区域生命之树及其在植物区系研究中的应用

区域生命之树是对一个区域内的所有物种进行生命之树重建,在最近10年已成为生命科学领域的研究热点。生命之树反映了物种间的亲缘关系和进化信息,可以将生物区系形成与发展过程中的进化和生态因素联系起来,是揭示区系来源和演化规律的有效手段。本文从3个方面总结了区域生命之树在植物区系研究中的应用:(1)在时间维度上,通过生命之树类群分化时间和进化速率估算,反映区系演化历史,揭示区系的时间分化格局;(2)在空间维度上,结合系统发育信息与物种分布数据,揭示区系内生物多样性的空间格局,并在此基础上进行区系分区;(3)整合生物地理信息和气候环境数据,分析区系中生物类群对古地理事件以及气候变化的响应机制,以揭示形成现存生物多样性格局的生态、地理和历史因素。此外,我们阐述了区域生命之树与全球生命之树之间的关系;指出由于类群取样不全而造成的时间估算偏差是区域生命之树研究中需要注意的问题;建议对生物多样性热点地区从不同尺度进行大数据的整合分析。     

澜沧江流域水生昆虫群落分类多样性和功能多样性海拔格局的空间尺度依赖性

群落分类多样性和功能多样性的海拔格局研究, 是了解生物多样性空间分布现状、揭示多样性维持和变化机制的重要途径。当前对水生昆虫分类多样性和功能多样性沿海拔梯度分布格局, 及其尺度依赖性依旧缺乏深入研究。本文基于2013-2018年在云南澜沧江流域500-3,900 m海拔梯度共149个溪流点位的水生昆虫群落调查数据, 利用线性或二次回归模型探索并比较了局部尺度(点位尺度)和不同区域尺度(100 m、150 m、200 m、250 m海拔段)的分类多样性指数(物种丰富度指数、Simpson多样性指数和物种均匀度指数)和功能多样性指数(树状图功能多样性指数(dbFD)、Rao二次熵指数(RaoQ)和功能均匀度指数(FEve))的海拔格局。结果表明, 在局部尺度, 物种丰富度指数和dbFD指数沿海拔梯度均无显著分布特征, Simpson多样性指数、RaoQ指数、物种均匀度指数和FEve指数沿海拔梯度呈现U型或者单调递减趋势。在区域尺度, 随着区域海拔带宽度的增加, 物种丰富度指数沿海拔呈不显著的单调递减格局, 但dbFD指数沿海拔分布由U型转变为单调递减趋势; Simpson多样性指数和RaoQ指数沿海拔梯度由显著U型趋势转变为无显著分布特征; 物种均匀度指数沿海拔梯度无显著分布特征, 但FEve指数呈显著增加的海拔格局。综上, 群落分类多样性指数和功能多样性指数沿海拔梯度分布存在局部和区域尺度的空间差异, 但区域尺度下二者海拔格局随海拔带宽度的增加存在一定程度的一致性。     

空间尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响:粒度和幅度

空间尺度是影响我们理解生态学格局和过程的关键因素。目前已有多种关于物种多样性分布格局形成机制的假说且研究者未达成共识,原因之一是空间尺度对物种多样性分布格局的环境影响因子的解释力和相对重要性有重要影响。地形异质性是物种多样性分布格局的重要影响因素。本文综述了在地形异质性-物种多样性关系的研究中,不同空间粒度和幅度对研究结果的影响,以及可能的原因。尽管已认识到地形异质性-物种多样性关系的空间尺度效应,但粒度和幅度的具体影响仍未有统一结论。当前物种多样性分布格局研究未能覆盖较完整的尺度变化梯度。未来对地形异质性-物种多样性关系的研究需要同时考虑幅度和粒度的影响。建议结合可靠的模型和统计分析方法开展多尺度格局比较分析,以进一步阐明研究尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响以及地形异质性起主导作用的空间尺度。     

贡嘎山东坡植被垂直带谱的物种多样性格局分析

为了探讨贡嘎山东坡海拔梯度上植物多样性的结构物征及格局变化,基于植被垂直带谱的样带和样方调查,分析了物种丰度与种－面积关系的垂直变化,物种多样性生态和地理成分的海拔梯度格局,去势对应分析（DCA）和典范对应分析（CCA）被用于分析17种环境因子之间的相关性,和环境因子对27个多样性结构成分和67个样方空间格局的影响,并定量分离不同尺度的环境变量对多样性格局分异的贡献。结果表明：1）贡嘎山东坡的植物物种多样性总体上表现了自下而上降低的梯度,但从河谷干旱灌草丛带到常绿阔叶林带和高山灌丛带到草甸带显示了相反的梯度变化;2）10种分布区类型的物种有各不相同的垂直丰度格局,9种生活型的物种多样性垂直格局则反映了草本与木本类型的明显差异;3）从河谷干旱草丛到山地针阔混交林的生物多样性结构变化主要反映水分梯度的影响;而从山地针阔混交林到高山草甸,多样性结构变化的主导因子是气温;4）气候的垂直梯度和生境的局部异质性是物种多样性格局两组不同作用尺度和性质的影响因子,总体上76．83％的多样性变异得到了解释,其中寒冷指数的作用最为突出,分析结果支持了关于生物多样性格局机理的不同假说,同时表明,贡嘎山东坡植物地理的垂直变化不仅受到现代环境因子的控制,区域环境变迁和区系发育历史的影响也是不可忽略的。     

天目山物种多样性尺度依赖及其与空间格局关系的多重分形

以浙江省天目山国家级自然保护区为例,采用多尺度分析思想,利用多重分形分析方法,研究了不同尺度下物种多样性的变化、空间分布格局以及多样性与空间格局之间的关系。研究主要得到3方面的结论：（1）物种多样性具有尺度依赖性,随着空间尺度的增大,Shannon-Wiener多样性指数Ⅳ增大,Margalef多样性指数足和均匀度指数E减小;（2）多重分形参数αmin。多重分形谱的变化范围SR等能够定量反映物种的空间分布特征,空间大尺度越大,物种越聚集,空间分布越不均匀;（3）物种多样性与空间格局存在线性或幂函数关系。研究表明多重分形分析定量描述物种空间格局是有效性的,多重分形参数与生物多样性之间的定量关系为研究物种空间格局、生态属性与尺度之间的关系奠定了基础。因此,分形结合传统方法,在生物多样性方面的研究将有很大的潜在价值。     

物种多样性变化格局与时空尺度

物种多样性时空格局作为生物多样性研究的重要内容, 是针对物种的数量变化和物种的生物学多样性程度,在不同尺度范围内探讨物种多样性的时空格局及其变化规律。本文首先讨论物种多样性的空间格局,特别是不同尺度上的“物种－面积”模式,分析了纬度梯度、栖息地因素对物种多样性格局形成的作用。在时间尺度上,本文分析了物种多样性在不同时间尺度的变化格局：从生物长期进化的地史时间看,物种多样性稳定增长受到周期性大绝灭事件中断。最新研究表明,物种多样性时间格局决定于最近一次大绝灭后的初始状态。在较短的时间范围内,如生态群落演替、季节周期等,物种多样性变化呈现特殊的模式。此外,也发现寄主上寄生物种的多样性有随着时间而增加的趋势。     

植物物种多样性的垂直分布格局

生物多样性沿环境梯度的变化趋势是生物多样性研究的一个重要议题,而海拔梯度包含了多种环境因子的梯度效应,因此研究生物多样性的海拔梯度格局对于揭示生物多样性的环境梯度变化规律具有重要意义。在不同的研究尺度,植物多样性沿海拔梯度具有不同的分布格局,而形成这种格局的因素有很大差异。本文从α多样性,β多样性和γ多样性三个尺度总结了植物物种多样性沿海拔梯度分布格局及其环境解释。α多样性沿海拔梯度的分布格局在不同生活型的物种之间差异很大,但对于木本植物来说,虽然也存在其他格局,但α多样性随海拔升高而降低是被广泛接受的一种格局。在一般情况下,β多样性随着海拔的升高而降低,并且对于不同生活型的物种,β多样性沿海拔梯度具有相似的分布格局。γ多样性沿海拔梯度具有两种分布格局：偏峰分布格局和显著的负相关格局;特有物种数往往随着海拔的升高而减少,而特有度则随着海拔的升高而增加。     

杨属物种多样性在中国的地理分布格局

利用地理信息系统技术与空间统计相结合的方法,研究了杨属物种多样性在中国区域尺度上的空间分布格局,并且采用线性回归分析方法研究了杨属物种多样性与经纬度的关系。结果表明:(1)杨属物种在中国呈带状分布,东西分布幅度大于南北分布幅度;(2)纬度梯度上杨属物种集中分布区位于30—40°N,经度梯度上位于110—120°E,说明杨属物种多样性格局在经、纬度梯度上并非单调递增或递减,而是在某一最适区域具有最高的物种多样性;(3)中国杨属物种多样性的分布中心集中于东北—西南方向的黑河-腾冲线两侧,从黑腾线向西北和东南方向延伸过程中,物种多样性逐渐降低;沿黑腾线从东北向西南方向物种多样性呈增加趋势;(4)从分组、分种检索上看,白杨组和青杨组物种在中国分布范围最广,山杨、小叶杨、响叶杨和青杨4种物种分布范围最广,可见同一类群中不同分类等级的植物多样性地理分布格局存在差异。     

云南西部地区地带性植物群落物种多样性的地理分布格局

利用样方数据和文献资料,探讨了云南西部地区地带性植物群落的物种多样性。结果表明：在纬度梯度上,从南到北,物种密度呈递减趋势;在海拔梯度上,从高海拔到低海拔,物种密度呈递增趋势;在经度梯度上,从东到西,物种密度呈递减格局。总体上,在群落尺度上,南部地区物种密度较高;北部地区,即滇西北地区物种密度相对较低,这可能与研究区域内热量和水分条件的空间分异有关,但热量因子可能扮演着更为重要的角色。海拔梯度上的物种变化速率远高于经度梯度和纬度梯度,这可能与海拔梯度上热量条件的变化速率远高于其他地理梯度有关。区域尺度上单位面积物种多样性的分布格局与群落尺度明显不同,这可能源于群落尺度上单位面积的物种多样性主要受制于能量水平;但在区域尺度上,单位面积的物种多样性可能与区域内的生境异质性有关。表明“尺度效应”在塑造物种多样性地理分布格局中的重要作用。     

全球视角下的中国生物多样性监测进展与展望

生物多样性强烈的时空尺度依赖性和多层次性决定了生物多样性现状与变量的分析需要在不同生态系统进行多空间尺度、全面和连续的监测。因此, 构建生物多样性研究监测网络是生物多样性保护和研究的基础工作。近年来, 对地观测组织-生物多样性观测网络(GEO BON)、亚太生物多样性监测网络(APBON)等全球、区域以及国家尺度的生物多样性监测网络蓬勃发展。中国陆续在国家尺度上建立了针对生态系统和物种的长期监测网络, 其中, 中国生物多样性监测与研究网络(China Biodiversity Observation and Research Network, Sino BON)于2013年启动建设, 在我国主要生态系统和环境梯度设置30个监测主点和60个监测辅点, 目前已建成10个专项网对动物、植物和微生物进行监测, 并建立了以数据标准与汇交、近地面遥感为核心的综合监测中心。Sino BON打造了从地下、地面到森林林冠的多尺度、多类群(功能群)以及多营养级交互为重点的监测与研究平台, 为理解生物多样性变化趋势及其驱动因素、研究生物多样性维持机制, 以及国家履行《生物多样性公约》、保护生物多样性和生物资源提供详实可靠的生物多样性变化数据。为进一步支撑国家生物多样性治理能力、深化全球多样性保护合作, 我国生物多样性监测亟需在监测技术、监测区域、数据标准、综合信息平台等方向谋求更大的发展。     

Altitude effects on spatial components of vascular plant diversity in a subarctic mountain tundra

Environmental gradients are caused by gradual changes in abiotic factors, which affect species abundances and distributions, and are important for the spatial distribution of biodiversity. One prominent environmental gradient is the altitude gradient. Understanding ecological processes associated with altitude gradients may help us to understand the possible effects climate change could have on species communities. We quantified vegetation cover, species richness, species evenness, beta diversity, and spatial patterns of community structure of vascular plants along altitude gradients in a subarctic mountain tundra in northern Sweden. Vascular plant cover and plant species richness showed unimodal relationships with altitude. However, species evenness did not change with altitude, suggesting that no individual species became dominant when species richness declined. Beta diversity also showed a unimodal relationship with altitude, but only for an intermediate spatial scale of 1 km. A lack of relationships with altitude for either patch or landscape scales suggests that any altitude effects on plant spatial heterogeneity occurred on scales larger than individual patches but were not effective across the whole landscape. We observed both nested and modular patterns of community structures, but only the modular patterns corresponded with altitude. Our observations point to biotic regulations of plant communities at high altitudes, but we found both scale dependencies and inconsistent magnitude of the effects of altitude on different diversity components. We urge for further studies evaluating how different factors influence plant communities in high altitude and high latitude environments, as well as studies identifying scale and context dependencies in any such influences.     

Diversity patterns in grasslands along a landscape gradient in northwestern France

Abstract. Several measures of biodiversity were calculated (species richness SR, species diversity H', species evenness J', mean similarity, mosaic diversity and factorial diversity) in vascular plant communities along a landscape gradient in the Seine valley, Normandy, France. For these communities, we also recorded environmental and management data. Species and environmental data were analysed simultaneously by Canonical Correspondence Analysis (CCA) in order to study their relationships. CCA identifies one main landscape gradient linked to a set of highly linked ecological factors. Three community types were identified along this gradient: calcicolous communities on chalk slopes, mesophilous communities on colluvium and hydrophilous communities on alluviums. The measures of biodiversity between these groups and their variations along the landscape gradient indicate similar patterns for H', J' and SR. Between‐community biodiversity measures allow consideration of the distribution of species among communities in the landscape. Factorial diversity accounts for the organisation of the communities with reference to the basic mechanisms of species coexistence. Affinity analysis (similarity and mosaic diversity) measures the compositional pattern diversity, which is the function of the variation in species richness. We discuss the indicative versus the predictive value of these measures of biodiversity as regards ecological factors and processes and their application for conservation purposes.     

陆地植物群落物种多样性的梯度变化特征

研究陆地植物落物种多样性随环境因子及群落演替梯度的变化特征是揭示生物多样性与生态因子相互关系的重要方面,根据近期国内外的文献,综述了这方面的研究进展。随纬度的降低,通常物咱多样性随中,随不分梯度的变化,物种多样性的变化有６种趋势;随海拔高的变化,物处多样性有５种模式;随土壤养分梯度的变化,表现出不同的规律;演替过程中物种多样生的变化趋势相似。关于植物群落物种多样性梯度格局的机制有多种假说,但仍需进     

戴云山物种多样性与系统发育多样性海拔梯度分布格局及驱动因子

生物多样性的海拔分布格局是生态学研究的热点。海拔作为综合性因子驱动着植物群落的物种、系统发育与功能多样性的空间分布。以戴云山南坡900-1600 m森林植物群落为研究对象,探讨物种多样性、系统发育指数与环境驱动因子的相互关系以及环境因子在群落构建与多样性维持中的重要意义。结果表明：（1）森林植物群落的系统发育多样性与物种多样性沿海拔均呈现中间高度膨胀格局。（2）物种多样性Margalef指数、Shannon-Wiener指数与系统发育多样性指数呈显著正相关,表明物种多样性越高,系统发育多样性也越高。Shannon-Wiener指数与物种多样性指数（Margalef、Pielou、Simpson指数）、系统发育多样性及系统发育结构都存在显著相关性,一定程度上Shannon-Wiener指数可以代替其他指数。Pielou指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数与系统发育结构NRI （Net relatedness index）指数、NTI （Net nearest taxa index）指数存在显著正相关,表明群落优势度、均匀度与系统发育结构相关性较强。（3）土壤全磷含量是影响系统发育多样性和物种多样性的主要驱动因子,土壤含水量是影响Shannon-Wiener、Pielou、Simpson指数的最显著因子,海拔是影响群落系统发育结构的主要因素。海拔是影响系统发育结构变化的主要环境因子,而土壤因子是影响物种多样性与系统发育多样性的主要因素,进一步验证了物种多样性与系统发育多样性的高度相关,结果旨在揭示物种群落空间分布规律。     

Environmental correlates of plant diversity in Korean temperate forests

Mountainous areas of the Korean Peninsula are among the biodiversity hotspots of the world's temperate forests. Understanding patterns in spatial distribution of their species richness requires explicit consideration of different environmental drivers and their effects on functionally differing components. In this study, we assess the impact of both geographical and soil variables on the fine-scale (400 m²) pattern of plant diversity using field data from six national parks, spanning a 1300 m altitudinal gradient. Species richness and the slopes of species–area curves were calculated separately for the tree, shrub and herb layer and used as response variables in regression tree analyses. A cluster analysis distinguished three dominant forest communities with specific patterns in the diversity–environment relationship. The most widespread middle-altitude oak forests had the highest tree richness but the lowest richness of herbaceous plants due to a dense bamboo understory. Total richness was positively associated with soil reaction and negatively associated with soluble phosphorus and solar radiation (site dryness). Tree richness was associated mainly with soil factors, although trees are frequently assumed to be controlled mainly by factors with large-scale impact. A U-shaped relationship was found between herbaceous plant richness and altitude, caused by a distribution pattern of dwarf bamboo in understory. No correlation between the degree of canopy openness and herb layer richness was detected. Slopes of the species–area curves indicated the various origins of forest communities. Variable diversity–environment responses in different layers and communities reinforce the necessity of context-dependent differentiation for the assessment of impacts of climate and land-use changes in these diverse but intensively exploited regions.     

美洲森林群落beta多样性的纬度梯度性

Beta多样性度量不同时空尺度物种组成的变化,是生物多样性的重要组成部分;理解其地理格局和形成机制已成为当前生物多样性研究的热点问题。基于Alwyn H. Gentry在美洲收集的131个森林样方数据,采用倍性和加性分配方法度量群落beta多样性,检验beta多样性随纬度的变化趋势,并分析其形成机制。研究表明:(1) 美洲森林群落beta多样性随纬度增加显著下降,热带和亚热带地区beta多样性高于温带地区;此格局可由物种分布范围的纬度梯度性和不同粒度(grain)下物种丰富度与纬度回归斜率的差异推论得出;(2) 加性分配方法表明beta多样性对各个温度带森林群落gamma多样性的相对贡献率平均为78.2%,并且随纬度升高而降低;(3) 美洲南半球森林群落beta多样性高于其北半球,这可能反映了区域间物种进化和环境变迁历史的差异。此外,还探讨了不同beta多样性计算方法的适用情景,首次证实了森林生态系统群落水平beta多样性的纬度梯度性,这对研究生物多样性的形成机制和生物多样性保护都具有重要的意义。     

秦岭山地天然次生林群落MRT数量分类、CCA排序及多样性垂直格局

采用多元回归树(MRT)对秦岭山地天然次生林群落进行数量分类,采用典范对应分析(CCA)进行排序,分析了秦岭山地天然次生林群落物种多样性沿海拔梯度的变化规律。结果表明:(1) 275个样方共有种子植物195种,隶属61科128属。乔、灌、草3个层次物种多样性变化沿海拔梯度的变化趋势基本一致,呈单峰模型;(2)经交叉验证认为秦岭山地天然次生林群落可分为2类,Ⅰ冬瓜杨(Populus purdomii)+陇东海棠(Malus kansuensis)+蛇莓(Duchesnea indica)群落,Ⅱ锐齿槲栎(Quercus aliena var. acuteserrata)+黄栌(Cotinus coggygria)+茜草(Rubia cordifolia)群落;(3) CCA排序结果揭示了群落生境的分布范围,反映出生态轴的排序意义,较好地反映秦岭山地天然次生林群落与环境因子的关系,其结果表明,海拔、坡向、凋落层厚度和干扰情况4个变量对该地区次生林群落的分布有较大的影响。     

甘肃祁连山国家自然保护区植物群落分布格局及其与环境因子的关系

植物群落分布格局是环境因子和人类活动共同作用的结果,尤其是海拔梯度被认为是植物群落分布格局的决定性因子,为探求甘肃祁连山国家自然保护区植物群落分布格局与环境因子的关系及其驱动机制,该文在野外调查的基础上,运用数量分类和除趋势典范对应分析(DCCA)排序等方法,探讨了研究区内植物群落特征及其与环境因子的关系。结果表明：(1)88个样方共记录物种85种,隶属30科56属,利用双向指示种分析法(TWINSPAN)将其分为9个植物群落。(2)9个植物群落在DCCA排序图上聚集分布,呈现出较好的环境梯度,其中海拔对植物群落分布格局影响最大,其次为降水、温度、坡度、坡向和土壤腐殖质。(3)影响植物群落空间分布格局的变量中,环境因子占25.24%,空间因子占13.21%,空间因子和环境因子交叉作用占9.03%,群落分布格局未被空间因子和环境因子解释部分占52.52%,这部分主要反映了人类活动对研究区植物群落分布格局的影响。该研究成果对区域内植被的生态恢复和生物多样性的稳定维持具有重要意义。     

Direct and indirect effects of environmental factors,spatial constraints,and functional traits on shaping the plant diversity of montane forests

Understanding the relative importance of the factors driving the patterns of biodiversity is a key research topic in community ecology and biogeography. However, the main drivers of plant species diversity in montane forests are still not clear. In addition, most existing studies make no distinction between direct and indirect effects of environmental factors and spatial constraints on plant biodiversity. Using data from 107 montane forest plots in Sichuan Giant Panda habitat, China, we quantified the direct and indirect effects of abiotic environmental factors, spatial constraints, and plant functional traits on plant community diversity. Our results showed significant correlations between abiotic environmental factors and trees (r = .10, p value = .001), shrubs (r = .19, p value = .001), or overall plant diversity (r = .18, p value = .001) in montane forests. Spatial constraints also showed significant correlations with trees and shrubs. However, no significant correlations were found between functional traits and plant community diversity. Moreover, the diversity (richness and abundance) of shrubs, trees, and plant communities was directly affected by precipitation, latitude, and altitude. Mean annual temperature (MAT) had no direct effect on the richness of tree and plant communities. Further, MAT and precipitation indirectly affected plant communities via the tree canopy. The results revealed a stronger direct effect on montane plant diversity than indirect effect, suggesting that single‐species models may be adequate for forecasting the impacts of climate factors in these communities. The shifting of tree canopy coverage might be a potential indicator for trends of plant diversity under climate change.     

中国黑戈壁植物多样性分布格局及其影响因素

我国西北地区内陆分布着近20万km~2的黑戈壁,由于其环境的特殊性,使其具有独特的生态系统,境内分布着多样的植被,蕴藏着大量特有的自然资源。但由于自然环境苛刻与交通条件不便,目前我国关于黑戈壁区系统的植被与物种多样性的研究还很缺乏。针对黑戈壁区植物多样性组成与分布特点,基于遥感及实地调查,采用DCCA排序和半变异函数模型等分析方法,对黑戈壁区植物群落组成,植物多样性特点及影响因素进行分析。研究结果表明:研究区植物以藜科和蒺藜科灌木或半灌木为主,群落物种生活型具有逐渐趋于简单甚至单一的特性,重要值0.1的植物主要有梭梭、红砂、白刺等13种;群落物种多样性呈现区域性的斑块化分布,结构性因子引起的物种多样性空间异质性占主导地位;作为极端干旱区,该区植物群落类型具有贫乏化及单一化的趋势,群落结构简单,植被覆盖度低,植物生长随环境的变化具有明显的可塑性,群落空间分异明显,群落空间演变具有明显的水分及土壤结构梯度;DCCA结果显示气候、土壤、地形是群落物种及类型变化的主要原因,海拔、坡位、土壤机械组成、降水、温度等环境因子对群落有着显著的影响,水土条件的空间异质性是戈壁植物多样性维持的关键因素。