生态位模型的基本原理及其在生物多样性保护中的应用

生态位模型是利用物种已知的分布数据和相关环境变量,根据一定的算法来推算物种的生态需求,然后将运算结果投射至不同的空间和时间中来预测物种的实际分布和潜在分布.近年来,该类模型被越来越多地应用在入侵生物学、保护生物学、全球气候变化对物种分布影响以及传染病空间传播的研究中.然而,由于生态位模型的理论基础未被深入理解,导致得出入侵物种生态位迁移等不符合实际的结论.作者从生态位与物种分布的关系、生态位模型构建的基本原理以及生态位模型和生态位的关系等方面探讨了生态位模型的理论基础.非生物的气候因素、物种间的相互作用和物种的迁移能力是影响物种分布的3个主要因素,它们在不同的空间尺度下作用于物种的分布.生态位模型是利用物种分布点所关联的环境变量来模拟物种的分布,这些分布点本身关联着该物种和其他物种间的相互作用,因此生态位模型所模拟的是现实生态位(realized niche)或潜在生态位(potential niche),而不是基础生态位(fundamental niche).Grinnell生态位和Elton生态位均在生态位模型中得到反映,这取决于环境变量类型的选择、所采用环境变量的分辨率以及物种自身的迁移能力.生态位模型在生物多样性保护中的应用主要包括物种的生态需求分析、未知物种或种群的探索和发现、自然保护区的选择和设计、物种入侵风险评价、气候变化对物种分布的影响、近缘物种生态位保守性及基于生态位分化的物种界定等方面.     

从生态位的观点试论稻田综合利用

一生态位的研究是理论生态学的一个重要领域。Grinell(1917)将生态位定义为物种在环境中的最后分布单位,强调生态位的空间概念(space niche);Elton(1927)特别强调物种与其他种的营养关系(trophic relationship),并把生态位定义为物种在生物群落中的     

甘肃祁连山脉雪豹及其同域分布大型食肉动物时间生态位关系

<正>群落内多物种如何共存是群落生态学和生物多样性研究的核心内容之一。经典物种共存理论强调物种之间的生态位分化,侧重于物种对环境的需求,Hutchinson (1957)提出超体积生态位概念,认为物种适合度是由多个因素共同决定,即物种只有在满足其生态位需求的多维空间,     

物种丰富度垂直分布格局及影响机制

物种丰富度分布格局是一定地域内物种丰富度沿三维空间的立体分布,包括物种丰富度在经度、纬度和垂直梯度(海拔高度和海水深度)三个维度上的空间分异。近年来物种多样性的垂直分布格局与机制研究得到了生物地理学家和生态学家的重视。物种丰富度的垂直分布格局存在多种类型,但随海拔增加而物种数减少的单调递减模型和中海拔物种丰富度最高的单峰模型较为常见。目前在机制研究中验证较多的是气候稳定性、生物因子(种间相互作用)、能量、生境异质性、干扰、进化时间、物种分化速率、面积、中域效应(mid-domain effect)、生态位保守性(niche conservatism)等假说和机制。物种丰富度的分布格局是多方面因素综合作用的结果;由于地理、地形、气候、地质演化历史、物种库和进化历史、物种分化速率、干扰等差异,在不同地区存在着特别的物种丰富度空间分布格局和机制;处于同一地区的不同类群的物种也因进化扩散历史和生态适应能力不同而呈现多样化的分布格局。因此,对不同地区和类群的物种丰富度格局和机制进行研究应具体分析后才能得到可信结论。     

以光合效率度量天然白桦种群生态位初探

生态位常被理解为“一个生物单位 (个体、种群或物种 )生存条件或适应性的总集合体[3 ,5] 。过去常用于动物种群生态学研究 ,Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ首次将生态位理论应用于森林生态学研究[5] 。目前 ,国内外对生态位的研究主要集中在以下方面 :①把生态位与资源利用谱等同起来 ;②生态位占据与竞争联系在一起 ;③生态位是多维空间内具有一定功能的 ,为一个种或种群所占有的功能单位 ,亦即符合该种适合性的小区。这就涉及到“功能单位”的应有宽度及其计测标准和方法 ;④各种有机体均有其在自然群落中的地位、功能作用或某种生活方式 ,它们之间…     

名词解释

生态位(niche)指一个生物所占据的生境的最小单位。生境生态位指该生物占据的自然空间;生态学生态位则表示该生物在本生境的生物群落中所起的作用。一个生物的活动以及它与     

功能多样性对典型阔叶红松林生产力的影响

为比较生物量比率假说与生态位互补假说在解释生产力变异的相对重要性,探讨生物多样性和生产力之间的关系是否受到生物和非生物因素的影响,该研究依托小兴安岭9 hm~2阔叶红松(Pinus koraiensis)林动态监测样地,通过计算群落初始生物量、物种多样性、功能多样性、植物性状的群落加权平均值和测定环境因子,运用线性回归模型、结构方程模型,比较了物种多样性和功能多样性与生产力的相关性。结果表明:(1)物种多样性和功能多样性均对生产力有显著作用,功能多样性比物种多样性与生产力的关系更为密切;(2)功能多样性指数比群落加权平均值能更好地解释生产力变异,说明生态位互补假说更适用于解释阔叶红松林群落内生产力的变异;(3)生物多样性与生产力的关系受生物因素与非生物因素的共同作用,相较于多样性和功能性状组成(植被质量),初始林分生物量(植被数量)能更有效地解释生产力的变异。生物多样性与生产力关系的研究应从植被质量与植被数量同时出发,评估生态系统过程的多种非生物和生物驱动因素,同时维护森林功能多样性,加强植物与土壤环境的保护,对有效增加生产力和维持生物多样性具有重要意义。     

功能多样性对典型阔叶红松林生产力的影响

为比较生物量比率假说与生态位互补假说在解释生产力变异的相对重要性, 探讨生物多样性和生产力之间的关系是否受到生物和非生物因素的影响, 该研究依托小兴安岭9 hm ²阔叶红松(Pinus koraiensis)林动态监测样地, 通过计算群落初始生物量、物种多样性、功能多样性、植物性状的群落加权平均值和测定环境因子, 运用线性回归模型、结构方程模型, 比较了物种多样性和功能多样性与生产力的相关性。结果表明: (1)物种多样性和功能多样性均对生产力有显著作用, 功能多样性比物种多样性与生产力的关系更为密切; (2)功能多样性指数比群落加权平均值能更好地解释生产力变异, 说明生态位互补假说更适用于解释阔叶红松林群落内生产力的变异; (3)生物多样性与生产力的关系受生物因素与非生物因素的共同作用, 相较于多样性和功能性状组成(植被质量), 初始林分生物量(植被数量)能更有效地解释生产力的变异。生物多样性与生产力关系的研究应从植被质量与植被数量同时出发, 评估生态系统过程的多种非生物和生物驱动因素, 同时维护森林功能多样性, 加强植物与土壤环境的保护, 对有效增加生产力和维持生物多样性具有重要意义。     

洲际入侵植物生态位稳定性研究进展

人类活动引起的大规模洲际物种交换与生物入侵, 改变了当地生态系统结构与功能, 使生物多样性受到日益严重的威胁。本文通过综合分析主要国家和地区入侵植物的地理起源, 发现洲际入侵主要包括东亚—北美、东亚—南美、欧洲—南非、欧洲—北美、欧洲—东亚、北美—大洋洲等, 这些洲际入侵造成的后果往往比陆内入侵更为严重。利用物种分布模型(SDMs)预测入侵物种潜在分布范围是有效管理和提早预防生物入侵的重要依据, 但这些模型的一个关键假定是: 入侵物种的生态位在空间和时间上是保守的、稳定的。然而, 对于远离原产地种群并能快速适应新生境的洲际入侵植物来说, 生态位可能发生显著的变化。入侵种能否在入侵地保持原有的生态位, 取决于制约其生态分布的限制因素和生态过程在不同地区间是否发生变化。本文中作者总结了洲际入侵与陆内入侵的生态与进化过程的异同点, 认为这些限制物种原产地分布的因素如扩散限制、种间互作、适应性进化、生态可塑性和种群遗传特性等均可能导致入侵物种生态位的改变。建议下一步的研究应该重视: (1)对生态位属性进行多尺度的研究, 包括时间、空间、环境或系统发育等几个方面; (2)对比生态位稳定与发生偏移的物种特性, 确定什么样的入侵物种更容易改变原有的生态位; (3)进行生态位时间动态格局研究, 探讨生态位变化的倾向、历史速率和偏移程度, 以便判定生态位变化趋势。这些研究结果将会进一步提高物种分布模型的预测能力, 有助于更为准确地揭示气候变化和物种入侵对生物多样性的影响。     

藻际菌胶团的特征、调节机制与生态功能

藻类对促进海洋物质循环、维持水生环境的生态平衡具有重要作用。在藻菌关系中,基于微生物的多样性和重要性,藻类与细菌之间的相互关系成为了研究的热点。藻际(phycosphere)环境是藻菌共生的一种典型生态位(niche),在这一生境中微生物形成的菌胶团(zoogloea consortium)是调控藻菌关系的重要组成部分。以往的研究证明菌胶团具有结构多样性和功能多样性,在维持藻际环境稳定、物质循环和信息交流方面具有重要的生态意义。本文中,笔者以藻际菌胶团为重点,综述其物质基础(物种组成、胞外聚合物类别)、结构特征(生物被膜)以及生态功能,并从化学信号的角度探讨了群体感应信号(quorum sensing)对菌胶团的调节机制。论文旨在梳理菌胶团的形成特点及其在营养摄取、环境抗性、功能维持上的最新进展,并在此基础上提出展望,为未来深入理解藻际菌胶团的生态学机制提供化学生态学思路。     

微生物在藻际环境中的物质循环作用

浮游植物作为海洋初级生产力的主要驱动者,其功能的发挥与共生微生物密不可分.藻类(甲藻、硅藻或蓝藻)的栖息环境中存在多样的共生细菌,各类细菌拥有不同的组成比例,但某些异养细菌在藻际环境中总是占据优势地位,如变形杆菌、黄杆菌及放线菌等.基于微生物在调节微食物网、促进物质循环和维持生态系统平衡中的重要意义,本文主要以赤潮事件的藻际环境为例,尝试梳理上述主导性“常驻微生物”在“藻-菌”共生体物质转化中的作用.特别是针对近些年来倍受关注的黄杆菌和玫瑰杆菌,着重例述了它们在物质代谢中的行为与生态策略,以更好地理解常驻物种在藻际生态位中的生态行为与协同进化.     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

干旱荒漠区植物生态位对水盐的响应

全球气候变化对生态系统功能的影响决定着种群地位和群落演替,由于干旱区的特殊性成为研究生物响应环境变化的热点地区。为探索艾比湖流域荒漠区植物生态位对土壤水盐梯度的响应,在研究水、盐含量和植物生态位特征的基础上,应用变系数模型,分析了土壤水盐梯度下的群落组成和生态位响应趋势。结果显示:(1)随土壤水盐梯度的降低,艾比湖流域群落的物种组成呈倒"V"型分布,说明土壤水盐交互作用影响着植被分布和群落类型。(2)高水盐环境下,胡杨(Populus euphratica)、琵琶柴(Reaumuria soongorica)和梭梭(Haloxylon ammodendron)等生态位宽度值(B_i)较大,柽柳(Tamarix ramosissima)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和甘草(Glycyrrhiza uralensis)等B_i较小;中水盐环境下,白刺(Nitraria schoberi)和琵琶柴的B_i较大,铃铛刺(Halimodendron halodendron)、甘草和盐节木(Halocnemum strobilaceum)的B_i较小;低水盐环境下,梭梭、花花柴(Karelinia caspica)和琵琶柴等B_i较大,盐节木的B_i较小;说明土壤水盐环境和物种生态学特性是影响B_i的重要因素。(3)物种水平上,B_i较大的种群与其他物种的生态位重叠(O_(ij))一般较大,但B_i较小的物种间的O_(ij)不一定小(例如:高水盐土壤环境下柽柳和骆驼刺的O_(ij)为1);群落水平上,B_i与O_(ij)具有一定的正相关性;说明由于资源纬度的相似性增大了低B_i物种间的O_(ij),并且B_i和O_(ij)由物种向群落尺度转换时,两者之间的关系存在冗余。(4)土壤水盐梯度与群落生态幅呈现一种非线性相关特征,高水盐格局对群落B_i有一定的促进效应,而低水盐模式对B_i具有一定的限制作用,表明土壤水盐的协同效应影响着物种在群落的地位,并在一定程度上决定了群落向正负两极演替的方向。     

西藏色季拉山川滇高山栎群落生态位特征

探索群落构建背后的包括生态位分化与重叠在内的过程机制对于预测环境变化背景下的群落动态和开展区域物种多样性保护至关重要。藏东南地区由于地理和交通条件限制, 森林群落受人为干扰相对较少, 是开展群落生态学理论研究的天然实验室。在样地调查的基础上, 以物种重要值作为资源状态指标, 应用Levins、Shannon-Wiener 生态位宽度指数和Horn 生态位重叠指数, 分析了色季拉山川滇高山栎群落49 个主要种生态位特征。结果表明: (1) 色季拉山川滇高山栎群落中, 川滇高山栎(Quercus aquifolioides)、小叶忍冬(Lonicera microphylla)、秦岭槲蕨(Drynariasinica)的生态位宽度分别在乔、灌、草本层中占有优势地位; (2) 群落各林层内部生态位重叠, 表现为草本层>灌木层>乔木层; (3) 群落各林层之间生态位重叠, 表现为灌草>乔灌>乔草。(4) 川滇高山栎作为先锋树种, 其群落在藏东南地区的水土保持与荒漠化防治作用突出, 群落内林层内和层间的不同植物对阳光、空间等资源的生态位重叠促进了物种的共存, 证明了高山地区强烈的环境过滤作用导致的生态位分化和对生境需求相似的物种间的生态位重叠是促进藏东南川滇高山栎群落生物多样性共存的重要机理。     

物种分布模型在古生物学研究中的应用北大核心CSCD

物种分布模型(Species distribution models,SDMs)是基于物种的生态位要求,通过将物种已知的分布数据和对应地区的环境数据联系起来,以预测该物种在不同时间和空间下的地理分布的一种数学工具。它为地史时期生物地理分布的重建、生物生态特征的分析及生物与地球环境协同演化研究等提供了一种新的途径。此方法具有研究精度高、预测效果好及应用广泛等优点,尤其适合开展高精度的古生物地理、古生态及生物宏演化等相关研究。文章着重介绍物种分布模型的基本原理及建模流程,在此基础上以笔石种Tang yagraptus typicus Mu作为建模实例进一步说明物种分布建模的详细步骤,最后概述此方法在古生物研究中的适用性及存在的问题。     

安徽九华山风景区古树群落主要种群生态位的动态变化

开展古树群落生态位特征及动态变化研究,可以了解物种对环境资源的利用和适应,为古树资源的保护和管理提供科学依据。本文基于九华山古树群落固定样地的动态监测,分析了2007—2017年间古树群落主要种群物种重要值、生态位宽度和生态位重叠等变化。结果表明:2007年样地中有物种230种,到2017年,有39种从群落中消失,12种进入群落;从重要值变化看,10年间细叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinaefolia)、枫香(Liquidambar formosana)、灯台树(Cornus controversa)、檫木(Sassafras tzumu)等古树种群优势地位进一步增强,而马尾松(Pinus massoniana)、金钱松(Pseudolarix amabilis)、白玉兰(Magnolia denudate)等古树种群的优势地位逐步减弱;在生态位宽度的变化上,细叶青冈依然是乔木层宽度最大物种,但灌木层生态位最宽物种阔叶箬竹(Indocalamus latifolius)被细叶青冈幼树和常春藤(Hedera nepalensis var. sinensis)取代,细叶青冈种群对环境资源的利用进一步增强。而优势种中,古树种群金钱松、白玉兰、马尾松生态位宽度变窄,对资源的利用能力以及对环境的适应能力有所下降。Bray-Curtis聚类分析将各群落层次优势种分为3组,其中,古树种群灯台树、细叶青冈、枫香、白玉兰聚为一类,生态位宽度相似性高; 10年间生态位重叠值超过0.2的种对所占比例增加明显,群落优势种可能因利用相同资源而产生的种间竞争趋于激烈,亦可能是不同物种可以从不同的角度和侧面利用资源,形成相对稳定又处于相互竞争的动态平衡。在九华山风景区,古树种群细叶青冈、枫香、灯台树等在群落中较为稳定,但金钱松、马尾松等的优势地位存在被环境适应能力强的其他树种替代的可能。     

戴云山黄山松群落主要树种更新生态位研究

为探讨戴云山黄山松(Pinus taiwanensis)群落的分化与动态更新,采用改进的更新生态位宽度和更新生态位重叠公式研究黄山松群落主要树种的更新生态位。结果表明,不同物种对空间资源的利用存在差异,不同物种具有不同的更新生态位宽度,物种间的更新生态位重叠值也不同。在群落乔木层,黄山松的更新生态宽度最大,因此,黄山松在群落中占优势地位。黄山松与其它物种的更新生态位重叠值主要在0.1~0.39之间,表明黄山松与其它树种存在共用资源利用谱。黄山松与窄基红褐柃(Eurya rubiginosa)和短尾越桔(Vaccinium carlesii)的更新生态位重叠值较大,与这些物种的竞争和排斥作用明显,不利于黄山松幼苗和幼树更新,因此建议采用人工抚育措施并加强保护,提高黄山松幼苗和幼树的成活率,使群落处于稳定状态。     

生态位概念及其在昆虫生态学中的应用

生态位理论已成为现代生态学的重要内容。在生态位概念百年演变史中,“空间生态位”、“功能生态位”与“多维超体积生态位”最具代表性。生态位宽度和生态位重叠是描述物种内和物种间生态位关系最重要的2个指标。本文系统总结了生态位概念的演变历史及其主要测度公式在昆虫生态学中的应用概况;并就如何利用生态位理论,开展害虫综合治理提出了几点看法;最后就生态位理论在昆虫生态学中存在的问题及应用前景进行了分析和展望。合理利用生态位理论,将为切实制定有害生物综合治理策略和探讨外来入侵物种种群形成机理等方面提供理论指导。     

米槁群落主要物种资源利用特征分析

开展米槁群落物种生态位研究,可了解米槁群落物种对资源的利用特征,为米槁的保护与管理提供科学依据。基于贵州省米槁天然林群落的实际调查数据,通过生态位宽度、生态位重叠指数,分析该群落主要物种的资源利用特征。群落中米槁(Cinnamomum migao)、杜茎山(Maesa japonica)、菝葜(Smilax china)的生态位宽度最大,在群落中处于明显优势地位,具有较强竞争力和资源利用能力;生态位宽度越大的物种间生态位重叠越大,但在相同或相似环境条件下,生态位宽度值小的种对也会拥有较高的生态位重叠;米槁群落主要物种间的生态位重叠指数偏低,说明物种间对资源利用的相似性较低,物种的生态位分化明显,竞争不激烈,群落结构较为稳定,物种间能够较好地相互共存。     

真菌群落构建机制研究进展

真菌是真核生物中生物多样性最丰富的类群之一,广泛分布于自然界,在生物多样性的分布与维持、群落构建以及物质与能量循环过程中发挥着重要的生态功能。近年来随着DNA高通量测序技术和生物信息学的发展,极大推动了真菌多样性分布格局与群落构建机制的研究进展。本文概述了基于生态位理论(niche theory)和中性理论(neutral theory)的选择(selection)、扩散(dispersal)、成种(speciation)和漂变(drift)等过程与生态模型的定量分析确定性过程和随机性过程对群落构建贡献的机制,及其在真菌群落构建中应用的最新研究进展。