21.3: 保护生物多样性
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保护生物多样性是一项非同寻常的挑战，必须通过更好地了解生物多样性本身、人类行为和信仰的变化以及各种保护策略来应对这一挑战。
生物多样性随时间推移而变化
地球上或任何地理区域的物种数量是两个正在进行的进化过程的平衡的结果：物种形成和灭绝。 两者都是宏观进化的自然 “出生” 和 “死亡” 过程。 当物种形成速度开始超过灭绝速度时，物种的数量就会增加；同样，当灭绝速度开始超过物种形成速度时，情况恰恰相反。 正如化石记录所反映的那样，纵观地球生命史，这两个过程或多或少地波动，有时会导致地球上物种数量的巨大变化，如化石记录所反映的那样（图\(\PageIndex{1}\)）。
古生物学家在化石记录中发现了五个地层，这些地层似乎显示出生物多样性突然而剧烈的丧失（超过一半的现存物种从化石记录中消失）。 这些被称为大规模灭绝。 有许多较小但仍然引人注目的灭绝事件，但是五次大规模灭绝吸引了最多的对其原因的研究。 可以说，五次大规模灭绝只是化石记录（自5.42亿年前）连续发生的一系列大规模灭绝事件中的五个最极端的事件。 在大多数情况下，假设的原因仍然存在争议；在最近的案例中，原因似乎很明确。 地质时代最近的灭绝发生在大约6500万年前，恐龙和许多其他物种消失了。 现在，大多数科学家都认为，这次灭绝的原因是一颗大型小行星在当今尤卡坦半岛的撞击，以及随后的能量释放和喷入大气层的尘埃造成的全球气候变化。
近期和当前的灭绝率
第六次或全新世的大规模灭绝主要与智人的活动有关。 人类著作中记录了最近有许多个别物种灭绝的情况。 其中大多数与自1500年代以来欧洲殖民地的扩张相吻合。
渡渡鸟是较早且广为人知的例子之一。 渡渡鸟生活在毛里求斯的森林里，毛里求斯是印度洋的一个岛屿。 渡渡鸟在 1662 年左右灭绝了。 它被水手们猎杀以寻找肉类，很容易成为猎物，因为渡渡鸟不是与人类一起进化的，它会毫不畏惧地接近人们。 引进了欧洲船只带到岛上的猪、老鼠和狗，也杀死了渡渡鸟幼虫和卵（图\(\PageIndex{2}\)）。
斯特勒的海牛于 1768 年灭绝；它与海牛有关，可能曾经生活在北美的西北海岸。 斯特勒的海牛是欧洲人在 1741 年发现的，它被猎杀以寻找肉和油。 从海牛第一次与欧洲人接触到该物种灭绝之间总共过去了27年。 斯特勒的最后一头海牛在 1768 年被杀死。 再举一个例子，最后一只活着的客鸽于1914年在俄亥俄州辛辛那提的一家动物园死亡。 该物种曾经迁移了数百万人，但由于过度捕猎和砍伐森林作为农田而导致栖息地丧失，数量减少了。
这些只是过去500年中记录在案的灭绝中的一小部分。 国际自然保护联盟（IUCN）保留了一份名为红色名单的灭绝和濒危物种清单。 这份清单并不完整，但它描述了公元1500年后灭绝的380只脊椎动物，其中86只因过度捕捞或过度捕捞而灭绝。
对当今灭绝率的估计
大多数灭绝可能是在没有观察到的情况下发生的，这一事实阻碍了对灭绝率的估计。 人类经常注意到鸟类或哺乳动物的灭绝，尤其是当它被猎杀或以其他方式使用时。 但是，有许多生物对人类来说不太明显（不一定价值较低），还有许多没有被描述的生物。
据估计，背景灭绝率约为每百万物种年（E/MSY）1。 一个 “物种年” 是指一个物种存在一年。 一百万个物种年可以是一个物种存活一百万年，也可以是一百万个物种持续一年。 如果是后者，那么每百万个物种年中就有一次灭绝将是当年灭绝的数百万个物种中的一个。 例如，如果存在1000万个物种，那么我们预计其中10个物种将在一年内灭绝。 这是背景速率。
一项当代灭绝率估计使用了自1500年以来的书面记录中的灭绝情况。 仅对于鸟类，这种方法得出的估计值为26 E/MSY，几乎是背景速率的三倍。 但是，这个值可能被低估有三个原因。 首先，许多现有物种要等到很晚才会被描述，因此它们的损失不会引起人们的注意。 其次，我们知道这个数字比书面记录所显示的要高，因为现在灭绝的物种是用书面历史上从未提及的骨骼遗骸描述的。 第三，有些物种可能已经灭绝，尽管环保主义者不愿这样命名。 考虑到这些因素，估计的灭绝率可以提高到接近 100 E/MSY。 到本世纪末，预测速率为1500 E/MSY。
估算当前灭绝率的第二种方法是将物种损失与栖息地的丧失关联起来，它基于测量森林面积的损失和了解物种与面积的关系。 物种与面积的关系是指在调查面积增加时发现新物种的速度（图\(\PageIndex{3}\)）。 同样，如果栖息地面积减少，可见的物种数量也将减少。 这种关系也可以从岛屿面积和岛上存在的物种数量之间的关系中看出：随着一个物种的增加，另一个也会增加，尽管不是一条直线。 根据栖息地丧失和物种与区域关系对灭绝率的估计表明，在大约90％的栖息地丧失的情况下，预计将有50％的物种灭绝。 图\(\PageIndex{3}\)显示，将森林面积从100 平方千米减少到10 平方千米，减少了90％，物种数量减少了约50％。 物种——根据面积估计，当今物种灭绝率约为1000 E/MSY或更高。 总的来说，实际观察并未显示出如此多的损失，有人提出的一种解释是，灭绝有所延迟。 根据这种解释，物种需要一段时间才能完全承受栖息地丧失的影响，它们在栖息地被摧毁后会停留一段时间，但最终它们将灭绝。 最近的研究还质疑物种-面积关系在估算物种损失时的适用性。 这项研究认为，物种与面积的关系导致对灭绝率的估计过高。 使用另一种方法将在下个世纪将估计值降至500 E/MSY左右。 请注意，该值仍然是背景速率的 500 倍。
保护生物多样性
人们已经认识到遗传、物种和生态系统层面上对生物多样性的威胁已有一段时间了。 在美国，第一个留出土地留在荒野州的国家公园是1890年的黄石公园。 但是，出于各种原因保护自然的尝试已经出现了几个世纪。 如今，保护生物多样性的主要努力包括监管人类和企业行为的立法方法、预留保护区和栖息地恢复。
改变人类行为
已经颁布了保护世界各地物种的立法。 该立法包括国际条约以及国家和州法律。 《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）条约于1975年生效。 该条约以及支持该条约的国家立法为防止 “列入清单” 的物种跨越国境运输提供了法律框架，从而在目的涉及国际贸易时首先保护它们免遭捕获或杀死。 受该条约某种程度保护的所列物种数量约为33,000个。 该条约的范围有限，因为它仅涉及生物体或其部分的国际流动。 它还受到不同国家执行条约和支持立法的能力或意愿的限制。 生物及其部件的非法贸易可能是一个数亿美元的市场。
在许多国家，都有保护濒危物种和规范狩猎和捕鱼的法律。 在美国，《濒危物种法》于1973年颁布。 当该法案列出濒危物种时，法律要求美国鱼类和野生动物管理局制定管理计划以保护该物种并使其恢复到可持续的数量。 该法案以及其他国家的其他类似法案是一个有用的工具，但它之所以受到影响，是因为在物种被列入清单后，通常很难将物种列入名单，也很难制定有效的管理计划。 此外，有争议的是，物种可能会被从名单上删除，但其状况不一定会发生变化。 更根本的是，保护单个物种而不是整个生态系统的方法（尽管管理计划通常涉及保护单个物种的栖息地）既效率低下，又将精力集中在少数引人注目且往往具有超凡魅力的物种上，也许是以牺牲为代价其他未受保护的物种。
候鸟条约法（MBTA）是美国和加拿大之间的一项协议，该协议于1918年签署成为法律，旨在应对狩猎导致的北美鸟类物种减少。 该法案现在列出了800多种受保护物种。 它规定，干扰或杀死受保护物种或分发其部分是非法的（过去猎鸟的大部分是为了羽毛）。 受保护物种的例子包括北方红衣主教、红尾鹰和美国黑秃鹰。
预计全球变暖将成为生物多样性丧失的主要驱动力。 许多政府担心人为造成的全球变暖的影响，主要是对其经济和粮食资源的影响。 由于温室气体排放不分国界，因此遏制温室气体排放的努力是国际性的。 国际上对全球变暖的反应参差不齐。 《京都议定书》是一项源自《联合国气候变化框架公约》的国际协议，承诺各国在2012年之前减少温室气体排放，该协议得到了一些国家的批准，但遭到其他国家的拒绝。 两个未批准《京都议定书》的潜在影响特别重要的国家是美国和中国。 个别国家实现并超过了一些减少温室气体的目标，但在世界范围内，限制温室气体生产的努力并未取得成功。 由于各国政府无法就时间表和基准达成一致，取代《京都议定书》的计划尚未实现。 同时，大多数气候科学家预测的人类社会和生物多样性将因此付出高昂的代价。
如前所述，非营利、非政府部门在北美和世界各地的保护工作中发挥着重要作用。 方法范围从特定物种组织到广泛关注的世界自然保护联盟和商业动植物贸易记录分析（TRAFFIC）不等。 大自然保护协会采取了一种新颖的方法。 它购买土地并保护土地，试图为生态系统建立保护区。 最终，当人类价值观发生变化时，人类行为也会改变。 目前，人口日益城市化是一种降低生物多样性价值的力量，因为许多人不再接触自然环境和居住在自然环境中的物种。
保护区中的保护
建立野生动物和生态系统保护区是保护工作的关键工具之一（图\(\PageIndex{4}\)）。 保护区是为保护区边界内存在的生物提供不同程度保护的预留土地。 保护区可以有效保护物种和生态系统，但它们有一些严重的缺点。
衡量为生物多样性保护留出保护区成功的一个简单标准是设定要保护的陆地或海洋栖息地的目标百分比。 但是，由于受保护土地的分配方式和生物多样性的分布方式，通常需要进行更详细的保护区设计和位置选择：保护地往往包含经济价值较低的资源，而不是专门为物种或生态系统留出风险。 2003年，世界自然保护联盟世界公园大会估计，地球11.5％的陆地表面被各种保护区覆盖。 该区域大于先前的目标；但是，它仅代表14个公认的主要生物群落中的9个，研究表明，所有物种中有12％生活在保护区之外；如果考虑受威胁物种和只考虑高质量的保护区，这些百分比要高得多。 例如，高质量的保护区仅包括大约 50% 的受威胁两栖动物物种。 结论必须是，要么必须提高保护区的百分比，要么必须提高高质量保护区的百分比，要么必须将保护区作为目标，更加关注生物多样性保护。 研究人员认为，需要更多地关注后一种解决方案。
生物多样性热点是诺曼·迈尔斯在1988年提出的保护概念。 热点是指包含大量特有物种的地理区域。 该概念的目的是确定地球上用于保护工作的重要地点，这是一种保护分类。 通过保护热点，政府能够保护更多的物种。 热点的最初标准包括存在1500种或更多种类的特有植物，以及70％的受人类活动干扰的地区。 现在有34个生物多样性热点（图\(\PageIndex{5}\)）包含大量特有物种，其中包括地球上一半的特有植物。
对维护生物多样性的最佳保护区设计进行了广泛的研究。 大部分研究背后的基本原理来自罗伯特·麦克阿瑟和爱德华·奥·威尔逊在1967年发表的关于岛屿生物地理学的开创性理论著作。 1 这项工作旨在了解影响岛屿生物多样性的因素。 保护区可以看作是非栖息地 “海洋” 中的栖息地 “岛屿”。 总的来说，大型保护区更好，因为它们支持更多的物种，包括家园范围较大的物种；它们有更多的核心区域作为单个物种的最佳栖息地；它们有更多的利基来养活更多的物种；它们吸引更多的物种是因为它们更容易被发现和获得。
当保护区周围有部分受保护的缓冲区或次优栖息地时，保护区的表现会更好。 缓冲区允许生物离开保护区的边界，而不会因狩猎或缺乏资源而立即产生负面影响。 一个大型保护区比几个较小的保护区的同一区域要好，因为在保护区边界以外，有更多的核心栖息地不受不太热情的生态系统的影响。 出于同样的原因，正方形或圆形的保护区比有许多薄 “手臂” 的保护区要好。 如果保护区必须较小，则在保护区之间提供野生动物走廊，以便物种及其基因可以在保护区之间移动；例如，河流和溪流保护区将使较小的保护区表现得更像大型保护区。 在预留土地之前，在规划保护区的性质时，所有这些因素都要考虑在内。
除了保护区的物理规格外，还有各种与保护区的使用有关的法规。 这可能包括木材开采、矿物开采、有监管的狩猎、人类居住和非破坏性人类娱乐等任何事物。 包括这些其他用途的许多决定是基于政治压力而不是出于保护方面的考虑。 另一方面，在某些情况下，野生动物保护政策非常严格，以至于维持生计的土著居民被迫离开属于保护区的祖传土地。 在其他情况下，即使保护区旨在保护野生动植物，如果保护措施没有得到执行或无法执行，面对非法偷猎和木材开采，保护区的地位也将毫无意义。 对于热带地区的保护区来说，这是一个普遍存在的问题。
从保护区设计的讨论中可以明显看出保护区作为保护工具的一些局限性。 政治和经济压力通常会使保护区变得更小，而不是更大，因此将足够大的区域留出来是困难的。 在缺乏防止偷猎和非法资源开采的资源或政治意愿的国家，执行保护措施也是一个重要问题。
气候变化将不可避免地给保护区的位置带来问题，因为随着保护区的栖息地变得越来越不利，保护区内的物种会迁移到更高纬度的地区。 正在规划全球变暖对未来保护区的影响，或者增加新的保护区以适应全球变暖的预期变化，但只有预测全球变暖对未来栖息地影响的准确性才能有效。
最后，可以说保护区强化了文化观念，即人类与自然是分开的，可以存在于自然之外，只能以破坏生物多样性的方式运作。 创建保护区可以减轻保护区以外的人类活动的压力，使其具有可持续性且不破坏生物多样性。 最终，如果不改变保护区以外的活动以减少对生物多样性的破坏，那么政治、经济和人类人口压力将退化和缩小保护区的规模。
栖息地恢复
栖息地恢复作为维持或恢复生物多样性的机制前景广阔。 当然，一旦一个物种灭绝，它的恢复是不可能的。 但是，恢复可以改善退化生态系统的生物多样性。 1995 年，将顶级捕食者狼重新引入黄石国家公园，导致生态系统发生了巨大变化，从而增加了生物多样性。 狼（图\(\PageIndex{6}\)）的作用是抑制麋鹿和土狼的种群，并为食腐肉者公会提供更丰富的资源。 麋鹿种群的减少使河岸（溪流或河流两岸的区域）区域得以重新植被，从而增加了该栖息地物种的多样性。 对土狼的抑制增加了以前被这种捕食者抑制的物种。 由于狼的掠食活动，食腐肉的种类增加了。 在这个栖息地中，狼是关键物种，意思是指在维持生态系统内多样性方面发挥重要作用的物种。 从生态群落中移除关键物种会导致多样性的崩溃。 黄石实验的结果表明，有效恢复关键物种可以起到恢复群落生物多样性的作用。 生态学家主张尽可能确定关键物种，并将保护工作的重点放在这些物种上。 将关键物种送回被移走的生态系统是有道理的。
其他正在进行的大规模修复实验包括拆除大坝。 在美国，自1980年代中期以来，由于人们对自由流动河流的生态价值的看法发生了变化，许多老化的水坝正被考虑拆除而不是更换。 拆除大坝的实测好处包括恢复自然波动的水位（修建大坝的目的通常是减少河流流量的变化），从而增加鱼类多样性和改善水质。 在太平洋西北地区，大坝拆除项目预计将增加鲑鱼的数量，鲑鱼被认为是关键物种，因为它在每年的产卵迁徙中将养分输送到内陆生态系统。 在其他地区，例如大西洋海岸，拆除大坝使其他产卵的溯河鱼类（出生在淡水中，一生中大部分时间生活在盐水中，然后返回淡水产卵的物种）得以返回。 一些最大的大坝拆除项目尚未实施，或者已经实施得太近，无法衡量其后果。 这些拆除项目构成的大规模生态实验将为计划拆除或建设的其他大坝项目提供宝贵的数据。
动物园和圈养繁殖的作用
动物园试图通过圈养育种计划和教育在保护工作中发挥作用（图\(\PageIndex{7}\)）。 动物园的使命正在从收藏和展览设施转变为致力于保护的组织。 总的来说，人们认识到，除了一些特定的有针对性的案例外，濒危物种的圈养繁殖计划效率低下，在物种被重新引入野外时往往容易失败。 动物园设施非常有限，无法考虑针对目前处于危险之中的物种数量进行圈养繁殖计划。 另一方面，教育是动物园对保护工作的潜在积极影响，特别是考虑到全球城市化趋势以及随之而来的人与野生动物之间接触的减少。 已经进行了许多研究，以研究动物园对人们保护态度和行为的有效性；目前，结果往往好坏参半。
摘要
在化石记录中可以观察到五次大规模灭绝，损失了50％以上的现存物种。 最近的灭绝记录在书面历史中，是估算当代灭绝率的一种方法的基础。 另一种方法使用栖息地丧失和物种与面积关系的衡量标准。 对当代灭绝率的估计各不相同，但高达根据化石记录确定的背景速率的500倍，并且预计还会上升。
有一个保护生物多样性的立法框架。 《濒危物种贸易公约》等国际条约规范濒危物种跨越国际边界的运输。 个别国家保护物种的立法和关于全球变暖的协议收效有限；目前没有关于温室气体排放目标的国际协议。 在美国，《濒危物种法》保护列入清单的物种，但因程序困难和对个别物种的关注而受到阻碍。 候鸟法是加拿大和美国之间为保护候鸟而达成的协议。 非营利部门还以各种方式非常积极地参与保护工作。
保护区是保护生物多样性的主要工具。 目前，地球上有11％的陆地表面受到某种保护。 岛屿生物地理学为保护区的最佳设计提供了依据；但是，保护区受到政治和经济力量的限制。 此外，气候变化将限制现有保护区在未来的有效性。 保护区的一个缺点是，它们可以减轻人类社会在保护区之外更可持续地运作的压力。
栖息地恢复有可能使生态系统恢复到物种灭绝之前的生物多样性水平。 修复的例子包括重新引入关键物种和拆除河流上的水坝。 动物园试图在保护中发挥更积极的作用，在圈养繁殖计划中的作用可能有限。 动物园在教育中也起着有用的作用。
脚注
- 1 罗伯特·麦克阿瑟和爱德华·威尔逊，E.O.，《岛屿生物地理学理论》（新泽西州普林斯顿：普林斯顿大学出版社，1967 年）。
词汇表
- 生物多样性热点
- 这个概念起源于诺曼·迈尔斯（Norman Myers），用于描述一个拥有大量特有物种和很大比例的退化栖息地的地理区域
- 灭绝率
- 随着时间的推移灭绝的物种数量，有时被定义为每百万个物种的灭绝——为了使数量易于管理（E/MSY）
- 物种与区域的关系
- 调查面积与遇到的物种数量之间的关系；通常通过逐步增加调查面积和确定物种累积数量来衡量