上海交通大学 生物技术与人类论文 ANGHAI JIAO TONG UNIVERSTT AN 院（系）安泰经济与管理学院专业经济学类 姓名 潘千倩 学号 5121209159
生物技术与人类论文 院（系） 安泰经济与管理学院 专业 经济学类 姓名 潘千倩 学号 5121209159
Getting the measure of biodiversity By Purvis A Hector A Nature,2000,Vol.405(6783),pp.212-9 如何获得测量生物多样性的方法 潘千倩5121209159F1212008 一、 背景介绍 论文的开篇就概括性的告诉了我们，生物多样性是从基因水平对生态 系统所有变化的总和。正因为它的概念宽泛而庞大，对于我们来说最大的 挑战就是如何用实际有效的方式来测量它一一生物多样性。尽管生物多样 性永远无法用几个简单的数据衡量，但是往往一些恰当的研究结果能够帮 助我们迅速地、正确地得出结论。系统的和短暂的分析揭示了生态进化塑 造生活多样性的过程。毫无疑问，当前人类正以惊人的速度破坏这种多样 性。目前正在解决的一个重要问题，生物与多样性方面的损失是以怎样一 个程度严重影响生态系统的功能的。虽然目前的研究工作令人印象深刻， 但是如果生物多样性测量和生物多样性危机的重要性这两个问题能够被 人们关注并解决的话，我们能够获得的成就将更为惊人。 生物多样性简介 物种的多样性是生物多样性的关键，它既体现了生物之间及环境之间 的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。我们目前己经知道大约有200 多万种生物，这些形形色色的生物物种就构成了生物物种的多样性。生物 多样性是生物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。 20世纪后叶生命科学各领域取得了巨大的进展，特别是分子生物学 的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位子起了革命性的变化，很多 科学家认为在未来的自然科学中生物科学将成为带头学科，甚至预言本世 纪是生物学的世纪。从事生命科学研究的专业人员也越来越多，例如，在 美国近年统计48万博士学位获得者中从事生命科学的占51%。在生物科 学诸多的分支中，保护生物多样性是当前生物科学最紧迫的任务之一，也 是全球生物学界共同关心的焦点问题之一。据可靠的数据说明，每天约有 100多种生物在地球上灭绝，很多生物在没有被人类认识以前就消亡了， 这对人类无疑是一种悲哀和灾难。保护生物多样性的行动势在必行、迫在 眉睫。 2、 生物多样性定义 生物多样性是一个描述自然界多样性程度的一个内容广泛的概念。对 于生物多样性，不同的学者所下的定义是不同的例如oNorse et al.(1986) 认为，生物多样性体现在多个层次上。而Wi1so等人认为，生物多样性 就是生命形式的多样性("The diversity of life")(Wilson& Peter,1988;Wilson,1992)。孙儒泳(2001)认为，生物多样性一般是指" 地球上生命的所有变异
Getting the measure of biodiversity By Purvis A & Hector A Nature, 2000, Vol.405 (6783), pp.212-9 如何获得测量生物多样性的方法 潘千倩 5121209159 F1212008 一、 背景介绍 论文的开篇就概括性的告诉了我们，生物多样性是从基因水平对生态 系统所有变化的总和。正因为它的概念宽泛而庞大，对于我们来说最大的 挑战就是如何用实际有效的方式来测量它——生物多样性。尽管生物多样 性永远无法用几个简单的数据衡量，但是往往一些恰当的研究结果能够帮 助我们迅速地、正确地得出结论。系统的和短暂的分析揭示了生态进化塑 造生活多样性的过程。毫无疑问，当前人类正以惊人的速度破坏这种多样 性。目前正在解决的一个重要问题，生物与多样性方面的损失是以怎样一 个程度严重影响生态系统的功能的。虽然目前的研究工作令人印象深刻， 但是如果生物多样性测量和生物多样性危机的重要性这两个问题能够被 人们关注并解决的话，我们能够获得的成就将更为惊人。 1、 生物多样性简介 物种的多样性是生物多样性的关键，它既体现了生物之间及环境之间 的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。我们目前已经知道大约有 200 多万种生物，这些形形色色的生物物种就构成了生物物种的多样性。生物 多样性是生物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。 20 世纪后叶生命科学各领域取得了巨大的进展，特别是分子生物学 的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位子起了革命性的变化，很多 科学家认为在未来的自然科学中生物科学将成为带头学科，甚至预言本世 纪是生物学的世纪。从事生命科学研究的专业人员也越来越多，例如，在 美国近年统计 48 万博士学位获得者中从事生命科学的占 51%。在生物科 学诸多的分支中，保护生物多样性是当前生物科学最紧迫的任务之一，也 是全球生物学界共同关心的焦点问题之一。据可靠的数据说明，每天约有 100 多种生物在地球上灭绝，很多生物在没有被人类认识以前就消亡了， 这对人类无疑是一种悲哀和灾难。保护生物多样性的行动势在必行、迫在 眉睫。 2、 生物多样性定义 生物多样性是一个描述自然界多样性程度的一个内容广泛的概念。对 于生物多样性，不同的学者所下的定义是不同的例如 oNorse et al.(1986) 认为，生物多样性体现在多个层次上。而 Wilson 等人认为， 生物多样性 就是生命形式的多样性（"The diversity of life"） (Wilson & Peter,1988; Wilson,1992)。孙儒泳(2001)认为，生物多样性一般是指" 地球上生命的所有变异
在《保护生物学》一书中，蒋志刚等(1997)给生物多样性所下的定 义为："生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各 种生态过程的综合，包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它 们与其生存环境形成的复杂的生态系统”。 3、 生物多样性指数概述 生物多样性指数(species diversity index)应用数理统计方法 求得表示生物群落的种类和个数量的数值，用以评价环境质量。20世纪 50年代，为了进行环境质量的生物学评价，始研究生物群落，并运用信息 理论的多样性指数进行析。多样性是群落的主要特征。在清洁的条件下， 生的种类多，个体数相对稳定。 4、 一些常用的生物多样性指数（公式为LaTeX格式） l.种丰富度Species richness 种丰富度S便是生态系统中物种的数目。这个指数无法表示相对丰度。实 际上，除了一些非常贫瘠的系统之外，记录一个生态系统真实的种总丰富 度是不可能的。系统中物种的观察值是其真实物种丰富度的有偏估计值， 并且观察值会随着取样的增加非线性的增长。因此在表示从生态系统中观 察到的物种丰富度时，S常被称作种密度(species density)。 2.香农多样性指数Shannon's diversity index 香农多样性指数用来估算群落多样性的高低，也叫香农-维纳 (Shannon--Wiener)或香农-韦弗(Shannon--Weaver)指数。公式如下： H'=-\sum (i=1)S p_i \ln p_i 其中S表示总的物种数，pi表示第i个种占总数的比例(Pielou1975)。 当群落中只有一个居群存在时，香农指数达最小值0：当群落中有两个以 上的居群存在，且每个居群仅有一个成员时，香农指数达到最大值1nk。 3.种均一度Species Evenness 物种均一度用来描述物种中的个体的相对丰富度或所占比例。群落的均一 度可以用Pielou均一度指数J表示(Pielou's evenness index,J): J=\frac (H'}(H'{max}} 其中H'为香农指数，H'max是H的最大值： H'(max}=\sum_{i=1}'S \frac(1}(S}\In\frac{1}{S}=\ln S 二、创新点 在生物学界都在呼吁要重视生态多样性保护的同时，这篇发表在国际 期刊上的论文以一个实际且实用的角度让我们认识了理论上如何测量生 物多样性的方法，从而将这个看似宽泛的生物名词量化，使它能够更直白 更科学地被人们所理解。 我认为全篇的一个创新点是引入了生物圈的概念。文章中提到了生物 圈的扩大和收缩，请中包括生物圈自身的演变和人类的种种活动对生物多
在《保护生物学》一书中，蒋志刚等（1997）给生物多样性所下的定 义为："生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各 种生态过程的综合，包括动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它 们与其生存环境形成的复杂的生态系统"。 3、 生物多样性指数概述 生物多样性指数（species diversity index ）应用数理统计方法 求得表示生物群落的种类和个数量的数值，用以评价环境质量。20 世纪 50 年代,为了进行环境质量的生物学评价,始研究生物群落，并运用信息 理论的多样性指数进行析。多样性是群落的主要特征。在清洁的条件下， 生的种类多，个体数相对稳定。 4、 一些常用的生物多样性指数（公式为 LaTeX 格式） 1. 种丰富度 Species richness 种丰富度 S 便是生态系统中物种的数目。这个指数无法表示相对丰度。实 际上，除了一些非常贫瘠的系统之外，记录一个生态系统真实的种总丰富 度是不可能的。系统中物种的观察值是其真实物种丰富度的有偏估计值， 并且观察值会随着取样的增加非线性的增长。因此在表示从生态系统中观 察到的物种丰富度时，S 常被称作种密度（species density）。 2. 香农多样性指数 Shannon's diversity index 香 农 多 样 性 指 数 用 来 估 算 群 落 多 样 性 的 高 低 ， 也 叫 香 农 - 维 纳 （Shannon-Wiener）或香农-韦弗（Shannon-Weaver）指数。公式如下： H' = -\sum_{i=1}^S p_i \ln p_i 其中 S 表示总的物种数，pi 表示第 i 个种占总数的比例(Pielou 1975)。 当群落中只有一个居群存在时，香农指数达最小值 0；当群落中有两个以 上的居群存在，且每个居群仅有一个成员时，香农指数达到最大值 lnk。 3. 种均一度 Species Evenness 物种均一度用来描述物种中的个体的相对丰富度或所占比例。群落的均一 度可以用 Pielou 均一度指数 J 表示（Pielou's evenness index，J）： J = \frac{H'}{H'_{max}} 其中 H'为香农指数，H'max 是 H'的最大值： H'_{max} = - \sum_{i=1}^S \frac{1}{S}\ln\frac{1}{S} = \ln S 二、 创新点 在生物学界都在呼吁要重视生态多样性保护的同时，这篇发表在国际 期刊上的论文以一个实际且实用的角度让我们认识了理论上如何测量生 物多样性的方法，从而将这个看似宽泛的生物名词量化，使它能够更直白 更科学地被人们所理解。 我认为全篇的一个创新点是引入了生物圈的概念。文章中提到了生物 圈的扩大和收缩，请中包括生物圈自身的演变和人类的种种活动对生物多
样性的破坏和影响生物圈(biosphere)是指地球上凡是出现并感受到生 命活动影响的地区。是地表有机体包括微生物及其自下而上环境的总称， 是行星地球特有的圈层。它也是人类诞生和生存的空间。生物圈是地球上 最大的生态系统。本文“在扩大的生物圈”部分向我们展示了判断生物圈 扩大的多种角度，其中包括：评定分类学家将一种物种分裂成两种或将多 种不同的物种演变后归类成一种的速率、计算机数据库和互联网使信息收 集。 创新点二是文章末尾分析了现在和未来生物多样性研究中信息获得 遇到的一些挑战，虽然我们已获得了很多满意的成就，但这些挑战人存在 于我们识别影响因素的过程中。这种挑战包括我们将熟悉的群体作为一个 研究整体产生的误差对生物多样性概括产生的影响。在认识这个问题的过 程中，我们没有任何捷径可以选择而是将重点侧重于对关于物种群体基本 信息的搜集，这不仅仅指的是一个简单的物种名单，同样包括了某一个物 种可能演变成另一种相关物种和在这个过程中和它共同作用的另外一种 物种的总和。所以，我们所要研究的生物多样性是不能被一个单一的数字 所完全表示的，它和物种丰富度(species richness)是不同的。所以在所 有的研究中我们要杜绝用一种特定族群的物种丰富度简单地去衡量它的 生物多样性总和的情况出现。 三、我的感想 整篇文章可以说让我走出了平时对于生物多样性的误区，生物多样性 与物种的丰富度是不同的，无法用简单的数字来完整地衡量。文章从扩大 的生物圈、树木生长的启发、生物多样性的短期格局、生物圈的萎缩、生 物多样性对生态系统稳定和功能的影响、挑战和成果等方面入手让我们更 全面地了解生物多样性研究的过去、现在和将来。 其中最能引发我思考的是人类活动对生物圈萎缩的直接影响。我文章 提到了许多关于生物圈萎缩的种种证据，引发思考。这让我们发现这篇文 章在传递学术信息的同时也为我们敲响了警钟。生物多样性存在的重要性 并不是一种大众偏好，而是一种绝对的选择，就像我们选择保护莫扎特的 作品、达芬奇的油画一样重要。在了解保护生物多样性的重要性之后不禁 让我们对我国的生态多样性现状关心起来。 我国在1987年公布的《中国珍稀濒危保护植物名录》第一期中，公 布的濒危种类有121种，受威胁的158种，稀有的110种，共计389种， 其中一类保护植物8种、二类的157种、三类的22种。另据中国红皮书 的估计显示，超过1/10即500多种脊椎动物物种和15%20%即400500 种高等植物己经受到威胁。而我国对境内的物种及其数量尚无确切的统计 数字，尤其对濒危物种的调查尚不全面。出现的问题是有些国家未列入濒 危物种名录的物种面临生存威肋胁，有的甚至颜临灭绝，而另一些则由于人 为的保护、繁育、利用而使种群数量有所增减，因而有必要调整其保护级 别或划出、划入保护之列，尤其值得一提的是药用动植物，如黄草，急待 保护。 我国生物多样性的破坏有很多原因，情种主要的原因有以下的几个方 面： 第一，人口众多是造成生态环境破坏的主要原因。随着我国人口增
样性的破坏和影响生物圈（biosphere）是指地球上凡是出现并感受到生 命活动影响的地区。是地表有机体包括微生物及其自下而上环境的总称， 是行星地球特有的圈层。它也是人类诞生和生存的空间。生物圈是地球上 最大的生态系统。本文“在扩大的生物圈”部分向我们展示了判断生物圈 扩大的多种角度，其中包括：评定分类学家将一种物种分裂成两种或将多 种不同的物种演变后归类成一种的速率、计算机数据库和互联网使信息收 集。 创新点二是文章末尾分析了现在和未来生物多样性研究中信息获得 遇到的一些挑战，虽然我们已获得了很多满意的成就，但这些挑战人存在 于我们识别影响因素的过程中。这种挑战包括我们将熟悉的群体作为一个 研究整体产生的误差对生物多样性概括产生的影响。在认识这个问题的过 程中，我们没有任何捷径可以选择而是将重点侧重于对关于物种群体基本 信息的搜集，这不仅仅指的是一个简单的物种名单，同样包括了某一个物 种可能演变成另一种相关物种和在这个过程中和它共同作用的另外一种 物种的总和。所以，我们所要研究的生物多样性是不能被一个单一的数字 所完全表示的，它和物种丰富度（species richness）是不同的。所以在所 有的研究中我们要杜绝用一种特定族群的物种丰富度简单地去衡量它的 生物多样性总和的情况出现。 三、 我的感想 整篇文章可以说让我走出了平时对于生物多样性的误区，生物多样性 与物种的丰富度是不同的，无法用简单的数字来完整地衡量。文章从扩大 的生物圈、树木生长的启发、生物多样性的短期格局、生物圈的萎缩、生 物多样性对生态系统稳定和功能的影响、挑战和成果等方面入手让我们更 全面地了解生物多样性研究的过去、现在和将来。 其中最能引发我思考的是人类活动对生物圈萎缩的直接影响。我文章 提到了许多关于生物圈萎缩的种种证据，引发思考。这让我们发现这篇文 章在传递学术信息的同时也为我们敲响了警钟。生物多样性存在的重要性 并不是一种大众偏好，而是一种绝对的选择，就像我们选择保护莫扎特的 作品、达芬奇的油画一样重要。在了解保护生物多样性的重要性之后不禁 让我们对我国的生态多样性现状关心起来。 我国在 1987 年公布的《中国珍稀濒危保护植物名录》第一期中，公 布的濒危种类有 121 种，受威胁的 158 种，稀有的 110 种，共计 389 种， 其中一类保护植物 8 种、二类的 157 种、三类的 22 种。另据中国红皮书 的估计显示，超过 1/10 即 500 多种脊椎动物物种和 15%~20%即 400~500 种高等植物已经受到威胁。而我国对境内的物种及其数量尚无确切的统计 数字，尤其对濒危物种的调查尚不全面。出现的问题是有些国家未列入濒 危物种名录的物种面临生存威胁，有的甚至濒临灭绝，而另一些则由于人 为的保护、繁育、利用而使种群数量有所增减，因而有必要调整其保护级 别或划出、划入保护之列，尤其值得一提的是药用动植物，如黄草，急待 保护。 我国生物多样性的破坏有很多原因，情种主要的原因有以下的几个方 面： 第一，人口众多是造成生态环境破坏的主要原因。 随着我国人口增
长和经济发展，对自然资源的需求不断增大。乱砍滥伐、过度放牧。不合 理的围湖造田、沼泽开垦、过度利用土地和水资源，都导致了生物生存环 境的破坏甚至消失，影响物种的正常生存，有相当数量的物种在人类尚未 察觉的情况下便已悄然灭绝。 第二，环境污染给许多生物的生存带来了灭顶之灾。城乡工农业污 水、大气污染物等大量排放，特别是酸雨的危害、重金属以及长期滞留的 农药残毒的富集，使许多水陆生物及生态系统因环境恶化而濒临灭绝。 第三，滥捕乱猎、国内倒卖和走私野生动物的情况日益严重。 第四，大型水利工程建设破坏生物多样兴修大型水利工程造成江湖 阻隔，破坏了水生生物栖息的生境，阻塞某些鱼类的洄游通道也使一些物 种濒临危境。 生物多样性的保护需要通过多方的努力，这种努力也绝非是一朝一夕 的
长和经济发展，对自然资源的需求不断增大。乱砍滥伐、过度放牧。不合 理的围湖造田、沼泽开垦、过度利用土地和水资源，都导致了生物生存环 境的破坏甚至消失，影响物种的正常生存，有相当数量的物种在人类尚未 察觉的情况下便已悄然灭绝。 第二，环境污染给许多生物的生存带来了灭顶之灾。 城乡工农业污 水、大气污染物等大量排放，特别是酸雨的危害、重金属以及长期滞留的 农药残毒的富集，使许多水陆生物及生态系统因环境恶化而濒临灭绝。 第三，滥捕乱猎、国内倒卖和走私野生动物的情况日益严重。 第四，大型水利工程建设破坏生物多样 兴修大型水利工程造成江湖 阻隔，破坏了水生生物栖息的生境，阻塞某些鱼类的洄游通道也使一些物 种濒临危境。 生物多样性的保护需要通过多方的努力，这种努力也绝非是一朝一夕 的