夜行性蛾类功能与系统发育β多样性对草地和森林土地利用强度的响应机制

这篇研究通过标准化样本覆盖度和希尔数（Hill numbers）方法，揭示了中欧地区夜行性蛾类群落功能（FBD）和系统发育β多样性（PBD）对土地利用强度的非线性响应。研究发现常见种（q=1/q=2）在森林和草地中均呈现功能同质化趋势，而稀有种（q=0）在森林中表现出逆向响应；同时验证了体型缩小、翅载增加和体色变暗等性状筛选规律，为理解人类活动对生态功能的影响提供了多维度证据。

　　

研究背景

中欧地区经历了两阶段土地利用强化：森林转农业用地及管理集约化。尽管传统假设认为人类活动会导致群落同质化，但近期元分析（Keck et al. 2025）发现该效应存在显著异质性。本研究以德国三个生物多样性探索区的夜行性蛾类为模型，首次在标准化样本覆盖度框架下，同步评估功能（FBD）和系统发育β多样性（PBD）对复合土地利用指标的响应。

材料与方法

研究区域覆盖德国北部（Schorfheide-Chorin）、中部（Hainich-Dün）和西南部（Swabian Alb）的300个样地，采集455种宏蛾类71,367头标本。创新性采用：

1. 标准化指数：整合森林管理强度指数（ForMI）和草地利用指数（LUI）构建归一化土地利用值（nLIV）

2. 多维β多样性：基于iNEXT.beta3D包计算覆盖度标准化至90%的FBD/PBD，区分稀有种（q=0）、常见种（q=1）和优势种（q=2）

3. 性状分析：前翅长度（体型）、翅载（体宽²/翅面积）和RGB亮度值，分解为系统发育与特异性组分

主要发现

功能β多样性（FBD）

• 栖息地差异：森林FBD显著高于草地（q=1/q=2），反映森林结构复杂性对优势种功能分化的促进作用

• 强度梯度：常见/优势种在两类生境均显示线性下降，但森林稀有种FBD随强度增加而上升，与新增开阔生境特有种（如尺蛾科）的迁入有关

系统发育β多样性（PBD）

• 反向格局：草地PBD整体高于森林，支持"欧洲森林群落源于单一冰期避难所"假说（Blondel & Farré 1988）

• 谱系筛选：q=1/q=2森林群落呈现同质化，而q=0因针叶林引入的远缘物种（如卷蛾科）导致异质性增强

性状响应

1. 体型缩小：草地群落平均前翅长度比森林短15%（p<0.01），符合资源可利用性理论（Rosenzweig 1968）

2. 翅载增加：草地物种翅载高32%，与开阔生境飞行效率需求相关（Betts & Wootton 1988）

3. 体色变暗：草地RGB值降低0.2单位，特异性组分显示中间利用强度峰值，暗示紫外线防护与病原抗性的平衡选择

讨论启示

1. 方法论突破：样本覆盖度标准化揭示传统方法可能低估草地30%的采样偏差

2. 保护悖论：森林管理虽增加稀有种功能多样性（+18% q=0 FBD），但导致优势种功能冗余（-22% q=2 FBD）

3. 系统发育代偿：PBD与FBD强相关（r>0.7），证实鳞翅目性状保守性（Rainford et al. 2014），支持用分子数据预测生态功能

研究展望

建议未来研究：

• 扩展至其他营养级（如寄生蜂）

• 结合微气候数据解析体色变暗的驱动因子

• 开发整合q指数的景观管理评估工具