竞争和景观格局相互作用对外来入侵物种传播影响的动态模拟

通过中性景观模型和元胞自动机模型模拟了不同景观格局、不同竞争力和关键种群特征的外来入侵物种的传播动态,模拟结果表明:(1)竞争力强的外来入侵物种,可利用生境面积越大,集聚度越高,越有利于其入侵和传播,而对竞争力弱的外来入侵物种来说,可利用生境面积越小,越分散,越有利于其生存。竞争力强可以有效利用整块的高集聚度的资源,而弱竞争力的外来入侵物种为了逃避土著种的竞争往往趋向于分布在分散的小生境中;(2)可利用生境面积大于50%时,景观格局集聚度越小,竞争力弱的外来入侵物种适应环境的弛豫时间越长;(3)外来入侵物种的传播与种子产量呈正相关关系,与繁殖年龄呈负相关关系,拟合关系因景观格局和竞争而异;(4)平均迁移距离对外来入侵物种传播的影响最大,在管理过程中应根据不同的目标,不同的景观格局、竞争力和种群特征选择合适的管理措施。     

基于个体的空间显性模型和遥感技术模拟入侵植物扩张机制

基于个体的空间显性模型和遥感技术,以互花米草为例,模拟了自1997到2010年的种群扩张动态,揭示了土地利用变化与潮间带高程的影响;并通过全局敏感性分析揭示了种子扩散、成体存活率、有性和无性繁殖等种群统计学特征对互花米草种群扩张的相对重要性。研究结果发现:1)有性繁殖与无性繁殖共同决定互花米草种群快速扩张;2)潮间带高程和土地利用变化显著影响模型预测的精度,对互花米草种群扩张有非常重要的影响;3)成体存活率与种子长距离扩散是影响互花米草种群扩张速度最重要的因素;无性繁殖比有性繁殖对种群扩张的影响更大;种子长距离扩散比本地扩散更为重要,同时,小概率的种子长距离扩散事件对种群扩张有非常重要的影响。为了经济有效地控制外来入侵植物的扩张,应该抑制种子的长距离扩散和移除种子长距离扩散形成的位于入侵前沿的小斑块。     

可利用资源波动对外来种入侵的抵抗性

生物入侵带来的生态和经济危害引起了人们的广泛关注。在入侵生态学研究方面,生物多样性与生物入侵之间的关系长久以来成为群落可入侵性探讨的焦点。Elton经典假说认为,物种多样性越高对外来种入侵的抵抗能力越强,许多模型或野外试验都支持这一假说。但现在越来越多的试验对此提出了异议,各种假说纷纷出现。究竟生物多样性会不会影响外来种的入侵?假设两种不同的群落结构(功能群),设计6种外来种入侵土著群落的情景分析不同多样性及相同多样性下外来种的入侵状况。结果发现,在多样性相同的情况下,两种群落对外来种入侵的抵抗力不同。外来种成功入侵等比群落,却被倍数群落排斥在系统之外。进一步分析表明这主要是由于可利用资源的波动引起的,即Davis提出的"资源机遇假说"。在相同的物种多样性下,由于倍数群落的特殊结构,整个群落所占有资源远远大于等比群落资源比率。因此,外来种在等比群落中更易找到合适的入侵机会。而在物种多样性不同的情况下,由于物种多样性与已占有资源的变化是成正比的,因此,混淆了多样性与剩余资源可利用性对外来种入侵的影响。     

基于栖息地恢复对群落不同种群演化影响的模拟

通过建立基于栖息地恢复的多种群演化动力学模式,模拟了不同群落结构的不同物种种群的演化特点。模拟结果发现了两类灭绝机制,揭示了(1)小规模栖息地的恢复对群落中的弱小物种的影响是非常有限的,不会给弱小物种种群带来灭绝风险。大幅度的栖息地增加几乎使所有的物种种群都在最初数百年中内都有出现一定的增加,特别是竞争能力最强的物种,其幅度的增加最为显著,但次最强的物种种群可能会在千年左右灭绝。群落内幸存的种群将经历3个阶段迅速壮大(增加)阶段震荡阶段稳定阶段;(2)存在着协同现象,栖息地减少所导致种群的协同演化规律与栖息地恢复所导致的种群的演化规律两者之间既有共同点,又有不同点。毁坏是一种破坏,大规模的栖息地的恢复对已适应于破坏后新环境的某些物种也可能是一种威胁,这类似于生态入侵的初始阶段。     

外来种入侵的不确定性动态模拟

外来种的入侵性和生境的可入侵性是研究生物入侵机制的两个关键因素。总结多数学者的研究成果,认为外来种的拓殖率(迁移率或繁殖率)、死亡率及在新生境中的竞争力是衡量外来种能否入侵成功的内在实质。从全新的角度出发,将引入的外来种看作是对原有生态系统的一种干扰,并在此基础上结合Tilman的多物种共存模型提出了外来种干扰模型。模拟发现外来种在入侵时具有明显的不确定性。拓殖率小的外来种在新的生态系统中由于不能适应环境无法成功定殖,被排斥在系统之外;相反,拓殖率足够大的话,外来种由于自身优势具有很强的入侵性,在几年或几十年的时间内就会成功地在新的环境中建立种群并拓殖入侵,影响了当地物种的生存及原有生态系统的稳定。研究还发现,物种入侵也存在一定的不确定性,入侵不一定会一直持续下去,或许在百年或几百年的时间内入侵种会突然灭绝,原生态系统又恢复到原来的水平。