地形、气候、土地覆盖和生物多样性：利用机器学习解释地中海岛屿上的特有物种丰富度

《Ecological Informatics》：Topography, climate, land cover, and biodiversity: Explaining endemic richness on a Mediterranean island with machine learning

内生植物多样性驱动机制与保护策略研究——以克里特岛为例。通过人工神经网络模型分析，揭示地形复杂性和气候变异性是影响内生物种丰富度的首要因素，总物种丰富度作为代理指标存在局限性。研究指出山地和气候多变区域应成为保护优先级，需整合生态系统服务评估和空间异质性考量。

　　岛屿特有物种的丰富度是由多种复杂的环境、生态和进化因素相互作用塑造的，但地形、气候和土地覆盖等具体因素的相对贡献尚未完全量化。为了探讨这些驱动因素如何影响克里特岛的特有植物丰富度，我们采用了一种空间显式的方法，结合了物种分布数据、地形复杂性、气候变异性、土地覆盖以及土壤特性等信息。通过使用人工神经网络（ANN）模型这一机器学习工具，我们评估了这些预测因子的重要性，并识别了特有物种分布的热点区域。研究发现，总物种丰富度、海拔范围和气候变异性是特有物种丰富度最强的预测因子，这反映了生物多样性、地形异质性和气候梯度在创造多样化的栖息地和微避难所方面的作用，从而促进物种形成并降低灭绝风险。然而，特有物种热点区域仅部分与高总物种丰富度区域重叠，这表明总物种丰富度虽然在所有研究中表现最佳，但仍然是特有物种丰富度的不完美替代指标。

克里特岛作为地中海生物多样性热点地区之一，其特有物种的分布与环境异质性密切相关。特有物种往往局限于特定区域，因此它们在生态和进化过程中的独特性使其成为特别关注的对象。特有物种的存在不仅体现了岛屿生态系统的独特性，还对生态系统服务（如授粉、土壤稳定、水调节和养分循环）以及文化价值具有重要意义。然而，这些特有物种的生存环境正面临日益严重的威胁，包括旅游业、可再生能源开发、土地利用变化以及气候变化等人类活动的影响。因此，保护这些特有物种及其栖息地对于维持生态系统的完整性和人类福祉至关重要。

本研究的目的是通过综合分析多种环境变量，为克里特岛的生物多样性保护提供科学依据。研究团队使用了克里特岛的植物分布数据，结合地形、气候、土地覆盖和土壤等信息，构建了一个机器学习模型来识别影响特有物种丰富度的关键因素。通过这一方法，研究团队能够区分不同变量对特有物种分布的独立影响，并揭示其与整体生物多样性之间的关系。研究结果表明，虽然总物种丰富度对特有物种的分布有显著影响，但地形复杂性和气候变异性在塑造特有物种丰富度方面起到了更为关键的作用。这表明，地形异质性和气候多样性不仅促进了物种形成，还为特有物种提供了缓冲灭绝风险的微环境。

此外，研究还发现，特有物种的分布与土地覆盖和土壤特性之间存在一定的联系，但其影响力较弱。土地覆盖的多样性对特有物种的丰富度有一定贡献，而土壤类型的多样性则在一定程度上影响了特有物种的分布。然而，与地形和气候相比，土地覆盖和土壤的作用相对较小，且其影响更多体现在栖息地的异质性上，而非特定类型。这表明，虽然土地覆盖和土壤在生态系统服务的提供中扮演重要角色，但它们在特有物种的形成和维持中并非主导因素。

在讨论部分，研究团队进一步探讨了这些结果对生态系统服务和生物多样性管理的潜在影响。克里特岛的特有植物不仅在维持生态平衡方面发挥重要作用，还对当地的文化和经济具有深远影响。例如，许多特有植物被用于传统医药、蜂蜜生产和精油提取，这些生态系统服务对于当地社区的生计至关重要。同时，特有植物在维持土壤稳定、调节微气候以及支持特定授粉者等方面也具有不可替代的价值。然而，这些生态系统服务正受到多重威胁，包括过度放牧、火灾、入侵物种以及气候变化等。因此，保护特有植物不仅是维护生物多样性的需要，也是确保生态系统服务持续提供的关键。

本研究的结果对克里特岛及地中海其他岛屿的生物多样性保护和政策制定具有重要的指导意义。研究建议，应优先保护地形复杂和气候多变的地区，因为这些区域不仅支持独特的物种，还提供了关键的生态系统服务。同时，管理策略应考虑到岛屿内部的空间异质性，避免仅依赖总物种丰富度作为特有物种保护的替代指标。此外，政策制定者需要采取措施应对旅游业、可再生能源开发和土地利用变化等新兴威胁，确保栖息地保护与可持续发展之间的平衡。研究还强调了与岛屿利益相关者进行沟通的重要性，以更好地理解土地利用、气候变化与生物多样性之间的关系。

尽管本研究提供了有价值的见解，但仍存在一些局限性。环境变量之间的相关性，特别是海拔和气候变量之间的高度相关性，可能会掩盖某些变量的独立影响。此外，土地覆盖和土壤数据的分辨率较低，可能低估了它们对特有物种分布的影响。研究还未能全面考虑生物相互作用，如竞争、植食性和入侵物种等，这些因素在生态系统中起着重要作用，但难以在大尺度上量化。因此，未来的研究应结合更高分辨率的环境数据、多种生物多样性维度以及物种特异性响应，以更准确地预测特有物种在气候变化背景下的存续情况。

总的来说，本研究揭示了克里特岛特有植物丰富度与环境因素之间的复杂关系，强调了地形复杂性和气候变异性在促进物种形成和维持生态平衡中的关键作用。研究结果不仅有助于制定基于证据的保护政策，还为理解岛屿生态系统的独特性和脆弱性提供了新的视角。通过识别特有物种分布的热点区域，研究为保护和管理这些特殊生态系统提供了科学依据，同时也提醒人们关注这些区域面临的多重威胁，以确保其长期生态功能的维持。