Patterns of elevational beta diversity in micro‐ and macroorganisms

Aim While ecologists have long been interested in diversity in mountain regions, elevational patterns in beta diversity are still rarely studied across different life forms ranging from micro‐ to macroorganisms. Also, it is not known whether the patterns in turnover among organism groups are affected by the degree to which the environment is modified by human activities. Location Laojun Mountain, Yunnan Province, China. Methods The beta diversity patterns of benthic microorganisms (i.e. diatoms and bacteria) and macroorganisms (i.e. macroinvertebrates) in a stony stream were simultaneously investigated between elevations of 1820 and 4050 m. Data were analysed by using a distance‐based approach and variation partitioning based on canonical redundancy analysis. Results Analyses of community dissimilarities between adjacent sampling sites showed comparable small‐scale beta diversity along the elevational gradient for the organism groups. However, bacteria clearly showed the lowest elevational turnover when analyses were conducted simultaneously for all pairwise sites. Variation partitioning indicated that species turnover was mostly related to environmental heterogeneity and spatial gradients including horizontal distance and elevation, while purely human impacts were shown to be less important. Main conclusions The elevational beta diversity at large scales was lower for bacteria than for eukaryotic microorganisms or macroorganisms, perhaps indicative of high dispersal ability and good adaptability of bacteria to harsh environmental conditions. However, the small‐scale beta diversity did not differ among the groups. Elevation was the major driver for the turnover of eukaryotic organisms, while the turnover of bacteria was correlated more with environmental variation.     

贡嘎山东坡非飞行小型兽类物种多样性的垂直分布格局

为了解贡嘎山地区物种多样性的垂直分布格局,2010年4—9月利用夹日法对贡嘎山东坡非飞行小型兽类的物种多样性进行了详细调查。调查在海拔1200—4000m之间按400m间隔设置了8个采集样地,累计布夹28800夹次,捕获非飞行小型兽类个体701个,观察记录到松鼠个体25个,共调查记录小兽个体726个,分属于3目6科16属25种。非参数估计的物种丰富度Chao2和Jackknife2指数以及物种累积曲线评估表明本次调查取样充分,能很好地反映该地区非飞行小型兽类物种多样性的垂直分布格局。结果表明:非飞行小型兽类物种多样性的垂直分布格局为单峰模型;物种丰富度和物种多度在中海拔地区最高,在低海拔和高海拔地区较低;相反,物种均匀度在中海拔地区较低,在低海拔和高海拔地区较高;而物种优势度则随着海拔的升高而逐渐增加;Shannon-Wiener、Fisher-α、Margalef三个综合性物种多样性指数均显示物种多样性在中海拔地区最高;与其它多样性指数相比,Simpson指数未能很好地反映出不同海拔段群落物种多样性的垂直分布差异;而与Shannon-Wiener和Simpson指数相比,Fisher-α和Margalef指数对不同物种组成的群落多样性区分较好。同时,基于不同海拔段物种组成的聚类分析结果也表明物种多样性在中海拔地区最高。物种多样性在中海拔地区最高的垂直分布模式提示我们在贡嘎山地区的生物多样性保护和生态管理中应特别重视中海拔地段,因为该地段中居于生态食物链中间位置的小兽物种最丰富,是山地生物多样性保护的关键。此外,规范统一的调查方法将有利于研究数据的整合和减少人为因素带来的误差。     

长白山高山冻原土壤呼吸及其影响因子分析

主要研究了长白山高山冻原土壤呼吸与生物量、凋落物和土壤理化因子的相互关系。运用典范相关分析法(CanonicalCorrelationAnalysis)分析了长白山高山冻原生态系统中影响土壤呼吸的主要理化因子。结果表明,长白山高山冻原4种典型土壤类型的土壤呼吸量依次为泥炭化高山冻原土250·79g·m-2·yr-1、草甸化高山冻原土227·69g·m-2·yr-1、潜育化高山冻原土211·36g·m-2·yr-1和石质化高山冻原土209·42g·m-2·yr-1。土壤呼吸与地下生物量显著相关(R2=0·85,n=15,P<0·05);土壤呼吸与凋落物量的空间变化不完全相同;影响长白山高山冻原土壤呼吸的主要理化因子是C/N、土壤持水量、有机质和总氮。     

长白山北坡植物群落相异性及其海拔梯度变化

在长白山北坡,从海拔700～2600m,每隔100m设置一个样地。运用群落多样性指数,分析了在不同海拔,两个群落之间,不同取样面积之间的差异性。结果表明。当取样面积超过16m^2时,在不同取样面积之间,群落之间的差异性表现出相同的规律性。群落差异性指数出现在海拔700～800,1000～1100,1700～1800m,这正是不同植被类型的分界点。群落相似性指数随着取样面积的增加呈线性增加。随着海拔差的增加,群落相似性指数增加率也是不同的。     

长白山地低山区土壤动物群落特征及其对环境因子变化的响应

为探讨长白山地低山区土壤动物群落特征及其对环境因子变化的响应,分别于2014年春季(5月)、夏季(7月)及秋季(9月)对长白山地低山区的次生针阔叶混交林、次生落叶阔叶林、蒙古栎林和耕地土壤动物进行研究。研究表明,4个生境共获土壤动物58类,30445只,隶属3门6纲22目52科(亚目)。各生境大型、中小型土壤动物具有一定的差异性,且各生境季节变化不同。总体来看,耕地生境土壤动物密度与类群数明显低于其它3个生境,大型土壤动物的密度季节变化较显著,中小型土壤动物的密度和类群数的季节波动均较大。次生落叶阔叶林生境大型、中小型土壤动物群落多样性指数和丰富度指数均高于其它3个生境,耕地最低。中小型土壤动物多样性指数、丰富度指数季节波动较大,春季、夏季与秋季之间差异性较大,大型土壤动物季节波动较小。通过对大型、中小型土壤动物与13种环境因子进行Pearson相关分析可知,大型土壤动物对土壤温度和土壤湿度具有正向响应,其密度、类群数与土壤温度具有显著正相关关系,中小型土壤动物的密度、类群数对土壤湿度具有显著正向响应;土壤动物对pH的响应程度较低,对有机质具有显著正向响应;土壤动物对全效养分N、P、K的响应程度高,大型土壤动物的密度对速效养分N、P、K的响应程度高,中小型土壤动物类群数对速效养分N、P、K的响应程度高,对Ca、Mg的响应程度较低。     

象山港浮游动物β多样性及其成分变化的环境因子解释

根据象山港24个站位浮游动物样品和配套环境数据,采用R语言的gdm工具包对浮游动物β多样性进行了广义非相似性模型(GDM)分析,并利用betapart工具包对β多样性进行了成分(周转和嵌套性)分解,探讨了环境因子与浮游动物β多样性及其成分间的关系。GDM模型分析结果表明,有10个环境变量(表层水温、溶解氧、水深、透明度、p H、叶绿素a、地理距离、电导率、盐度、悬浮颗粒物)对浮游动物β多样性有影响,解释了GDM模型偏差比例的75.2%。在这10个变量中,水温、溶解氧、水深是驱动β多样性变化重要因子,3个变量累计相对贡献比例占63.9%(以GDM模型偏差的可解释比例作为100%),其他7个变量占36.1%;3个变量中,又以水温最重要,相对贡献比例占到38.4%。从各预测变量的影响梯度看,地理距离、p H和盐度分别在约高于25 km、7.8和25,水温、叶绿素a含量分别在约低于22℃和0.5μg/L时,随着变量梯度的增加,β多样性增大;而溶解氧、电导率、透明度和水深则随着梯度增加β多样性一直增加,悬浮颗粒物含量对β多样性几乎无影响。据β多样性成分分解结果,象山港浮游动物在时空变化上总体以周转为主,嵌套性很低。在象山港,浮游动物嵌套性主要发生于大型浮游动物和幼体类群,尤其是幼体类群,嵌套性在时空上几乎都高于周转。进一步的Pearson相关性分析表明,与大型浮游动物嵌套性显著相关的环境因子是水温和溶解氧,而与幼体类嵌套性显著相关的环境因子除水温和溶解氧外,还有电导率和流速。     

土壤微生物多样性及其环境影响因子研究进展

土壤中存在丰富的微生物资源,不同土壤系统具有不同的微生物群落,微生物多样性既依赖于生态系统又服务于生态系统。本文从物种多样性、遗传多样性、生态类型多样性、功能多样性四个方面对土壤微生物多样性进行了新的诠释,总结论述了土壤微生物多样性与环境因子如土壤、植物群落和气候条件之间的关系,并对目前存在的问题和今后面临的挑战提出几点看法。     

长白山北坡土壤动物群落物种共有度的海拔梯度变化

群落间各生活型土壤动物科及所有土壤动物科的共有度,一定程度上反映了群落间的相关性及沿环境梯度的物种替代关系。应用梯度格局法在长白山北坡海拔550～2650m地段,每隔100m海拔高度设置一块样地,共计22块样地,并应用Jaccard指数,对各海拔不同土壤动物群落间物种共有度的海拔梯度变化进行了分析。结果表明,不同海拔土壤动物群落间物种的共有度,无论以哪一生活层的土壤动物科来表达,基本都以与其最相邻的群落间为最高,群落间物种共有度峰值与谷点反映了群落类型随海拔具有间断性变化。线虫、甲螨、弹尾等各生活型土壤动物的共有度以及所有土壤动物科的共有度,均随着海拔差的增加呈下降趋势,但并非与植被情况完全吻合。     

The species range‐size patterns for vascular plants of Seorak Mountain (Korea): Relationship between group of life forms and phytogeography affinity along the elevational gradient

Research on species richness patterns and the advanced elevational Rapoport rule (ERR) has been widespread in recent years; however, there is a lack of such research for the temperate mountainous regions in northeast Asia. Here, we collected plant species from the Seorak Mountain in northeast Asia through field surveys. The species were divided into 11 groups according to the life‐form types and phytogeography affinities of each species. The ERR was evaluated using Steven''s method and by examining the species richness patterns of each group. The species richness patterns revealed a positive multimodal pattern along the elevation gradient, but phytogeography affinities (increasing trend) and life‐form analysis (unimodal) exhibited different patterns. The elevation gradients (1,350 m for the mean elevation–range relationships), which are affected by the boundary effect and different life forms, did not consistently support the ERR. However, herbs as well as rare, endemic, and red list species showed consistent support for the ERR, which could be attributed to the influence by phytogeography affinities. Therefore, the results from Seorak Mountain showed that the ERR was not consistent for different plant life forms in the same area; however, phytogeography affinities could support and explain ERR.     

长白山北坡阔叶红松林草本植物物种多样性及其季节动态

通过对原始阔叶红松林草本植物早春（5月5～20日）、夏季（6月20日～7月10日）和秋季（8月20日～9月10日）的三次调查,结果表明其物种多样性是很丰富的,一年内共有123种（包括6个变种）草本植物在该森林内出现。同时其季节变化也比较明显,早春、夏季和秋季的草本植物物种数分别为：79,101,和98;Shannon多样性指数分别为：3．1829,3．3140,2．9677;Shannon均匀度指数分别为0．7284,0．7181和 0．6473。早春的草本植物以银莲花（Anemone spp）、延期索（Corydalis spp）、顶冰花（Gagealutea）等为主,夏秋季则美汉草（Meehania urticifolia）和一些苔草（Carex spp．）占优势。草本植物一年内的水平及垂直结构也有很大变化。     

长白山北坡森林群落结构组成及其海拔变化

对长白山北坡海拔700～1900m的13个森林群落进行了群落组成、结构随海拔上升变化情况的研究。结果表明,随着海拔的升高,群落的建群种组成、层次结构等,都表现出由复杂多样逐渐向简单单一过渡的变化趋势,从700m至1700m,针叶树所占的比例随海拔的升高呈明显的增加趋势,阔叶树比例随之减少,到林线时针阔叶树种均急剧减少,沿海拔梯度存在明显的树种更替现象。从群落的平均胸径及胸高断面积和可知。最大值出现于900～1100m及1600m,这2个海拔段正是不同森林群落类型间的过渡区。除海拔1800m的岳桦林之外,其它群落径级结构都呈倒J形分布,即各径级树木中,更新幼苗、幼树在数量上占绝对优势,随着胸径的增大,立木株数逐渐减少,这种径级结构表明,长白山北坡各海拔群落更新良好,群落处于稳定的发展状态。     

长白山苔原带土壤动物群落结构及多样性

长白山苔原生态系统对环境变化非常敏感,一旦破坏很难恢复。土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分,联系着地上和地下生态系统。为探讨长白山苔原带土壤动物群落的组成、结构和多样性特征,于2009年5月、7月和9月对上部和下部苔原带土壤动物进行了研究。研究表明:长白山整个苔原带土壤动物优势类群为甲螨亚目、节跳虫科和球角跳虫科。下部苔原亚带土壤动物个体数和类群数多,群落结构较为复杂。土壤动物的个体数随生境和时间变化有很大波动,类群数变化则较小。在7月份个体数最少,而类群数随着时间的变化有减少的趋势。土壤动物的垂直分布随时间和生境的不同而异。上部苔原亚带9月的甲螨亚目(P﹤0.01)、革螨亚目(P﹤0.05)及下部苔原亚带5月的甲螨亚目、革螨亚目、辐螨亚目(P=0.03,P=0.011,P=0.027)0—5 cm土层显著高于凋落物层;下部苔原亚带5月的球角跳虫科(P=0.001)及各月的节跳虫科和山跳虫科在各层之间存在显著差异(P=0.001,P=0.036,P=0.005,P=0.001,P=0.04,P=0.009)。两个亚带土壤动物多样性随时间的变化都有递减的趋势。土壤动物的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数均是下部苔原亚带高于上部苔原亚带,而优势度指数则相反。相似性指数表明两个亚带土壤动物群落组成上存在一定的差异,各类群的相对数量差异在9月最大。下部苔原亚带的生境条件较适宜土壤动物生存,生物多样性较高。     

Breeding systems and phylogenetic diversity of seed plants along a large‐scale elevational gradient

Aim The factors affecting the distribution of dioecious species have received surprisingly little attention and, as a consequence, are poorly understood. For example, there is a well‐documented negative association between dioecy and latitude, for which we have no candidate mechanisms. Conversely, it has been suggested that the relative proportion of dioecious species should be positively correlated with changes in elevation. Location Costa Rica, Central America. Methods We made use of data on the distribution of 175 seed plant species from a series of plots along a transect in Costa Rica that ranged from 30 to 2600 m a.s.l. to test the prediction that dioecy is correlated with elevation. Specifically, we examined relationships between the proportion of dioecy, at the species and individual levels, and the elevation, species richness, number of individuals, and phylogenetic diversity (PD) of plots. For comparison, we repeated all analyses with monoecious species, which also have unisexual flowers but do not suffer from reduced mate assurance and the seed shadow effect that may be the outcomes of having spatially separated sexes. Results The relative proportions of dioecious species and individuals displayed a unimodal relationship with elevation, both peaking at 750 m a.s.l. In contrast, the relative proportions of monoecious species and individuals displayed negative associations with elevation. In addition, the proportion of dioecious species was significantly positively associated with species richness and with the PD of plots. The proportion of monoecious species was not associated with species richness and was weakly positively associated with the PD of plots. Main conclusions Our results suggest that the selection pressure of elevation on the pollinators and life‐history strategy of dioecious species is much less than expected, and is overshadowed by the as‐yet unexplained correlation of dioecy with species richness. Additional studies of the ecology of cosexual and unisexual (i.e. dioecious and monoecious) species along large environmental gradients are needed.     

贺兰山东坡不同海拔梯度土壤酶化学计量特征

土壤胞外酶是生物地球化学循环的主要参与者,与微生物的代谢需求和养分供应密切相关。然而,对干旱区山地生态系统沿海拔梯度土壤微生物养分限制状况及其驱动因素尚不清楚。基于此,以贺兰山海拔1300-2700m范围内7个海拔梯度的土壤为研究对象,揭示贺兰山土壤理化性质、胞外酶活性及微生物养分限制的海拔分布格局,分析影响微生物养分限制的驱动因素。结果表明：随着海拔梯度的升高,土壤含水率（SWC）和有机碳（SOC）含量逐渐增加,容重（BD）和pH整体呈现逐渐降低的趋势。海拔显著影响土壤胞外酶活性,五种参与土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）循环的酶活性随着海拔的升高整体呈现逐渐上升的变化趋势,总体表现出中低海拔酶活性较低,高海拔酶活性较高。胞外酶矢量分析显示,矢量长度在中低海拔处较高,而矢量角度则在高海拔处较高,表明贺兰山土壤微生物在中低海拔和高海拔分别具有相对较强的C和P限制。土壤含水率、容重、C、N、P含量与土壤胞外酶活性及其化学计量比显著相关,是调控土壤胞外酶活性随海拔变化的主要因子,说明胞外酶在旱区山地生态系统土壤物质循环过程中具有重要的作用。该研究结果对揭示土壤微生物和胞外酶之间养分元素循环的耦合机理,为深入探讨贺兰山森林生态系统物质循环和不同海拔梯度植被有效管理提供科学依据。     

The roles of elevation and local environmental factors as drivers of diatom diversity in subarctic streams

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戴云山物种多样性与系统发育多样性海拔梯度分布格局及驱动因子

生物多样性的海拔分布格局是生态学研究的热点。海拔作为综合性因子驱动着植物群落的物种、系统发育与功能多样性的空间分布。以戴云山南坡900-1600 m森林植物群落为研究对象,探讨物种多样性、系统发育指数与环境驱动因子的相互关系以及环境因子在群落构建与多样性维持中的重要意义。结果表明：（1）森林植物群落的系统发育多样性与物种多样性沿海拔均呈现中间高度膨胀格局。（2）物种多样性Margalef指数、Shannon-Wiener指数与系统发育多样性指数呈显著正相关,表明物种多样性越高,系统发育多样性也越高。Shannon-Wiener指数与物种多样性指数（Margalef、Pielou、Simpson指数）、系统发育多样性及系统发育结构都存在显著相关性,一定程度上Shannon-Wiener指数可以代替其他指数。Pielou指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数与系统发育结构NRI （Net relatedness index）指数、NTI （Net nearest taxa index）指数存在显著正相关,表明群落优势度、均匀度与系统发育结构相关性较强。（3）土壤全磷含量是影响系统发育多样性和物种多样性的主要驱动因子,土壤含水量是影响Shannon-Wiener、Pielou、Simpson指数的最显著因子,海拔是影响群落系统发育结构的主要因素。海拔是影响系统发育结构变化的主要环境因子,而土壤因子是影响物种多样性与系统发育多样性的主要因素,进一步验证了物种多样性与系统发育多样性的高度相关,结果旨在揭示物种群落空间分布规律。     

Aquatic insect β‐diversity is not dependent on elevation in Southern Rocky Mountain streams

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