热带森林蜘蛛群落海拔梯度下的生境内β多样性变化及其功能特征研究

《African Journal of Ecology》：Within-Habitat β Diversity Increases With Elevation in Tropical Forest Spider Assemblages

本研究通过系统调查坦桑尼亚Udzungwa山脉三个海拔梯度的蜘蛛群落，揭示了生境内β多样性（βTD）随海拔升高而增加的现象，并发现功能性状（如体型大小、气球飞行频率）与海拔变化显著相关。该研究为理解热带山地群落构建机制提供了新视角，强调保护山区生境连通性对维持特有物种的重要性。

　　

引言

山地生态系统长期以来被视为研究环境变异和地理距离对物种群落相似性衰减（distance-decay）效应的理想场所。然而，当前研究多聚焦于区域尺度，对同一生境内（即环境与生物特征相似、空间相连的局部区域）的群落变化机制仍知之甚少。本研究以坦桑尼亚Udzungwa山脉热带森林蜘蛛群落为对象，通过标准化采样设计，旨在揭示海拔梯度下生境内β多样性的变化规律及其功能性状的响应机制。

研究方法

研究区域位于Udzungwa山脉国家公园及自然森林保护区，选取低海拔（650–708 m）、中海拔（908–1006 m）和高海拔（1448–1552 m）三个梯度，每个梯度设置5个50 m×50 m样方，水平距离覆盖0.1 km至175 km。采用COBRA-TF标准化协议对蜘蛛群落进行采样，共收集40,613号个体，鉴定为631种（含形态种）。功能性状数据涵盖16个特征，包括体型指标（前体宽度、附肢比例）、捕食策略（网类型、狩猎方式）及扩散能力（气球飞行频率）等，通过Gower距离构建功能差异矩阵。数据分析包括β多样性分解（β_Tot = β_Rep + β_Ric）、距离衰减模型（幂律模型）、功能α多样性（丰富度、均匀度、离散度）及群落加权均值（CWM）检验。

研究结果

1. 1.
   α功能多样性：功能均匀度随海拔呈现非线性变化（中海拔最低），而功能丰富度与离散度无显著海拔差异。中海拔样方功能丰富度普遍低于预期，功能冗余系数（R与R_star）在各海拔均保持较高水平（0.71–0.99）。
2. 2.
   β多样性格局：生境内β_Tot和β_Rep随海拔升高而增加，且距离衰减斜率在高海拔更陡峭（例如 taxonomic β_Tot斜率：低海拔0.117→高海拔0.142）。β_Rep始终主导β多样性变化（占比显著高于β_Ric），表明物种替换是群落差异的主因。
3. 3.
   功能性状响应：高海拔群落蜘蛛体型（前体宽度）显著减小（ abundance-based CWM, p=0.01），而相对螯牙长度增加（p=0.007）。气球飞行频率在低海拔群落中更高（incidence-based CWM, p=0.02），支持“天空岛屿”效应下的扩散限制假说。

讨论

分类β多样性海拔格局：高海拔生境隔离性强及面积缩减可能限制蜘蛛扩散，导致β_Tot和β_Rep的显著距离衰减。植被结构复杂性或微气候异质性进一步加剧群落分化，但需三维生境数据验证。

功能β多样性驱动机制：功能β多样性与分类β多样性同步升高，但功能冗余普遍存在，排除了生态位饱和假说。生境结构（如植被三维特征）可能通过资源分配影响功能性状分布。

β多样性组分分解：β_Rep的主导性表明中性过程（扩散限制）与生态位过程（环境过滤）共同作用，而物种数稳定（各海拔物种数接近）支持生境过滤的弱效应。

功能性状生态意义：体型缩小符合温度-代谢限制假说；螯牙比例增加可能反映对高速猎物的适应或体型缩放规律；气球飞行频率降低印证了孤立生境中扩散风险的权衡策略。

保护管理启示

Udzungwa山脉蜘蛛群落呈现高β多样性与大量稀有物种共存的特征，提示山区生境是特有物种的避难所。建议扩大国家公园范围（特别是向南延伸），以增强生境连通性，提升低海拔稀有物种的气候变化抵御能力。保护策略应注重微小生境单元的整合，通过有限面积扩张实现多样性效益最大化。

总结

本研究首次系统揭示热带森林蜘蛛群落在海拔梯度下的生境内β多样性变化规律，阐明功能性状对环境筛选与扩散限制的响应机制，为山地生物多样性保护提供了理论与实证基础。