取样尺度效应对滇西北地区种子植物物种多样性纬度分布格局的影响

滇西北地区是全球25个生物多样性保护热点地区之一, 是验证生物多样性理论的理想场所。为探索取样尺度效应对植物物种多样性纬度分布格局的影响, 我们探讨了不同取样尺度下滇西北地区种子植物物种多样性的纬度分布格局及其影响因子。我们利用野外考察数据和文献资料建立了群落尺度下的源数据集和区域尺度(县域尺度)下的源数据集, 共建立、收集了68个植物群落样方和26个县域的种子植物物种丰富度; 采用二元相关性和多元逐步回归分析植物物种多样性纬度分布格局与气候、地理因子间的关系。结果表明, 从南到北, 物种多样性在群落尺度下呈单调递减格局, 在区域尺度下反而呈线性递增趋势; 在群落尺度下受到热量因子的显著影响, 在区域尺度下主要受单位面积海拔高差的影响。这一结果在一定程度上表明了取样的尺度效应对物种多样性纬度分布格局的显著影响。了解滇西北地区植物多样性的热点区域, 应该基于不同取样尺度下的分析, 以消除或减少植物多样性保护的盲点。在今后的相关研究中, 应关注不同的取样尺度下多样性的纬度分布格局可能的表现形式及其内在机制, 这或许可以减少或消除相关研究中的争议或不一致。     

欧亚大陆东部毛茛科植物多样性格局及主导因子

毛茛科是真双子叶植物的基部类群之一, 包含多种药用植物, 具有较高的保护价值, 但关于毛茛科物种多样性和谱系多样性大尺度格局及其影响因子的研究还比较匮乏, 特别是以较高分辨率分布数据为基础的物种多样性格局研究尚未见报道。本文旨在: (1)建立欧亚大陆东部毛茛科植物分布数据库, 估算不同生活型物种多样性和谱系多样性格局, 并探究格局的形成机制。(2)分析毛茛科物种多样性和谱系多样性的相关关系, 确定多样性热点地区, 为毛茛科保护规划提供依据。根据中国、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、蒙古和俄罗斯等国家的区域和地方植物志, 建立了“欧亚大陆东部地区毛茛科物种分布数据库”。该数据库包含了欧亚大陆东部地区1,688种毛茛科物种的分布数据, 空间分辨率为100 km × 100 km。在此基础上, 估算了毛茛科全部及不同生活型的物种多样性和谱系多样性格局, 并利用广义线性模型和等级方差分离方法分析了毛茛科物种和谱系多样性格局与环境因子的关系。最后比较了物种多样性和谱系多样性的相关关系, 确定了毛茛科的古热点地区。结果显示: (1)欧亚大陆东部毛茛科植物物种和谱系多样性均呈明显的纬度格局, 且在山区具有较高的多样性。(2)毛茛科植物物种和谱系多样性受现代气候、地形异质性和末次冰期以来的气候变化的共同影响, 但不同影响因子的相对贡献率在物种和谱系多样性及不同生活型之间差异显著。(3)中高纬度地区的谱系多样性高于给定物种数的预期, 是毛茛科的古热点地区, 在毛茛科保护规划中应受到重视。     

植物多样性对亚热带森林土壤微生物群落的影响

植物群落组成的改变能够直接或间接地影响土壤生态过程并调节参与这些过程的土壤生物,树种特性和多样性是影响土壤微生物多样性和群落结构的关键因素。本项目利用江西新岗山建立的中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能(Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China)BEF-China研究平台,观测了样方水平下不同多样性组成(单物种、2物种、4物种和8物种)对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:在森林生态系统演替初期,植物多样性的改变对土壤微生物群落结构具有显著影响,在不同多样性水平处理下,微生物磷脂脂肪酸含量随着植物多样性的增加,表现出先升高后降低的趋势,但各类群微生物磷脂脂肪酸含量并未表现出对植物多样性的明显响应。其中,土壤和凋落物的理化指标能够分别解释微生物群落结构变异的28.4%和12.3%。森林生态系统较高的异质性和地下生态过程响应的滞后性,导致了土壤微生物对植物多样性组成的响应需要较长时间才能显现出来,因此,为了更好地评价地上生物多样性与生态系统功能的关联,应长期监测森林生态系统多样性组成对地下生态过程的影响。     

人为干扰对闽北森林群落物种多样性的影响

本文从群落及其组成结构等方面分析了闽北长期封禁保护的森林（ｃｏｎｓｅｒｖｅｄｆｏｒｅｓｔ,ＣＦ）和人为干扰后的退化森林（ｄｅｇｒａｄｅｄｆｏｒｅｓｔ,ＤＦ）群落物种多样性,结果认为,ＤＦ群落的植物物种丰富度和ＳｈａｎｎｏｎＷｉｅｎｅｒ指数与ＣＦ群落相近或略高,但ＤＦ群落植物种类组成和层次结构的物种多样性发生明显变化,群落物种种群基础已改变,稀有种和渐危种缺乏,这正是ＤＦ与ＣＦ群落物种多样性的本质差异。     

停止人为去除植物功能群后的高寒草甸多样性恢复过程与群落构建

已有大量研究利用功能性状或系统发育来推断群落构建机制, 然而不同过程可能会导致相似的格局。本文基于对甘南高寒草甸植物功能群去除处理后群落恢复过程的跟踪调查, 对比了物种多样性、功能多样性和系统发育多样性的动态变化, 并分析了物种定殖与消失过程对功能多样性和系统发育多样性变化的影响。结果表明: 去除不同数量功能群的群落中: (1)包括物种丰富度(SR)、Shannon-Wiener指数(H°)和Simpson指数(D)在内的传统物种多样性均随时间快速上升并与自然群落趋同, 不同群落的均匀度指数(J)随时间呈增加趋势并趋于相似; 功能多样性(FD)与系统发育多样性(PD)呈现出与物种多样性相似的动态变化趋势, 而平均配对距离(MPD/MPD_a、MFD/MFD_a)则向中等程度聚集。(2)不同群落的功能群和物种组成在短期内均恢复到与自然群落非常相似的程度。(3)物种定殖与消失过程的功能格局是群落恢复过程中趋同效应的主要驱动力。本研究揭示了高寒草甸植物功能群去除停止后群落短期内快速恢复的过程, 说明在小尺度且周边具有大范围未退化草甸的情况下, 无论物种多样性、功能多样性还是系统发育多样性都具有较快的恢复能力, 同时说明了利用群落系统发育多样性格局来推断群落构建机制的局限性。     

山东刺槐林对林下植物物种多样性及谱系多样性的影响

刺槐(Robinia pseudoacacia)是一种广泛分布的外来植物,通常认为外来物种会对自然生态系统造成一定影响。然而,刺槐对当地植物多样性的影响仍存在争议。本研究的主要目的是比较刺槐群落和以麻栎(Quercus acutissima)或栓皮栎(Q. variabilis)为优势种的本地落叶栎群落林下植物物种组成、物种多样性、谱系多样性及群落谱系结构的差异,探究刺槐林对当地森林生态系统可能造成的影响。在山东丘陵区设置17个刺槐群落和17个相应的落叶栎群落样方(样方大小为20 m×30 m),调查每个样方内林下植物物种组成和多样性情况。研究发现,刺槐群落与落叶栎群落林下植物物种和谱系α多样性并无显著差异,而刺槐群落林下物种和谱系β多样性显著低于落叶栎群落,且刺槐群落植物谱系距离随环境距离的变化速率低于落叶栎群落,刺槐各样方间共有物种比例较大,物种的生态位较为相似,表明刺槐导致了植物群落的均质化。另外,刺槐群落较落叶栎群落具有较高的外来物种丰富度。可见,山东刺槐林虽然对植物物种数量没有显著影响,但却改变了群落的组成和结构。应对刺槐林进行长期监测,有效防控外来植物对当地生态系统造成的威胁。     

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。     

植物DNA条形码促进系统发育群落生态学发展

系统发育群落生态学是近年兴起的一个重要牛态学研究分支,它以群落生态学为基础并引入了系统发育的分析方法,全面动态地反映了群落中物种内和物种间的相互作用关系,揭示了群落格局形成的生态学过程,研究了生物多样性的形成及维持机制.巴拿马BCI(Barro Colorado Island)样地的成功例子说明,在固定样地进行长期的群落生态与系统发育研究切实可行且极具意义;DNA条形码的快速兴起对这一研究发挥着重要作用.本文先列举了群落生态与系统发育综合分析能解决的群落系统发育结构、群落生态位结构、生物地理学和性状进化等生态学问题;接着介绍了标准植物DNA条形码以及利用片段组合(rbcL+matK+trnH-psbA)进行快速物种识别和近缘种区分、精确群落系统发育关系的构建以及群落生态学研究;随后提出DNA条形码研究在类群水平上需注意两片段的条形码组合(matK+rbcL)在同属种鉴别能力上的不足,而在较大尺度群落水平上需对实验设计进行优化.DNA条形码将为探讨物种多样性及其维持机理、系统发育beta多样性以及群落水平上功能性状进化研究提供新的思路.     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合, 准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制, 分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响, 比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程, 并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异, 边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制, 深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合,准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制,分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响,比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程,并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异,边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制,深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。     

基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学研究的焦点和难点。植物功能多样性是影响生态系统功能的重要指标, 开展植物功能多样性的研究对了解生物多样性与生态系统功能之间的关系有着重要意义。传统的草地植物功能多样性研究多以实地调查为主, 不仅费时费力, 而且由于受到时空的限制, 很难拓展到大尺度的研究中。遥感技术的发展为评估草地功能多样性提供了一种经济、有效的手段。该研究选取内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖管理区草甸草原为研究区, 利用Sentinel-2卫星影像和野外实测数据, 选取了波段及植被指数等46个特征变量, 探讨了逐步回归、偏最小二乘法(PLSR)和随机森林(RFR)等3种不同方法对草地植物功能丰富度(FRic)、功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv)的反演精度, 并基于PLSR反演草地地上生物量, 进一步分析了研究区功能多样性与生产力的关系。研究结果表明: (1)波段B11、优化型土壤调节植被指数(OSAVI)、水波段指数(WBI)对FRic解释度最高; 波段B6、B10、B12、类胡萝卜素反射指数1 (CRI1)、双峰光学指数(D)、归一化差值指数45 (NDI45)等6个特征变量对FEve解释度最高; 波段B5、B9、B10、B11、加权差分植被指数(WDVI)、凸包面积等对FDiv解释度最高; (2)基于十折重复交叉验证, 利用逐步回归估算的FRic和FEve反演精度远高于其他两种回归方法, R²分别为0.52和0.44; 而利用PLSR方法估算的FDiv反演精度最高(R² = 0.61); (3)群落地上生物量反演精度为R² = 0.61; FRic与地上生产力的关系最好(R² = 0.40), 其次为FDiv (R² = 0.28)和FEve (R² = 0.27)。研究发现, 基于Sentinel-2卫星影像能较好地反演草地功能多样性和生产力, 为下一步能在大尺度上进行草地功能多样性估算及其与生产力关系研究提供了参考和依据。     

Restoring macrophyte diversity in shallow temperate lakes: biotic versus abiotic constraints

Although many lake restoration projects have led to decreased nutrient loads and increased water transparency, the establishment or expansion of macrophytes does not immediately follow the improved abiotic conditions and it is often unclear whether vegetation with high macrophyte diversity will return. We provide an overview of the potential bottlenecks for restoration of submerged macrophyte vegetation with a high biodiversity and focus on the biotic factors, including the availability of propagules, herbivory, plant competition and the role of remnant populations. We found that the potential for restoration in many lakes is large when clear water conditions are met, even though the macrophyte community composition of the early 1900s, the start of human-induced large-scale eutrophication in Northwestern Europe, could not be restored. However, emerging charophytes and species rich vegetation are often lost due to competition with eutrophic species. Disturbances such as herbivory can limit dominance by eutrophic species and improve macrophyte diversity. We conclude that it is imperative to study the role of propagule availability more closely as well as the biotic interactions including herbivory and plant competition. After abiotic conditions are met, these will further determine macrophyte diversity and define what exactly can be restored and what not.     

Indices for monitoring biodiversity change: Are some more effective than others?

Statistically rigorous methods for summarizing and reporting trends in the intactness of biodiversity are a key element of effective biodiversity monitoring programs. There are four major approaches for translating complex monitoring data into easily communicated summary statistics: (1) traditional diversity indices such as species richness and Simpson's diversity, (2) species intactness indices based on occurrence, (3) species intactness indices based on abundance, and (4) multivariate community indices. We use simulated data to evaluate the effectiveness of 13 indices from these four categories based on statistical robustness, sensitivity to errors and noise in the data, ecological relevance, and ease of communication. We show that indices that calculate species intactness using equations like Buckland's arithmetic mean index are the most effective for use in large-scale biodiversity intactness monitoring programs. Traditional diversity indices are unsuitable for monitoring of biodiversity intactness, and multivariate indices can be highly sensitive to errors and noise in the data. Finally, we provide guidelines for the application of these indices in biodiversity intactness monitoring.     

遥感植被指数与植物多样性的相关性及空间分布特征研究——以海口市主城区为例

植物多样性监测是开展物种保护与植被景观规划的重要基础,对实施生物多样性的优先区域保护具有重要意义。该文以海口市主城区为例,利用Landsat 8遥感数据与样方实测数据分析了植被指数与植物多样性指数之间的相关性,根据相关性分析结果构建植物多样性遥感监测数学模型,并筛选出最优模型用于监测研究区植物多样性的空间分布状况。结果表明:Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数与MSAVI植被指数相关系数最高,呈显著相关性(P<0.01)。通过一元线性数学回归模型得到的海口市植物多样性空间分布特征与实际情况相符,植物多样性水平较高的区域主要分布在火山口、东寨港和羊山湿地一带,且具有明显的空间自相关性。根据研究结果建议继续实施严格的保护措施,加强生态修复与保护工程,提高植被覆盖率和生物多样性水平。     

Plant diversity and priority conservation areas of Northwestern Yunnan,China

The Global Plant Conservation Strategy of the Convention on Biological Diversity calls for “protection of 50% of the most important areas for plant diversity.” All global biodiversity analyses have identified the mountains of northwestern Yunnan as a conservation priority for plant diversity. The challenge we were presented with was how to transform this sweeping global recognition into regional geographic priorities and measurable conservation action. This challenge is especially acute in Yunnan where there are no readily accessible data on the distribution and status of plant diversity, yet great conservation urgency due to the rapid pace of economic development. We used endangered and endemic species to represent plant diversity as a whole due to time and financial constraints. To identify conservation priorities, we relied on experts’ knowledge, supplemented with a rapidly assembled plant diversity data base, rapid field assessments to fill knowledge gaps, and analyses of the spatial patterns of richness and habitat relationships. Ninety-eight endangered species and 703 endemic species occur in the project area. Experts identified nine Plant Diversity Conservation Areas for northwestern Yunnan, including eight specific geographies and one priority habitat. We found that the current nature reserve system is serving an important role in plant diversity protection, even though many of the reserves were not specifically designated for plant diversity considerations. This project provided a means for scientific experts to directly contribute to conservation decision-making by government and Non-Government Organizations, and essential information for the plant conservation in Northwestern Yunnan.     

模拟植物多样性的大尺度分布：从气候和生产力推知的一种可能性（英文）

 鉴于全球植被/生物群区在现状气候条件下已经被很好地模拟并在未来气候变化情景下得到很好的预测,人们有必要和急需模拟大尺度（区域、洲际至全球）植物多样性的分布格局。陆地生物圈模型的发展（从生物地理模型和生物地球化学模型到动态和耦合的植被模型）,气候-生物多样性相互关系和生产力-生物多样性相互关系研究成果的增多,以及基于现有生物多样性调查的全球生物多样性理论和经验制图的进步,加大了模拟大尺度植物多样性格局的可能性。本文的目的是：综述当前气候-生物多样性相互关系和生产力-生物多样性相互关系的主要研究成果以及大尺度     

植物群落功能多样性计算方法

以性状为基础的功能多样性指数在预测生态系统功能中起到越来越重要的作用.本文对近年来陆续出现的植物群落功能多样性指数进行综述.依据物种多样性指数的组成,功能多样性指数分为功能丰富度、功能均匀度和功能离散度指数.介绍了这3类指数的计算方法,有助于更好、更准确地理解“生物多样性-环境-生态系统功能”的关系.     

Contrasting changes in the abundance and diversity of North American bird assemblages from 1971 to 2010

Although it is generally recognized that global biodiversity is declining, few studies have examined long‐term changes in multiple biodiversity dimensions simultaneously. In this study, we quantified and compared temporal changes in the abundance, taxonomic diversity, functional diversity, and phylogenetic diversity of bird assemblages, using roadside monitoring data of the North American Breeding Bird Survey from 1971 to 2010. We calculated 12 abundance and diversity metrics based on 5‐year average abundances of 519 species for each of 768 monitoring routes. We did this for all bird species together as well as for four subgroups based on breeding habitat affinity (grassland, woodland, wetland, and shrubland breeders). The majority of the biodiversity metrics increased or remained constant over the study period, whereas the overall abundance of birds showed a pronounced decrease, primarily driven by declines of the most abundant species. These results highlight how stable or even increasing metrics of taxonomic, functional, or phylogenetic diversity may occur in parallel with substantial losses of individuals. We further found that patterns of change differed among the species subgroups, with both abundance and diversity increasing for woodland birds and decreasing for grassland breeders. The contrasting changes between abundance and diversity and among the breeding habitat groups underscore the relevance of a multifaceted approach to measuring biodiversity change. Our findings further stress the importance of monitoring the overall abundance of individuals in addition to metrics of taxonomic, functional, or phylogenetic diversity, thus confirming the importance of population abundance as an essential biodiversity variable.     

Biological Diversity, Dietary Diversity, and Eye Health in Developing Country Populations: Establishing the Evidence-base

Human and ecosystem health converge around biological diversity issues. Cultivated and wild plants as food and medicine make essential contributions to human health, which in turn provides rationales for conservation. While wild and cultivated plant diversity reasonably facilitates dietary diversity and positive health outcomes, the challenges of demonstrating this relationship limit its impact in concept, policy, and practice. We present a rationale for testing the dietary contribution of biological diversity to improved eye health as a case study based on existing phytochemical, pharmacological, and clinical knowledge. We consider the empirical evidence needed to substantiate, interpret, and apply this relationship at a population and ecosystem level within a unified research framework. Epidemiological data strongly support the prevention of childhood vitamin A deficiency blindness, cataract, and age-related macular degeneration by fruit and vegetable consumption. Phytonutrients, including the carotenoids lutein and zeaxanthin, protect the eye from oxidative stress and harmful light exposure. Laboratory, community, and population level research should prioritize food composition of dietary plants from both agriculture and the wild. Intervention studies, focus groups, and transmission of knowledge of local species and varieties within communities will further interpretation of epidemiological data. Population-based studies combining clinical data and measures of access and consumption of biological diversity are key to demonstrating the important relationships among biodiversity, dietary diversity, and health outcomes.     

高光谱遥感技术在植物功能性状监测中的应用与展望

植物功能性状作为指示植物对环境适应和进化的可量度特征, 其变异格局和驱动机制是植物生态学和地球系统建模的重要研究内容。传统野外测定方法费时费力费钱, 且通常关注生长季和优势物种, 使得功能性状的尺度延展和时空覆盖存在极大挑战。近些年兴起的多尺度高光谱遥感技术为解决当前植物功能性状数据时空覆盖度差的问题提供了新的思路和方法。该文在概述高光谱遥感技术监测植物功能性状的基本原理和发展简史的基础上, 详细介绍了当前光谱-性状关系的主要建模方法, 即经验或半经验方法、物理模型反演方法, 其中以经验统计模型方法中的偏最小二乘回归使用最为广泛。进一步结合实例, 重点讨论了高光谱遥感技术在叶片、群落和景观尺度监测植物功能性状的应用及存在的主要问题。最后, 为促进高光谱技术在植物功能性状及其多样性监测方面的研究, 提出以下4个未来应该重点关注的方向: 1)检验光谱-性状模型的普适性, 并解析其背后的调控机理; 2)发展光谱-性状关系尺度延展的方法体系; 3)解析植物功能性状及其多样性的时空变异和调控机制; 4)探究环境-植物功能多样性-生物多样性-生态系统功能间的关联。