扩散模式对高阶相互作用物种共存机制的影响

物种共存机制是群落生态学研究的核心问题之一,但以成对物种间直接相互作用为主的传统共存理论,并未在实际群落中得到普遍证实。近年来,有研究表明,高阶相互作用,即一个物种对另一个物种的直接作用强度受到其他物种的间接影响,在群落竞争过程中的重要性不断得到发展。目前,对高阶相互作用的理论研究还主要集中在非空间理论模型。事实上,群落中个体的空间分布和扩散模式等对种群动态的影响均至关重要。故考虑空间因素,以三物种为例构建空间显式的群落动态模拟,通过引入不同的物种扩散模式,研究高阶相互作用对群落物种共存结果的影响。研究表明:(1)高阶相互作用可以促进也可能抑制物种共存,具体共存结果取决于高阶相互作用的方向、强度和分类;(2)当全部高阶相互作用都存在,且取值为正时,物种共存位置会发生偏移,原本生态位分化下共存的区域不再共存,而在生态位重叠度较高的区域,物种可以在更大范围的适合度差异下共存;(3)扩散模式对高阶相互作用的上述调节机制有一定的影响,且无论正高阶还是负高阶,当种群趋于局部扩散时,高阶相互作用的正向及负向调节效果均有所减弱。以上结论强调了在理论模型和实际保护工作中考虑相互作用网络的重要性,有助于进一步理解物种共存机制,能够为保护生物多样性提供理论依据。

竞争在物种共存中的作用

探寻物种共存的内在机制一直都是生物多样性研究的焦点,也因而出现了大量的理论和假说.通过分析发现,绝大多数物种共存理论和假说都与竞争理论有着紧密联系.为了揭示竞争在物种共存中的作用,对竞争的涵义、本质以及有关竞争理论的争论进行了详细的分析,并借助新的物种共存理论和假说与传统竞争理论之间的对比分析,对竞争在物种共存中的作用给予客观的评价.

稻田生态系统多个物种共存对病虫草害的控制

建立多个物种共存的农作模式、利用物种多样性控制有害生物是农业可持续发展的重要途径.本文综述了国内外稻田物种多样性利用模式的研究进展,论述了稻田多个物种共存对水稻病、虫、草的控制效果及作用机理.稻田系统多个物种共存模式如稻田养鱼模式、稻田养鸭模式、稻-萍-鱼或稻-萍-鸭模式等,对水稻纹枯病、稻飞虱、稻纵卷叶螟和杂草有显著的控制作用;稻田系统多个物种共存的另一类模式如水稻品种多样性混合种植、稻-茭白间作和稻-湿生作物间作等,可明显降低稻瘟病等病害的发生与流行.稻田多个物种共存模式对病虫草控制的效果和机理研究仍需要从作物、分子生物学和化学生态等方面做进一步的研究探讨.

应用碳、氮稳定同位素研究稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系

稳定碳、氮同位素比值分析技术是研究生态系统中物质循环与能量流动的有效技术。δ13C值常用来分析消费者食物来源,δ15N值常用来确定生物在食物网中的营养位置。应用稳定同位素技术分析了稻-鱼(R-F)和稻-鱼-鸭(R-F-D)两种稻作方式下,稻田多个物种共存的食物网结构和营养级关系。结果表明,R-F中SOM的δ13C值为(-27.7±0.3)‰,与R-F-D(-27.4±0.4)‰,相差不大;R-F中POM的1δ3C值为(-27.4±0.8)‰,低于稻鱼鸭共生田(-26.7±0.5)‰;δ15N值计算发现R-F内浮游动物的营养级位置在2.24±0.16,鱼的营养级位置在3.07±0.26,均高于其在R-F-D内的营养级。在R-F-D内,由于鸭的引入,和R-F相比,鱼的营养级降低为2.63±0.13。

生态群落物种共存的进化机制

本文概述了目前对生态群落的物种共存研究中存在的若干问题及动、植物群落物种共存机制的研究进展。植物群落的物种共存主要介绍与环境、种子再迁移、生态位分化、竞争平衡理论、种库假设、再生生态位等有关的几种假设、生态学上相似种的共存及“原”群落概念等。动物群落的物种共存机制主要从以下几方面叙述 :(1)异质环境中的资源分割 ,主要指动物斑状滋养的不同利用 ;(2 )避免竞争排斥的行为机制 ,如边缘效应、聚群效应、扩散行为、相互作用和干扰 ;(3)特化者和泛化者的共存 ,包括 :竞争是物种向多功能进化的作用力、最佳觅食理论与生态学特化及特化概念的发展。最后指出进一步研究的方向。

多物种共存系统中蜘蛛对稻虫的控制作用

运用二次通用旋转组合设计统计方法 ,选择稻田生态系统中天敌蜘蛛优势种拟水狼蛛 (Piratasubpirati cus)、粽管巢蛛 (Clubionajaponicola)、锥腹肖蛸蛛 (Tetragnathajaponica) 及水稻主要害虫褐飞虱 (Nilaparvatalu gens) 和稻赤斑沫蝉 (Callitettixversicolor) 组成多物种共存系统 ,探讨蜘蛛对稻虫的控制作用 ,分析天敌之间、害虫之间以及天敌与害虫之间的相互作用关系 ,获得了 6个天敌对害虫的捕食量模型。对模型进行主效分析表明 ,害虫密度的大小对天敌的总捕食量影响较大 ,其中又以褐飞虱对捕食量的影响最大。天敌中对捕食量作用最大的是拟水狼蛛 ,其次是锥腹肖蛸和粽管巢蛛。分析天敌间的交互作用表明 ,天敌个体大、活动能力强、生态位窄及其重叠值高、捕食量大 ,它们的种内种间干扰程度也大 ,特别是粽管巢蛛和锥腹肖蛸蛛各自的种内干扰、拟水狼蛛与粽管巢蛛的种间干扰作用十分明显。最后讨论了天敌蜘蛛能有效控制害虫的最大密度 。

数字高程模型在群落内物种共存研究中的应用——以神农架米心水青冈-曼青冈群落的地形模型建立为例

地形是环境异质性产生的原因之一。受技术条件的限制 ,以往研究中地形因子只能作为背景因子介入 ,无法分析地形的细微变化对植物分布格局的影响。该文将数字高程模型引入群落内物种多样性研究 ,以神农架米心水青冈 (Fagusengleriana)_曼青冈 (Cyclobalanopsisoxyodon)群落固定样地的地形分析为例 ,介绍DEM的建立及地形因素的提取。摸拟 0 .96hm2 样地的地形变化 ,发现样地总坡向为西偏北 30° ,总坡度为 4 0 .0 1° ,最大坡度为74 .6° ,最小坡度为 18.2° ,DEM的精度为 0 .4m。选择群落中 2 4种植物与坡度、坡向及坡位等地形因素进行相关分析 ,发现不同的种对地形变化的反应不同。该次研究中 ,DEM量化了地形数据 ,使之可以参与到生物多样性研究中 ,为在连续面上分析地形因素对群落内植物分布的影响提供了极大的便利。DEM在小尺度中应用的主要问题是原数据的采集 ,该次研究中的地形数据为人工野外测量 ,研究规模受到一定限制。

更新生态位及物种共存研究进展

更新生态位是一个新成熟个体成功代替另一个成熟个体所要求的可能生态位,是植物群落中物种共存的潜在机制和影响物种共存的关键因子;物种间能有效地分配生物和非生物资源而实现物种在时间和空间异质性的生境中共存;更新生态位分化表现为群落中共存物种间在较小时空尺度上的多种权衡;虽然共存物种间和种内个体竞争是森林群落物种共存的基本机制,但竞争和更新生态位分化并不矛盾,二者在不同的时空尺度上相互作用共同实现物种共存。

植物群落物种共存机制的研究进展

物种共存是由进化、历史及生态尺度上的过程决定的。现存的理论从不同的尺度探讨了植物群落物种共存的可能机制 ,本文阐述了其中几种重要的理论。种库理论在进化和历史尺度上解释了植物物种共存的形成原因。在生态尺度上 ,虽然传统的生态位理论受到质疑 ,但是更新生态位理论和资源比率 /异质性假说越来越受到重视 ;竞争共存理论认为具有相似竞争能力或能够避免竞争排斥的植物物种可以共存。在非平衡条件下 ,生物和非生物因素对植物物种共存也有显著影响 ,它们一方面作用于竞争优势种 ,使竞争优势向稀有种转移 ,另一方面可以创造生境时空异质性 ,为生态位分化提供机会。生态漂变学说认为群落中物种的组成不断变化 ,物种的共存和分布由随机因素决定。这些植物群落物种共存理论各有所长 ,互相补充。应用现代科学技术进行研究 。

寄生对集团内捕食系统中物种共存的影响

寄生可通过间接效应调节物种间相互作用强度,从而对生态系统中种群动态及物种共存产生重要影响。文章基于生态-传染病模型,考虑寄生对种内竞争的特征调节作用,探讨了物种共存对寄生调节的易感染者和已感染者种内竞争的响应。研究结果表明,不同特征调节下的竞争力对物种共存产生不同影响,其中寄生调节导致易感染者相对较强的种内竞争对物种共存起促进作用,而寄生调节引起的已感染种群相对弱的种内竞争则不利于物种共存。同时,不同特征调节下的共存区域差别明显,强类间竞争时,共存区域最大;弱类间竞争时,共存区域最小。

捕食者追捕与食饵逃逸对共位捕食系统中物种共存的影响

基于元胞自动机模型,探讨捕食者追捕和食饵逃逸两种行为对共位捕食系统中物种共存动态的影响.结果表明:捕食者追捕能够扩大物种共存区域,但食饵逃逸能否提高共位捕食系统中物种的共存取决于两物种竞争与捕食能力的相互权衡关系.在捕食者占绝对优势以及竞争与捕食之间存在弱权衡关系时,食饵逃逸能够促进两物种的共存;而在食饵占有绝对优势以及两物种间强权衡关系时,食饵逃逸则使得物种共存变得更加困难.另外,模拟结果显示,捕食者追捕与食饵逃逸对物种共存与种群密度产生不对称性效应:捕食者追捕对系统产生的影响较食饵逃逸行为更为显著.

近自然经营对黔中地区马尾松灌草群落多样性及物种共存的影响

马尾松是我国低山丘陵地区造林的主要用材树种之一,近自然经营是人工林管理的一种有效途径,也是马尾松人工林生态经营的关键技术。为探究近自然经营对马尾松人工林林下物种多样性及共存的影响,研究选取中龄林间伐和近熟林择伐的近自然经营马尾松人工林为对象,通过样地调查、多样性对比及模型拟合等方法探究近自然经营对马尾松人工林林下灌木、草本群落多样性格局及潜在生态过程的影响。结果表明,近自然经营8年后,灌木、草本群落α物种多样性变化显著。灌木群落的物种组成与经营前差异明显,物种共存机制由生态位向中性过程逐渐转化;近自然经营对草本群落的物种组成和物种共存机制无显著影响,地域差异对物种组成及物种共存影响更大。

叶片病原真菌对植物物种共存的影响:进展与挑战

群落内物种如何共存是群落生态学研究中最具争议的核心问题之一。根据当代物种共存理论框架,维持物种共存的机制可以分为稳定化和均等化机制。尽管植物叶片病原真菌在自然界中大量存在,但是目前尚不完全清楚叶片病原真菌如何通过稳定化和均等化机制影响物种共存。本文首先介绍了叶片病原真菌驱动同种负密度制约(稳定化机制)和“生长-防御”权衡(均等化机制)促进物种共存的证据,并阐述了在群落水平抑制叶片病原真菌后物种丰富度的变化。随后,本文归纳了该领域研究中的主要挑战:叶片病原真菌在驱动物种共存过程中相较于环境因子的可能重要性更低、部分叶片病原真菌较弱的宿主专一性无法起到维持物种共存的作用,以及控制叶片病原真菌过程中各种方法均有一定局限性等问题。最后,本文论述了该研究领域未来的主要方向:不同土壤养分/气候变化条件下叶片病原真菌如何影响物种共存、叶片病原真菌与其他高营养层次生物类群的交互作用及其对物种共存的贡献、基于系统发育推断叶片病原真菌对植物群落构建的影响、将叶片病原真菌生活史类型纳入病原真菌影响植物物种共存的相关研究中。

共存物种差异对豆科-非豆科微斑块上植物碳氮含量的影响

微斑块不仅是草地退化程度的重要表征,也是实施草地管理的主要信息库。在青藏高原高寒草原生态系统中,共存物种差异如何影响微斑块上植物碳氮元素有待研究。本研究分别测定了单生(只有一个物种)和混生(两种植物共存)微斑块上植物全株的碳氮含量,还测定了植物全株^(15)N同位素丰度(atom%^(15)N),以期分析共存物种多样性是否会引起豆科植物生物固氮差异。结果表明:1)豆科植物全碳(TC)(F=8.121,P<0.01)、全氮(TN)(F=45.001,P<0.01)和atom%^(15)N(F=6.460,P<0.01)种间差异均极显著,共存的非豆科植物物种差异对豆科植物TC(F=0.708,P>0.05)、TN(F=0.131,P>0.05)、atom%^(15)N(F=0.271,P>0.05)均无影响。2)非豆科植物TC(F=6.883,P<0.01)、TN(F=9.791,P<0.01)和atom%^(15)N(F=5.067,P<0.01)种间差异均极显著,且非豆科植物TN对共存豆科植物的响应存在物种特异性(F=3.840,P<0.05)。3)与单生状态相比,混生微斑块上豆科植物TC、TN、atom%^(15)N变化均不显著(P>0.05);非豆科植物atom%^(15)N极显著降低(P<0.01),TN极显著升高(P<0.01)。豆科植物TC、TN和atom%^(15)N较稳定,未受到共存非豆科植物物种的显著影响;与豆科植物共存于微斑块后,非豆科植物TN升高极显著。研究结果认为豆科植物固氮能力主要取决于物种类别且与共存非豆科植物无关;混生微斑块上非豆科植物会因氮转移而获益;物种共存对微斑块上植物全株碳氮元素的影响具有物种特异性。

在建造与非建造之间——面向物种共存、物质循环和传统生态知识的跨学科设计方法

近代人居环境建设通常强调静态的建成效果和即时效用,因此相似的设计流程不可避免地加速了建成环境的同质化进程。由于资本主义的控制倾向和对效率的追逐,这些设计过程会优先考虑某些特定的文化,而忽略当地特有的知识或生活方式。为了应对不断加剧的、包括全球气候挑战和环境不平等在内的诸多压力,设计领域提出将设计从静态模式向响应模式转变,使之融入自然的转变之中。“飞来农场”位于美国内华达州半干旱的干盐湖地区,地处偏远,但工业活动纵横交错;气候条件较为极端,但自然界生命力旺盛,当地文化传统而丰富。在很长一段历史里,飞来农场所在的布莱克罗克沙漠区域一直由原住民管理,直至1843年欧洲殖民者的到来开启了暴力冲突和土地侵占的历史。此后不断升级的农业和巨型重工业活动从根本上改变了该地区的生态。针对这些矛盾,将在飞来农场建造的项目“寄宿者”(Lodgers)中提出以“非建造”的途径来代替以人为中心的建筑和景观设计,通过寻求跨学科的设计方式解决该地区的土地侵占和环境退化问题。寄宿者项目提出了三种挑战当代建筑实践的关键方法:首先,优先考虑包括人类在内的所有动植物物种的福祉,并创造物种共存空间;其次,利用当地或周边的建筑资源,尽量减少浪费,保持生态平衡,重塑物质循环周期。最后,将传统生态知识与当代建筑实践相结合,通过采用低技建造方式来鼓励社区参与。随着试点项目进入建设阶段,作者批判性地反思了当代建筑实践和设计过程,并探讨了“非建造”途径在应对气候挑战时的重要意义。

荒漠草原“土岛”生境群落物种共存机制

经过长期破碎化,荒漠草原原生硬质灰钙土斑块散布在广大沙化土地中,形成类似"土岛"的土被结构。为揭示土岛生境的群落物种共存机制,2016年在宁夏盐池县皖记沟村选取大(200–300 m^2)、中(约100 m^2)、小(约50 m^2)土岛各3个开展调查,采用Jaccard相异系数、物种生态位宽度和生态位重叠度、零模型、Meta分析,综合计算和分析土岛内部与外部植物群落相似性、物种生态位宽度和生态位重叠、物种共存格局及其影响因子。研究发现,(1)随着破碎化加剧,土岛内部植物多样性整体呈现下降趋势,群落优势种从短花针茅(Stipa breviflora)转变为猪毛蒿(Artemisia scoparia)和短花针茅共优种,土岛内外群落相似性增加。(2)土岛内外绝大多数物种生态位重叠较小,生态位重叠在土岛内呈集中分布,而土岛外则呈均匀发散分布。(3)环境过滤为主的生态过程决定了土岛生境群落物种的共存格局,随着土岛面积减小,环境因子对群落物种共存的调控强度降低,关键性环境因子由土壤细砂粒和黏粒转变为粗砂粒,显著性竞争物种共存格局在小岛出现。综上所述,土岛生境对于维持草原物种具有重要作用,环境过滤主导了荒漠草原物种共存格局。随着生境破碎化加剧或土岛面积减小,物种共存格局及其调控因子发生转变。保护面积在200 m^2以上的大土岛对于恢复荒漠草原区草原成分种和其物种多样性机制都十分必要。

传统农业区稻田多个物种共存对病虫草害的生态控制效应——以贵州省从江县为例

本文运用半试验与调查相结合的方法,以贵州省从江县传统农业地区的糯稻和杂交稻为例,研究了传统品种和现代品种在水稻单作(R)、稻-鱼(R-F)和稻-鱼-鸭(R-F-D)3种不同稻作方式下,稻田多个物种共存对稻田生态系统主要病虫草害及蜘蛛的影响。结果表明,就水稻品种而言,糯稻在3种稻作方式下的抑制杂草能力均优于杂交稻,糯稻田与杂交稻田的稻飞虱虫量、稻纵卷叶螟虫量以及蜘蛛量差异不显著,杂交稻在3种稻作方式下的抗稻瘟病能力显著高于糯稻。就稻作方式而言,R-F-D显著降低了田间杂草的发生密度,对稻田杂草鸭舌草(Monochoria vaginalis)、节节菜(Rotala indica)等的抑制效果达到100%,总体抑制效果显著优于其它的稻作方式;R-F-D系统的稻飞虱、稻纵卷叶螟虫量较水稻单作明显减少;R-F系统的蜘蛛数量最高;R-F-D系统的抗稻瘟病性最好。

植物物候是否能解释物种共存:以浙江古田山亚热带常绿阔叶林为例

了解物种共存机制一直是生态学领域的研究热点.传统的生态位理论认为,植物通过生态位分化降低对资源的竞争,达到物种共存的目的.然而,对于亚热带地区植物是否可以通过时间生态位的分化(如物候期的分化)以促进物种共存却鲜有报道.本文以位于中国东部地区的古田山亚热带常绿阔叶林为例,利用古田山24 ha样地内102种木本植物2012~2017年间的繁殖物候数据,分析了种间的物候期分化.结果表明,各个物种的开花物候与结实物候都存在时间生态位上的分化.物种间的首花期差异程度大于首果期,开花持续期的差异程度小于结实持续期.不同功能群的物种间物候期存在差异:乔木的首花期显著早于灌木,但首果期晚于灌木;风媒树种的首花期早于虫媒树种,且差异显著;肉果型树种的首果期显著早于干果型树种.该研究结果表明,植物物候存在时间生态位上的分化,以此减小种间对资源(如传粉者和种子传播者)的竞争,从而促进群落物种共存.从物候角度研究时间生态位的分化,有助于丰富关于当代物种共存机制的研究.

基于生态位分化的塔里木河下游植物种群分布格局与共存机制

对植物种群的格局与共存的研究有助于了解当前各物种的生态适应性,能够对植物种群在相应环境中群落构建的作用与生物多样性维持做出合理性的评价。结合塔里木河下游4个监测断面22个样地的调查结果,应用扩散系数(DI)、t检验、聚集系数(CI)、平均拥挤度(m*)、聚集强度负二项参数(K)、Levins指数与Schoener指数综合分析不同区域的植物种群分布格局与共存机制。结果表明,(1)塔里木河下游85.71%的植物种群呈聚集分布的格局;(2)当前塔里木河下游不同植物类型对资源的竞争能力排序为灌木>乔木>草本,其中柽柳在当前的植物群落中占有较大的优势,其次是黑果枸杞、胡杨与骆驼刺,均属塔里木河下游的的泛化物种;(3)植物群落内存在较为普遍的竞争关系,但竞争程度并不激烈,受到环境过滤作用后的植物种群生态适应性差异较小,存在共享资源位的情况且能长期共存。由此推测,塔里木河下游植物群落正处于演替过程中较为稳定的阶段,但尚未形成成熟稳定等级的植物群落。

吉林珲春保护区哺乳动物种间冷暖季空间共存关系的研究

群落中多物种的共存是群落生态学研究的核心内容之一。为探索生物群落中物种共存机理,本研究于2016年4月至2017年4月在吉林珲春东北虎国家级自然保护区内应用自动相机技术共设置54个相机样点进行哺乳动物类群的监测,并采用占域模型( occupancy model )分析自然保护区内同域分布的哺乳动物类群冷暖季物种间空间共存关系。研究结果表明,在捕食关系中,虎-马鹿、虎-野猪、豹-马鹿、豹-野猪、豹猫-松鼠、黄喉貂-东北兔、黄鼬-松鼠等物种对在暖季比冷季的物种互作因子( SIF ,species interaction factor )值显著上升;在竞争关系中,肉食动物物种对中的豹-豹猫、豹-黄鼬和赤狐-豹猫等的 SIF 值在暖季比冷季显著下降,草食动物物种对中的马鹿-野猪、马鹿-梅花鹿、野猪-梅花鹿和野猪-东北兔在暖季的 SIF 值比冷季显著上升。研究显示,珲春保护区内的哺乳动物空间共存关系在冷暖季间有着显著变化,肉食动物物种间多为在暖季 SIF 值较大,互作强度较强,趋向于空间分布上的重合,草食动物则多为在冷季中显现出这样的趋势。