中国植物分布模拟研究现状

在过去的20年里, 物种分布模型已广泛应用于动植物地理分布的模拟研究。该文以植物物种分布模拟为例, 利用中国知网、维普网以及Web of Science文献数据库的检索与统计, 分析了2000-2018年间, 中国研究人员利用各种物种分布模型对植物物种分布模拟研究的发文量、模拟模型、物种类型、数据来源、研究目的等信息。最终共收集到366篇有效文献, 分析表明2011年以来中国的物种分布模型应用发展迅速, 且以最近5年最为迅猛, 在生态学、中草药业、农业和林业等行业部门应用广泛。在使用的33种模型中, 应用最广的为最大熵模型(MaxEnt)。有一半研究的环境数据仅包含气候数据, 另一半研究不仅包含气候数据还包括地形与土壤等数据; 环境及物种数据的来源多样, 国际及本土数据库均得到使用。模拟涉及有明确清单的562个植物种, 既有木本植物(52.7%), 也有草本植物(41.8%), 其中中草药、果树、园林植物、农作物等占比较高。研究目的主要集中在过去、现在和未来气候变化对植物种分布的影响及预测, 以及物种分布评估与生物多样性评价(包括入侵植物风险评估)两大方面。预测物种潜在分布范围与气候变化影响等基础研究, 与模拟物种适生区与推广种植等应用研究并重, 物种分布模型在生态学与农业、林业和中草药业等多学科、多行业开展多种应用, 多物种、多模型和多来源数据共同参与模拟与比较, 开发新的机理性物种分布模型, 拓展新的物种分布模拟应用领域, 是今后研究的重点发展方向。     

未来气候变化对不同国家茶适宜分布区的影响

茶是对气候变化敏感的重要经济作物, 评价全球气候变化对茶分布和生产的影响对相关国家经济发展和茶农的生计至关重要。本研究基于全球858个茶分布点和6个气候因子数据, 利用物种分布模型预测全球茶的潜在适宜分布区及其在2070年的不同温室气体排放情景(RCP2.6和RCP8.5)下的变化。结果表明: 当前茶在五大洲均有适宜分布区, 主要集中在亚洲、非洲和南美洲, 并且最冷季平均温和最暖季降水量主导了茶的分布。预计2070年, 茶的适宜分布区变化在不同的大洲、国家和气候情景间将存在差异。具体来说, 茶的适宜分布区总面积将会减少, 减少的区域主要位于低纬度地区, 而中高纬度地区的适宜分布区将扩张, 由此可能导致茶的适宜分布区向北移动; 重要的产茶国中, 阿根廷、缅甸、越南等茶适宜分布区面积会减少57.8%-95.8%, 而中国和日本的适宜分布面积则会增加2.7%-31.5%。未来全球新增的适宜分布区中, 约有68%的地区土地覆盖类型为自然植被, 因此可能导致新茶树种植园的开垦和自然植被及生物多样性保护产生冲突。     

基于多源遥感数据的植物物种分类与识别: 研究进展与展望

物种分类与识别是生物多样性监测的基础, 明确物种的类别及其分布是解决几乎所有生态学问题的前提。为深入了解基于多源遥感数据的植物物种分类与识别相关研究的发展现状和存在的问题, 本文对2000年以来该领域的研究进行了总结分析, 发现: 当前大多数研究集中在欧洲和北美地区的温带或北方森林以及南非的热带稀树草原; 使用最多的遥感数据是机载高光谱数据, 而激光雷达作为补充数据, 通过单木分割及提供单木的三维垂直结构信息, 显著提高了分类精度; 支持向量机和随机森林作为应用最广的非参数分类算法, 平均分类精度达80%; 随着计算机技术及机器学习领域的不断成熟, 人工神经网络在物种识别领域得以迅速发展。基于此, 本文对目前基于遥感数据的植物物种分类与识别中在分类对象复杂性、多源遥感数据整合、植物物候与纹理特征整合和分类算法技术等方面面临的挑战进行了总结, 并建议通过整合多时相监测数据、高光谱和激光雷达数据、短波红外等特定波谱信息、采用深度学习等方法来提高分类精度。     

贵州梵净山国家级自然保护区鸟兽红外相机监测

红外相机监测是了解野生动物多样性现状、动态变化和面临威胁的重要手段。本研究采用网格抽样调查法, 在贵州梵净山国家级自然保护区内选取2个监测样区共40个监测位点布设红外相机, 对区内兽类和鸟类物种进行监测调查。2017年4月至2018年12月间, 红外相机累积监测14,808个相机工作日, 共收集有效照片14,119张, 独立有效物种照片3,199张。共鉴定野生动物9目22科61种, 其中兽类26种, 隶属于4目12科; 鸟类35种, 隶属于5目10科。记录到国家I级重点保护野生动物2种: 黔金丝猴(Rhinopithecus brelichi)和白颈长尾雉(Syrmaticus ellioti), 国家II级重点保护野生动物9种; 被IUCN红色名录评估为濒危(EN)的1种、易危(VU)的5种、近危(NT)的8种。物种的相对多度指数(relative abundance index, RAI)分析结果显示, 藏酋猴(Macaca thibetana, RAI = 28.23)、毛冠鹿(Elaphodus cephalophus, RAI = 15.46)、野猪(Sus scrofa, RAI = 11.82)、小麂(Muntiacus reevesi, RAI = 9.05)、黔金丝猴(RAI = 7.70)为相对多度最高的5种兽类; 紫啸鸫(Myophonus insularis, RAI = 10.33)、红腹角雉(Tragopan temminckii, RAI = 9.59)、红腹锦鸡(Chrysolophus pictus, RAI = 6.96)、白颈长尾雉(RAI = 3.71)、勺鸡(Pucrasia macrolopha, RAI = 1.55)为相对多度最高的5种鸟类。另外, 红外相机还监测到较多的家畜活动(RAI = 11.14)和人为活动(RAI = 12.90), 保护区管理部门仍需采取相应管理措施, 进一步提高周边居民的保护意识, 促进保护区与社区的协调发展。     

海南岛翼手目物种多样性现状与分布预测

海南岛位于我国南部, 地处热带北缘, 其独特的岛屿气候环境孕育了丰富的生物资源, 为我国生物多样性热点地区之一。为探究岛内的翼手目物种多样性状况, 本研究组使用雾网、蝙蝠竖琴网等工具, 于2002年至2016年先后对海南岛进行了15次翼手目多样性调查, 并根据其外形与头骨特征及系统发育学方法进行标本鉴定。共获取了1,025号标本, 隶属5科15属31种, 其中2016年12月21日在海南琼中捕获的艾氏管鼻蝠(Murina eleryi)为海南岛蝙蝠分布新记录。结合前人调查及发表结果统计, 岛内共有翼手类8科20属41种。同时基于本调查采集位点和前人调查位置信息(共计363个位点), 结合WorldClim 32种气候数据, 运用最大熵模型(MaxEnt)对海南岛翼手目物种的分布进行预测, 结果显示五指山、吊罗山、鹦哥岭、尖峰岭及海口火山口国家地质公园等地为翼手目物种多样性较丰富的区域, 而三亚、澄迈、屯昌、临高、琼海等地翼手目物种多样性较低。本研究结果为海南岛翼手目资源分布及多样性状况提供了基础资料, 也为岛内后续开展翼手目资源保护管理、蝙蝠疾病防控等提供了重要的参考依据。     

践踏干扰对碧塔海高寒草甸植被茎叶性状、物种多样性和功能多样性的影响

高寒草甸具有重要的生态服务功能,然而固有脆弱性使其极易遭受气候变化和人为干扰等多重因素的影响。作为滇西北旅游资源中重要的组分之一,高寒草甸吸引了大批游客前往开展徒步旅行活动,但伴随着的践踏干扰作用会不可避免地对高寒草甸生态系统带来负面影响。然而,目前关注践踏干扰对滇西北高寒草甸植被的影响,特别是植被功能性状和功能多样性如何发生变化方面的研究还十分欠缺。以云南省香格里拉市碧塔海自然保护区内的典型高寒草甸生态系统为研究对象,采用实验践踏的方式(一共5种不同强度的践踏处理)来模拟旅游活动对草甸植被的干扰作用,并以草甸植被的茎叶性状特征为切入点,重点探讨践踏干扰对茎叶性状的平均大小和变异程度的影响,以及物种丰富度(以物种形态分类为基础)和功能丰富度(以功能性状为基础)之间的关系。研究结果显示,随着践踏强度的增加,植株高度和叶片大小的平均值,而不是茎叶性状的变异程度,出现明显下降趋势。此外,物种丰富度和功能丰富度均随践踏强度的增强而减小,且两者之间呈现显著正相关关系。然而,较之轻度践踏实验组,重度践踏实验组中的功能均匀度和功能分离度水平均有所增加,表明践踏干扰可能会在短期内打破优势种对资源的绝对占有格局和减少物种间的生态位重叠程度。尽管高寒草甸对人类践踏活动有一定的承受能力,但气候变化和人为干扰等多重因素势必会改变和影响高寒草甸群落的结构和功能可持续性,这也对高寒草甸的保护与管理工作提出了更加紧迫的要求。     

沙化草地土壤碳氮磷化学计量特征及其对植被生产力和多样性的影响

沙化草地土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其对植被生产力与多样性的影响对于认识草地沙漠化过程中土壤与植被的互馈关系,以及沙漠化发展的生态学机理具有重要的意义。通过对科尔沁沙地75个沙化样地的野外调查,研究了科尔沁沙地不同程度沙化草地的表层土壤C、N、P化学计量特征及其与生产力和多样性的相关关系。结果表明:1)科尔沁沙地沙化草地表层土壤具有较低的有机C、全N、全P含量及C∶N、N∶P和C∶P,平均值分别为1.39 mg/g、0.117 mg/g、0.079 mg/g和7.50、2.22、16.91;草地沙漠化过程中,土壤有机C、全N、全P含量显著降低的同时,C∶N、N∶P和C∶P亦显著降低,表明土壤有机C、全N、全P在沙漠化过程中的损失是不同步的;2)科尔沁沙地沙化草地表层土壤有机C、全N、全P元素间均呈显著正相关,具有一定的耦合关系,且土壤有机C和全P间的耦合关系不随沙漠化的发展而发生改变;3)草地沙化过程中,土壤养分的损失限制着草地生产力,而土壤N∶P较全N、全P含量更能反映土壤养分对生产力的限制作用;4)沙化草地土壤全N含量与物种丰富度间具有显著正相关关系,而土壤全P含量与其无显著相关性;多样性指数与全N、全P含量间均具有显著正相关关系;相对于土壤全N、全P含量,N∶P能更好地反映养分平衡对物种多样性的影响作用。     

巫山高山移民迁出区不同弃耕年限对植物物种多样性的影响

以典型高山移民迁出区耕地(A1)、弃耕1a(A2)、弃耕5a(A3)、弃耕8a(A4)、弃耕5a生长大量白花银背藤(R1)为研究对象,采用空间序列代替时间序列的方法,比较不同弃耕年限植物重要值(P)、Margalef丰富度指数(R)、Shannon多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J_w)、Simpson优势度指数(D)、Jaccard相似性指数(C_j)、Sorenson相似性指数(C_s)及多样性阈值(D_v),旨在探究不同退耕年限对植物物种多样性和群落结构的影响。结果显示,随弃耕年限增加,群落结构从草本+灌木转变为草本+灌木+乔木,群落优势物种由喜阳的一年生或多年生草本转变为耐阴的多年生草本;草本层和灌木层植物物种多样性随着演替年限的延长而增长,在演替的中后期达到最大值;A2与A3间群落的相似性指数最大;对不同弃耕年限样地植被群落多样性进行评定,都未达到"较好Ⅲ"级别,还需长期的恢复。恢复过程中注意对白花银背藤的监测,防止植物入侵。     

喀斯特峰丛洼地原生林群落更新动态

基于木论国家级自然保护区内一个2 hm~2动态监测样地2007、2012和2017年3次植被调查数据,从物种组成、群落结构、重要值、多样性、死亡率、补员率等方面分析喀斯特峰丛洼地原生林群落动态特征。结果表明:2017年样地内木本植物包含46科95属123种,较2007增加2科,减少5属7种;较2012年增加2科,减少4属4种。10年来,该样地优势种变化不明显,重要值≥1的物种数在2017年减少了3种;但排名前5位的物种保持不变,只有个别物种的重要值排序发生了较大的变化。平均胸径、树高、生物量随时间推移而增加;第一个5年,平均胸径和树高差异不显著,但10年间差异显著。随着时间推移,Shannon-wiener指数逐渐减少,Simpson指数和Pielou指数逐渐增加。该森林群落总径级结构呈倒"J"形,总体上群落更新状态良好。10年间DBH≥1.0 cm个体的年死亡率为8.23%,年补员率为5.73%。群落中野桐(Mallotus japonicas)和枫香树(Liquidambar formosana)呈增长趋势,优势地位逐渐上升。20个物种中有约35%的物种更新不足,表现出衰退的迹象,导致群落的物种成分和结构出现较大的变化。群落内主要树种的更新和植被结构变化的分析对于预测森林未来的变化趋势具有重要意义。     

利用红外相机调查祁连山国家公园(青海片区)兽类和鸟类多样性

2017年5-9月,采用红外相机调查祁连山国家公园(青海片区)兽类和鸟类多样性。共布设154个相机位点,累计12 096个相机日,共获得9 675张有效独立照片,鉴定23种野生兽类和50种野生鸟类物种,分别隶属5目10科和9目19科,另记录到家畜5种。相对多度指数最高的前五种野生动物依次为岩羊(Pseudois rnayaur)(18.23)、喜马拉雅旱獭(Marmota himalayarea)(15.98)、灰尾兔(Lepus oiostolus)(5.06)、红嘴山鸦(Pyrrhocorax pyrrhocorax)(3.39)、高原鼠兔(Ochotona curzoniae)(2.49)。中国特有物种有荒漠猫(Felis bieti)、白唇鹿(Ceryus albirostris)、西藏马鹿(Cervus wallichii)、藏原羚(Procapra picticaudata)、红耳鼠兔(Ochotana erythrotis)、蓝马鸡(Crossoptilon auritum)和地山雀(Pseudopocdoces humilis)7种。国家Ⅰ级重点保护野生动物有4种,国家Ⅱ级重点保护野生动物有20种;被中国脊椎动物红色名录评估为极危、濒危、易危、近危的物种分别有1种、6种、3种、14种。红外相机调查结果反映出祁连山国家公园(青海片区)兽类和鸟类现状,为祁连山国家公园体制试点生物多样性保护和管理提供基础数据。