惊!大西洋森林生物多样性热点地区,栖息地丧失后小型哺乳动物群落竟出现非线性同质化现象

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:Biological Conservation 4.9

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  为探究栖息地丧失对 β 多样性(beta diversity)的影响及是否存在阈值问题,研究人员以大西洋森林小型哺乳动物群落为研究对象,运用广义相异模型(GDM)等方法。结果发现森林覆盖是影响 β 多样性及周转(turnover)的重要因素,存在 20% 森林覆盖阈值,该研究可为保护举措提供指导。

  在地球的生态大舞台上,栖息地丧失就像一场破坏力巨大的风暴,无情地席卷着各个生态系统,对生物多样性造成了严重的冲击。长久以来,大量研究已经确凿地证实,栖息地丧失会给当地(α 多样性,alpha diversity)和区域(γ 多样性,gamma diversity)的物种丰富度带来负面影响,而保护或恢复栖息地则能起到积极的促进作用。然而,栖息地丧失对 β 多样性(beta diversity)的影响却如同神秘的谜题,充满了不确定性。
β 多样性作为衡量生物多样性的关键指标之一,是由周转(turnover)和嵌套性(nestedness)这两个复杂且相互补充的生态过程共同塑造的。周转是指由于基于生态位的过程(如环境过滤和生物相互作用)以及随机过程(如偶然定居和随机物种丧失),一些物种被其他物种所替代的现象。而嵌套性则是指物种较少的群落是物种丰富群落的子集,通常是由于非随机的物种丧失导致的,比如栖息地丧失、气候变化等景观改变,会影响物种在不同地点的定居和灭绝,进而改变环境中资源的空间分布。

以往研究发现,栖息地丧失对 β 多样性的影响结果不一,全球范围内,许多分类群在栖息地丧失后 β 多样性下降,呈现生物同质化现象;但也有部分情况显示 β 多样性增加,即生物异质化。此外,是否存在像 Andrén 在 1994 年提出的 10 - 30% 栖息地数量阈值,这一阈值是否也适用于 β 多样性,同样是未解之谜。此前针对 α 和 γ 多样性与栖息地丧失关系的研究发现了非线性变化及阈值,但针对 β 多样性的此类研究却寥寥无几。

为了揭开这些谜题,来自国外的研究人员(未明确具体研究机构)将目光聚焦于大西洋森林生物多样性热点地区的小型哺乳动物群落。他们以该地区为研究阵地,开展了一项意义重大的研究。

研究人员收集了 30 个采样点、跨度 10 年的非飞行小型哺乳动物的综合实证数据集,这些采样点位于大西洋森林的 Macacu 河流域,这一数据集也是目前碎片化大西洋森林地区最大的数据集之一。在研究过程中,研究人员运用了广义相异模型(GDM)这一强大的分析工具。GDM 是一种基于矩阵回归的方法,能够很好地处理生态数据中常见的非线性关系,从而量化 β 多样性沿栖息地数量梯度的变化,并检测潜在的阈值。同时,研究人员还控制了空间和方法学因素(如斑块大小、栖息地结构和采样年份的差异)以及地理距离,以确保研究结果的准确性。

研究结果显示,小型哺乳动物群落的 β 多样性模式主要由周转而非嵌套性主导,这与以往大多数在低纬度陆地环境中的研究结果相符。森林覆盖是影响总 β 多样性和周转的重要驱动因素,但对嵌套性影响不显著。通过 GDM 分析,研究人员发现总 β 多样性和周转存在 20% 的森林覆盖阈值,当森林覆盖低于这一阈值时,群落组成变化很小,这表明出现了生物同质化现象。此外,研究人员还采用了一种更传统的分类测试方法进行验证,结果显示低森林覆盖(<20%)地区的多站点周转显著低于中等(20 - 60%)和高森林覆盖(>60%)地区,进一步证实了上述结论。

这项研究成果发表在《Biological Conservation》上,具有极其重要的意义。它首次揭示了大西洋森林生物多样性热点地区小型哺乳动物群落随栖息地丧失的非线性生物同质化现象,明确了 20% 的森林覆盖阈值,为保护生物多样性提供了关键的科学依据。这一发现警示人们,为了维持生物多样性丰富的群落,在景观规划和保护工作中,需要确保森林覆盖保持在 20% 以上。

在研究方法方面,研究人员主要运用了以下关键技术:一是长期的野外实地采样,在 Macacu 河流域的 30 个森林站点进行非飞行小型哺乳动物样本采集,跨度达 10 年,获取了丰富的原始数据;二是采用广义相异模型(GDM),对 β 多样性与森林覆盖等因素之间的关系进行建模分析,以探究栖息地丧失对 β 多样性的影响及潜在阈值;三是运用传统的分类测试方法,对比不同森林覆盖程度站点间的 β 多样性,验证 GDM 分析结果的可靠性 。

研究结果部分:

  • 物种记录与群落组成:研究共记录了 16 种本地物种(不包括 A. cursor 和 D. aurita),每个站点的物种丰富度在 1 - 7 种之间(森林碎片 FF 中为 1 - 7 种,连续森林片段 CFS 中为 4 - 7 种)。小型哺乳动物集合群落由 9 种啮齿动物(如 Euryoryzomys russatus、Nectomys squamipes 等)和 7 种有袋动物(如 Caluromys philander 等)组成。
  • β 多样性的主导因素及与森林覆盖的关系:β 多样性模式主要由周转驱动,而非嵌套性。森林覆盖对总 β 多样性和周转有重要影响,但对嵌套性影响不明显。通过 GDM 分析,发现总 β 多样性和周转存在 20% 的森林覆盖阈值,低于该阈值时群落组成变化较小,表明出现生物同质化现象。传统分类测试方法也证实,低森林覆盖(<20%)地区的多站点周转显著低于中等(20 - 60%)和高森林覆盖(>60%)地区。

研究结论和讨论部分强调,该研究明确了森林覆盖在小型哺乳动物群落 β 多样性中的关键作用,发现的 20% 森林覆盖阈值对于生物多样性保护具有重要指导意义。这一研究成果为后续的生态保护工作提供了重要参考,提醒人们在进行土地利用规划和保护决策时,要充分考虑森林覆盖对生物多样性的影响,采取有效措施维持适宜的森林覆盖比例,以保护生物多样性,维护生态平衡。

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