生物多样性研究的现状与发展趋势_马克平
基础学科
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生 多 样物性 研 究 现 的状与 发 趋势
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马 平克钱迎 倩王 晨 ( 国中 科 学院北 京 l ( 0) 8 64
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) 物 生 多 性样是 地 球上 生命 经 过 几 十 年 发亿展 进 化的 结果 是 人类赖 以生存 的物 质基 础 然 随 着 而犬口 的迅 速 长 人类增 经济活 的 动不断 加 剧
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基 因
以 它们与 生存及环 境成形 复 的杂 的态生 系统 因 此 生 多物 样性 是一 个内 涵 十 分 广泛 重的 要 概念 包括 多 个层 次 或 水 平其 中研究较 多 意义
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为人 类 生存 最为 要重 基 的 础的 物生多 样 性 受 到
严了重威 胁 在过 去 2 亿 年 中的自然 每 2界 年 7 有 种一植 物 物种从 地球 上 消 失每 世纪 有 9 o 多 脊种椎动 物 灭 绝随着 类人 活动 的 加剧物 灭 种 的绝 度 速 不加 快 断现在 物种 灭绝的 速是 自度 然 灭速 绝度的 01 0倍 ! 多 物 种很未 被 名定即 已灭 绝 大量基 因丧 失 不 同类 型 的 生 态系 统面积 锐 减无法 再现 的 基因物 种 和生态 系 统 以正 人 历类史 上 所前 有 未 速 度的消 失 果如 不 即 采立取 有措 施效人 类将 面 临能 否 继 续以其 固有 的 方 式 活生的 挑 战 生 物 多 样性的 研 究护 和保 续 持合理地利 用 急 加待强 刻 容不缓 国 是 中 生物多 样 性特别 丰 富 的国 家 之 一 据 计 中 国 的统 生 多 样物性居 世 界第 位 八北 半球第 一位 同 时 中 国 又 是生 物 样多性 受 最到 重严威 胁的 国 家 之 一由 于 生态系 统 大 的面 积 破坏 和 退化 使中 国的 许 多物种 已 变成濒 危 种 和受威 种胁高 等 植 物濒中 危 高 种达 4 0 一0 50 0 占种总 种数 的1 5一 2 % 。 在 危濒野 生动 植 物 种 国际 贸易 公 列 约 出 64 的 个世 界0性 濒 物 种 危 中中国 就有1 6 5 约种为 总数的 4 / 形1势 是 十 分峻严 的 此种凡 种都 要求 我 们 须必 立 开 展即有 的 关 应用基 研础究 为 效 有的 护 行保动 和持 续 利 用施措提 供 靠 可 依的 据 这将 不仅 利有 当 代人 且而造 福 于 子 孙 后代 既 有 要 的重 理 意论 义 可 产又 生 巨 大 ; 社 的效 益 既 是会中 国持 续 发 展的 需 又 要 是 国 际社会 极 为关 注 为并 之 力 努工作 的 点重
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。重大 主的要有 遗 传 多 样性 物 多 种 样性生 态 系 统 多 性样 景观 和多 性 四样个 次层。
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物 生多样 性 的 概 念生
物 多 样 性 是生 物 其 与及 境环 形 成的 生态 复
体 以 合与及 此 关相的 各 种 生 态程过的 总 和它包 括 数 以 百 万计 的 动物 植 物微 物生 它和们 所 拥 有 的
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遗传 多 样 性
遣传 多 样 性是指 种 内 基因 的 变 化包 括 种 显内著 不 同 的 种 群间 同和 种 群内 遗 的 变传异 亦称 基为 因 多性样 内种的 多 样 性是 物种 以 上 各 水 平 样 性 的多最 重 要来 源 遗传变 异 生 活特史点 种 群 动 态及其遗 传 结构 等 决 定 或 影 响着 一 个 种物与 其它 物种 及 其环 境 互相作 用 的 方式 且而种 内 的 多样 是性一 个 物种 人为对干 扰 行 进成 功反 应的 决定 因 素 种 内 的遗 传 变 异程 度也 决 其定进化 的 势潜 遗传多样 性 测的度是 较 比 复杂的 主 要 括包四 个方 面 形 态即多样 性 染色体 态多性 蛋白 多质 性态 和 O AN多 态 性染色 体多 性态 主 从要 色染体数 目组 型 其及减 数分 时 的裂 行 等方 为面进行 研 究蛋 自质 多态 性 一般 通过两 种途径 析 分一 是 氨 基 序列 分 析 二 酸是同 酶或 工 位 等酶电 分泳析 后 者 应 较为 广 泛 O 用NA 多 态 性主 要通 过 R FL P(限 制 片段 O N A ) R 尸 OA( 长 多 态性度指 随纹扩机增态多O N A) 和 户 C日 (聚 合 酶 ) 链 式 反 应 等技术 进 行 析分 外此 还可 应 用数 遗量 传方 法学 某对一 种 的 物传遗多 性 进样行 研究 然 这虽种 方 法 依 据 型 性表 进 行状统 计 分析 结其 论没 有分 子生 物学 方精法 确但 也能 好很地 映 反 遗传变 异 程度 而 且 实践 意 义 特别 对 大于理 解 物种 的 适 机制 更 应为直 接2 物 多种样性此 处 的物 种多 样 性 是 指 物种 水 的 平 生多物样 性 与 生 态多 样 性 究研中 的 物种 多样 性 不 同 前者是 指 一个 区地 内物 种 的 样多化 要主 是 从 类 学 系分 统 和 生物学 理地 角学 度对一 定 区 域 内物 种 的 状 ; 进况 行 研 而究后 者则 是 生从 态学 角 度对 群 落 的 组织 水 平进 行 研 物究种 样 多 的性现 状( 包 受 威 括 胁状现) 物 种 多样 性 的 形成 演 及 维化持 制机 等是 物1
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多 样 性的 主要研 究 内容 物种 平 的水 物多 生性样 编目 ( 即 物 种 多性样编 目) 是一 项艰 巨 而 急又 待 加强 的 题课是 了 解物 种 样多性现 状 包 括
受
威 胁 状现 (及特 有 程 度 等)的 最 有 效的 途径 然而 目 我 们 前 甚 不 至能 将地 上 球 的物种 估 计 到一 个 确 定 的 数 量 级 其变 化 幅度 为5 。O 万至3 00 万 种甚或 20 。 1 至万亿 即种 是使目前 已 定名 或描 的 述物种 数 目 也 不十 清分楚 一 种 法 为 说 4 01 0种万一 说种法 为 17万 种 要 搞 清想 些这问 题 困难相 当大 此 外 种物的 危濒 况 状 灭绝 速率及 原 因 生 物 区 的 特系 有性
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数目 型类 和 外 貌上又 会发 变生化 这 就形 成 了 景观在 空 间 构 上结 高 的度异 质性 景观功 能是 指 生态 客 体 即 种 能 物 量和 物 质 景在 观 素要 之间 流 动 自的然 干 扰类 人 活 和动 被 植 演 的替或 波 动是 景 观 发生 动态 变化的 主要 原 因 近 年 来特别 是 7自 0年 代 以 来 森林 的 规模 大破坏 造 成 的生 的 境片段化 森 林 面 积 的锐 以 及减 结 单构一 的 人 工 生态系 统 的 大面 积出 现 重地严影 响 了 景
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变 过化 程 形 成了 极 为 多 的样变 化模 式 其 结果是增 加 了 景观 的 多 样性 给 生 物 多 性 的样保 造 护
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如何对 种物 进行有 效 的 保 护 与 续持 用 利等 都是物 种 样性 研 多 的 究 容
内
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重的 障碍
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生 态 系
多样统性 态 系 生统多 性样是 指 物 生 圈内 境 生 生群 物落 和 生 过态 的程多 样 化 及 以 态生 统 内系 生 差境异 生态 过 程变 化 的 惊 人 的 多 性 此处样 的生 境主 要是 指无 机 环境 如 地貌 气候 壤 土水文 等生 境 的 多 性 样是 物生 群落 样多 性 甚至是 整 个 生 多 样 性物形成 的 基 本 条件 生 物落群 的 多样性 主 要 指 群 的 组落 成 构 和结动 态( 包 括 演 替和 波 动) 方 面 的 多样 化 从物种组 成 方面研 究 群落的 组织 水平 或 多样 化 程度 的 工 已作有 长较的 历 史方 法 也较比成 熟 生态 过 程 主 要指是 生 系 态统 的组成 构 与结 能 功 时随 间的 化变 及 生 态以系 统 的 生 物 组 分 之间 及 其 环 境与 之间 的 相作 互用 相或 关 互系 是这 生物 多 样性 研 究 中 常非重 要的 面方3
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观多 样 性 研 的 究越来 越受 到 人 的 们 视重特 别 是 在 景 观格 与局生 物 多样 性保 护 生 境(特别 是 森林) 的 片 段化 对 生物 多 样性 的 影 景观响 的 质 性 与 异 景 多 样观性 的 测 度 以 及 人类 活 动 对景 观 多 样 的性 响 和 影景观 规划
与 管 等 方 面理 引 都 了起广 泛 的关 注、 、
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国内 外研 究 状现 与 发 趋展 势
生 多物 性样 的 调查 编 目 信 及息 统系 的建 至今立 有没一 个 人对能世 界 上生 物 的 种物有 一 确个 切 的 数 说字 明 世在 范 界围内 生 物 的调 查 定 名 的 工作远远 没有 完做 其中 昆 虫为 尤突 估 计出全 世界昆 虫可能高 达3 0 0万 但 已 种述描的 仅L
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景
观多 样 性 景 观多 样 指 性由不 类同 型 的 观景 素 要 或生 态 系统 构 成的 景观在 间 结空构 能 机 功制 时和 动 间 态方面 的 多 样化 变 异或性 景 观 一是个 大 尺 的 宏度观 系统是 由 相 作互用 的 景观 要素 成组 具的 高有 空度 间 异 质 的 性区 域景 观 素要是 组 景成 观 的 基 本单元 当相 一 个 生于 态 统 依系 状形 的差异景 观 要 素可分 为嵌块 体 廊道 和 基 质嵌块 是 景 体观 尺度上 最 的小均 单质元 它的 起 源 小大形 状 和数量 等 对 景于观 多 样 性的 形 成 具 有 十 重分要 的意 义 廊道 具 有通是 道或 屏 障功 的能线 状 或状 的 带观 景要素 是联系 嵌 体 的 块 要 桥重 和梁 纽带 照 按来源 的不 廊同道 可 分 以 为扰 干 道廊栽 植 廊 道 更 廊 道 新环境 资 源廊道 和残 余廊 道不 同的廊 适合 道 同不 的 景 观 类型 例如 防 火 隔离 带 和传输 线 等 干 扰 廊道适 森于林 景 而 防 护 林 观带 和绿 篱等 栽植 廊 道 则 适于 农 业 景 基质 是观 相对面 积 大 于景 观 中 嵌体块和 廊 道 的 景观 要素 它 是 景 观 中最 具连续 性 的 部 分 往往 形 成 景 的 背观景 基 质有具 个三特 点 相 对 积面 景观比中 的 其它要素 ; ;大 在 景 观 中 的 连 接 度最 在 景高 观动 态 中 起 最 重要 的作 用由 于 量能 物质 和物种 在不 同 的景 观要 素 中呈 异 质分布 而且 这 景些观 要 素 在 大 形 状
小
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万种 我 国 约占 1 / 1 0 但 目 已前 记载 的仅 42 万 种从 中 国 学科 院动 物 研究所昆 虫 标 本 馆收 标藏本 的 范 围 来 全看国 被考 察 过 的 面仅 积1 / 3右左目 以 编 工 作包 括 物 有 种 生态 统 及系 传遗资 源 的 信 息主 要 是 立建 数据 库 在 基此 础上 建 立生物 75
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样 性信息 统 包系括数 据库 图 库形模 型库以 及 专 家 系库统信 息系 统的 目 的 主要 在 于利 用 统系 中
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各,种 数 库据 建立
有 关生物 样多性监 测 和 评 估模 型 物 多 样 性 生 间空分 布 及 其 形 成 制 模 型机重要 物 种 期长种 群 态动 模 型 系统的 演替 模 型 为等了 提 建 高工模 作效 率缩 短 建 模 周 期 信 息 系 应统建立 一个 分析 建 模 的 硬件和 软 件 环 这境些 模 型和 建模 境 共 环同 构 成 息信系 统 的 模 型库 各 从 种理论 型 结 果 到模 将其 用于 体具的 际 实 生 物 多 样的性 护保和 持续 利 用活 动一 般 需 要 结 合 大量 家专的 验经性 知 这 识 生 是 物多样 性 保护 与生 资 物源 持续利 用 的 专 家 系 同 统样这 专 些 系家 统和 家专 系 统软 环 境
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信成息 系 统 的 家 系专 库统 美 国内 务专部门 成 立了 直 其 下属的 第 一个 生 物 调 查委 员 会开 展生物 调 查 目 编作 很工多 国际机 构 在 这 方面 已 有大 量的 工作 积累 也建 有规 模 较 大 的 物生 样 性 信多 系 息统2 人 类 活 动对生 物 多 样性 的 影 响人 类活 动 不 断 加剧 致 使生 多 物样性 受 到的
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日益 严重被 誉 为物种宝 库的 热 雨带林 正 以 每 年20 万 平方 公 里的速 度 锐减 天 然草 以场每 年 l) ( 平万 方公 里 的速 荒度 化漠昔 日 连 绵不 断 的 森 林景 现观已 是残斑 多缺 部这 种境 片生段 化 岛 或 屿 的 化现象 是 当 前 生 多物 样性 大 规 丧模失 的主要 原 因 on 在)分 物 种 析灭 绝 的原 因时 戴 德蒙( iOo md 918 9 总结 了 四点 他 称 其为灾 祸四重 奏 即 生境的 破 ;;; 坏或 片段 化过 掠度 动 物 和 取植 物外 源 的 种引 人 由 述 上 三个 因原导 的致 次 生 绝 效灭 应 这 灾祸四 重 奏 中 每 个一因 素 无 例 外一地 源 于都人类 活 动 据 估 计 在过 去的儿 十 年亿 物 中 种的 自 然灭 绝 速 率 约是大每年 1 而现 在种 由 于类 活动人 引所 起的 物 种 灭 绝 速 率 少至 1 0 倍 0于 此美 国 球全 2 0 0 年 0度总 统报 告 书中 指出 人 类 若 不采 取有 效 措 施
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变如 何 通过影 响 不 同水 平生 物多 样性 的 变化而影 响生态 系 功统 能 ? 物种之 间 相 互 系 怎 关 样影响 生
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至 2 0 0 年 的0 2 0 中年 将 会有 5 1 0 一 20 0万 种 生物 (物占种 总 数 的 15 一 2O % ) 地球从上 消失 鉴 于这
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种 严
峻的 现 实 人类
活 动 对 物 生多 样性影 的 响研 究 引已起 国 际社 会的 广泛 关 注 这 方 面 的 研究 主 包要括 探 讨个 体 种 群 生 系 统 对 人态类干 扰 方 式度强和 频 度 的 反应 ; 1 : 地和 水 资 源 利 用 式方的 变 化对 物 种多样性 和 生态 学 过 程 ; 影 的响人 类 起引的 其和它 环境 变化 物 种 进 对 化; 的 影 响生 态 系 统 的 片 段 化 生 对 多物 样 性 和 生态学 ; ; 过 程 的 影响 全球 变 对化 生 多物 性样的 影 退 响化 生 态系 统 的恢 复 等 方 面其依 据 的理 基论 础 主要是 岛 生 屿 物地 理学 恢复 生 态学和 保护 生 物 学 3 生 物 等 样多性与 生 系 态统 功 能 生 态. 系统 生态 着 眼 学于 不同 时 空 度 上尺 系 能统 对 和 物量 质 的获取 存贮 和 传 过程 递 在 究研 生 态系统 功能 环 与之 间境 的 关系 时只 注 重 生 过 态程 而非物 种 组成然 而 事实上 物 种成 或组 物种多样 性 和 基因多 样 性对 于 应相 生态的系 统 功 的能 发挥
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继 而程 影 生态响 系 统功 ?能生 态 统 系的 关 键种 及 其作用 如 何 了生 系态统 中是 否 在物存种 冗 余兮 不 同 类 群 的 生 怎 样影 响 生物态 系 统 功能 ? 4生 物多样性 的 长期 态动监 .测 生物样多 的 动性 态监测工作始 8于 年 代初 0. so n , 叶 ’ ,主要 是 美 国 的一些 研 究机 构( 如 S mt hn onI ts, Ut t o, 和 nNo tU re Co n s e r v ane 等丫) 在 南 美洲开 展的 若干 生 物多 样 动 性 监态测项 目他 们 择选 不 了 类同型 和 不 同 区 域 热的带 雨林 设 立固 定 监 样测地 组 监成 网 测 尽 络 这管些 项 目在网 建络 组谭 织协调 等 方面 还 够 不 完 善但是 迈 出 了可 喜 的第 步一 近年来 某 些 际 组国织 国 际 如 生物 科 学联合 会 环境 问 题 委员 会 和联 合 国教 科 组 文织 正 等 在 积 努 力 筹建 世 界极生 多 物 样性研 究 网 络开 展生物 多 样 的 性编目 和 监 国测际 合 作 划计为 球全 物 多 生样 性的 保 护 与 续持利 用 供提基本 的 学 科据依 5 物种 危濒 机 及制保 护 对 策的研 据究 国 际自然 与 然 资自源 保 联 护 的 物盟种 保 监护测中 心 估计全 球 有 01% 的 物 面种临 绝 灭到本 5 2 一O %的 物 种 地球从 消 失上如 果 纪世 末 将有 1不 采 取有 效措施 灭绝 率 可速 能超过 2 0 %形 势 十分严 峻 更 为严 重的 是 我 对 们于濒 危 物 种知 识 的
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书
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以 用 科 学 方 法管 的理 物种 数 目
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是十分 要 的 景 重 观 改 变成造 的物种 生 物 群落 和生 态 系 统的 大 量丧 迫 失 人使们 重 视 生 物多 样性 与生 态 系统 功 关能 系 研 究 的 别特 是国 际 生 物科 学 联 合 会(U BI )S 境 问题 委环员会 ( S C O P E 和联)合 国 教 文科N ES O )C联 合 组织 的全 球性 生 物 多 样性研 组织( U 目究 把 生项物 多 样 性 的 生态系 统 功 能 为 其 项作 目 四的 个 题主的第 一 I B项 早 在 S1 8 93年 开始 的 U 热 带 十 年计 划 的 热带生 系态 统的物 种 多 性 样及 重 要 其性 究 研 就中开 展 了 这 面 的方 研究 工 作 上 述 三个 组 织 分 别 1 9 于 8 年9和 1 9 19年 召 开 了 以 生 物 多样 性的 生 系态 统 功 能 主为题的 学术 讨 会论 并 式 正 出版 《了 从 因基 到 生态 系 统 》 和 生《 多 物性样与 生 系态 统功 能》两 本专著这 一 领 域 研 究的 题问主 有 要 生 多 样 物 性怎 样 影 生响 态系统 抵 御不 利环境 的 力 能或者 说生 物多 性 与 生样态 系 统维 持 或 稳定 的 系 如关何 ? 景观的 改
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护 物 就种是 保 护 人类 自 己 一 个 基 因 关 系 一 到个国 家 经济 的 兴 衰 一 个 种物影 响 一 个国 的 经家济 脉命 已 是不科 学 家 的 宣们 口传号 而 被 是 个实多例 证明 的事 实然而 贫乏 的 种物生 学物知 识 严重 地 响影了 物 保 护 种行动 近 年来 界 各世 有国关 的科 学 家都 在 展汗 方这 的 研面 究 作 工特 别
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年以 来保 护 物 生学的 创立 与发展 大 促大进 了 这一 域 的 领研 究 其 内容 主 要 包 括濒 危物 种 生 殖生 物 学 研究 濒危 种物群 体 遗传 学 生与 态 遗 学 研传 究 濒危 种物 种 群生 存 分力析 以 在 此及 基 础 进 行上 濒 物 种 危 保 对护 策 的研 究 等6 栽 培 植物 与 家 养 动 物 其 及野 生近 缘的遗 传
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这遗 些 传变 异 是 物种 化进 的重 要 原 储 素 一备个物 种 的 遗 传变 异 愈丰 对 富环 境 化 变 的适 性应 就 愈 强反 之 遗传 多样 性 贫乏 的 物 种通 常 进 化在 上。
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一 个 桥 梁使 利 学 家熟 悉 保护 的 问 管 理工题作 ;者熟 悉 生 物学的 问 题提 供科学 保的 护与 管 保 护理 生物 学 的 展发 快很美 国1 9 8 5 成年立 了 护 生 物 学 保学 会目 已 前 有40 0 多会员 并 专 门 出 版 本一 n r 杂志 名 称是 保 护《生 物 学 ( Co ev n o is to ol g yiB o ) 》 并 1 于99 年 4 6月7 一1 2 日在 墨西 哥举 行 了 第届 年八 会
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论 实与 践 的基 其础主 要 的 目在 明于确 保 ;; 的护问 建 题 立正 确的程 序在 科学和 管 之 间 理建
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所 述 生上物多 样 的性保 护 与 续 持利 用研究 已 到 受国际 社会的 普 关 遍注成 为 当今人 类 境环 发与展 领 域的中 心 题 议之一 并 已 引 各 起国 政府 和 有关 国际 组 织的 高 度 重视 在 进 生行 多 样物性 保 护 实 践的 同 时 开 展了大量 的 基础 研 究 作 工 为 物 多 生 性样的 有 效 保 奠护定 基了础 国 我 于 由种种 原因 这 一 领 域的 研究起 步 较 晚 基础 薄弱 虽 然 已开展 了多 次 大 模 规的生物 资 普 源查 但 目前 处 仍 家 于底 不清 状 态的 去 的过工 作 多集 中 于 高 植等物 及大 动型物 而 其对 类 它则群 了 解 少甚对 于 生态 统 和系 基因 水 平 的 生物多 样 性研 究更嫌 不 随 足 经着 济的 发 展 人 口的 增 加给 生物 多 样 性 造成的 力压 越 越来 大生 态 统系 受 破遭坏 的 过程 尚在 继 续大 批物 种 正 在 急 减 少 乃 剧 至 灭 然绝 我 而 对 于们 物 多 样生性 受 威 胁的 度 程 原 因 等 缺又 乏 了 解 生 多物样 性 动 态 化 的 变监测 几 近 空 白 因此 组织 有 关 部 门 的 研 究力量 将 同不 群类 不 同 水 与 平 的研究 有 机结 合起 来 设立 系 统 性 科 学 强性的 重 大 项目 全 面 人深开地展 中国 物生多 性样 保的 护 物生学 等 础基 研究 已 成 为 当 务之急 无 论是从 我 国的 实际 需 要考 虑 还 是从 缩 小与 际国同 类 研 究 差 的距着 都想 十是分 必 要 而 紧迫 的 ( 责任编 辑刘曙 )先
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接 第 3上 页 )1
当 年 夏 季
否 是发生 旱涝 灾 害 从近 3 ) 年 江 中 长游 发生的 ( 五 次 大 (涝 91 6 19 890 1 8 39 1 89 1 9 79 1年 )和四 次大
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的 结
果 还 检 验待 但为 以 后三 地峡区 类同 问题研究 积 累了 料 和资经 验上 述 所 研有究 启 示 我 们只 要 不 学受科界
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年
)来 看 7 年 0 多代旱8 () 年代多 涝 具有 显 明的 阶段 性 经 过研 究 发 现 降 雨 寡多的 阶 段性 与 太 活阳 动 年 变 季化 周期 相 关 其 周期变 化的 半周 多涝 正多为雨 阶 负段半周 多旱 为 少 阶段 雨自1 96 4年来以长江 中 游已经 了三 个 多历雨 阶 和段四 个 少 雨阶段 从1 99 2 年开始 进第 四人 个少 雨阶 段并 持将续 到0 0 2 年 0们 预测在 1我 9 9 9年 或 2 00 。年长 江 中 可游能 有 一 大次范 围 旱 灾
虽 然这 些研 究还 只 是 初 步 「作 有
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限阻 隔 从 日 地 整体关 系 行 进交叉 学科 综研 究 某 一 合具体地 区 的 旱 涝 规 律是 可 以 认 识 和 握 的掌用 自己 掌 握的 知识 作 出 献 贡是我 们 知 识 子分 的 心 和 愿义 不 容 辞 的责 任 出于 述上种 考种 虑; 我 们建 议 以
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程 气 服象务 为目 的 三 在 峡开 总 发公司 的 统一领导 下 组织支 多 学 科 加 参 的研 究 队伍从 日地 整 体行 为 角 度 开 展三 以 峡上 地 水 区旱规 律 和预 报 技 术 综 合 研( 任责辑编究 蔡 德 诚
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