中国种子植物物种多样性的大尺度分布格局及其气候解释

物种多样性分布格局的研究对于生物多样性的保护具有重要意义.为了解中国种子植物物种多样性的空间分布格局,本研究利用大尺度的物种分布数据,结合GIS和统计分析方法,探讨了中国种子植物物种多样性的大尺度分布格局及其与气候的关系.结果表明,中国种子植物的物种丰富度和物种密度存在较大的空间变异.从南到北,物种密度呈显著递减趋势,而物种丰富度的递减趋势不够明显.面积、年平均温度、年平均降水量和无霜期对物种丰富度、物种密度分布格局均无显著影响.温度年较差、最冷月均温、年平均温度和年平均降水量的空间分异对物种丰富度的分布格局均有显著影响;温度年较差、最冷月均温和单位面积的年平均温度、年平均降水量的空间分异均显著影响物种密度的分布格局.温度年较差在一定程度上决定了物种丰富度与物种密度的总体分布格局,而年平均温度以及单位面积的年平均温度空间分异对上述格局的解释率则相对较低.在大尺度的物种多样性格局及其气候解释的相关研究中,气候因子的空间变异和季节性分异相对表示气候总体水平的年平均温度和年平均降水量而言,可能更值得关注.     

中国外来入侵生物的空间分布格局及其影响因素

不同地理区域影响生物分布格局的因子不同,对外来入侵物种也是如此。在区域尺度上分析外来入侵生物的空间分布格局及其影响因子对预测生物入侵的影响及入侵种的控制管理具有重要意义。本研究应用中国外来入侵物种数据库、自然环境数据库和社会人文环境数据库,分析了我国外来入侵动植物的空间格局;并运用主成分分析（PCA）和典范对应分析（CCA）探讨了自然环境和人类活动等因素对外来入侵动植物分布格局的影响;同时研究了外来入侵物种多样性与本地物种多样性之间的关系。结果表明,我国现有外来入侵动物138种、入侵植物384种,其数量和密度都呈现出由东南沿海向西北内陆减少的趋势,且入侵动物和入侵植物空间格局基本一致;降水（MAP）是决定我国外来入侵动植物分布格局的主要自然环境因子,国民生产总值（GDP）是主要社会经济影响因子。在全国尺度上,外来入侵物种多样性与本地物种多样性之间呈显著的正相关关系,但地域间存在较大差异。不同区域外来入侵物种与本土物种多样性的相关关系表现出不同,与研究尺度有密切关系。     

保安湖大型底栖动物结构与分布格局研究

2001年8月对保安湖大型底栖动物进行调查,共记录动物4门7纲25科54属70种。其中,软体动物为绝对优势类群(占总丰度的81.5%)。而腹足类的纹沼螺(Parafossarulus striatulus)、白旋螺(Gyraulus albus)、长角涵螺(Alocinma longicornis)、方格短沟蜷(Semisulcospira libertina)和铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)为该湖泊的优势种。样点间平均物种丰富度7.1,平均Shannon-Winner指数1.34。刮食者是保安湖底栖动物的最重要的功能摄食类群(占总丰度的80%以上)。结合GPS,将野外调查数据构建GIS数据库。基于GIS软件平台,运用Kringing插值法,构建动物丰度、主要功能摄氏类群及生物多样性等的空间分布格局,较为直观地反映了保安湖底栖动物的分布情况。模拟出的底栖动物分布格局显示,底栖动物各参数在全湖的分布较不均匀,出现数个高分布区。比较底栖动物各种参数的分布格局图与优势水生植物分布格局图,发现总密度、软体动物丰度和Shannon生物多样性指数的高分布区域与水草总生物量的高值区有不同程度的重叠。这表明,保安湖高等水生植物的分布是影响其底栖动物的关键因子。     

南方丘陵区小流域生态系统杂草物种多样性的空间分布特征

以开发利用程度较高的浙江德清排溪冲小流域为研究范例,采用网格化样框取样的调查方法和GIS技术,研究了南主丘陵区小流域生态系统的杂草生物多样性的分布格局,结果表明小流域内杂草多样性呈现明显的空间分布特征,稻田杂草多样性最低,坡地次之,稻田与坡地的交错带杂草物种最丰富,坡地中开发利用程度高的茶园和竹园杂草多样性较高,新开发的果园和旱地作杂草物种较少。     

天目山物种多样性尺度依赖及其与空间格局关系的多重分形

以浙江省天目山国家级自然保护区为例,采用多尺度分析思想,利用多重分形分析方法,研究了不同尺度下物种多样性的变化、空间分布格局以及多样性与空间格局之间的关系。研究主要得到3方面的结论：（1）物种多样性具有尺度依赖性,随着空间尺度的增大,Shannon-Wiener多样性指数Ⅳ增大,Margalef多样性指数足和均匀度指数E减小;（2）多重分形参数αmin。多重分形谱的变化范围SR等能够定量反映物种的空间分布特征,空间大尺度越大,物种越聚集,空间分布越不均匀;（3）物种多样性与空间格局存在线性或幂函数关系。研究表明多重分形分析定量描述物种空间格局是有效性的,多重分形参数与生物多样性之间的定量关系为研究物种空间格局、生态属性与尺度之间的关系奠定了基础。因此,分形结合传统方法,在生物多样性方面的研究将有很大的潜在价值。     

丰林典型阔叶红松林地表鞘翅目成虫空间异质性及其与环境因子的空间关联性

土壤动物群落空间异质性及其与环境因子的空间作用关系, 是揭示土壤生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。作者于2015年生长季节(8月)、寒冷季节(10月)在丰林典型阔叶红松林动态监测样地内, 采用陷阱法调查地表鞘翅目成虫群落, 基于地统计空间分析方法, 揭示步甲科和隐翅虫科群落个体数和物种数及优势种的空间格局, 并分析这些空间格局与土壤含水量和地形因子的空间关联性。两次采样共捕获步甲科成虫26种617只, 隐翅虫科19种222只。8月群落个体数和物种数表现为中等变异, 10月为强变异, 群落组成在两个月间具有显著差异。生长季节(8月)和寒冷季节(10月)步甲科和隐翅虫科群落多表现为中等的空间自相关性, 空间分异由随机性因素和结构性因素共同决定。单个物种的个体数多具有中等的空间异质性特征, 且其空间分异主要由随机性因素和结构性因素共同调控。生长季节群落的个体数、物种数和优势种个体数多形成斑块和孔隙镶嵌分布的空间格局。物种之间及物种与环境因子之间多为复杂的空间关联性, 这些关联性主要受到结构性因素或随机性因素的单一调控。典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)结果表明, 8月土壤含水量对步甲科和隐翅虫科物种分布影响显著, 10月凹凸度对步甲科分布影响显著, 海拔对隐翅虫科分布具有显著影响。本研究表明地表步甲科和隐翅虫科在生长季节形成明显的空间格局而在寒冷季节空间格局不明显, 为不同尺度地表土壤动物空间异质性和生物多样性维持机制研究提供了理论基础。     

浙江省加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)的空间分布格局及其与人类活动的关系

原产于北美的加拿大一枝黄花目前正在我国境内尤其是东部地区迅速扩散,对当地的社会经济、自然生态系统和生物多样性构成了严重威胁.应用GIS技术揭示了2005年浙江省加拿大一枝黄花发生面积和发生面积比例的空间分布格局,并结合回归统计方法,分析了该空间分布格局与人类活动的关系.结果表明:加拿大一枝黄花在浙江省的分布存在明显的空间异质性;进口货物总额与农业活动强度是解释加拿大一枝黄花发生面积变异的主要因子;境内公路里程是解释加拿大一枝黄花发生面积比例变异的主要因子.在大力发展经济的同时,不能忽视经济发展对生态环境产生的负面影响,如物种入侵.对于加拿大一枝黄花的防控,应加大对抛荒地和闲置地的复垦力度,从源头上控制其发生面积.     

秦岭南坡陕西洋县辖区哺乳动物物种多样性的空间分布格局

物种多样性的空间分布格局一直是生态学和生物地理学研究的一个热点问题。山地生态系统的生境异质性和物种多样性高, 适合研究物种多样性空间分布格局及其相关机制。2016年11月至2017年11月, 本研究选取秦岭南坡陕西洋县辖区作为研究区域, 采用样线法、红外相机法和笼捕/夹捕法, 系统分析了8目21科48种哺乳动物物种多样性的空间分布格局。研究结果发现秦岭南坡洋县辖区哺乳动物物种丰富度的空间分布格局大致是中南部低, 北部和东部高; 物种多样性指数大致是中南部和北部低, 东部高。啮齿类动物和非啮齿类动物的空间分布格局存在差异。哺乳动物物种丰富度和多样性指数的垂直分布格局都符合中峰模式, 但啮齿类动物和非啮齿类动物间存在差异。最优线性模型结果表明, 研究地区哺乳动物物种多样性的空间分布格局受到多种环境因素的共同影响。其中, 年均温与物种多样性的相关性最强, 在6个最优线性模型中贡献都是最大。综上, 秦岭南坡洋县辖区中高海拔区域的物种多样性较高, 应加强对中高海拔地区的保护, 以维系该区域较高的生物多样性。     

基于地理加权回归模型探究环境异质性对秦岭大熊猫空间利用的影响

环境异质性对野生动物分布的影响具有明显的空间不均匀性。传统分析中多采用经典线性回归模型来量化野生动物分布与环境变量之间的关系,难以准确反映物种-环境关系的空间异质特征。地理加权回归(GWR)是近年来提出的一种新的空间分析方法,通过将空间结构嵌入线性回归模型中,以此来探测空间关系的非均匀性。以秦岭大熊猫为例,应用GWR模型分析大熊猫空间分布与环境异质性特征之间的潜在关系,并同经典的全局最小二乘回归法(OLS)进行比较。结果表明,GWR模型的AIC、R~2和校正R~2均显著优于OLS模型,GWR模型的局部回归系数估计能够更加深刻地揭示大熊猫空间分布与环境变量间的复杂空间关系,且GWR模型能够为物种的科学保护提供更加有效的理论支撑。因此,GWR模型可为探究物种-环境关系的空间异质特征提供一种新的方法,在物种栖息地选择与利用研究中具有一定的应用前景。     

同域分布大熊猫和水鹿生境利用分异特征

野生动物的生境利用特征研究是动物生态学核心问题之一,同域分布动物对生境的利用特征及共存机制是其重要组成部分,也是实现珍稀濒危物种保护与栖息地恢复的基础。基于空间利用和生境因子选择差异研究了卧龙自然保护区同域分布大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)和水鹿(Rusa unicolor)的生境利用关系,探讨了同域分布野生动物在生境因子选择和空间利用的分异特征。结果表明:(1)空间利用上,大熊猫和水鹿的空间重叠系数为58.35%,其中,在原始林和次生林生境中的空间重叠系数分别为66.58%和36.64%,二者在原始林中的空间重叠较高;(2)生境因子选择上,大熊猫和水鹿对物理因子的选择有坡位、离小路距离和离水源距离3个变量有显著性差异,对生物因子的选择有乔木密度、灌木盖度、灌木密度、竹林盖度、幼竹密度、幼竹基径、幼竹高度、成竹高度和死竹密度9种变量有显著性差异;(3)大熊猫和水鹿都表现为更偏好原始林生境,但大熊猫对原始林的依赖性更强。分析同域分布动物的生境利用关系有利于深入了解不同动物对资源的空间利用特征及共存机制,可以为保护区制定珍稀野生动物保护和栖息地恢复政策提供科学依据。     

Spatial Epidemiology and GIS in Marine Mammal Conservation Medicine and Disease Research

The use of spatial epidemiology and geographical information systems (GIS) facilitates the incorporation of spatial relationships into epidemiological investigations of marine mammal diseases and conservation medicine. Spatial epidemiology is the study of the spatial variation in disease risk or incidence and explicitly addresses spatial structures and functions that factor into disease. The GIS consists of input, management, analysis, and presentation of spatial disease data and can act as an integrative tool so that a range of varied data sources can be combined to describe different environmental aspects of wild animals and their diseases. The use of modern spatial analyses and GIS is becoming well developed in the field of marine mammal ecology and biology, but has just recently started to gain more use in disease research. The use of GIS methodology and spatial analysis in nondisease marine mammal studies is briefly discussed, while examples of the specific uses of these tools in mapping, surveillance and monitoring, disease cluster detection, identification of environmental predictors of disease in wildlife populations, risk assessment, and modeling of diseases, is presented. Marine mammal disease investigations present challenges, such as less consistent access to animals for sampling, fewer baseline data on diseases in wild populations, and less robust epidemiologic study designs, but several recommendations for future research are suggested. Since location is an integral part of investigating disease, spatial epidemiology and GIS should be incorporated as a data management and analysis tool in the study of marine mammal diseases and conservation medicine.     

The biogeography of invasive alien plants in California: an application of GIS and spatial regression analysis

The spatial distribution of invasive alien plants has been poorly documented in California. However, with the increased availability of GIS software and spatially explicit data, the distribution of invasive alien plants can be explored. Using bioregions as defined in Hickman (1993 ), I compared the distribution of invasive alien plants (n = 78) and noninvasive alien plants (n = 1097). The distribution of both categories of alien plants was similar with the exception of a higher concentration of invasive alien plants in the North Coast bioregion. Spatial autocorrelation analysis using Moran's I indicated significant spatial dependence for both invasive and noninvasive alien plant species. I used both ordinary least squares (OLS) and spatial autoregressive (SAR) models to assess the relationship between alien plant species distribution and native plant species richness, road density, population density, elevation, area of sample unit, and precipitation. The OLS model for invasive alien plants included two significant effects; native plant species richness and elevation. The SAR model for invasive alien plants included three significant effects; elevation, road density, and native plant species richness. The SAR model for noninvasive alien plants resulted in the same significant effects as invasive alien plants. Both invasive and noninvasive alien plants are found in regions with low elevation, high road density, and high native‐plant species richness. This is in congruity with previous spatial pattern studies of alien plant species. However, the similarity in effects for both categories of alien plants alludes to the importance of autecological attributes, such as pollination system, dispersal system and differing responses to disturbance in the distribution of invasive plant species. In addition, this study emphasizes the critical importance of testing for spatial autocorrelation in spatial pattern studies and using SAR models when appropriate.     

福建省主要入侵植物空间分异及其影响因素

在实地调查数据的基础上,本研究结合GIS空间分析技术和地理探测器模型,分析福建省入侵植物空间分布情况,以及地理与社会环境因子及其交互作用对入侵植物分布的影响.结果表明:福建省共记录入侵植物82种,其中,优势科为菊科,小蓬草、藿香蓟和空心莲子草出现频次最高.沿海区域的入侵植物物种数量多于内陆区域,福州和厦门为福建省外来入侵植物的两大热点地区.入侵植物在不同海拔均有分布,但入侵植物的种类随着海拔的升高总体呈下降趋势.地理探测器分析显示,自然环境因子中降水和社会经济因子中路网密度、人口密度是入侵植物空间分布的主要影响因子.各因子的空间交互作用会正向影响入侵植物的空间分布,这反映出入侵植物空间分布影响要素的复杂性.综上,将地理探测器应用到入侵植物研究领域是可行的,筛选出的环境指示因子可用于监测福建省入侵植物的适生区,从而为采取有效的防控措施提供科学依据.     

黑河上游天然草地蝗虫空间异质性与分布格局

蝗虫空间分布格局是物种长期适应自然的结果,是蝗虫与环境、蝗虫之间关系的反映,有助于理解蝗虫发生学的环境背景。采用地统计学方法,在黑河上游山区天然草地研究了微生境影响下的蝗虫空间格局与异质性。结果表明:该区域5种优势种蝗虫的半变异函数模型均为非线性模型,表现为聚集分布;不同种类蝗虫样点之间空间依赖的范围为2.29—24.59 m;在蝗虫种群总异质性中随机部分引起的空间异质性占15.77%—88.64%。受食性和栖息地选择的影响,蝗虫种群形成了片状和斑块状的分布格局;尺度依赖性使蝗虫分布格局趋于多元化和繁杂化的特点,不同蝗虫种群之间相互交错嵌插,同种蝗虫高低值呈非均匀扩散,整体上形成了均衡性与互补性的斑块镶嵌结构,这种分布格局反映了蝗虫对生境和气候变化的多元适应性结构。     

What,where and when: spatial foraging decisions in primates

When exploiting the environment, animals have to discriminate, track, and integrate salient spatial cues to navigate and identify goal sites. Actually, they have to know what can be found (e.g. what fruit), where (e.g. on which tree) and when (in what season or moment of the year). This is very relevant for primate species as they often live in seasonal and relatively unpredictable environments such as tropical forests. Here, we review and compare different approaches used to investigate primate spatial foraging strategies: from direct observations of wild primates to predictions from statistical simulations, including experimental approaches on both captive and wild primates, and experiments in captivity using virtual reality technology. Within this framework, most of these studies converge to show that many primate species can (i) remember the location of most of food resources well, and (ii) often seem to have a goal‐oriented path towards spatially permanent resources. Overall, primates likely use mental maps to plan different foraging strategies to enhance their fitness. The majority of studies suggest that they may organise spatial information on food resources into topological maps: they use landmarks to navigate and encode local spatial information with regard to direction and distance. Even though these studies were able to show that primates can remember food quality (what) and its location (where), still very little is known on how they incorporate the temporal knowledge of available food (when). Future studies should attempt to increase our understanding of the potential of primates to learn temporal patterns and how both socio‐ecological differences among species and their cognitive abilities influence such behavioural strategies.     

用间接遥感方法探测大熊猫栖息地竹林分布

竹子是野生大熊猫赖以生存的唯一食物。探测大熊猫栖息地内的竹林分布状况,有助于深入了解大熊猫及其栖息地的空间分布格局与特点,并为评估其栖息地适宜性、破碎化程度和生态承载力提供科学依据。由于大熊猫的主食竹大都生长于林下,直接通过遥感影像解译的方法很难实现对其分布密度的探测。以佛坪自然保护区的两大优势竹种——巴山木竹和秦岭箭竹为例,在运用遥感和GIS方法获取空间连续的环境变量时,引入了林上和林下的光照条件,通过分析不同竹种与各环境要素之间的关系,建立竹子密度的预测模型,最后在GIS空间分析技术的支持下实现了对林下竹子密度的绘制。研究结果显示:该方法能够比较准确地预测出林下竹子的分布状态,对两种竹子的密度预测精度均可达到70%以上。     

泉三高速公路动物通道选址研究——以云豹为例

随着高速路网不断扩大和加密,动物适宜的生存空间也不断被阻隔。动物通道作为缓解高速公路负面影响的重要手段,通道位置是其发挥效用的关键。以泉三高速公路为对象,以云豹(Neofelis nebulosa)为目标物种,构建了生境评价指标体系并采用专家咨询法确定相对权重,利用GIS对其生境适宜性进行了评价。在此基础上结合水文分析,以水流方向类比动物倾向活动路线,由此确定获得云豹的3处理想高速公路通道位置。研究结果表明,该方法能有效地模拟并确定动物运动的轨迹,可为建立合适的动物通道、有效缓解公路的阻隔效应提供重要的参考价值。     

南亚热带鹤山主要人工林生态系统C、N累积及分配格局的模拟研究

 以南亚热带鹤山的马占相思（Acacia mangium）、湿地松（Pinus elliotii）和荷木（Schima uperba）3种代表性人工林生态系统为对象,利用气象、水文、土壤及植物等方面的资料对CENTURY模型进行了参数化,模拟了3种人工林生态系统1985～2100年的C、N累积动态及其分配格局变化,并利用实测资料对模拟结果进行了独立样本的双尾t检验,模拟值与实测值之间没有显著差异（p=0.995）。模拟结果表明,马占相思林的净初级生产力（NPP）呈指数函数形式下降,约在20龄（2005年）时趋于稳定;荷木林的NPP持续缓慢增加;湿地松林的NPP基本维持恒定;20龄以前3种林分的年均NPP分别为12.2 t·hm-2·a-1、6.7 t·hm-2·a-1和2.5 t·hm-2·a-1。马占相思林生物量呈对数函数形式增加,20龄后增加很少;荷木林与湿地松林的生物量呈直线增加,约在2050年时,荷木林的NPP和生物量将超过马占相思林;2100年时马占相思、荷木与湿地松林的生物量将分别达到252.7 t·hm-2、352.4t·hm-2和226.3t·hm-2。荷木林具有更大C累积潜力。3种人工林生态系统的N累积动态与其生物量累积动态相似,但马占相思林生态系统的N累积量远高于荷木林与湿地松林,至2100年时它们的N累积量将分别达到7.2t·hm-2、1.9t·hm-2和2.2t·hm-2。3种林分的C、N随着林分的发育将更多地分配到茎、枝和根部。马占相思林的叶C、N累积量约在2005年后分别下降1.85t·hm-2和0.20t·hm-2,荷木林的叶C、N累积则分别增加0.09t·hm-2和0.05 t·hm-2,湿地松林叶C、N累积分别增加0.57t·hm-2和0.02 t·hm-2,这一模拟结果显示了马占相思林冠层萎缩的内在原因。外来树种组成的马占相思林先锋群落冠层衰退过早,阳生性灌木的大量入侵和定居可能会滞缓地带性森林植被的恢复进程。因此认为我国南亚热带地区进行地带性森林植被恢复时,先锋森林群落的构建应以荷木等本地树种为主。     

Learning outdoors: male lizards show flexible spatial learning under semi-natural conditions

Spatial cognition is predicted to be a fundamental component of fitness in many lizard species, and yet some studies suggest that it is relatively slow and inflexible. However, such claims are based on work conducted using experimental designs or in artificial contexts that may underestimate their cognitive abilities. We used a biologically realistic experimental procedure (using simulated predatory attacks) to study spatial learning and its flexibility in the lizard Eulamprus quoyii in semi-natural outdoor enclosures under similar conditions to those experienced by lizards in the wild. To evaluate the flexibility of spatial learning, we conducted a reversal spatial-learning task in which positive and negative reinforcements of learnt spatial stimuli were switched. Nineteen (32%) male lizards learnt both tasks within 10 days (spatial task mean: 8.16 ± 0.69 (s.e.) and reversal spatial task mean: 10.74 ± 0.98 (s.e.) trials). We demonstrate that E. quoyii are capable of flexible spatial learning and suggest that future studies focus on a range of lizard species which differ in phylogeny and/or ecology, using biologically relevant cognitive tasks, in an effort to bridge the cognitive divide between ecto- and endotherms.