阿拉善荒漠啮齿动物集合群落实证研究

当生态学家探求在破碎化的栖息地中,群落物种的共存机制、多样性、局域尺度的性质和过程被放到更广阔的时空框架内时,就出现了"集合群落"这一概念。Leibold提出了集合群落概念,他们将一个集合群落定义为局域群落集,这些群落由各个潜在的相互作用的物种的扩散连接在一起。集合群落理论描述了那些发生在集合群落尺度上的过程,并且提出思考关于物种相互作用的新方法。集合群落概念为群落生态学提供了一个新的革命性的范式,集合群落研究的最基本问题是同一系统中多物种共存的机理、多样性的形成原因与维持机制。该范式强调区域范围内群落中的综合变异,强调环境特证和栖息地之间通过扩散调节的生物相互作用和空间变化。Leibold等提出了解释集合群落结果理论上的4个生态范式,即(1)中性理论;(2)斑块动态理论;(3)物种分配理论;(4)集团效应理论。之后有大量有关检验这4种生态理论的研究,但是有关陆地脊椎动物系统的集合群落的研究较少。2010—2012年,通过在内蒙古阿拉善荒漠景观中的8个固定样地中,对啮齿动物、栖息地环境因子进行调查。利用冗余分析和偏冗余分析,评估环境特征和空间特征对物种组成的影响。结果表明,环境特征独自解释72.8%的啮齿动物物种组成变化,空间特征独自解释33.8%的物种组成变化,环境特征和空间特征共同解释86.5%的啮齿动物物种组成变化,结果显著(P=0.032);去除环境特征之后,空间特征解释13.7%的变化(P=0.246),结果不显著;去除空间特征之后,栖息地变化解释52.7%的变化(P=0.016);环境特征和空间特征的交互作用解释20.1%的物种组成的变化,该区域啮齿动物群落构成集合群落,物种共存中环境特征起着主导作用,由物种分配理论解释该集合群落结构。     

土壤动物群落空间格局和构建机制研究进展

群落空间格局和构建机制一直是生态学研究的核心内容。在生物多样性严重丧失的背景下, 揭示群落空间格局及其构建机制, 有助于深刻理解生物多样性丧失的原因, 更有助于应对生物多样性保护等重大生态环境问题。然而, 陆地生态系统的研究多集中于地上生物群落, 对地下生态系统, 尤其是土壤动物空间格局和构建机制的研究尚不充分。事实上, 土壤动物多样性是全球生物多样性的关键组成之一, 是地下生态系统结构和功能维持的重要部分。对土壤动物空间格局和构建机制的研究, 能明确不同空间尺度条件下土壤动物多样性的维持机制。土壤动物群落常在多种空间尺度形成复杂的空间分布格局, 因此, 本文首先介绍了不同空间尺度主要土壤动物群落的空间自相关性特征, 阐述了土壤动物群落斑块和孔隙镶嵌分布的复杂空间格局。继而阐明这种空间格局主要受生物间作用、环境过滤和随机扩散的调控, 并说明这三个过程对土壤动物群落的调控能力和作用方式。作者提出, 这三个过程仍是今后土壤动物群落空间格局和构建机制研究的重点内容, 需要进一步加强以土壤动物为研究对象的群落构建理论的验证和发展。我国土壤动物群落空间格局和构建机制起步较晚, 希望本文能够促进我国土壤动物生态学相关领域的研究。     

应用中性理论分析局域群落中的物种多样性及稳定性

如何解释群落中物种的丰富与稀少,并对物种多样性和群落稳定性进行合理的量化评价是群落生态学研究中的一个热点问题。20世纪中期,MacArthur将影响自然群落稳定性的因素归结为物种数量多少以及物种间相互作用的大小,20世纪末Doak等学者提出群落的容纳能力和物种间的维持机制是决定群落稳定性的关键因素。同时对群落结构及物种间维持机制的研究也有了新的突破,Hubbell提出"生物多样性与生物地理学统一的中性理论(Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography)"为群落生态学研究提供了新的思路和方法。从群落中性理论的基本假设出发,对Hubbell中性理论中局域群落的物种多度动态模型进行分析,归纳得出群落中性理论中物种多样性与群落稳定性之间的量化关系。封闭的局域群落中,出现物种灭绝或单物种独占的时间与群落大小及物种相对多度成正比,物种多样性程度的增加可延长物种灭绝或独占的时间;开放的局域群落中,物种多度期望值与局域群落大小、物种在集合群落中的物种相对多度成正比,周围群落中物种的灭绝会引起局域群落中相应物种的灭绝,最终导致整个生态群落物种多样性的降低;群落中物种多度的方差与局域群落大小、迁移率、物种在集合群落中的物种相对多度相关,局域群落物种多度的波动幅度随着群落间生态隔离的减弱或物种多样性程度的增加而减小。由此,集合群落物种多样性是影响局域群落物种多样性的重要因素,生态隔离程度的减弱及物种多样性的增加都将增强群落的稳定性。     

中国湿地物种多样性与生境面积关系及其生态学机理的模拟研究

生物群落中的物种多样性是群落生态学研究的一个基本问题。大量的实验研究表明物种多样性和生境面积的常数次幂成比例,这说明它们的对数数量级呈线性正相关。我们研究了中国境内15块湿地的高等植物和32块湿地鸟类多样性,发现它们分别和湿地面积在对数尺度上呈线性正相关．进一步支持了种数与面积的幂指数关系。我们还借助计算机模拟系统地讨论了产生这种简单规律的生态学机理,包括中性理论、集合种群动态和物种分布的自相似性。中性理论假设了群落中物种的个体之间只有竞争关系,忽略了其它的种间关系。集合种群动态理论考虑的是由多个亚群落构成的集合群落,在研究种数和面积关系时也忽略了种间关系,所以也是中性的。尽管物种分布的自相似性可导致这种面积幂指数关系,但在自然界中自相似性也可能不成立。     

集合群落及其在河流鱼类群聚研究中的应用

集合群落(metacommunity)是指多个潜在相互作用的物种通过它们之间的扩散而连接在一起的一组局域群落,目前已成为斑块生境下生物群落结构、格局和动态的重要理论基础之一。斑块动态、物种排序、群体效应和中性模型等4种理论模型,可用于解释不同情形下集合群落内物种的迁移状况,描述集合群落的动态。可采用群落结构或生态学机制等途径,来阐述所研究的群落是属于哪一种特定的集合群落类型。集合群落可用于研究河流鱼类群聚,解释鱼类的群落结构等问题。另外本文还结合我国水域生态环境及水生生物现状,对今后集合群落的研究作了展望。     

小麦-玉米轮作农田土壤螨多样性空间分布格局

以农田土壤动物长期监测样地为平台, 阐明土壤动物物种和功能多样性空间分布格局, 是揭示农田土壤动物多样性维持机制、提高农田土壤质量的重要基础。本试验于2020年10月, 对河南商丘农田土壤动物大型固定样地(9 ha)的210个采样点进行土壤样品野外采集和室内分离, 将土壤螨样品鉴定到种并测量其体长体宽数据, 以说明小麦-玉米轮作农田土壤螨多样性及其体长体宽的空间分布格局。结果表明: (1)共捕获成螨个体17,256头, 其中甲螨亚目为优势类群, 其个体数占总捕获量的94.67%; MGP分析表明样地甲螨群落属于P型, 说明受人为因素影响强烈; 生态位宽度和重叠度分析表明, 进化程度越高甲螨的生态位宽度越宽, 进化程度越相近甲螨之间的竞争越激烈。(2) Moran’s I分析显示, 在20-100 m的空间尺度上, 土壤螨群落、优势种的个体数和体长体宽多为显著正相关; 在220-300 m的空间尺度上, 部分为显著负的空间自相关。半方差函数结果表明, 甲螨群落物种数、个体数和体长体宽的空间变异主要受确定性过程影响, 中气门螨群落的空间变异由确定性和随机性过程共同影响。(3)土壤螨个体数与体长体宽存在显著弱的负相关关系, 这种关系普遍存在于土壤螨各群落与优势种中。本研究建议同时开展物种多样性和以体长体宽为代表的功能多样性空间格局研究, 对揭示土壤螨群落维持机制、保护土壤螨多样性具有重要意义。     

物种多样性与生态系统功能时间变异性的关系研究进展

近年来物种多样性的急剧丧失使得物种多样性与生态系统功能的时间变异性的关系及其机制问题的研究成为了生态学研究的一个热点。综述了物种多样性与群落集合性质变异性以及种群性质变异性的关系及其机制的最新研究成果：1、理论上探讨造成物种多样性与群落集合性质变异性负相关关系的机制包括：抽样效应、资源利用分化假说、统计平均效应、保险假说、种群变异性的均匀度效应等;但实验研究对理论预期的支持并不是普遍的;2．多样性与种群变异性之间的关系主要依赖于均值-方差尺度系数Z;理论上大部分自然群落是种群变异性应该随着多样性的增加而增加;但有研究表明：在变动环境中多样性对单个组分物种的种群水平有稳定性作用;而经验研究并不能得出多样性对种群变异性效应的清晰模式。讨论了目前的理论和实验研究中存在的和今后研究中需要认真思考的问题。     

高阶作用对植物-传粉者-植食动物集合群落续存的影响

高阶作用通常指一个物种对另外两个物种之间相互作用强度的影响,对物种共存、群落构建及生物多样性具有重要影响。在集合种群水平上考虑了植食动物对动植物传粉关系造成的高阶作用,以及植食动物对传粉者的间接作用。通过分析基本生态过程,建立植物-传粉者-植食动物的集合群落模型,模型清楚地展示高阶作用和间接作用,可以用来研究它们对集合群落稳定性和续存的影响。结果表明：(1)互惠关系在集合群落尺度上会引起双稳态现象,说明了群落动态对初始条件的依赖性;(2)正高阶作用能够扩大集合群落双稳态的参数范围,负高阶作用和间接作用缩小它的参数范围,但都不会从本质上改变双稳态现象;(3)正高阶作用能够降低集合群落的灭绝阈值,增加集合群落稳定时的占有率,有利于集合群落续存,而负高阶作用和间接作用不利于续存。研究结果说明高阶和间接作用对调节多物种系统动态和物种共存具有重要作用。     

丰林典型阔叶红松林地表鞘翅目成虫空间异质性及其与环境因子的空间关联性

土壤动物群落空间异质性及其与环境因子的空间作用关系, 是揭示土壤生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。作者于2015年生长季节(8月)、寒冷季节(10月)在丰林典型阔叶红松林动态监测样地内, 采用陷阱法调查地表鞘翅目成虫群落, 基于地统计空间分析方法, 揭示步甲科和隐翅虫科群落个体数和物种数及优势种的空间格局, 并分析这些空间格局与土壤含水量和地形因子的空间关联性。两次采样共捕获步甲科成虫26种617只, 隐翅虫科19种222只。8月群落个体数和物种数表现为中等变异, 10月为强变异, 群落组成在两个月间具有显著差异。生长季节(8月)和寒冷季节(10月)步甲科和隐翅虫科群落多表现为中等的空间自相关性, 空间分异由随机性因素和结构性因素共同决定。单个物种的个体数多具有中等的空间异质性特征, 且其空间分异主要由随机性因素和结构性因素共同调控。生长季节群落的个体数、物种数和优势种个体数多形成斑块和孔隙镶嵌分布的空间格局。物种之间及物种与环境因子之间多为复杂的空间关联性, 这些关联性主要受到结构性因素或随机性因素的单一调控。典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)结果表明, 8月土壤含水量对步甲科和隐翅虫科物种分布影响显著, 10月凹凸度对步甲科分布影响显著, 海拔对隐翅虫科分布具有显著影响。本研究表明地表步甲科和隐翅虫科在生长季节形成明显的空间格局而在寒冷季节空间格局不明显, 为不同尺度地表土壤动物空间异质性和生物多样性维持机制研究提供了理论基础。     

草地物种多样性对群落可入侵性影响的研究进展

综述草地群落入侵实验中物种多样性和群落可入侵性关系的研究进展。目前物种多样性与群落可入侵性主要出现了对立的关系模式,被普遍接受的解释机制为尺度依赖。但其它研究中出现了更为复杂的关系,提出物种特性、植物更新、种间关系变化和群落构建机制等其它因素可能是导致物种多样性与群落可入侵性出现复杂关系的原因。建议未来研究中应注意的几个问题,即物种多样性与群落可入侵性关系在不同营养级适用性,与群落构建机制变化间的联系和时间尺度对物种多样性与群落可入侵性关系的影响。