动保证实施，并在对维持生态系统组成、结构和功能必要的生态相互作用和生态过程最佳认识的基础上从事研究和监测，以不断改进管理的适应性。\n生态系统管理概念示意图（引自于贵瑞2001）\n生态系统管理的主要原则生态完整性原则：根据生态系统保持其结构和功能完整性的能力来使用资源自然边界原则：必须在生态系统自然边界的范围内进行，采取国际或跨地区合作的形式来开展管理活动。生物多样性原则：保护生物多样性。生态系统的动态性原则：认识到生态系统变化的必然性，并据此进行科学合理的规划。人类是生态系统重要成分的原则:强调利益相关人群的共同参与。适应性管理和预防原则：强调生态系统变化的不确定性。其他原则：多部门协作原则、多学科交叉原则、循环利用原则、管理尺度原则等等。\n适应性管理（adaptivemanagement）人们对生态系统的理解总是难以达到全面和完整。生态系统对管理行为（也是一种干扰）的生态响应往往不可预知，具有很强的不确定性。生态系统模型是生态系统管理的重要工具，但准确建模所需的生态学知识和大量的信息、数据常常存在缺陷，这也是造成生态系统管理不确定性的重要原因。实施对生态系统的监测是减少不确定性的基本方法。生态系统管理只能依赖于我们对于生态系统临时的和不完整的理解来进行，允许管理者对不确定性过程的管理保持灵活性和适应性。适应性管理提供了一种把知识、经验和监测有效地整合到生态系统管理中的科学方法，同时也提供了解决不确定性问题的有效途径。\n预防原则（precautionaryprincipal）基于“预防比犯错好”的思想，在对生态系统认识还十分有限却必须做出管理决策时所采取的重要原则。预防原则的特点在于它是明智和负责任的，建立在合乎逻辑的科学研究与分析之上，是一种主动的（或前摄的）而非被动的（或反应性的）管理原则。基本要求是，如果某项管理决策（特别是对技术的使用）会给生态系统或环境带来某种严重的或不可逆的潜在伤害时，那么，最好不实施该项决策，尽管对于这种潜在伤害的可能性、严重程度或因果联系尚存在着科学上的不确定性。\n二、生态系统方法及其应用生态系统方法的定义：生态系统方法又称生态系统途径，是有效实施生态系统管理的方法或途径。根据《生物多样性公约》的定义，生态系统方法（ecosystemapproach）是指综合管理土地、水和生物资源，公平促进其保护与可持续利用的战略。它是一种跨学科的，包含参与过程的综合性方法。因此，生态系统方法的应用有助于均衡地实现《生物多样性公约》的3个关键目标，即有效保护、可持续利用和公平公正地享有开发基因资源所带来的利益。\n生态系统方法的定义及其主要原则土地、水和生物资源的管理目标是一个社会选择问题。应将管理权下放到最低的适当一级。生态系统管理者应考虑其活动对相邻和其它生态系统的（实际和潜在）影响。考虑到管理可能带来的利益，因此，通常需要从经济的角度理解和管理生态系统：①减少对生物多样性有着不利影响的市场扭曲现象；②调整奖励措施，促进生物多样性的保护和可持续利用；③使特定生态系统的成本和效益内部化，直到实现可行性。保护生态系统的结构和功能，以维持生态系统服务，这是生态系统方法的优先目标。——《生物多样性公约》\n必须在生态系统的功能限度内管理生态系统。应在适当的时空范围内应用生态系统方法。由于生态系统过程具有的不同的时间尺度和滞后效应，生态系统管理的目标应当是长期性的。管理必须认识到变化的必然性。生态系统方法应寻求生物多样性保护和利用的适当平衡与统一。生态系统方法应考虑所有形式的相关信息，包括科学知识、乡土知识、创新方法和传统方法。生态系统方法应让所有相关的社会部门和学科参与。生态系统方法的定义及其主要原则（cont.）——《生物多样性公约》\n生态系统方法的实施步骤\n生态系统方法的优点生态系统方法要求我们重新认识生态系统，要把生态系统的可持续性看作是人类所必需的。生态系统方法并不排斥其它的管理和保护的方法，比如单一物种保护、建立自然保护区、流域综合管理等方法，它将各种方法综合在一起来有效地处理复杂的现实问题。生态系统方法提供了一个更为广泛的管理基础，所包含的管理单元的范围大小可以通过不同时空尺度来调节，它为政府、社团和私人之间的合作提供了一个更具操作性的政策框架，使综合的、跨学科的、可参与的和可持续的管理成为可能。\n生态系统方法在渔业管理中应用（例）1994年，美国鱼类和野生动物管理局开始将生态系统方法应用于鱼类和野生动物的保护。2001年《雷克雅未克宣言》将渔业的生态系统方法(EAF,EcosystemApproachtoFisheries)作为渔业管理的框架。EAF是一种传统渔业管理的延伸，它认识到与利益相关方合作的重要性，致力于协调各种社会目标。EAF考虑到了人类对生态系统认识的局限性，主张在一个有生态意义的边界内进行渔业综合管理。从长远来看，基于生态系统的渔业管理可以提高海洋生态系统的生产力，使得生态系统能够以一种可持续的方式向人类提供高产量和高质量的食物。另外，海洋自然保护区管理和大海洋生态系统管理也逐渐接受了生态系统管理的理念和生态系统方法，在海洋生物多样性和海洋生物资源保护方面获得了巨大的成效。\n三、退化生态系统的恢复与恢复生态学（一）退化生态系统及其特征退化生态系统（degradedecosystem）或称受损生态系统（damagedecosystem）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（章家恩和徐淇，1999）。造成生态系统退化的原因是多方面的，可归纳为自然的干扰和人类的干扰两大类。自然干扰：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）。人为干扰：工农业生产、城市化、商业、旅游、战争等。各种干扰所造成的损害常常是积累性的、叠加的。\n退化生态系统的特征退化生态系统的特征从其群落的组成、结构和功能的变化表现出来，或者说可以根据生态系统中的群落结构和功能以及引起的环境特征的变化程度来判断生态系统受损的程度。当生态系统不断受到外界的干扰，并且这些干扰超过其本身的调节能力时，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，系统的稳定性不断减弱，生态系不断朝着异养演替方向发展。同时，外界干扰的类型、强度在很大程度上决定着生态系统退化的进程和受损的程度。\n（二）退化生态系统的恢复生态恢复（ecologicalrestoration）生态恢复是指旨在促进或加速生态系统恢复其健康、完整性和可持续性的活动。——国际恢复生态学会通常将恢复受损生态系统到接近于受干扰前的自然状况称为恢复（restoration），而将恢复生态系统的功能和利用方式称为重建（rehabilitation）。恢复生态学（restorationecology）以生态学原理为基础，研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、过程与机理的科学（任海和彭少麟，2001）。恢复生态学既是理论科学，又是应用科学，在一定意义上说，它又是一门生态工程学（ecologicalengineering）或生物技术学（biotechnology）（陈昌笃，1993）。\n恢复退化生态系统的原则与目标原则：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生物多样性原则社会经济技术原则美学原则目标：从受损生态系统结构、功能的恢复作为基本出发点，部分或全部恢复其原有的基本生态功能作用。\n恢复受损生态系统的基本途径一般步骤：确定生态系统退化的原因。确定生态系统受破坏的程度。制定恢复方案。实地试验。恢复后的监测与效果评价以及建立管理措施。\n第三节海洋自然保护区厦门的海洋保护区\n一、海洋保护区与自然保护区的概念海洋保护区（marineprotectedarea）以海洋自然环境和资源保护为目的,依法把包括保护对象在内的一定面积的海岸、河口、岛屿、湿地或海域划分出来,进行特殊保护和管理的海洋或海岸区域，既包括实施全面保护的自然保护区，也包括只采取局部或临时保护措施的其他保护区，如季节性禁渔区、对特定物种的捕捞限制区、禁止采矿区和禁止倾废区等等。海洋自然保护区（marinereserve）实施全面保护和管理的海洋保护区,自然保护区内禁止任何获取资源(包括生物资源、化石资源或矿物)和破坏生境的活动。\n我国海洋自然保护区的设置核心区：保护基本处于自然状态的生态系统以及珍稀、濒危动植物的集中分布地，严禁一切干扰，禁止船舶、单位和个人进入，但经国家主管部门批准，可以进入从事科学研究活动，是人们获得自然本底信息的重要场所。缓冲区：指环绕核心区的周围地区，允许进入从事非破坏性的科研活动和标本采集。实验区：在缓冲区之外的一定范围内，可以进入从事科学试验、教学实习、参观考察、旅游以及驯化、繁殖珍稀、濒危野生动植物等活动。外围保护带：如有需要并经批准，可在自然保护区外，再划出一定面积作为外围保护带。\n我国海洋自然保护区类型分布类别类型数量/个面积/×104hm2占总保护面积的比例/%海洋和海岸自然生态系统河口生态系统317.04.0潮间带生态系统2718.04.3盐沼生态系统412.43.0红树林生态系统2617.84.2海湾生态系统38.11.9海草生态系统31.30.3珊瑚礁生态系统76.01.4上升流生态系统10.10.0岛屿生态系统23122.629.2海洋生物物种海洋珍稀、濒危生物物种241761341.9海洋经济生物物种31531812.8海洋自然遗迹和非生物资源海洋地质遗迹81120.3海洋古生物遗迹618194.5海洋自然景观54121.0\n三、建立海洋自然保护区的意义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”，提供比照标准。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。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展，达到改善海洋环境和维持生态相对平衡的目的。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。\n四、海洋自然保护区的资源养护功能与溢出效应保护区内生物资源的恢复\n资源溢出效应和种子效应\n五、海洋自然保护区在恢复退化生境和生态系统中的作用设立海洋自然保护区不但能够保护那些受干扰小、接近自然状态的海洋生境和生态系统，而且对曾经受到较大干扰业已出现退化的自然生境和生态系统的恢复也作用巨大。自然保护区的建立排除了人类活动对受保护生境或生态系统的直接干扰（如生态系统过度捕捞和生境破坏），能有效抑制其退化趋势。自然保护区的建立同时对保护区内所有物种及其物理环境实施保护，使物种间以及生物与环境之间的自然关系得以恢复，将进而使退化的生境和生态系统逐渐回复其合理的自然状态。\n六、海洋自然保护区网络海洋自然保护区网络是在景观生态学和生态系统管理理论指导下新近发展起来的海洋自然保护区建设的新思路和新方法，目前主要用于物种和渔业资源的保护。\n第四节大海洋生态系\n一、大海洋生态系的内涵大海洋生态系（largemarineecosystems，LMEs）大海洋生态系的面积一般要在20万km2以上，主要包括从沿岸到陆架边缘水域；具有独特的海底深度、海洋学特征和生产力特征；生物种群具有适宜的繁殖、生长和营养（食物链）的依赖关系，组成一个自我发展的循环系统；对污染、人类捕捞和海洋环境等因素的压力具有相同的影响和作用。大海洋生态系是一个新的海洋资源保护、管理的概念，它有利于跨国研究、监测、管理和持续利用海洋生物资源，已引起各国的广泛关注和积极响应。\n影响大海洋生态系质量的因素人为因素：人类不合理捕捞活动是导致大海洋生态系变化的重要原因。污染成为系统外部人为影响的另一重要因素。沿岸大型海岸工程建设会导致变水流方向改变、加快淤泥沉积和阻断溯河鱼类的洄游通道，等。自然因素：全球气候异常海流流向改变“自然猎捕”生态系统健康指标：生物多样性、稳定性、产量、生产力和弹性\n二、大海洋生态系的管理目标与实践管理目标持续利用海洋生物资源，这是最基本的管理目标。（限制捕捞力量、增大网目孔径、划定禁渔区和禁渔期等）保护业已衰退的某种渔业资源，使之有生息和恢复的机会，防止生物群落结构发生大的改变。最终实现增加经济效益和渔民收入的目标。管理实践与存在问题资源保护方面：控制捕捞力量、扩大网目和禁渔期、禁渔区等资源增殖方面：种苗放流和保护幼鱼、投放人工鱼礁、防止有害的拖网作业等如何搞好不同国家之间的合作与协调海洋生态系统的结构、功能、过程、机制问题（如GLBEC）