农业生物多样性科学计划与实施战略简介

农业生物多样性科学计划与实施战略简介中国科学院资源环境科学信息中心转载本文需经本平台书面授权，并注明出处：中国科学院资源环境科学信息中心；上海情报服务平台编者按：DIVERSITAS是国际全球环境变化（GEC）研究四大计划之一，是地球系统科学伙伴组织（ESSP）计划之一，是生物多样性领域最大的国际科学计划。2001年，DIVERSITAS计划进入第Ⅱ阶段研究，并于2002年4月通过新的DIVERSITAS科学研究计划。新DIVERSITAS研究计划包括3个核心研究计划和一些交互网络，3个核心研究计划是：生物发现(bioDISCOVERY)、生态服务(ecoSERVICES)、生物可持续性(bioSUSTAINABILITY)。交互网络主要有：国际山区生物多样性评估网络（GMBA）、农业生物多样性网络(Agro-biodiversity)、淡水生物多样性网络(Freshwaterbiodiversity)、全球外来物种研究计划网络（GISP）。从2004年开始，DIVERSITAS陆续发布3个核心研究计划及交互网络的科学计划与实施战略。“农业生物多样性（agroBIODIVERSITY）科学计划与实施战略”于2005年末发布，其研究内容主要有：①确定农业景观中导致生物多样性增加的因素并预测社会和环境变化对农业生物多样性的影响；②利用农业景观中的生物多样性提高生态系统产品和服务的供给；③建立能支撑可持续农业的生物多样性和保护生物多样性的收益公平分配的社会体系。1农业生物多样性计划的主要研究内容1.1研究焦点1：确定农业景观中导致生物多样性增加的因素并预测社会和环境变化对农业生物多样性的影响近千年以来，农产品的供给主要建立在多样性水平之上，即遗传多样性、物种多样性、群落多样性和生态系统多样性。由于遗传物质能够在种群间进行交换，所以，遗传多样性已成为提高作物产量的基础。从古至今，尤其在世界人口达到60亿的今天，遗传多样性对食物的供给已产生了深远的意义。在农业生态系统中，本地种和近缘种是产生基因突变的来源，它对改善物种的抗逆性、提高抗虫性和抗病性以及增加产品营养成分都有重要的作用。但是，近年来提倡的建立在不同空间尺度上的集约式农业的实施，对本地遗传多样性造成了破坏，导致了地方品种的遗传多样性的丧失，本地种也逐渐被现代化的高产量栽培种取代。同时，农业集约化也使其他生物群落发生了较大变化，如共生生物、土壤生物参与下的营养循环、授粉、物种入侵和一些害虫生态幅的增加。此外，由农业生产引起的一系列问题已导致了的生物栖息地的破坏，导致了相邻生态系统生物多样性的降低。农药的施用给生物群（包括人类在内）带来了巨大的经济和社会损失，像许多其他的负面因子一样，它会对经济和社会价值产生极大影响，而对这种影响的分析通常不能像对集约式农业那样进行成本效益分析。将评估、测量和监测生物多样性作为农业系统生产和可持续利用的重要优先领域是十分必要的。因为有关多样性风险的知识很少，即便是在生物多样性的研究热点中。从基因到景观等不同尺度开展生物多样性发生的变化的评估表明，生物多样性变化不仅促进新的有害物种、病菌和竞争性物种的入侵，而且还导致了本土物种的丧失。生物多样性丧失的速度和结果的分析必须既解决一些地方性的问题，如农业生产、环境可持续性及缓和贫困，又解决一些全球性的问题，如气候变化以及与之相适应的一些需求的变化。这就使得我们必须把保护生物多样性作为首要的目标，对生物多样性进行管理以避免生物多样性的损失，或者恢复生物多样性以便提供各种服务。1.1.1任务1.1：运用生态学、人类学和经济学的准则确定监测农业生物多样性的标准近几年，有关农业景观中生物多样性的评估和监测的项目不断增加。如通过采用与社会经济政策相关的指标去调查农业和非农业生态系统的生物多样性的存量清单。地理信息系统能够收集有关数据以响应生物多样性发生变化的因子，如生境和气候的变化、土地管理、环境有毒物质、农业市场和文化变化。需要建立一套收集各种数据的国际标准，以便确定一个编制和比较物种类型、种植系统、生境复杂性、民族植物属性及经济条件的共同指导方针。结合bioDISCOVER计划，监测计划将弄清环境因子的偶然变化与生物多样性变化的相互作用模式，这将对避免生物多样性丧失和/或恢复生物多样性来说是一项切实可行的战略措施。同时，还应从生态学、人类学和社会经济学等角度出发，探索生物多样性变化模式分析的新方法和新手段。从生态学角度来讲，此标准包括遗传多样性、生活型、物种丰富度、群落结构及其与描绘农业生态系统特点有关的一些简单的生物物理参数；从人类学角度来讲，该标准主要涉及与人类认识、性别、文化、食物选择、精神特征相关的数据收集；与生物多样性价值相联系的经济标准也需要进一步发展和完善，主要包括对农业生态系统集约化加剧和土地保护力度加大所引起的社会外部成本的评估和分析。本项任务的优先研究领域是在各种尺度上，综合自然和社会科学方面的知识，建立和开发量化分析生物多样性模式的数据库和新方法。本项任务的另一个优先研究领域是不仅要完善影响群落、生态系统、文化多样性丧失的预测模型，而且还要完善能恢复生物多样性水平的相关策略的模型。1.1.2任务1.2：评价遗传资源和群落多样性是如何提高农产品和其他方面的人类福祉，特别是遗传资源和群落多样性变化与同期土地利用变化的关联研究农业集约化已导致了遗传多样性的减少：①本地种占据的区域减少；②应用较广的基于单一型遗传的变种在适应进化的过程中遭到破坏；③包括近缘种在内的野生种的栖息地范围逐步减少。传统农业系统中广泛应用的本地种常常被现在提倡的集约化农业所需求的高产品种所替代。同时，转基因物种的引入面临新的挑战，并将对进化力产生潜在的影响。因此，必须对与栽培和育种相关的本地种和近缘种的多样性价值和数量进行分析，查明由于新品种的引入、土地利用变化及栽培模式的改变（如物种在系统内交换）而引起多样性变化的原因。对遗传资源进行评估是极其重要和必要的。目前，农业系统中关于基因资源的知识产权（IPRs）这一问题的处理是十分复杂的，且因地区/国家不同而异，并在某些方面存在着分歧（如植物育种权与专利权）。现在，人们迫切要求评估遗传资源的国际行动（如国际食品和农业植物遗传资源公约，ITPGRFA等）在确保基因资源在开发和利用上获得利益的公平性和公正性。种群遗传和分子进化的理论方法应该建立在对种群结构和进化动力学实验研究的基础之上。假定中立理论（putativeneutral）和选择标记（selectivemarkers）、遗传图谱（geneticmaps）及连锁不平衡（linkagedisequilibrium）研究现在均可用于许多的作物物种和近缘种研究上，并还可与生态学方法和人类学方法结合起来，预测群落结构和育种选择，以便尽可能适应和承受受到的压力。候选基因分析（candidategeneanalysis）是另外一种可行的方法。综合集成研究的案例揭示了基因库的动力学本质是如何影响本地种的就地保护的，而且也揭示了本地种在改善阶段是如何提高产量及其可靠性的。在确定不断增加的生态系统服务的潜力时，对农业生态系统中的非农产品遗传多样性进行分析是十分有意义的。这些分析包括对土壤生物群遗传多样性的分析，如菌根、根瘤菌、氨氧化菌，或对益虫进行分析，如花粉传播者和害虫的自然天敌。对于较大的样本，可以采用分子学方法识别种群的“指纹差别”，也可以采用生物多样性的进化及与土地管理实践相关的方法等。1.1.3任务1.3：在群落和生态系统水平上,调查和研究生物多样性对可持续农业的意义对世界上的大多数农业生态系统而言，有关生物群落将提供重要生态系统服务的相关研究较少。生物群落的维持主要依赖于农业生态系统生境的有效性、有机体的分布情况和资源的区域配置状况等。从传统农业系统中可以学到很多与生态系统群落的成分和结构以及生态系统服务功能的知识，以及生态系统群落是怎样响应市场变化、制度变化、集约化、自然生境丧失和气候变化的。农业科学研究中与生物多样性相关的传统研究较多，如轮作，覆盖耕作、间作、虫害综合管理及生物控制等，这些研究在减小农作生产的环境影响的同时提升了生态系统服务功能。但有关耕作栽培文化和社会经济障碍的研究较少，主要是由于现有的经济利用价值方法不能对其经济利用价值进行简化，这就要求应更多地采用复杂分析方法开展研究。当前，新的农作制度已经在逐步替代集约式农业，进而利用提高生物多样性来拓宽生态系统服务功能，如采用营养循环和进行害虫管理等方法来代替施肥和施用杀虫剂。1.1.4任务1.4：在农业景观转变期，识别迫切需要保护的群落、物种和生态系统那些对作物繁殖和维持生态系统服务至关重要的农业生物多样性不规则地分布在各个群落、生态系统和景观中。显然，具有重大潜在保护意义的生物单元和生态系统应该是那些能对作物改良和生态系统服务提供遗传多样性的生物单元和生态系统。由于缺乏与遗传多样性或生态系统功能相关的科学信息，所以必须发展以保护原有的和现有的多样性为目的的理论指导方针和预测模型。有关遗传和群落的指导方针和预测模型需与生物学和社会经济学结合起来，以调整遗传中的基因流、遗传漂变和自然选择。原有的多样性保护措施，特别是对基因库和植物园的保护，必须考虑与群落相关的物种进化的发展动向，而且应该在各种生境和景观中进行采样研究。在物种和生态系统水平上，对生物间的相互作用、营养结构间的相互作用及食物链的认识将是确定适宜目标的关键。其他标准还包括环境质量的价值，如水域功能与减缓气候变化。在所有的研究案例中，趋使生物多样性发生变化的经济和文化因素应纳入生物物理学的采样和模拟。1.2研究焦点2：利用农业景观中的生物多样性提高生态系统的产品和服务供给可持续农业的发展引起了全球范围的广泛关注，这主要是由于传统农业生产给环境带来了巨大影响，如杀虫剂的使用、酸雨、水体富营养化，最终影响食物的长期供给和社会生活质量。尽管农业生物多样性能增加生态系统的功能和服务，但要让农民在生产实践中接受由农业科学家所采用基于生物多样性保护的生产方式是一个长期而艰难的过程。研究焦点2将关注生物多样性是如何影响生产过程和农业可持续发展的。这些研究内容在国际生物多样性保护公约（CBD）提出的建议中做了进一步讨论，以便利用“生态系统方法”来关注农业生态系统中生物多样性和系统功能变化等方面的问题。这种方法要求研究者必须具备科学和实践方面（包括已有生产方式的利用）的知识。基于生物多样性的管理实践，认识支撑生态系统服务的生物多样性的社会经济价值是十分有必要的。开展这种认识的研究方法已有一些，基中包括农户－科学家共同参与的方法。这种共同参与的研究方法使对生物多样性及其服务的认识与土地利用者的经济行为和耕作方式相互结合起来。生物多样性与生态系统功能之间关系的研究工作主要是在小的空间尺度上开展的，而且大部分与生态系统内的物种多样性有关。在景观尺度水平上，物质和能量在整个系统中流动，而且这种流动对生态系统的功能十分重要。因此，研究焦点2的主要挑战就是把生态系统功能中与生物多样性作用有关的研究从小的空间尺度到上推到大的空间尺度，并且在各种尺度上开展生物多样性和社会科学的集成研究。1.2.1任务2.1：研究农业景观中生物多样性所提供的生态系统服务功能的社会和经济价值，并筛选生物多样性的管理模式生态系统服务的经济价值分为：直接利用价值、间接利用价值和未利用价值。当前，人们对生物资源的利用主要有两种方式：一是直接消费生物产品及其产生的收益；二是通过生物资源提供的生态服务而间接对其利用。前者主要包括食物、纤维、燃料、生化药剂、遗传物质、药品和药用植物，同时也包括了美学和娱乐价值。后者主要指支撑农业系统的生态系统服务价值。未利用价值包括对现有和未来生物多样性存在的认识。目前，量化研究农业景观中生物多样性的价值是比较困难的，因为要考虑许多不同社会群体的利用方式，但对评估生物多样性在选择利用时的潜在利益而言，量化研究却是十分重要的。在农业生态系统中，农民是自然资源的管理者，所以生物多样性保护面临的挑