局域和区域过程共同控制着群落的物种多样性:种库假说

解释群落的物种多样性大小是生态学研究的一个重要的理论和实践问题。人们提出了群落物种多样性的多种假说, Zobel等人提出的种库假说(species pool hypothesis)是生物多样性理论研究的重要发展。该假说认为, 一个群落的物种多样性不仅与环境条件和生态过程(ecological process)(如竞争、捕食)有关, 也受区域种库(regional species pool)的限制。区域种库是指一个地区可进入某一群落的潜在物种数量, 它由地史过程(如冰期、地质年代)和区域过程(物种形成、迁移扩散以及消亡)所决定。按照种库假说, 某一生境类型的面积越大, 地质年代越古老, 物种形成的机会也就越多, 因而能适应和分布于该生境的物种也就越多, 实际群落中的物种丰富度也就越高。种库在空间上主要有两个层次: 区域种库和实际种库, 前者指某一生境所拥有的潜在物种数量, 主要由生物地理过程(biogeographic processes)所决定; 后者则为调查的群落中实际出现的物种数量, 主要由竞争等生态过程和区域种库共同决定。本文对种库假说的基本概念、主要内容、种库确定方法等作了介绍, 并阐述了作者对这些问题的理解和认识。     

生态学代谢理论: 基于个体新陈代谢过程解释物种多样性的地理格局

新陈代谢是生物的基本生理过程。生态学代谢理论(metabolic theory of ecology)基于生物个体大小和环境温度对个体新陈代谢过程的影响, 使用尺度推移(scaling)的方法来解释多种生态学格局和过程。James Borwn等将这一理论用于解释物种多样性的大尺度格局, 并从机制上解释了物种多样性与环境温度的关系。这一理论提出了两个明确的预测: (1)物种多样性的对数与绝对温度的倒数之间呈线性关系; (2) 这一线性关系的斜率为–0.6至–0.7。这一理论自提出以来, 饱受争议, 经过了正反两方面经验数据的检验, 目前仍未形成一致的结论。虽然这一理论仍面临着一些有待解决的问题, 但它以崭新的思路和方法有别于以往的基于统计学方法的研究。人们过去对该理论的实证检验忽略了两个重要的约束条件, 即除温度以外的环境条件处于理想状态和群落处于平衡状态, 而这两个约束条件是理解该理论的基础。本文对生态学代谢理论的理论框架、预测和含义, 以及以往的检验结果进行阐述, 在此基础上提出了作者对该理论的若干认识和未来研究中应考虑的若干问题。     

中国陆栖哺乳动物物种丰富度的地理格局及其与环境因子的关系

物种丰富度的大尺度地理格局及其成因是宏观生态学和生物地理学的中心议题之一。本文利用中国陆栖哺乳动物分布数据, 结合高分辨率的气候、地形、植被等环境信息, 探讨了中国陆栖哺乳动物及主要类群的物种丰富度格局及其影响因素。结果显示, 中国陆栖哺乳动物物种丰富度具有显著的纬度梯度格局, 总体上呈现出由低纬度向高纬度逐渐减少的趋势, 并与宏观地形具有良好的对应关系; 其中, 亚热带、热带西部山区的物种丰富度最高, 而东部平原地区、西北干旱区和青藏高原腹地则是丰富度的低值区。各主要类群的物种丰富度格局既有相似性, 又存在差异。最优线性模型的分析结果显示, 由归一化植被指数(NDVI)、生态系统类型数和气温年较差构成的回归模型对哺乳动物物种丰富度格局的解释率最高, 其中NDVI对模型解释率的贡献最大, 这表明中国陆栖哺乳动物物种丰富度的地理分异受多种环境因素的共同影响, 其中植被生产力起主导作用。各主要类群的最优线性模型显示, 影响物种丰富度格局的主要环境因子因类群而异, 这可能反映了各类群进化历史及生理适应的差异。     

生物群落的种-面积关系

种—面积关系主要探讨物种数量随面积扩大而变化的规律, 它联系不同尺度的生物多样性, 是生物多样性尺度转换的重要依据。利用种—面积关系可以估算群落或区域的物种数量、评价区域生物多样性的丧失。由于构建方式、尺度效应以及区域差异, 种—面积关系的具体形式及其普适性还存在争议。本文主要从构建、尺度效应、区域分异以及与种—多度分布的联系等方面综述种—面积关系的主要进展, 并探讨它在不同方面的适用性。最后给出了利用基于组合样方系列构建的种—面积关系来估算秦岭山地物种数的实例, 结果表明估算精度良好。     

生物多样性分布格局的地史成因假说

生物多样性的大尺度分布格局是现代环境与地史过程共同作用的结果。本文从影响机制、参数选择及与现代气候假说的关系等方面回顾了地史成因假说的最新进展, 并得出以下认识: (1) 地史过程对生物多样性的分布格局有显著影响, 但地史过程与现代环境之间强烈的共线性使得两者的影响常叠加在一起; (2) 与广域物种的多样性相比, 地史过程更有利于解释狭域物种(或特有物种)的多样性; (3) 地史过程的参数选择是地史假说所面临的挑战之一, 目前所用的指标与现代环境具有显著的共线性, 难以直观地体现地史过程对生物多样性的影响, 对不同区域内物种系统发育过程的对比或者物种形成速率及灭绝速率分布格局的分析可能有助于评价地史成因假说的影响。     

植物物种多样性的垂直分布格局

生物多样性沿环境梯度的变化趋势是生物多样性研究的一个重要议题,而海拔梯度包含了多种环境因子的梯度效应,因此研究生物多样性的海拔梯度格局对于揭示生物多样性的环境梯度变化规律具有重要意义。在不同的研究尺度,植物多样性沿海拔梯度具有不同的分布格局,而形成这种格局的因素有很大差异。本文从α多样性,β多样性和γ多样性三个尺度总结了植物物种多样性沿海拔梯度分布格局及其环境解释。α多样性沿海拔梯度的分布格局在不同生活型的物种之间差异很大,但对于木本植物来说,虽然也存在其他格局,但α多样性随海拔升高而降低是被广泛接受的一种格局。在一般情况下,β多样性随着海拔的升高而降低,并且对于不同生活型的物种,β多样性沿海拔梯度具有相似的分布格局。γ多样性沿海拔梯度具有两种分布格局：偏峰分布格局和显著的负相关格局;特有物种数往往随着海拔的升高而减少,而特有度则随着海拔的升高而增加。     

秦岭牛背梁植物物种多样性垂直分布格局

基于秦岭山脉中段牛背梁自然保护区南北坡垂直样带51个样方的调查资料,利用植被数量分析方法(TWINSPAN和DCA)对牛背梁植物群落进行了分类和排序,并分析了植物物种多样性沿海拔梯度的分布格局。结果表明,牛背梁的植被群落具有明显的海拔梯度格局,从低海拔到高海拔依次分布有：锐齿槲栎(Quercus aliena var.acuteserrata)林,桦木(Betula spp.)林．巴山冷杉(Abis Jargesii)林和亚高山灌丛。海拔梯度是牛背梁山区制约植物群落分布的主要因子,而坡向和坡度则起到次要作用。对物种多样性的分析表明,物种总数、木本植物物种多样性和草本植物物种多样性在南北坡具有不同的海拔梯度格局。物种总数在南坡呈现单峰分布格局,而在北坡分布趋势不明显;木本植物物种多样性在南北坡具有相似的分布格局：在低海拔沿海拔梯度变化不明显,而在高海拔则随海拔上升而急剧下降;草本植物物种多样性在南北坡沿海拔梯度变化的规律不明显。β多样性沿海拔梯度先减少后增加,形成两端高中间低的格局,说明中海拔地区生境条件较为均一,低海拔地区的人为活动增加了生境的异质性,而高海拔地区的生态过渡特性增加了物种的更替速率以及群落的相异性。     

洪湖湖区土地利用／土地覆盖时空格局研究

利用1987,1993和1998年的遥感影像资料,研究了江汉平原洪湖湖区土地利用／土地覆盖的时空变化,土地覆盖类型分为水体,湖滩植被,洪泛地,农田,裸地和居民地6类,运用GIS（Arc/Info)软件,将不同时期的土地利用／土地覆盖的格局进行了清晰的空间表达;通过叠加3个不同时段的影像分类图,计算出各种土地利用／土地覆盖类型转变成其他类型的比例,在1987－1993年期间,水体和洪泛地的面积分别增加了15．54％和9．62％,而1993－1998年期间这两种类型的变化较小,分别为0．58％和3．19％,农田面积从1987年的577．62km^2减少到1998年的188．58km^2,减少约2／3,在研究期间,裸地面积没有明显变化,湖潍植被的面积在1987－1993年期间降低18．60%,而在1993－1998年期间增加8．47％,土地利用／土地覆盖状况的变化与湖区退田还湖及降雨状况的年际变化有关。     

红皮云杉林的植被分类及其环境解释

红皮云杉林(Picea koraiensis Forest Alliance)是以红皮云杉为群落共优势种的森林植被类型, 具有结构复杂及物种多样性高等特点。在遵从《中国植被志》研编规范的基础上, 提出了红皮云杉林新的分类系统, 包括5个群丛组8个群丛, 分别归属于常绿针叶林、落叶与常绿针叶混交林和针叶与阔叶混交林3个植被型。群丛组分类主要基于群落层片分化, 以及乔木层的共优势种和特征种的差异, 并以常绿针叶树层片重要值的66%为阈值划分常绿针叶林和针叶与阔叶混交林。在群丛分类中, 通过双向指示种分析筛选特征种, 综合考虑群落生境和群落演替阶段等因素确定分类方案。该分类方案是《中国植被志》研编规范的一个应用示例, 对植被分类工作的借鉴意义表现在4个方面。(1) 作为植被分类的重要凭证, 样方数据质量控制是植被分类工作的重要环节; 其中, 物种的准确鉴定对确保植被分类方案的合理性至关重要。(2) 对于乔木层物种组成丰富、优势种不明显的群落, 群落层片分化和特征种是植被类型划分的重要依据。(3) 以特定物种组合为共建种所组成的多个植被类型可归属为不同的植被型。(4) 森林采伐等人类活动可能对植被与环境的关系形成干扰。因此, 在植被分类中应考虑群落的干扰历史和演替阶段等因素。     

太行山山地森林群落植物区系与地理格局——基于植物群落清查数据

太行山区位于黄土高原与华北平原之间,是我国生物多样性保护的重要优先区之一.本文以广义太行山涉及的108个行政县域为研究区域,基于太行山山地森林群落植物清查数据,系统分析了太行山山地森林群落的科属特征、区系组成、植物多样性地理格局及其丰富度热点地区.结果表明: 调查的778个样地得到太行山山地森林群落种子植物共计100科447属963种,其中,裸子植物3科7属12种,被子植物97科440属951种,生活型以草本植物占优势(71.1%);科的分布区类型以热带分布(38%)和温带分布(24%)为主,属的分布区类型以温带成分占主导(68.7%);太行山山地森林群落植物多样性的水平分布格局呈由西南向东北逐渐递增的趋势,群落物种多样性与经纬度均呈正相关关系,但不同生活型植物的多样性格局不相一致,草本植物多样性与经纬度呈正相关,而木本植物多样性与经纬度则无明显相关性;在垂直梯度上,太行山山地森林群落植物丰富度呈单峰分布,集中分布在400~1800 m的低中海拔地带,在1000~1200 m丰富度最高;基于群落清查数据绘制太行山山地森林群落植物丰富度分布图,鉴别出小五台山、云台山、太岳山、王屋山、中条山等山地为植物丰富度热点地区,应列入太行山优先保护的重点规划区域.