皖北石灰岩山地青檀种群不同发育阶段的点格局分析

基于皖北石灰岩山地青檀次生林的样地调查数据,采用空间代替时间和点格局O-ring统计法,研究了青檀种群的径级结构、不同发育阶段的空间分布格局及其相互关联性.结果表明:(1)不同样地青檀种群的径级结构大体呈倒“J”型,各径级均有个体分布,但主要集中在幼苗、幼树阶段,中树和大树较少,种群均属增长型.(2)幼苗、幼树和中树在个别小尺度上呈现出明显的聚集分布,且皇藏峪种群的聚集强度显著高于相山种群;随着尺度的增加,个体趋于随机分布.成树阶段的青檀个体均表现为随机分布或接近均匀分布.(3)各发育阶段间的空间关联主要表现在中、小尺度上,随着空间尺度的增加,空间关联性不显著.青檀种群结构和空间格局主要受群落生境的异质性、自身生物学特性(尤其是克隆繁殖)以及人为活动的干扰等因素影响.     

贵州闽楠天然种群特征、空间分布格局及空间关联分析

为更好地保护闽楠天然种群，探究闽楠天然种群特征、空间分布格局及其空间关联性，对针对性地提出保护措施具有重要意义。以贵州台江县登鲁村闽楠天然种群为研究对象，通过野外设置60 m×60 m固定样地，采用种群径级结构代替年龄结构、点格局分析方法分析闽楠种群年龄结构、不同生长阶段空间分布格局及其关联性。结果表明：（1）闽楠种群年龄结构呈倒"J"型分布，幼龄个体数量多，随着年龄增加，能够成功进入后期的个体数量急剧下降，死亡率高。存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型，属于稳定型种群。种群在第5龄级（7.5 cm≤DBH<12.5 cm）的生命期望（e_x）最高。（2）闽楠种群分布格局由随机分布转向随机分布。在幼苗、幼树、中树阶段空间分布格局趋于集群分布，大树阶段趋于集群分布。（3）不同生长阶段之间空间关联性表现有所差异。小尺度上，大树与幼树呈负关联，大尺度上，两者呈正关联；小尺度上，幼树与幼苗、大树与幼树都呈正关联，大树和中树无关联，在大尺度上，大树和中树、幼树与幼苗、中树与幼苗以及中树和幼树都呈负关联且随着空间尺度的增加负关联性逐渐增强。总体而言，该闽楠天然种群较稳定，但对环境干扰敏感，幼龄个体因呈聚集分布受密度制约而竞争剧烈，成年个体则因对环境的竞争而呈随机分布。为维持种群的长期稳定，需要分阶段适时进行人工调控。     

桥山林区麻栎种群不同发育阶段空间格局及关联性

为探究麻栎种群不同发育阶段的空间分布特征及关联性,以黄土高原南部桥山林区麻栎天然次生林为研究对象,用L(r)函数对麻栎种群不同发育阶段空间分布特征及关联性进行分析。结果表明:(1)样地内麻栎种群各发育阶段数量结构均为不规则倒"J"型,种群结构稳定,能实现持续更新。(2)麻栎种群总体的空间分布特征受生境异质性影响较大,纯林样地中,种群在0—10 m尺度上表现为高强度聚集分布,5—35 m尺度表现为低强度聚集;混交林样地中,0—5 m尺度上表现为高强度聚集分布,5—35 m尺度上则表现为低强度聚集分布。(3)随着种群的发育及尺度的增大,麻栎种群空间聚集强度减弱,纯林样地内,麻栎幼苗在0—6 m的小尺度表现为聚集分布,6—12 m尺度上表现为随机分布;幼树在各尺度上均表现为聚集分布;中龄树与成龄树在各尺度上均表现为随机分布。混交林样地中,仅幼苗在0—6 m尺度上表现为聚集分布,其余各阶段在各尺度下均趋于随机分布。(4)种群不同发育阶段不同尺度空间关联性不同,纯林样地中,幼苗与幼树在1—2 m小尺度上呈负相关,幼树与中龄树在8 m尺度呈正相关,其余各生长阶段之间在任意尺度上均无关联性;混交林样地中,幼树与中龄树在2—12 m尺度上表现为正相关,其余各生长阶段之间在各尺度上均无关联。在未来的森林经营中,应对不同发育阶段、不同生境的种群进行不同抚育措施,促进种群良性发育。     

关帝山云杉次生林活立木和枯立木的数量特征与分布格局

本研究以山西关帝山庞泉沟自然保护区4 hm²云杉次生林样地2010年和2015年两次调查数据为基础,从物种组成、径级结构、空间格局,以及不同径级活立木与枯立木的空间关联性、枯立木不同径级间的相互关联性4个方面,分析5年间活立木与枯立木的数量特征、分布格局及相互关联性。结果表明: 样地内2010年胸径(DBH)≥1 cm的活立木共有25811株,隶属于11科22属30种,所有个体径级分布呈倒“L”型,个体数量随着径级增大呈断层式减少; 2010—2015年5年间形成枯立木共2145株,涉及5科10属12种,以5～10 cm径级分布为主。在0～50 m尺度上,活立木与枯立木在空间分布上具有一定相似性,表明枯立木的空间格局在一定程度上受活立木空间格局限制。各径级活立木与枯立木空间关联分析表明,随着样地内树木个体径级的增大,对空间资源竞争的加剧可能是导致枯立木产生的主要原因。随着枯立木径级的增大,活立木与枯立木的空间关联性不同程度的减弱,表明环境可能成为大径级枯立木形成的关键因素。从枯立木内部看,5 cm≤DBH<20 cm枯立木与DBH<5 cm枯立木、10 cm≤DBH<20 cm枯立木与5 cm≤DBH<10 cm枯立木、DBH≥20 cm枯立木与5 cm≤DBH<20 cm枯立木整体上都表现为显著正相关,说明枯立木会对后续活立木枯死产生影响。     

云冷杉天然次生林死木分布格局及空间关联性

为揭示天然次生林群落演替规律,以吉林省汪清林业局金沟岭林场的云冷杉天然次生林为对象,采用相邻网格法调查样地(100 m×100 m)内每株林木(DBH≥1 cm)的基本特征及坐标位置,研究死木的分布格局及空间关联性。结果表明: 死木的径级分布呈左偏单峰山状分布,其中枯倒木呈多峰山状分布;各树种的死木株数与该树种的总株数没有必然联系;树种死木株数与树种混交度之间存在显著负指数关系;死木主要在0～8 m尺度上呈聚集分布,随着尺度的增大,逐渐转变为随机分布或均匀分布,以随机分布为主;中(10 cm≤DBH＜20 cm)、小径级(1 cm≤DBH＜10 cm)死木在8 m以下的小尺度上的聚集分布是造成死木总体在小尺度上呈聚集分布的主要原因。不同径级死木与不同径级活立木的空间关联性差异较大,死木与幼树(1 cm≤DBH＜5 cm)的关系较为明显,尤其是大径级死木与幼树在2～25 m尺度上呈显著正关联性;死木与小树(5 cm≤DBH＜15 cm)没有明显的关联性;中、小径级死木与中树(15 cm≤DBH＜25 cm)在0～3 m尺度上呈正关联性,与大树(DBH≥25 cm)分别在9、11～14 m以及15、42～45 m尺度上呈负关联性。树种在生物学特性、径级分布和空间布局上的差异影响着死木的株数和径级分布;混交程度低的树种可能出现较多的死木;死木空间分布格局随林木径级和研究尺度的大小产生变化;死木与活立木的空间关联性在不同径级和不同尺度上呈现出明显差异。     

帽儿山天然次生林内主要木本植物空间格局及更新特点

基于帽儿山次生林1 hm²样地的调查数据,将林分分为幼苗(树高H<30 cm)、幼树(H在30～130 cm或H>130 cm同时胸径DBH<5 cm)、中树(DBH 5～10 cm)、大树(DBH≥10 cm)4个大小级,运用O-ring点格局分析方法,分析帽儿山地区次生林内主要木本植物整体及树种人工补植红松、三大硬阔(水曲柳、胡桃楸、黄菠萝),以及榆树的各大小级空间格局及其关联性,探讨该地区次生林更新演替动向,为该地区森林的可持续经营提供依据.结果表明: 样地内更新幼苗2894株·hm^-2,幼树3337株·hm^-2,林分整体更新情况一般.对林分整体而言,幼苗分别与大树、中树和幼树在0～25 m、0～15 m、0～40 m的空间尺度上呈显著正相关,而在其余尺度上均呈显著负相关;幼树与大树、中树分别在0～15 m、0～25 m空间尺度上呈显著正相关,而在其余尺度上无显著关联;大树与中树则在所有尺度上均无相关性.对林分内优势树种而言,红松大树与幼树在所有尺度上主要呈负相关,而三大硬阔、榆树大树与幼树均以不相关为主.人工补植红松幼树与三大硬阔及榆树的各大小级在研究尺度上表现为以负相关为主,三大硬阔和榆树幼树与其他优势种各大小级只在20 m尺度内呈现负相关;三者两两之间在中树及大树阶段在20 m以上的尺度均不相关.帽儿山天然次生林还处于演替的进程当中,在今后的森林资源管理过程中,应当采取积极的人工干预措施促进林分更新,并适时对不合理的空间格局进行调整.     

从空间分布特征认识珍稀植物领春木的种群动态

领春木(Euptelea pleiosperrnum)系第三纪孑遗植物和东亚特有种,目前已被列为国家Ⅲ级重点保护植物.基于空间定位数据以最近邻体距离统计研究了神农架地区领春木的空间分布特征,比较幼苗(DBH≤2.5cm)、幼树(2.5～7.5cm)和成树(＞7.5cm)各径级(代表各生活史阶段)形成的时间序列上的空间格局差异,进而探讨空间格局与立苗、补员、种内竞争等种群动态过程的相互关系.结果显示,在邻域尺度上,领春木的空间格局呈聚集态;幼苗(或幼树)的大小与其距离最近幼树(或成树)的远近没有相关性,幼树(或成树)周围一定距离以内出现同等大小个体的概率约等于幼苗(或幼树)出现的概率,且幼树与最近幼苗(或成树与最近幼树)的平均距离与幼树之间(或成树之间)的平均最近邻体距离没有显著差异;任意个体的大小、任意个体与相应最近邻体的大小之和与相应的最近邻体距离均为显著的正相关关系,但幼树间的最近邻体距离并不大于幼苗随机死亡产生的最近邻体距离,成树间最近邻体距离也不大于幼苗+幼树随机死亡产生的最近邻体距离.这些结果表明,领春木的聚集分布可能与种子散布、生境异质性对立苗格局的作用有关;已定植的大个体可能不限制其邻域内小个体的布局与生长,但是长期的补员过程与邻体间的相互作用不无关系;邻体间存在一定程度的竞争作用,但是竞争强度并未充分激化至发生距离依赖的死亡.     

浙江省典型天然次生林主要树种空间分布格局及其关联性

松阔混交林和常绿阔叶林是亚热带地区天然次生林代表性的森林类型,通过研究主要树种分布变动趋势,可以有效地指导森林经营措施。在该地区4个1hm~2典型样地,在0—30m尺度范围内综合分析了主要树种的空间分布格局及种间关联性,并对同一树种分发育阶段在不同森林群落中的种群空间分布格局进行了比较,以探讨亚热带地区天然次生林群落空间格局形成和种群维持机制。样地1和2为松阔混交林,其中样地1的马尾松密度较低,样地3和4为常绿阔叶林。研究结果表明:(1)以完全随机模型为零假设时,样地1的主要种群在小尺度(10 m)呈聚集分布,随尺度增加呈随机分布;样地2—4的主要种群在所有尺度呈聚集分布,随尺度增加聚集强度逐渐减弱;以异质泊松模型为零假设时,4个样地的主要种群在大部分尺度呈随机分布;(2)青冈和苦槠的小树(5.0 cm≤DBH10.0 cm)在4样地的所有尺度以聚集分布为主,大树(DBH≥10.0 cm)在松阔混交林样地呈随机分布趋势,但在常绿阔叶林样地青冈在0—20 m尺度、苦槠在所有尺度呈聚集分布;(3)松阔混交林中建群种马尾松和其他树种的种间关联性,在样地1的小尺度为负相关,随尺度增加为不相关,在样地2的所有尺度为负相关;常绿阔叶林中建群种青冈和其他树种的种间关联性在在样地3的小尺度为负相关,随尺度增加为不相关,在样地4的所有尺度为负相关;所有伴生树种的种间关联性以负相关为主。结果说明,种群空间分布格局及其关联性随群落结构和空间尺度的不同而出现变化,在松阔混交林和常绿阔叶林群落格局形成中除了扩散限制和生境异质性以外,密度制约机制在松阔混交林中发挥了重要作用,而在常绿阔叶林中其作用随着树木生活史阶段的提高而减弱。     

Spatial distribution patterns and association of Picea crassifolia population in Dayekou Basin of Qilian Mountains,northwestern China

研究青海云杉(Picea crassifolia)种群不同发育阶段的空间分布格局及其关联性, 能揭示其种群的发展规律, 推断其潜在的生态学过程或影响机制, 进而为该种群的配置、种植和森林的经营与管理等提供指导。该研究基于祁连山大野口流域10.2 hm²青海云杉动态监测样地调查资料, 分析了青海云杉群落的物种组成和径级结构, 并采用点格局方法, 通过单变量成对相关函数和双变量成对相关函数对不同年龄阶段青海云杉种群的空间分布格局及其空间关联性进行分析。结果表明: (1)青海云杉种群的径级结构呈倒“J”型分布, 属增长型种群, 种群自然更新状况良好。(2)青海云杉种群4个径级的个体在小尺度上呈聚集分布, 但随着空间尺度的增大, 聚集强度逐渐减弱, 趋向随机分布; 较小径级的个体常呈聚集分布, 而随着径级增大, 也趋向于随机分布。(3)青海云杉大树个体在小尺度(<4 m)范围内与其他径级个体都呈负关联, 随着尺度的增加, 大树与幼树表现出正关联且关联性随尺度的增加而减弱, 而与小树、中树则表现为无关联或者微弱的负关联; 径级相近的个体空间关联性为正关联或无关联, 随着个体径级间差距增大, 空间关联性转变为无关联或负关联。研究表明, 祁连山大野口流域青海云杉种群的分布格局及其关联性随空间尺度和发育阶段而变化, 这是由种群自身的生物生态学特性、种内种间关系以及环境条件共同作用的结果。     

藏东南急尖长苞冷杉群落空间点格局分析及其时空动态

为探究藏东南色季拉山急尖长苞冷杉（Abies georgei var.smithii）群落的空间分布格局及其时空动态，在急尖长苞冷杉纯林中设置1个1 hm²的固定样地，记录样地内所有高度>2 m的急尖长苞冷杉的年龄、胸径、冠幅和坐标等指标。根据径级分布分析种群的径级结构，采用点格局分析方法对种群的空间格局进行分析。结果显示：（1）急尖长苞冷杉的径级分布为倒"J"型，结构稳定，自然更新良好。（2）成树在各个时期和不同尺度上都呈随机分布；幼树在1891年之后的各个时期在小尺度（2 m）上呈聚集分布，1981-2012年在1-41 m尺度上陆续出现聚集分布；幼苗在1861-1920年在小尺度（1-2 m）上呈聚集分布，1951-1980年出现聚集分布的尺度范围最大（1-35 m、41 m和48 m）。（3）在不同时期中，不同年龄组树木之间几乎都呈正关联或无关联；成树和幼树随时间推移从无关联到在各个尺度上陆续出现正关联的变化；成树和幼苗随时间呈无关联、中大尺度（32-35 m、44 m和49 m）正关联和无关联的变化；幼苗和幼树呈现从无关联转变为小尺度（8 m）正关联和小、中尺度（1-30 m）正关联的变化。研究结果表明：成树在小尺度上对幼龄树存在一定的抑制，但在较大尺度是促进的。1951-1980年样地中的幼苗数量大量增加，随后30年幼树的数量因幼苗长大也有增加，这在一定程度上增大了竞争。但总体来看急尖长苞冷杉群落在演替过程中具有种内促进作用。     

深圳湾红树木榄根系生物量及空间分布格局

采用分层挖掘法,对深圳湾乡土种红树植物木榄不同活力和径级根系生物量及相关底泥性质的空间分布格局进行了研究。结果表明:木榄人工林平均总根系生物量为61.23 t·hm~(-2),其中活根生物量占86.42%,死根占13.58%。在活根中,粗根(直径10 mm)所占比例最高(84.57%),其次为细根(2~5 mm,5.84%)、极细根(2 mm,4.94%)和中根(5~10 mm,4.66%)。木榄总根系生物量从基部到树冠落水线处递减,生物量分别为77.54 t·hm~(-2)(基部)、22.88 t·hm~(-2)(中部)和16.15 t·hm~(-2)(边缘);基部直径10 mm的活根生物量为中部和边缘活根生物量的5倍以上;随着水平距离的增加,2 mm根系生物量占相应距离处活根生物量的比例增加。垂直分布以中下层(20~60 cm)居多,分别占相应水平距离处总根系生物量的80.89%(基部)、73.41%(中部)和71.76%(边缘);总根系生物量分布主要受水平距离的影响(P0.05)。底泥含水量、容重、p H和电导率的变化范围分别为30.66%~35.86%、1.23~1.40 g·cm-3、5.75~7.01 S·m~(-1)和0.22~0.37 S·m~(-1),其中底泥容重与不同活力根系生物量呈显著负相关(P0.05),是影响木榄根系生物量及其空间分布的主要环境因子。该研究结果为福田红树林地下碳分配、储量及周转速率等进一步研究提供了科学依据。     

广东南岭20 hm2样地华南五针松空间分布与生境特征研究

华南五针松(Pinus kwangtungensis)是中国特有种和二级保护植物,因环境变化和人为干扰而导致其生境受损、种群逐渐衰退。为了解华南五针松的种群现状、空间分布格局和生境特征,该研究在广东南岭国家级自然保护区建立了20 hm²的永久监测样地,对样地内胸径≥1 cm的木本植物进行监测,测量土壤、地形等多种环境因子,并采用径级分析预测种群的发展趋势和空间点格局(L function)方法分析个体的空间分布及建立零膨胀泊松(Zero-inflated Poisson,ZIP)回归模型,探讨影响个体分布的重要环境因子。结果表明:(1)华南五针松径级分布近似“钟型”(“bell-shaped”),小径级的个体数量较少,种群更新受限制; 华南五针松偏好海拔较高且地形陡峭的山坡和山脊,呈现较强的生境特异性。(2)空间点格局分析结果显示,个体为显著的聚集分布,其分布格局主要由扩散限制和生境异质性导致。(3)ZIP的结果显示,华南五针松分布的区域(0到1),土壤铵态氮和速效钾含量较高,有机质含量低; 多种环境因子对其多度产生影响(1到N),多度与海拔、物种多样性和平均胸径虽为正相关关系,但与树高、铵态氮、总磷和总钾含量为负相关关系。综上认为,不稳定的径级结构及聚集分布导致的种内竞争将加速其种群的衰退,应重点保护高海拔及土壤养分较低的生境,并减少人为干扰维持其原生生境,该研究结果可用于指导华南五针松的保护和恢复。     

贵州特有植物红花瘤果茶种群空间格局及数量动态研究

红花瘤果茶(Camellia rubituberculata)为地理分布狭窄的贵州特有植物,颇具经济价值。为查清其分布特征和评估其濒危状况,该文在红花瘤果茶的集中分布区设置三个典型样地进行调查,采用空间点格局及多元点格局分析法分析种群空间分布格局,利用种群动态量化指数分析预测种群数量动态规律。结果表明:(1)兴仁县新寨村大皮坡1号样地幼龄树的小尺度呈集群分布、大尺度呈随机分布,中龄树和老龄树均呈随机分布; 兴仁县新寨村槽子土2号样地的幼龄树均呈集群分布,中龄树和老龄树均呈随机分布; 晴隆县紫马乡龙头村上捧碧林区3号样地幼龄树、中龄树和老龄树均呈随机分布。(2)不同发育阶段的空间关联主要表现为1号样地幼龄树和中龄树均为负相关,幼龄树和老龄树在中小尺度上为负相关,在大尺度上为无相关,中龄树和老龄树均为无相关。2号样地幼龄树和中龄树在小尺度上为负相关,中大尺度上为无相关; 幼龄树和老龄树在中小尺度上为负相关,中大尺度上为无相关; 中龄树和老龄树均为无相关。3号样地的幼龄树和中龄树均为正相关; 幼龄树与老龄树在小尺度上为负相关,中尺度上为无相关,大尺度上为正相关; 中龄树和老龄树均为无相关。(3)种群数量动态分析表明3个样地中幼苗补充充裕,种群结构为增长型,但易受外界环境干扰、生态脆弱。(4)红花瘤果茶的生境异质性及其种内种间关系相互作用的结果是影响种群数量扩大和物种散布的主要因素。     

土壤氮素异质性分布和马先蒿寄生对长芒棒头草生长发育及根系分布的影响

无论在农田还是自然生态系统中,土壤养分异质性普遍存在。植物具有感知土壤养分异质性的能力,并通过调节根系生物量分配及空间分布以获取更多资源。了解寄生胁迫在不同养分条件下对寄主生长发育及根系空间分布的影响,对解析寄主应对寄生胁迫和养分胁迫的适应策略,进而指导寄生性杂草防控具有重要的指导意义。该文采用分根试验,通过对寄主分根,并控制根室两侧氮供应水平及寄生胁迫程度,考察了氮胁迫及两种寄主依赖程度不同的马先蒿的寄生对寄主长芒棒头草生长发育及根系空间分布的影响。结果表明:(1)土壤氮水平与马先蒿寄生均可显著影响长芒棒头草生物量及根冠比,并且两者之间存在显著交互作用,其中土壤氮水平为主要影响因子。(2)两种马先蒿对长芒棒头草的危害程度不同。在NPK和2NPK 处理时,三色马先蒿的寄生显著降低长芒棒头草生物量(茎叶:37.1%、51.5%; 根系:35.6%、63.6%); 在NPK处理时,大王马先蒿的寄生显著增加长芒棒头草生物量(茎叶:29.9%,根系:61.2%)。(3)长芒棒头草的根系生长和空间分布受氮营养的异质分布和寄生的影响,具有明显的感知养分空间分布及调节根系生长能力。     

黄土高原油松天然纯林结构特征的研究

结构是森林群落的基本特征,决定着群落的功能和发展方向。该研究采用结构参数角尺度(W)、混交度(M)、大小比数(U)以及样地纵剖面图分析了两块长宽均为60 m×60 m的油松天然林的空间结构特征,同时采用胸径(DBH)、树高(TH)和冠幅面积(CA)分布的直方图以及Shannon-Wiener多样性指数分析了它的非空间结构特征。结果表明:油松天然林种间隔离程度很低(=0.019),几乎为油松纯林,个体大小分化均匀(=0.478),整体呈随机分布(=0.485)。小树(TH≤5 m)个体相对较少,而大树(TH10 m)占多数且其树高分布集中。平均树高多样性THD=2.35,胸径集中分布在14~34 cm,58.4%~62.8%的树冠面积分布在20~40 m~2。林下油松幼苗更新丰富,但分布不均。这些特征表明成熟的油松天然林群落结构不稳定,可能趋向衰退并将逐渐被其他阔叶树种代替。     

南京老山秤锤树空间分布格局及种间关联性

以南京老山1 hm 2样地秤锤树(Sinojackia xylocarpa)天然种群为研究对象,运用成对g(r)函数,选择完全随机模型、异质泊松模型与先决条件零模型,分析秤锤树种群结构和空间分布格局及其空间关联性,从空间格局角度来深入认识其种群结构和分布格局及形成该格局可能存在的机制并提出保护建议。结果表明:(1)秤锤树天然种群中小径个体数量占优,属于增长型种群。(2)种内空间分布研究中,基于完全随机模型分析,秤锤树种群在尺度0~26 m时为聚集分布,尺度29~30 m时为均匀分布;基于异质泊松模型分析,秤锤树种群在0~23 m时为聚集分布,尺度27~30 m时为均匀分布。秤锤树空间分布表现为由聚集分布向均匀分布变化。(3)主要种间关联性研究中,秤锤树与朴树(Celtis sinensis)的种间关联性表现为小尺度下负关联,随着空间尺度的增加变为正关联。秤锤树与黄连木(Pistacia chinensis)和秤锤树与三角槭(Acer buergerianum)的种间关联性大致相同,基本为大尺度下正关联,偶尔出现负关联和无关联。上述结果表明,秤锤树种群更新状况良好,种群空间分布以聚集分布为主,其主要受种间竞争、扩散限制与密度制约的影响。基于种群现状开展就地保护与适当干扰其生存群落,是濒危物种秤锤树的科学有效的保护措施。     

The importance of within-system spatial variation in drivers of marine ecosystem regime shifts

Comparative analyses of the dynamics of exploited marine ecosystems have led to differing hypotheses regarding the primary causes of observed regime shifts, while many ecosystems have apparently not undergone regime shifts. These varied responses may be partly explained by the decade-old recognition that within-system spatial heterogeneity in key climate and anthropogenic drivers may be important, as recent theoretical examinations have concluded that spatial heterogeneity in environmental characteristics may diminish the tendency for regime shifts. Here, we synthesize recent, empirical within-system spatio-temporal analyses of some temperate and subarctic large marine ecosystems in which regime shifts have (and have not) occurred. Examples from the Baltic Sea, Black Sea, Bengula Current, North Sea, Barents Sea and Eastern Scotian Shelf reveal the largely neglected importance of considering spatial variability in key biotic and abiotic influences and species movements in the context of evaluating and predicting regime shifts. We highlight both the importance of understanding the scale-dependent spatial dynamics of climate influences and key predator–prey interactions to unravel the dynamics of regime shifts, and the utility of spatial downscaling of proposed mechanisms (as evident in the North Sea and Barents Sea) as a means of evaluating hypotheses originally derived from among-system comparisons.     

A quantitative analysis of the interplay of environment,neighborhood, and cell state in 3D spheroids

Cells react to their microenvironment by integrating external stimuli into phenotypic decisions via an intracellular signaling network. To analyze the interplay of environment, local neighborhood, and internal cell state effects on phenotypic variability, we developed an experimental approach that enables multiplexed mass cytometric imaging analysis of up to 240 pooled spheroid microtissues. We quantified the contributions of environment, neighborhood, and intracellular state to marker variability in single cells of the spheroids. A linear model explained on average more than half of the variability of 34 markers across four cell lines and six growth conditions. The contributions of cell‐intrinsic and environmental factors to marker variability are hierarchically interdependent, a finding that we propose has general implications for systems‐level studies of single‐cell phenotypic variability. By the overexpression of 51 signaling protein constructs in subsets of cells, we also identified proteins that have cell‐intrinsic and cell‐extrinsic effects. Our study deconvolves factors influencing cellular phenotype in a 3D tissue and provides a scalable experimental system, analytical principles, and rich multiplexed imaging datasets for future studies.     

Intertidal estimates of sea urchin abundance reveal congruence in spatial structure for a guild of consumers

We hypothesized congruence in the spatial structure of abundance data sampled across multiple scales for an ecological guild of consumers that exploit similar nutritional and habitat resources. We tested this hypothesis on the spatial organization of abundance of an herbivorous guild of sea urchins. We also examined whether the amount of local along‐shore rocky habitat can explain the observed spatial patterns of abundance. Standardized estimates of abundance of four intertidal sea urchins—Diadema cf. savignyi, Echinometra mathaei, Parechinus angulosus, and Stomopneustes variolaris—were determined by six observers at 105 sites across 2,850 km of coast of South Africa. For each species and observer, wavelet analysis was used on abundance estimates, after controlling for potential biases, to examine their spatial structure. The relationship between local sea urchin abundance and the amount of upstream and downstream rocky habitat, as defined by the prevailing ocean current, was also investigated. All species exhibited robust structure at scales of 75–220 km, despite variability among observers. Less robust structure in the abundances of three species was detected at larger scales of 430–898 km. Abundance estimates of sympatric populations of two species (D. cf. savignyi and E. mathaei) were positively correlated with the amount of rocky habitat upstream of the site, suggesting that upstream populations act as larval sources across a wide range of scales. No relationship between abundance and habitat size was found for P. angulosus or S. variolaris. Within the range of scales examined, we found robust congruence in spatial structure in abundance at the lower, but not the larger, range of scales for all four species. The relationship between abundance and upstream habitat availability in two species suggests that larval supply from upstream populations was probably the mechanism linking habitat size and abundance.