生态位模型的理论基础、发展方向与挑战

生态位模型是一个以生态位理论为基础的新兴研究领域.它通过采集研究对象的已知分布点及其相关的环境数据组成训练样本,利用数理统计或机器学习理论分析数据,构建特征函数表示物种在生态位空间的实际生态位.以生态位模型预测物种潜在分布地或计算物种间的生态位重叠等研究,在生态学、生物地理学和进化生物学研究中显得越来越重要.本文从生态位概念出发,详细解析了生态位模型的理论基础、相关的焦点争论、使用时的注意点以及可能的发展方向与面临的挑战,指出模型中要考虑人类活动对物种生态位的影响.希望本文所探讨的本领域最新的争论焦点能引起相关学者的关注与深入思考.     

小麦温型现象研究

通过多年来用红外技术对不同品种小麦群体温度进行连续观测,结果发现,小麦具有温型现象.不同温度型的小麦在外部和内部性状上各有一些鲜明特点.冷型小麦的许多重要性状较暖型小麦为优.功能叶的功能期长10.8%,每株根数多20条,旗叶的叶绿素含量、蒸腾率和净光合率分别高出0.1389g·100g^-1·FW、0.0035mol·m^-2·s^-1和4.71μmol·m^-2·s^-1.由此可以认为,温度型和小麦的一系列重要性状密切相关.     

地表火对呼伦贝尔沙地樟子松林林下植物多样性的影响

选择无地表火发生、当年发生地表火和地表火发生后12 a的天然樟子松林分,利用多尺度、面积1 000 m2改进的Whittaker样方,研究了地表火对呼伦贝尔沙地天然樟子松(Pinus sylvestris L.var.mongolica Litv.)林林下植被多样性的影响.结果表明,各林分所有林木的平均胸径(DBH)差异极显著(P<0.01).在1 m2样方尺度上,3种林分的林下植被盖度有极显著差异(P<0.000 1),其中地表火发牛后12 a的林分林下植被盖度最低(32.0%).在面积1和10 m2样方尺度上.各林分林下植被的α多样性有显著差异(P<0.05),且以当年发牛地表火的林分林下植被丰富度最高;不同功能群植物(包括木本植物、禾本科植物和非禾本科草本植物)的α多样性也仅在小尺度上有一定的差异.林下植被的β多样性随火后持续时间的延长不断增加,无地表火发生的林分β多样性最高.间接梯度分析(DCA)结果表明,当年发生地表火的林分中植物种类较多,林下植物均表现出从偏旱生到偏湿生、沿水分梯度分布的趋势.因此,樟子松林下植被多样性仅在小尺度上对地表火干扰产生响应,随着时间的推移其多样性趋于一致,表明天然樟子松林的林下植被具有抵御地表火干扰的能力.     

林网保护区冬小麦生长过程的数值模拟

给出了一个模拟冬小麦生长过程的产量生态学模式,并对黄淮海平原林网保护区冬小麦的生长过程进行了数值模拟.模型输出变量包括作物的叶面积指数,根、茎、叶、籽等地上和地下器官生物量,以及与作物生长密切相关的土壤水分变化情况、作物水分利用率、光合/呼吸效率等生理生态因子.结果表明,由于林网地区小气候条件的改善,使得农林复合系统较之单作农田有更强的抗旱能力,在干旱的1994年,林网保护下的农林复合系统生产力较单作农田提高11.6%左右.模式输出的小麦地上部分生物量与生长监测资料十分一致.     

南京东郊城市湿地水质多尺度空间分异

对南京市东郊的17个城市湿地进行水质监测和植物群落调查,从生态系统、集水区和景观功能区3个尺度揭示城市湿地水质的分异特征.结果表明:湿地类型和植物群落特征是生态系统尺度上影响湿地水质的主要因素;原生湿地的水质普遍优于改造湿地,而改造湿地的水质则普遍优于次生湿地;湿地植物的盖度越大,水质越好.土地利用类型是集水区尺度上影响湿地水质空间分异的主要因素,建设用地对流域湿地营养盐影响程度较大,而林地对溶解氧影响程度较大.人类活动是功能区尺度上影响湿地水质空间分异的主要因素,而其对不同水质指标的影响程度不同.     

云南西部地区地带性植物群落物种多样性的地理分布格局

利用样方数据和文献资料,探讨了云南西部地区地带性植物群落的物种多样性。结果表明：在纬度梯度上,从南到北,物种密度呈递减趋势;在海拔梯度上,从高海拔到低海拔,物种密度呈递增趋势;在经度梯度上,从东到西,物种密度呈递减格局。总体上,在群落尺度上,南部地区物种密度较高;北部地区,即滇西北地区物种密度相对较低,这可能与研究区域内热量和水分条件的空间分异有关,但热量因子可能扮演着更为重要的角色。海拔梯度上的物种变化速率远高于经度梯度和纬度梯度,这可能与海拔梯度上热量条件的变化速率远高于其他地理梯度有关。区域尺度上单位面积物种多样性的分布格局与群落尺度明显不同,这可能源于群落尺度上单位面积的物种多样性主要受制于能量水平;但在区域尺度上,单位面积的物种多样性可能与区域内的生境异质性有关。表明“尺度效应”在塑造物种多样性地理分布格局中的重要作用。     

鼎湖山森林群落β多样性

β多样性反映了环境被物种分割的程度或生境多样性,具有重要的意义。鼎湖山自然保护区地处南亚热带,植被保存完好,具有较高的生物多样性,而当前对其β多样性的研究则相对缺乏。以鼎湖山一条10m×1160m植被样带数据为基础,从不同尺度单元研究了鼎湖山森林群落β多样性。发现:(1)β多样性依赖于尺度,对于南亚热带森林群落要得到比较稳定可靠的β多样性测度数据,乔木层取样尺度应该在10m×20m附近,而灌草层应该在2m×20m或相应面积以上。(2)数量数据β多样性测度总体上优于二元属性数据测度,对于数量属性数据测度应给予更多的关注,而Cody指数则能指示群落交错区。(3)鼎湖山样带β多样性随海拔呈现不规律变化的格局,而沿纬度梯度,鼎湖山森林群落βc大于东灵山森林群落,与Rapoport法则预测结果一致。     

模拟植物多样性的大尺度分布：从气候和生产力推知的一种可能性（英文）

 鉴于全球植被/生物群区在现状气候条件下已经被很好地模拟并在未来气候变化情景下得到很好的预测,人们有必要和急需模拟大尺度（区域、洲际至全球）植物多样性的分布格局。陆地生物圈模型的发展（从生物地理模型和生物地球化学模型到动态和耦合的植被模型）,气候-生物多样性相互关系和生产力-生物多样性相互关系研究成果的增多,以及基于现有生物多样性调查的全球生物多样性理论和经验制图的进步,加大了模拟大尺度植物多样性格局的可能性。本文的目的是：综述当前气候-生物多样性相互关系和生产力-生物多样性相互关系的主要研究成果以及大尺度     

喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应

植被覆盖和气候变化对径流的影响可能具有尺度依赖性,而在生态环境脆弱和地质结构复杂的西南喀斯特区开展研究较少。为此,以喀斯特地貌广泛发育的西江流域为研究区,选取郁江、红水河、浔江和梧州4个流域,利用Mann-Kendall趋势检验对4个流域年径流深、NDVI、降水量、潜在蒸散发和气温(1982—2015)的变化趋势进行了分析,运用多元经验模态分解(MEMD)量化了流域径流深与植被和气候因子在不同尺度上的相关性,并预测了年径流深,旨在研究喀斯特流域径流对植被和气候变化的多尺度响应。结果表明,径流深仅有红水河流域呈显著下降趋势(P0.05)。其中郁江流域径流深主要表征尺度为3年和5年,红水河流域径流深主要表征尺度为10年和22年,浔江和梧州流域径流深主要表征尺度为3年和22年。径流深与植被和气候因子的关系具有尺度依赖性,在不同尺度下,4个流域径流深与降水量和潜在蒸散发始终呈显著相关性(P0.05),而径流深与NDVI和气温的多尺度关系在某些表征尺度上并不显著。利用MEMD法对径流深的预测效果(R~2=0.81—0.86)要优于基于原始数据的多元逐步回归方法(R~2=0.69—0.78)。本研究可以为合理利用喀斯特流域水资源,促进流域社会经济可持续发展和生态环境保护提供科学依据。     

地表植被景观对PM2.5浓度空间分布的影响研究

我国当前城市日益频发的雾霾问题引发公众广泛关注,PM_2.5被认为是雾霾的主要成因。研究认为,在某一区域短时间尺度上（如日）,PM_2.5浓度主要受气象条件影响。但在较长时间尺度上（如季,年）,由于气象条件基本相似,则PM_2.5浓度主要受土地利用特别是地表植被景观的影响。如何耦合地表植被景观格局与PM_2.5浓度信息,定量分析其影响是当前相关科学研究的一个难点,需要引入新思路。首先基于季节气象条件基本相似的科学假设,采用土地利用回归模型分四季高精度模拟PM_2.5浓度空间分布。其次,采用像元二分模型分四季估算研究区植被覆盖度。在此基础上采用随机抽样法通过统计回归模型耦合植被覆盖度与PM_2.5空间分布,定量研究植被覆盖度对PM_2.5分布影响及其尺度效应。研究结果表明：1）植被覆盖度与PM_2.5浓度在本研究选择的空间尺度上,都显著负相关,说明植被覆盖度对PM_2.5具有显著影响;同一个季节不同尺度上,以及不同季节同一尺度上的植被覆盖度对PM_2.5浓度的影响存在一定差异。2）植被覆盖度对PM_2.5浓度的影响方式比较复杂,不同的季节的表现方式不同,总体来说PM_2.5浓度与植被覆盖度曲线回归模型的拟合度高于线性回归模型,说明植被覆盖度对PM_2.5的影响具有非线性特征。3）不同的PM_2.5浓度水平下,植被覆盖度对PM_2.5浓度的影响程度存在差异。PM_2.5浓度越高,植被覆盖度对其浓度的影响越明显。本研究提出的区域尺度耦合地表植被覆盖与PM_2.5浓度的思路与方法,有效的揭示了植被覆盖度对PM_2.5浓度分布的影响方式与尺度效应,为通过优化城市植被缓解大气污染提供一定参考。