吉林蛟河阔叶红松林物种多度分布模型研究

以吉林蛟河阔叶红松林的木本植物为研究对象,将30hm²的样地面积划分为5m×5m,10m×10m,20m×20m,25m×25m的连续取样单元,在4个不同尺度下分别统计各物种在每个取样单元中的有无,得到每个物种在不同尺度下的取样单元数。利用随机分布模型和负二项分布模型分析物种的多度分布,对比预测多度与观测多度讨论两个模型的科学性与实用性。结果表明：对于阔叶红松林而言,负二项分布模型在所有研究尺度上的预测精度都要优于随机分布模型。随机分布和负二项分布的模型预测误差随着研究尺度的增大而增大,因此选取较小的取样单元可以切实提高物种多度的预测精度。利用随机分布和负二项分布模型对多度较小的物种进行预测的效果要优于多度较大的物种。负二项分布模型适合用来模拟阔叶红松林的物种多度分布格局,并且模型的拟合效果受取样单元大小影响。     

物种多度格局研究进展

物种多度格局研究始于20世纪30年代,是种群生态学和群落生态学研究的起点。物种多度格局研究主要在两个水平上进行：1）初期研究主要集中于群落水平,希望在不同群落之间发现一个共同的整体格局来描述群落的组织结构。常用模型包括几何级数、对数级数、对数正态和断棍模型,不同模型代表了不同的生态学过程。2）目前转向重视物种水平,并以物种多度的区域分布规律及其生态学机制研究为主。物种分布区多度关系有正相关、无相关和负相关3种形式。局部多度高的物种一般趋于广布,而局部多度低的物种趋于受限分布。物种多度区域分布的生态位模型预测为单峰型,还经常会出现“热点地区”;而异质种群模型预测为双峰型。物种多度的区域分布主要由环境资源特性、物种生态位和扩散过程等因素决定。3）物种多度格局的时间变化与空间变异类似,代表了这些生态学过程的时间异质性。4）物种多度格局的尺度变化经常表现出自相似性,但该规律并非一直存在,因为生物多样性由不同尺度上的不同生态学过程决定。5）多度（稀有度）是物种保护的基本依据,而群落多度模型能够指示生态学和干扰过程变化对群落结构的影响。物种多度格局的模型手段仍需改进,机制研究尚不系统,应用研究亟待扩展,对于物种多度格局的深入理解将为揭示生物多样性分布机制和有效保护提供帮助。     

小兴安岭阔叶红松林粗木质残体空间分布的点格局分析

采用点格局分析方法对小兴安岭典型阔叶红松林9hm2(300m×300m)固定样地内粗木质残体(CWD)的空间分布格局进行了研究。结果表明:固定样地内CWD的总密度为368.8株/hm2,径级结构呈现明显的正态分布,各径级密度差别较大。花楷槭(27.8株/hm2)和枫桦(26.1株/hm2)是阔叶CWD的主要组成树种。红松(41.6株/hm2)是针叶CWD的主要组成树种,针叶树种CWD的数量随着径级的增大而增加,呈典型的J型分布。在150m的空间尺度内,CWD总体在较小尺度上表现为集群分布,在40m尺度上聚集强度最大(0.40),随着尺度的增加,CWD趋于均匀分布。不同径级组在不同规模尺度聚集,随着径级的增加,聚集强度呈下降趋势。不同物种CWD在各径级下的空间分布格局有所不同,具体表现为集群分布和由集群分布向随机分布发展两种形式。不同存在形式的CWD在研究尺度内随着尺度的增加,由集群分布向随机分布发展。随着CWD腐烂等级的增高,其聚集强度和聚集尺度均增大。CWD的空间分布格局是阔叶红松林群落与其自然环境长期作用的结果,从某种程度上也反映了该林型天然更新的格局和机制。     

亚热带不同纬度森林群落物种空间分布格局

为探讨我国亚热带森林群落中物种空间分布格局特点及其成因,揭示其共性规律和个性差异,为相关区域的生物多样性保护和监测工作提供科学依据。选取我国亚热带不同纬度的6个1 hm²典型森林群落中所有胸径（DBH,Diameter at Breast Height）≥ 1 cm的物种为研究对象;采用L （t）方程统计所有监测物种的空间分布格局类型,为满足L （t）方程的统计精度,将各群落中多度≥10株的植物以物种为单位统计,多度<10株的低多度物种和单个体物种则以种组为单位进行空间点格局分析;并对物种多度、胸径与空间聚集程度的度量指标L₁₀进行相关性分析。结果表明：（1）亚热带不同纬度群落中多度≥10株物种的空间分布格局表现出相似的尺度依赖性规律：显著聚集分布比例随尺度增大而降低,不同纬度群落的变化幅度存在差异,纬度较低的群落稳定性更强。（2）各群落中低多度种组空间分布格局表现出小尺度显著聚集分布,大尺度随机分布的尺度效应,但尺度效应在不同纬度群落间存在差异;各群落的单个体种组空间分布格局均以随机分布为主。（3）不同纬度群落物种多度与空间聚集程度之间均存在负相关关系,物种多度对空间聚集程度的影响随纬度从高到低逐渐减弱。（4）较高纬度群落物种胸径与空间聚集程度之间存在负相关关系;随纬度从高到低,物种胸径对空间聚集程度影响水平逐渐降低。对亚热带不同纬度森林群落物种空间分布格局形成原因的进一步探讨,认为由纬度差异引起的生境异质性是影响群落物种空间分布格局产生过程的主要因素,此外,林型、扩散限制、密度制约和随机作用是影响各群落物种空间格局成因及多样性维持的次要因素。     

亚热带常绿阔叶林群落物种多度分布格局对取样尺度的响应

为揭示物种多度格局随尺度的变化规律,探讨多度格局形成的机理及生态学过程,作者以古田山亚热带常绿阔叶林24 ha固定监测样地为背景.采用断棍模型(broken stick model)、对数正态模型(Iognormal distribution model)、生态位优先占领模型(preemption model)、Zipf模型(Zipf model)、Zipf-Mandelbrot模型(Zipf-Mandelbrot model)及中性理论模型(neutral model),对不同尺度下的物种多度分布格局进行拟合,并采用AIC检验和卡方检验选择最优拟合模型.结果表明,不同尺度上适合的物种一多度曲线模型不同;在取样边长为10 m和20 m时,除中性模型外的5个模型均不能被拒绝,它们均适合小尺度下的格局,这表明存小的尺度上生态位过程对物种一多度曲线的格局贡献较大;在取样边长为40 m时,最适合的模型为对数正态模型;取样边长为60 m和80 m时,Zipf-Mandelbrot模型为最优拟合模型;在取样边长为100 m时,尽管Zipf-Mandelbrot模型有最小的AIC值,但卡方检验拒绝了除中性模型外的5个模型;中性理论模型除了边长为10 m和20 m尺度以外,在其他尺度上均比前面5种模型的预测效果更好.因此在研究物种多度分布规律时必须注意空间尺度的影响.研究结果表明随着尺度的增加,中性过程成为决定物种一多度曲线格局的主要生态过程.     

地形对阔叶红松林物种多样性的影响

为了更好地了解阔叶红松林(Pinus koraiensis)物种多样性的维持机制,对不同地形下的阔叶红松林乔木和灌木种,进行了物种多样性指数比较、物种多度分布模型拟合及物种多样性指数与环境因子的排序分析。结果表明,乔木在阴坡、半阴坡的丰富度显著高于半阳坡;灌木在坡度25°处的均匀度显著高于坡度6°处,在谷地处的4个多样性指数显著低于其他坡位,在阴坡、半阴坡处的4个多样性指数显著高于平地。统计模型、生态位模型、中性模型在不同地形下均能够通过拟合优度检验,物种多度分布在不同地形间差异不明显;地形对乔木的多样性指数的影响:海拔凹凸度坡度坡向坡位,对灌木的多样性指数的影响:坡位海拔坡向坡度凹凸度,土壤对乔木的物种多样性指数的影响:土壤pH土壤容重土壤有效N含量土壤速效K含量,对灌木的物种多样性指数的影响:土壤pH土壤有机质含量土壤速效P含量土壤全N含量土壤全P含量。总体而言,物种多样性随着坡度的增加而增加,阴坡处最高,谷地处最低。     

小兴安岭阔叶红松林物种组成及主要种群的空间分布格局

研究了黑龙江省凉水国家自然保护区阔叶红松林的物种组成和径级结构,并应用点格局分析方法对其主要种群的空间分布格局及空间关联性进行了研究.结果表明: 该保护区内阔叶红松林中胸径≥1 cm的乔木共有16种,种群密度差异性很大,针叶树种红松和冷杉处于明显的优势地位;种群的径级结构近似倒“J”形,林分更新良好;主要种群的分布格局多呈聚集分布,只有红松在19～21 m和44 m尺度上以及青楷槭在接近所研究的最大尺度上时才呈现出随机分布.其中,红松在所研究尺度上一直都接近于随机分布,聚集强度也最小,冷杉、紫椴和青楷槭的分布格局都呈现出随机分布的趋势;除红松和冷杉在2～3 m的小尺度上,以及冷杉和青楷槭在37～81 m尺度上呈显著正相关外,其余种群的空间关联性均不显著.所有树种的总体联结关系均表现为不显著的正关联.
     

广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林监测样地种群空间点格局分析

种群的空间分布格局是由多种机制的交互作用而形成,是探究生物多样性维持机制的基础。北热带喀斯特季节性雨林是我国北热带石灰岩山地具有地带性特征的植被,其生境的典型特征在于土层浅薄、岩石裸露率高、贮水能力低和周期性水淹,以及富钙强碱性环境等。本研究基于广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha动态监测样地的第一次调查资料,采用双关联g(r)函数点格局方法,分析了雨林中出现个体数≥15株的160个种的种群空间分布格局以及不同类群间种群分布的差异。研究表明:160种木本植物中有146种在0–10 m的尺度上呈聚集分布,且随着空间尺度的增大,聚集度呈下降趋势;物种的种群聚集度与其物种多度、平均胸径和最大胸径成负相关;常绿物种的种群聚集度与落叶物种间差异不显著;不同生活型间的种群聚集度差异显著,总体表现为亚乔木层物种高于乔木层,灌木层物种显著高于亚乔木层;剔除生境异质性后大部分物种表现为随机分布,仅少部分物种的种群表现为聚集分布。这表明物种的功能属性如物种多度、生活型等可较好地预测物种的分布格局。此外,物种种群的分布格局还受生境异质性的影响,且不同物种受生境异质性影响的程度不同。     

长白山阔叶红松林树木短期死亡动态

树木死亡是森林群落动态的重要过程,是多种因素共同作用的结果.本文基于长白山阔叶红松林25 ha样地2004年和2009年两次调查数据,从物种组成、数量特征、径级结构和空间分布等方面分析了5年间样地中死亡树木的特征.结果表明:5年间样地DBH≥1 cm的独立个体树种数由52变为51,3个树种因权有的1个个体死亡而消失,新增2个树种;独立个体数从36,908变为34,926,死亡个体数为4,030,死亡个体数占2004年个体总数的10.9%,新增个体数为2,048,独立个体数净减少1,982;死亡量大的树种其新增量也较大,灌木树种的死亡量和新增量均多于乔木树种;有5个树种的平均胸径减小,44个树种平均胸径增加;从死亡个体的径级结构来看,小径级个体死亡较多,大径级个体死亡少,5 cm以下的死亡个体占总死亡量的81.5%,不同林层的优势树种死亡个体的径级分布与2004年该树种的径级分布基本相同;不同树种死亡个体的空间分布具有较大差异,不同林层的优势树种死亡个体空间格局主要以聚集分布为主,小径级死亡个体在小尺度呈聚集分布,在其他尺度呈随机分布,中径级和大径级死亡个体在各尺度上都呈不同程度的随机分布.     

长白山阔叶红松林草本植物多样性季节动态及空间分布格局

基于长白山阔叶红松林25hm^2样地（CBS）一年内草本植物的4次调查数据,对样地内草本植物多样性的季节动态及其空间分布格局进行了初步分析.结果表明：样地内草本植物物种组成丰富,共有102种,隶属于40科84属.Shannon多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数分别为3.52、0.96和0.75;物种组成的季节变化比较明显,以初夏物种数最多;各季节的Shannon多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数的变化较大,个体数量从早春到秋季逐渐减少;物种丰富度和多度的空间分布连续性较差,主要表现为斑块性分布,说明草本植物对微环境有较强的依赖性;坡向是影响物种丰富度和多度的主要因素,在早春、夏末和秋季,不同坡向的物种丰富度和多度差异极显著（P〈0.01）,且早春阶段北坡和东坡的丰富度高于南坡和西坡,夏末和秋季则相反.     

Multiple scales and the relationship between density and spatial aggregation in littoral zone communities

Understanding the constraints on community composition at multiple spatial scales is an immense challenge to community and ecosystem ecologists. As community composition is basically the composite result of species’ spatial patterning, studying this spatial patterning across scales may yield clues as to which scales of environmental heterogeneity influence communities. The now widely documented positive interspecific relationship between ‘regional’ range and mean ‘local’ abundance has become a generalisation describing the spatial patterning of species at coarse scales. We address some of the shortcomings of this generalisation, as well as examine the cross‐scale spatial patterning (aggregation and density levels) of littoral‐benthic invertebrates in very large lakes. Specifically, we (a) determine whether the positive range‐abundance relationship can be reinterpreted in terms of the actual spatial structure of species distributions, (b) examine the relationship between aggregation and density across different spatial scales, and (c) determine whether the spatial patterning of species (e.g. low density/aggregated distribution) is constant across scales, that is, whether our interpretation of a species spatial pattern is dependent on the scale at which we choose to observe the system. Spatial aggregation of littoral invertebrates was generally a negative function of mean density across all spatial scales and seasons (autumn and spring). This relationship may underlie positive range‐abundance relationships. Species that were uncommon and highly aggregated at coarse spatial scales can be abundant and approach random distributions at finer spatial scales. Also, the change in spatial aggregation of closely related taxa across spatial scales was idiosyncratic. The idiosyncratic cross‐scale spatial patterning of species implies that multiple scales of environmental heterogeneity may influence the assembly of littoral communities. Due to the multi‐scale, species‐specific spatial patterning of invertebrates, littoral zone communities form a complex spatial mosaic, and a ‘spatially explicit’ approach will be required by limnologists in order to link littoral‐benthic community patterns with ecosystem processes in large oligotrophic lakes.     

辽东山区次生林木本植物空间分布

森林木本植物的空间格局有助于揭示群落结构的形成机制与潜在的生态学过程,且对林分经营具有一定指导意义。在0—50 m尺度范围内综合分析了辽东山区4 hm2温带次生林样地多度10的树种空间格局。研究发现:(1)在完全随机零模型下,大部分树种呈现聚集格局,聚集格局树种的比例随尺度增加而降低;在32 m的较大尺度下,随尺度增加,随机和规则格局成为树种分布的主要形式;(2)在异质性泊松过程零模型下,55.9%的树种呈现随机格局,其余大部分树种在10 m的尺度下呈现聚集格局,且随尺度增加,规则格局成为主要形式;(3)在完全随机零模型下,树种属性(林层、径级和多度)显著地影响种群聚集度,而在异质性泊松过程零模型下,树种属性对种群聚集度不存在显著影响。综上,生境异质性、扩散限制和树种属性部分解释了辽东山区次生林木本植物空间分布格局,相对而言,生境异质性的效应更为突出。研究结果有助于揭示次生林群落生物多样性的维持机制。     

A unified model explains commonness and rarity on coral reefs

Abundance patterns in ecological communities have important implications for biodiversity maintenance and ecosystem functioning. However, ecological theory has been largely unsuccessful at capturing multiple macroecological abundance patterns simultaneously. Here, we propose a parsimonious model that unifies widespread ecological relationships involving local aggregation, species‐abundance distributions, and species associations, and we test this model against the metacommunity structure of reef‐building corals and coral reef fishes across the western and central Pacific. For both corals and fishes, the unified model simultaneously captures extremely well local species‐abundance distributions, interspecific variation in the strength of spatial aggregation, patterns of community similarity, species accumulation, and regional species richness, performing far better than alternative models also examined here and in previous work on coral reefs. Our approach contributes to the development of synthetic theory for large‐scale patterns of community structure in nature, and to addressing ongoing challenges in biodiversity conservation at macroecological scales.     

Exogenous and endogenous determinants of spatial aggregation patterns in Tibetan Plateau meadow vegetation

Aims We aim to quantify the relative importance of various endogenous and exogenous processes influencing the spatial distribution of the individuals of plant species at different temporal and spatial scales in a species-rich and high-cover meadow in the eastern Tibetan Plateau.Methods We calculated Green's index of dispersion to infer the spatial distribution patterns of 73 herbaceous species at two scales (0.25 and 1.0 m 2). We constructed a series of generalized linear models to test the hypotheses that different species traits such as mean plant stem density, per capita dry biomass, maximum plant height and mean seed mass contribute to their spatial distribution. We used the first principal component of soil C, N and P to explain abundance variation across quadrats and sub-plots.Important findings The individuals of the species studied were highly spatially aggregated. At both spatial scales, biomass and stem density explained the most variation in aggregation, but there was no evidence for an effect of mean seed mass on aggregation intensity. The effects of soil carbon, nitrogen and phosphorus at different depths affected plant abundance mostly at the broader spatial scale. Our results demonstrate that self-thinning and habitat heterogeneity all contribute to determine the spatial aggregation patterns of plant individuals in alpine meadow vegetation in the eastern Tibetan Plateau.     

The importance of local and landscape-scale processes to the occupancy of wetlands by pond-breeding amphibians

Variation in the distribution and abundance of species across landscapes has traditionally been attributed to processes operating at fine spatial scales (i.e., environmental conditions at the scale of the sampling unit), but processes that operate across larger spatial scales such as seasonal migration or dispersal are also important. To determine the relative importance of these processes, we evaluated hypothesized relationships between the probability of occupancy in wetlands by two amphibians [wood frogs (Lithobates sylvaticus) and boreal chorus frogs (Pseudacris maculata)] and attributes of the landscape measured at three spatial scales in Rocky Mountain National Park, Colorado. We used cost-based buffers and least-cost distances to derive estimates of landscape attributes that may affect occupancy patterns from the broader spatial scales. The most highly ranked models provide strong support for a positive relationship between occupancy by breeding wood frogs and the amount of streamside habitat adjacent to a wetland. The model selection results for boreal chorus frogs are highly uncertain, though several of the most highly ranked models indicate a positive association between occupancy and the number of neighboring, occupied wetlands. We found little evidence that occupancy of either species was correlated with local-scale attributes measured at the scale of individual wetlands, suggesting that processes operating at broader scales may be more important in influencing occupancy patterns in amphibian populations.     

辽东山区次生林乔木幼苗分布格局与种间空间关联性

在辽东山区次生林建立4 hm^2样地(200 m×200 m),研究0~50 m尺度范围内乔木幼苗分布格局及种间空间关联性.结果表明:在完全随机零模型下,0~20 m尺度上,95%的树种呈现聚集分布格局;0~16 m尺度上,19个树种呈现聚集分布;随着尺度的增加,聚集分布树种的比例逐渐减少,50 m尺度上,随机分布成为树种分布的主要形式;在异质性泊松过程零模型下,0~24 m尺度上,5%的树种呈现聚集分布,26~50 m尺度上,42%和58%的树种呈现随机和均匀分布.在完全随机零模型下,正相关树种对比例最高,且在50 m尺度下呈现正相关、负相关、无相关3种相关性的树种对比例相同;在异质性泊松过程零模型下,树种对主要呈现负相关,且随尺度增大,负相关的树种对比例逐渐升高.种子扩散限制和生境异质性在某种程度上解释了乔木幼苗的聚集分布格局,乔木幼苗强烈的聚集分布又促使种间空间关联性密切,更新群落稳定性较差.     

木林子大样地两个木姜子属物种空间分布格局及关联性

该文以湖北木林子国家级自然保护区15 hm2大样地同属物种[木姜子(Litsea pungens)和黄丹木姜子(L. elongata)]为研究对象,通过成对相关函数和不同零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型和先决条件模型)的方法分析两个物种的空间分布格局、种内和种间空间关联性,从同属物种的空间分布格局角度探讨群落的构建机制。结果表明:(1)种群空间分布格局研究中,两个种的空间分布格局大致为聚集分布。基于CSR零模型,木姜子和不同径级(幼树、小树、中树和成年树)的聚集尺度分别为0~114 m、0~103 m、0~56 m、0~34 m和0~16 m,黄丹木姜子和不同径级的聚集尺度分别为0~150 m、0~150 m、0~59 m、0~56m和0~14 m;基于HP零模型,木姜子整体的空间分布格局聚集尺度为0~23 m,其中幼树、小树和中树均在0~22 m呈现聚集分布,成年树仅在0~3 m尺度上表现为聚集分布,黄丹木姜子整体的空间分布格局聚集尺度为0~36 m、140~150 m,各径级的聚集尺度分别为0~35 m、0~35 m、0~12 m和0~6 m。(2)种内关联性研究中,木姜子和黄丹木姜子不同径级个体种内关联在小尺度上基本呈现正关联,随着尺度的增大变为微弱的无关联或负关联。(3)种间关联研究中,木姜子对黄丹木姜子和黄丹木姜子对木姜子的空间关系大致相同。总体上,两物种之间均体现为在30 m尺度内对另外一个物种呈现正关联,40~68 m尺度内呈现负关联;不同径级之间都表现为无关联,偶尔出现正关联或负关联。研究认为,种群空间分布格局基本上为聚集分布,其主要受到生境异质性和扩散限制的影响,木林子大样地中木姜子和黄丹木姜子空间分布格局存在相似性,而不同的生境偏好可能是导致两同属物种共存的原因。     

The quest for a null model for macroecological patterns: geometry of species distributions at multiple spatial scales

There have been several attempts to build a unified framework for macroecological patterns. However, these have mostly been based either on questionable assumptions or have had to be parameterized to obtain realistic predictions. Here, we propose a new model explicitly considering patterns of aggregated species distributions on multiple spatial scales, the property which lies behind all spatial macroecological patterns, using the idea we term 'generalized fractals'. Species' spatial distributions were modelled by a random hierarchical process in which the original 'habitat' patches were randomly replaced by sets of smaller patches nested within them, and the statistical properties of modelled species assemblages were compared with macroecological patterns in observed bird data. Without parameterization based on observed patterns, this simple model predicts realistic patterns of species abundance, distribution and diversity, including fractal-like spatial distributions, the frequency distribution of species occupancies/abundances and the species–area relationship. Although observed macroecological patterns may differ in some quantitative properties, our concept of random hierarchical aggregation can be considered as an appropriate null model of fundamental macroecological patterns which can potentially be modified to accommodate ecologically important variables.