不同生境毁坏速度下的物种灭绝机制

已有似Levins的多物种模型,在研究生境毁坏的影响时,一方面主要集中在对瞬间毁坏影响的研究,另一方面主要研究生境毁坏对强物种影响的研究。在Tilman的多物种竞争共存模型的基础上,同时考虑了生境毁坏直接效应和生境毁坏时间异质性,提出了全新的普适的多物种竞争共存的非自治动力模式。通过模拟物种灭绝对不同速度的生境毁坏时间异质性的响应发现：（1）物种灭绝既存在强物种由强到弱的灭绝,也存在弱物种由弱到强的灭绝。同时,弱物种灭绝机制进一步分为弱物种瞬间集体灭绝,以及较长时间由弱到强的灭绝。（2）生境毁坏速度越快,物种灭绝的时间越短,弱物种灭绝的越多,因此,生境毁坏速度越慢,越有利于弱物种的长期续存。（3）最强物种的多度越大,强-强物种抵御生境毁坏的能力越强,而弱-弱物种抵御生境毁坏的能力越弱,集体灭绝的弱-弱物种就越多。最强物种的多度大的群落（如温带森林）,主要发生的是弱-弱物种灭绝,而最强物种多度小的群落（如热带雨林）同时发生强-强和弱-弱物种的灭绝。因此,争对不同结构的集合种群,不同的保护对象,应采取不同的管理策略。     

Responses of Metapopulation Dynamics to Two Different Kinds of Habitat Destruction Caused by Human Activities

Habitat destruction can be classified into instantaneous destruction and continuous destruction by the different ways of human destroying habitat. Previous studies, however, always focused on instantaneous destruction. In this study, we develop a universal model, Multi-time scale N-species model, to study and compare the responses of metapopulation dynamics to both kinds of habitat destruction. The model explores that: (1) under instantaneous habitat destruction, species extinction is determined by the proportion of habitat destruction (D) and the structure of metapopulation (q). When D>q, species will go extinct ranked from the best competitor to the worst. When D≤ q, no species will go extinct, but the equilibrium abundances of odd-ranked competitors will decrease, and the equilibrium abundances of even-ranked competitors will increase; (2) under continuous destruction, species extinction is dependent on the speed of habitat destruction and the metapopulation structure. The higher the speed of habitat destruction and the bigger q are, the earlier species go extinct. Usually, there are two possible mechanisms of species extinction: one is that all species go extinct collectively following complete destruction, and the other is that species go extinct in ranked competitive order from best to worst, and the survivals, if they exist, will go extinct collectively following complete destruction. The oscillation amplitudes of inferior competitors are so large as to increase the probability of stochastic extinction under instantaneous destruction. Therefore, it is relatively propitious for the persistence of rare species under slow and continuous destruction, especially when continuous destruction stops.     

集合种群动态对生境毁坏空间异质性的响应

首次将分形几何(Fractal geometry)与元胞自动机(Cellular automata)相结合,研究了破碎化生境中集合种群的空间分布格局动态,以及集合种群动态对生境毁坏空间异质性的响应。研究发现:(1)各个物种种群在生境中的分布具有很好的分形特征,物种的计盒维数(Box dimension)不仅可以很好地反映种群的空间分布结构,也能很好地反映种群动态。(2)如果将空间因素考虑进来的话,生境毁坏的灭绝债务(Time debt)将大于空间隐含模式所模拟的结果。(3)物种灭绝同时存在强物种灭绝和弱物种灭绝。并且只有在生境随机毁坏下,才与空间隐含的模拟结果比较接近,即强物种中将是最强物种率先灭绝。而在边缘毁坏这种比较集中成块的开发方式下,将是较强的物种灭绝。(4)边缘毁坏相对随机毁坏有利于物种,尤其是弱物种的长期续存。     

物种灭绝对不同时间尺度栖息地毁坏响应的空间模拟

人类活动所引起的栖息地毁坏已成为当前物种多样性丧失的最主要的原因之一。空间显含模型相对于空间隐含模型来说,更加接近于现实,因此,通过元胞自动机,模拟了物种多样性对万年、千年、百年时间尺度人类活动所引起的栖息地毁坏的响应。研究结果表明：万年时间尺度上,物种是由强到弱的灭绝;而在千年时间尺度上,物种灭绝的序受集合种群结构的影响较大;在百年时间尺度上。物种由于栖息地毁坏过于剧烈和迅速,来不及作出响应。在栖息地完全毁坏时集体灭绝。因此,物种灭绝序不只是受竞争-侵占均衡机制的影响,还受不同时间尺度（不同速率）栖息地毁坏的影响。以及集合种群结构的影响。     

集合种群动态对栖息地毁坏时空异质性的响应

栖息地毁坏既有时间异质性,也有空间异质性,而以往的研究往往只关注其中的一种。将两种不同的异质性共同引入到元胞自动机中,模拟了集合种群动态对栖息地毁坏时空异质性的响应。发现,在随机离散的栖息地毁坏下,由于物种的迁移繁殖力受栖息地毁坏的影响很大,迁移繁殖力弱而竞争力强的物种先灭绝。在连续的栖息地毁坏下,物种的迁移繁殖力受栖息地毁坏的影响较小,物种的灭绝由竞争力和迁移繁殖力共同决定:在有绝对优势种的群落里,种间竞争显著,弱物种先灭绝,而在没有绝对优势种的群落里,种间竞争较小,则以强物种先灭绝。因此,随机毁坏不利于强物种续存,而连续毁坏则不利于具有绝对优势种群的群落里的弱物种续存。在实际开发某一栖息地时,根据集合种群结构和被保护的对象采取相应的开发模式。     

破碎栖息地中物种灭绝机制

栖息地毁坏既会直接降低物种多度,又会间接地降低物种迁移繁殖力,同时还会改变原有的种间平衡.尽管已有研究表明栖息地毁坏是物种灭绝的主要原因之一,但是尚未揭示破碎的栖息地中物种灭绝的驱动机制.通过元胞自动机模拟了物种灭绝对栖息地毁坏空间异质性响应的基础上,进一步研究了栖息地毁坏和种间竞争对物种灭绝的影响.结果发现:强物种的灭绝主要来自栖息地毁坏,而弱物种的灭绝,在随机毁坏下,主要由栖息地毁坏与种间竞争共同决定,而在边缘毁坏下则主要由种间竞争所引起的.栖息地毁坏与种间竞争共同引起的物种灭绝的时间非常短,而栖息地毁坏或种间竞争所引起的物种灭绝时间则较长.     

物种多样性对栖息地毁坏时间异质性的响应

栖息地毁坏是物种多样性丧失最重要的因素之一.通过多物种竞争共存的非自治动力模型,利用香农多样性指数,研究并比较了不同结构集合种群群落的物种多样性对不同程度和不同速度的栖息地毁坏时间异质性的响应.结果表明:在栖息地瞬间毁坏下,物种多样性先快速下降,之后得到一定程度的恢复,最终在下降中走向平衡;在栖息地持续完全毁坏下,栖息地毁坏速度对物种多样性随累积栖息地毁坏率变化的影响,只有在最强物种多度 (q)较小时比较明显,而在q较大时较小;对于栖息地持续部分毁坏,栖息地毁坏速度只影响物种多样性振荡的幅度,而不影响其变化的最终结果,并且速度越快,物种多样性振荡幅度越大,越不利于群落的稳定.     

物种演化对人类活动作用下不同性质栖息地毁坏的响应

 栖息地毁坏是物种多样性减少的首要因素之一,因此研究物种演化对栖息地毁坏的响应是非常必要的。而栖息地的毁坏又有瞬间毁坏和持续毁坏两种,以往对栖息地毁坏的研究集中在瞬间毁坏上,而该文则是通过N-物种竞争共存模型分析对比了物种演化对栖息地瞬间毁坏和持续毁坏的响应特征。研究发现：不同性质的栖息地毁坏都会导致物种强弱关系的变化,并非如通常所认为的强物种将免于遭受物种灭绝的威胁,也不是强物种首先灭绝,而是因集合种群结构的不同而异。在热带雨林群落,瞬间毁坏下物种演化一般经历了强迫适应和恢复上升阶段,而持续毁坏下物种得不到恢复,只能持续衰退,在较长一段时间内持续毁坏比瞬间毁坏更有利于物种的续存;而在温带森林群落,瞬间毁坏下物种演化一般经历强迫适应,恢复上升和准周期振荡,最后平衡,而持续毁坏下物种只能持续衰退,出现了在栖息地持续毁坏率小于瞬间毁坏率时,物种的栖息地占有率却小于瞬间毁坏时的占有率。     

集合种群强物种种群的演化特性

大量的数值模拟研究表明;(1)集合种群里最强物种种群对栖息地占有率相对较少时,较小的栖息地毁坏率就可以导致该最强物种种群与其它奇数物种种群一起退化;(2)而最强物种种群对栖息地占有率相对较多则是导致集合种群里弱物种种群集体灭绝的内因;(3)当栖息地的毁坏率大于最强物种种群对栖息地的占有率时,最强物种种群将先灭绝而使得弱物种种群进化为强物种种群或新的更强的强物种种群。     

Habitat destruction and the extinction debt revisited: The Allee effect

Habitat destruction, often caused by anthropogenic disturbance, can lead to the extinction of species at an unprecedented rate. It is important, therefore, to consider habitat destruction when assessing population viability. Another factor often ignored in population viability analysis, is the Allee effect that adds to the risk of populations already on the verge of extinction. Understanding the Allee effect on species dynamics and response to habitat destruction has intrinsic value in conservation prioritization. Here, the Allee effect was considered in a multi-species hierarchical competition model. Results showed that species persistence declines dramatically due to the Allee effect, and certain species become more susceptible to habitat destruction than others. Two extinction orders emerged under habitat destruction: either the best competitor becomes extinct first or the best colonizer first. The extinction debt and order, as well as the time lag between habitat destruction and species extinction, were found to be determined by species abundance and the intensity of the Allee effect.