第一章生物多样性研究的新信息
生物多样性包括微生物多样性、植物多样性和动物多样性，以及千姿百态的生物与环境互动形成的纷繁芜杂综合体。地球的生机活力来自生物多样性，人类的生存基础源于生物多样性，社会的可持续发展也依靠生物多样性。保护生物多样性，是保护生态环境的核心内容，做好这项工作，有利于增强地球的生机活力，有利于巩固人类的生存基础，同时有利于促进社会的可持续发展。目前，世界各地越来越重视生物多样性的保护工作，学术界的研究成果随之在日益增多。综观近年这方面的研究信息，可以看到，国内外学者在防治生物多样性减少领域的研究主要集中于：推进生物物种及其多样性功能研究，发现生物多样性是生态系统稳定的关键，开展野外人工生物多样性功能控制实验，探索生物多样性减少的负面影响与防治方法。在微生物多样性领域的研究主要集中于：分别从人体、土壤和环境角度研究微生物群落，同时探索细菌物种多样性、真菌物种多样性和病毒物种多样性。在植物多样性领域的研究主要集中于：探索奇异植物物种，研究植物多样性机制，揭示植物物种演变及影响；研究包括乔木、小乔木、灌木以及附生或藤状灌木在内的木本植物多样性，探索作物野生品种、常见药用植物野生品种，以及其他一年生或多年生草本植物多样性。在动物多样性领域的研究主要集中于：探索灵长目、食肉目、偶蹄目、食虫目、有袋目和鲸目哺乳动物多样性，探索雀形目、鹤形目、鹳形目、雁形目、鸡形目、鸽形目和佛法僧目鸟类多样性，同时探索爬行动物、两栖动物、鱼类、节肢动物、刺胞动物、软体动物和棘皮动物多样性。
第一节防治生物多样性减少研究的新进展
一、探索生物物种及其多样性功能的新成果
（一）研究生物物种与种群的新信息
1．生物物种研究的新进展
发现一种以前未知的新型真核生物物种。[1] 2018年11月，加拿大新斯科舍省达尔豪斯大学，生物学教授阿拉斯泰尔·辛普森与扬娜·埃格利特领导的研究团队，在《自然》网络版上发表论文称，他们发现了生命之树上的新分支：一种以前未知的新型真核生物物种，或许应该使其所在的“门”升级为新的“界”。
真核生物通常分为植物、动物、真菌和被称为原生生物的微小多细胞生物4个界，涵盖了地球上找到的几乎所有真核生物物种。
从外观上看，这种新生物拥有一个椭圆形的身体，周围是成排的线状鞭毛。通过扫描电子显微镜3D放大观察，这种生物有点类似毛状南瓜种子。
埃格利特说：“它们看起来有点笨拙，像纤毛虫，但游泳的方式不太协调。”据悉，埃格利特在新斯科舍省的一条小径上徒步旅行时，发现了新生物的样本，并收集了一些泥土。几周后，在给土壤补水并在显微镜下观察之后，她意识到新生物的运动方式很罕见，于是进行了深入研究。
该研究团队使用单细胞转录组学技术，对新生物的单个细胞做了研究，观察了信使RNA分子的活性，这些分子会在数百个基因之间传递信息。通过遗传测序，揭示了新生物与其他真核生物的不同之处。
辛普森说：“它是生命之树的一个分支，可能已经分离超过十亿年，我们没有任何有关它的信息。它开启了一扇新的大门，有助人们了解复杂细胞的进化以及它们的古老起源。”
2．生物种群研究的新进展
发现气候变化或致生物种群破坏骤然发生。[2] 2020年4月8日，英国伦敦大学学院科学家埃里克斯·皮格特及其同事组成的研究团队，在《自然》杂志发表的一项生态学模型研究显示，气候变化造成的生物种群破坏，最早或在这个10年内发生，并且会是“骤然”发生。但大规模、快速地降低温室气体排放，则有可能降低生态组合遭遇突然性破坏的概率。
环境危机有两个彼此息息相关的要素：气候变化和生物多样性丧失。全球气候变化影响生物多样性，从而影响可持续发展；反之，作为地球生命的基础之一的生物多样性，也影响着全球气候变化。
然而，随着地球变暖，物种将逼近或超越它们的理想热生态位极限，进入史无前例的温度状况。研究人员一直难以确定，这种转变发生的时间和速度，因为大部分预测，都是基于单个时间点或单个物种。
该研究团队为了更好地理解这些转变，详细评估了3万多种陆生生物和海洋生物，当前的热生态位，并估算了它们可能会在何时经历前所未有的温度。他们利用1850年至2005年的年度气候模型数据，确定了30652种鸟类、哺乳动物、爬行动物、两栖动物、鱼类和其他海洋动植物经历过的平均最暖温度。
随后，研究人员利用最长到2100年的气候预估，推断全球100公里网格内的物种，可能会在何时经历超过这些极限的温度，且持续至少5年时间。
研究团队预计，随着多个物种暴露在空前的温度下，这些生态组合，可能会同时迎来生物多样性的突然破坏。在温室气体排放持续增加的场景下，热带海洋、热带雨林及高纬度地区，预计分别在2030年和2050年，达到这种前所未有的温度状况。
不过，研究人员同时强调，如果升温幅度控制在工业化前水平的2℃以下，这些生态组合中只有不到2%，会经历突然的暴露事件。研究人员最后表示，想要延缓这种破坏，就需要大规模、快速地减少温室气体排放。
（二）研究生物多样性功能的新信息
1．发现生物多样性是生态系统稳定的关键[3]
2015年4月，美国明尼苏达大学锡达河生态系统科学保护区副主任佛雷斯特·伊斯贝尔主持，他的同事及牛津大学专家参与的研究小组，在《科学》杂志上发表研究成果称，他们发现，人类活动会影响草原地块的生产力，其中降低的生物多样性，会削弱生态系统的稳定性，换言之，生物多样性是保持生态系统强劲的关键。
该研究小组，在英国东伯特利附近的锡达河生态系统科学保护区的实验草块中，通过观测收集了28年的植物生长数据，包括品种数量、生态系统稳定性和暴露于变化中的氮、二氧化碳、火灾、放牧和水的状况。
研究人员说:“我们发现，任何环境变化的动因，都会导致植物多样性的减少，进而随着时间降低植物生物量的稳定。生物多样性在某种程度上是一个特殊的情况，因为它不仅是生态系统变化的因素，还对其他系统的变化是个响应。”
据悉，该研究不仅观察了影响生态系统稳定性的几个因素，还设置在很长时间内保持其他潜在变量不变。之所以重要，是因为理解生态系统的因果级联变化，是对人类行动参与影响的关键，以及最小化减少对自然系统的损坏，以加强我们这个星球为继人类生命的能力。
研究人员说：“如果我们想继续从我们的生态系统所提供的服务中获得好处，就应该格外珍惜和保护生物多样性。”
伊斯贝尔强调，这个研究站点，在获得研究结果中发挥了重要作用。与锡达河生态系统科学保护区相比，世界范围内鲜少有这么彻底对自然生态系统的调查。而来自世界各地的生态学家，不断被吸引到锡达河，并激发出去做更多的新发现，刷新人们对自然界的理解。
基于研究结果，研究人员正在扩大其研究，探讨多样性下降是否会影响天然草原，同时提供多种生态效益的能力。这项工作将通过一个网络平台协调，实现在世界各地同步对多样的草原生态进行研究，在快速变化的世界中有助于保持生态系统的健康。
2．开展野外人工生物多样性功能控制实验[4]
2018年10月，中国科学院植物研究所研究员马克平领导，瑞士和德国生态学家参加的一个国际研究团队，在《科学》杂志网络版发表论文称，他们在江西开展了目前世界最大的野外人工生物多样性功能控制实验，明确了种植多物种混交林，在实现生物多样性保护和减缓气候变化方面的重要作用。实验表明，种植混交林比纯林具有更高的生态价值和经济效益。
研究人员在江西新岗山，设立亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验平台，占地50公顷，设计有从纯林到24个物种混交林的6种生物多样性梯度，种植了超过30万棵树，包含40多个亚热带乔木以及20种灌木，是当前世界最大的野外人工生物多样性功能控制实验。
通过连续5年的观测，研究人员发现，生物多样性能促进森林地上初级生产力，而且这一作用随着时间延长而显著增加。而种植8年后，每公顷16个物种的混交林地上生物量平均存储约32吨碳，而每公顷纯林的碳储量仅约为12吨，不及混交林的一半。随着时间的变化，物种间的互补效应显著增强，森林中乔木与灌木之间也存在着积极的互补效应。
研究人员表示，这一人工控制生物多样性功能实验的结果表明，不同生物多样性的森林，在保护环境缓减气候变化中所起的作用具有明显差异。种植多物种混交林，能实现生物多样性保护和减缓气候变化的双赢，是比种植纯林更好的植树造林策略。
同时，该研究结果，也从经济学上说明了生物多样性的重要性。估算显示，如果把实验中观察到的结果，外推到世界现有森林，全世界树种多样性降低10%，就会造成经济上每年200亿美元的损失。
据了解，生物多样性功能与生态系统功能关系，是生态学领域的核心科学问题之一。关于草地生态系统的研究，显示物种减少会削弱草地生态系统功能，但森林中是否存在这一现象，一直处于争论中。由于现有研究多是基于天然林观测实验的结果，无法排除共变因素影响，有必要通过人工控制生物多样性功能实验开展长期系统性研究。
二、探索生物多样性减少的负面影响与防治方法
（一）研究生物多样性减少带来的负面影响
1．生物多样性减少对健康带来的负面影响
生物多样性减少会引发过敏和哮喘增加。[5] 2012年5月，有关媒体报道，芬兰赫尔辛基大学一个研究小组，发表研究成果指出，生物多样性的下降，可能引起城市居民患哮喘、过敏以及其他慢性炎症疾病的概率增加。
新的证据表明，栖息于皮肤、呼吸道和肠道的共生微生物，可以防止炎症疾病的发生。然而，人们对微生物组的环境决定因素知之甚少。
研究人员在芬兰东部，随机选取了118位青少年作为样本，调查人类与自然和生物多样性之间联系的减少，是否会影响共生皮肤细菌的组成和过敏原的敏感性。
研究发现，相对于生活在有较少环境生物多样性的地区，比如城市地区或者水体附近的青少年，生活在农场或者森林附近地区的青少年皮肤上，有着更多样化的细菌，并有较低的过敏原敏感性。
此外，与健康个体相比，过敏原敏感个体，皮肤上γ变形杆菌的多样性较低，其中变形菌门的成员：不动杆菌的出现，与健康个体血液中抗炎标记物IL-10的表达有关。这表明，皮肤细菌组中的变形菌门细菌或许能增强个体的免疫耐受性。
2．生物多样性减少对植物分解带来的负面影响
减少生物多样性会导致植物分解速度放慢。[6] 2014年5月13日，法国国家科学研究中心的斯蒂芬·海施威勒领导的一个研究小组，在《自然》杂志上发表的一项生态学研究成果，评估了植物残体的多样性和分解植物残体的生物多样性，这两者对于植物残体分解速度的影响。调查发现，在所有生态系统中，植物残体和腐生生物多样性的减少，都会放慢植物残体中碳循环和氮循环以及分解速度。
未分解的死亡植物组织及其部分分解产物，就是植物残体。由于这些凋落物的分解归还到大气中的量，是全球碳预算中一个重要的组成成分，因此植物残体的分解速率，不但对生态系统生产力起作用，更对全球的碳预算产生影响。而理解生物多样性和分解速度之间的关系，以及其背后的机制，也成为生态学的一个重要的目标，尤其是考虑到全球范围内物种的迅速丧失。
该研究小组，在五个陆地和水生地点，进行了植物残体分解实验，地点从亚寒带到热带地区都有。在所有研究的生态系统中，他们都发现植物残体和腐生生物(分解植物残体的无脊椎动物和微生物)的多样性的减少，会带来植物残体中碳循环和氮循环，以及分解速度的放慢。而生物多样性减少带来的分解速度放慢，将对给初级生产者的氮供给产生限制。
研究小组还提出了一个可能推动这一效应的潜在机制。他们报告了从固氮植物的植物残体，向快速分解的植物的氮转移的证据，这突出了在混合的植物残体中的特异性相互作用，能在分解过程中控制碳循环和氮循环。
3．生物多样性减少对物种带来的负面影响
生物多样性受损需几百万年才能恢复消失的物种。[7] 2023年1月11日，荷兰格罗宁根大学路易斯·瓦伦特、阿姆斯特丹大学内森·米切尔森等生物学家组成的研究团队，在《自然·通讯》杂志发表论文称，以马达加斯加为例，生物物种多样性可能需要几百万年的时间，才能恢复到人类抵达前的水平。
马达加斯加生活着许多独一无二的动物物种，包括环尾狐猴、马达加斯加长尾灵猫，还有世界上最小的变色龙。马达加斯加很多特有物种，都因为人类影响濒临灭绝，这些人类影响包括森林砍伐、打猎和气候变化。
该研究团队量化了人类对马达加斯加动物的破坏程度，并预测了未来的结局。他们广泛收集现存哺乳动物和最近灭绝哺乳动物的资料，形成含有249个物种的完整数据集，包括人类首次抵达该岛后不久消失的物种，如大狐猴和倭河马等多个物种。通过把这些数据与物种演化历史，以及它们随时间的地理分布统计模型相结合，研究人员发现，如果当前的威胁不加缓解，马达加斯加将需要300万年，才能恢复自人类抵达以来所消失的物种。此外，如果当前的濒危物种也发生灭绝，马达加斯加将需要超过2000万年的时间才能恢复。
研究人员同时发现，马达加斯加濒临灭绝的哺乳动物物种数量，在过去10年里大幅增加，从2010年的56种增加到2021年的128种。
研究人员提醒道，如果不及时采取保育行动，马达加斯加生物多样性所受到的影响，可能会长达几百万年。
（二）研究生物多样性减少的防治方法
1．多树种混合林能有效提升生物多样性[8]
2016年9月6日，美国普林斯顿大学科学家华方圆主持的一个研究小组，在《自然·通讯》杂志上发表的一项环境学研究提出，更广泛地种植不同种类的树木，才能提高退耕还林计划的生物多样性收益。目前，许多地区都在使用单一树种造林，比如桉树、竹子和柳杉，但缺少树木多样性仍然无法提升生物的多样性。
盲目毁林开垦以及在陡坡地、沙化地耕种，不但会造成严重的水土流失和风沙危害，更会威胁生态安全。而退耕还林工程就是从保护生态环境出发，将水土流失、沙化、盐碱化、石漠化严重的耕地，以及粮食产量低而不稳的耕地，有计划、按步骤地停止耕种，因地制宜地造林种草、恢复植被。
但此次，华方圆研究小组发现，不少地方退耕还林的林地，往往只种植一种单一树木，种植两种到五种树木的更少一些，而选择原有天然林多样树种的情况可说是极少。
研究人员在调查中国四川省退耕还林林地后发现，相比于耕地，单一种植林地的鸟类多样性更低，而混合林则能大幅提高鸟类多样性，对整治多样性退化是有效之举。
合理利用自然资源是人类实现可持续发展的基础，因此，生物多样性的研究和保护备受重视。该研究小组得出结论称，推广多树种混合林能带来生物多样性收益，而且这一举措，无需增加农户额外成本或大幅调整政策。
目前，中国的退耕还林项目，已是全世界规模最大的造林计划，也是投资最大、政策性最强、涉及面最广的一项重大生态工程。截至2013年，其共占地近2800万公顷。这一项目补贴农户在坡地上的耕地或灌丛改种树、草，以恢复生态，保护环境。
2．科学休耕可使种植园大幅提升生物多样性[9]
2023年2月6日，英国肯特大学一个由相关专家组成的研究团队，发表于《自然·可持续性》杂志上的一项建模研究显示，在种植园里留出原生林地块，能大大增加生物多样性，同时能降低与这类土地利用相关的负面环境影响。这些发现基于婆罗洲的油棕种植园，研究表明在原始土地保留约15%、耕种85%的时候，这些区域对提高生态益处最为有效。
油棕是世界上扩张最快的作物之一，大多数生长在东南亚，在当地常常取代热带雨林。油棕种植预计在2050年将翻倍，伴随着相应的森林砍伐，预计将影响全球54%受威胁哺乳动物和64%的受威胁鸟类。因此，寻找可持续解决方案，以保护油棕种植园生物多样性和生态环境功能，十分重要。
该研究团队采用多种建模方法，优化婆罗洲油棕种植园不耕作的休耕地，并使作物生产，以及包括生物多样性、营养循环和地上固碳等在内的生态益处最大化。他们比较了统一结构休耕与多样结构休耕的差别。统一结构休耕，是指在所有种植园中休耕地采取同样尺寸和坡度类型；多样结构休耕，则表现为各个种植园的休耕地采用不同大小和坡度配置。
虽然所有休耕结构都能支持改善生态，但研究人员发现，对本地生物多样性和生态系统益处最大的方式，是在种植园里河流和溪水沿岸集中采用多样结构的休耕。其中效率最高的是85%的土地耕作，15%的土地多样化休耕。与统一结构休耕方法相比，这些可变结构可带来多达两倍的积极生态效果，而无需限制耕地区域。
研究团队总结说，他们的分析可指导当前及未来种植园的规划管理，并提出，结合有针对性的策略保育土地，可帮助降低一些负面生态影响。
3．用人工智能助力监测森林生物多样性[10]
2023年10月，维尔茨堡大学科学家约克·米勒主持的一个研究小组，在《自然·通讯》发表论文称，他们研究发现，人工智能辅助动物声音景观，可用于作为监测农地抛荒后森林生物多样性恢复的有效工具。这些发现，为检测森林生物多样性和评估恢复结果，提出了一个可行的自动化、成本效益好而且可靠的方法。
大规模监测森林生物多样性对保育很重要，但需要成本效益好的标准化工具。这项研究表明，研究动物声音的生物声学，在用声景检测动物群落时是很有前景的工具。但其中还有很大的不确定性，如这些声景是否也能反映出非发声动物物种的状态。要结合传统声学测量和机器学习方法，也存在着技术困难。
该研究小组测试了一种方法，用声景追踪热带森林生物多样性。在厄瓜多尔的乔科地区低地，他们从最近抛荒的可可种植园和牧场到原始森林中，记录了环境中的动物声音。他们把专家对发声动物物种的鉴别，与两类自动化方法相结合，其中一种使用深度学习模型。研究发现，两种自动方法都能很好地反映森林环境范围。
研究人员还用一种不同类型的生态信息，对他们基于声音的结果进行了评估。他们采用了DNA宏条形码获取的昆虫多样性数据，其中主要是非发声物种。虽然这两个数据库不能完全吻合，结果表明，结合生物声学和深度学习，有望监测森林生物多样性。
