云南澜沧江水生昆虫物种多样性和功能多样性海拔格局 ——气候和土地利用的影响

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lxqandhd
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物种多样性和功能多样性海拔格局受不同空间尺度多重生态学过程的影响,对人类干扰和自然梯度的响应敏感,研究物种多样性和功能多样性海拔格局,是了解生物多样性空间分布现状、揭示多样性维持和变化机制的重要途径。气候和土地利用是沿海拔梯度下影响物种多样性和功能多样性的重要环境因子,解析气候和土地利用对物种多样性和功能多样性的影响,对预测全球变化对生物群落结构的影响至关重要。当前对水生昆虫物种多样性和功能多样性海拔格局及其尺度依赖性的研究仍缺乏较深入的认识,对气候和土地利用因子对水生昆虫物种多样性和功能多样性的综合影响缺乏全面理解。本研究基于2013-2018年在云南澜沧江流域500-3,900m海拔梯度共149个溪流点位的水生昆虫数据,采用随机森林模型(randomforest)明确了影响研究区域水生昆虫物种多样性和功能多样性的重要人类干扰和自然梯度;采用线性(linear model)或二次回归模型(quadratic model)分析了不同空间尺度下物种多样性和功能多样性的海拔格局差异性;构建广义可加模型(generalized additive model)定量解析气候和土地利用因子对物种多样性和功能多样性交互作用影响。主要研究结果如下:(1)共采集水生昆虫277个分类单元,隶属10目102科,其中双翅目、鞘翅目、蜉蝣目和毛翅目为丰富度较高的优势类群。(2)随机森林结果表明,人为干扰和自然梯度对物种丰富度、Simspon多样性、物种均匀度、dbFD指数、RaoQ指数和FEve指数变化的模型解释量分别为40.7%、19.5%、21.1%、43.8%、20.1%和15.0%。物种丰富度和dbFD指数与森林用地百分比和鹅卵石含量百分比呈正相关关系,与年平均气温、气温年较差和总氮含量呈负相关关系;Simpson多样性和RaoQ指数与森林用地百分比呈正相关关系,与总磷含量呈负相关关系,与纬度呈弱负相关关系;物种均匀度与年平均降水量呈正相关关系,与总磷含量呈负相关关系,在一定区间阈值内与水温和高锰酸盐含量呈正相关关系;FEve指数随气温年较差的增加呈先上升后下降的波动趋势,与泥沙含量百分比、年平均气温和溪深呈正相关关系,在0-5m的溪宽阈值内,与溪宽呈负相关关系。(3)线性或二次回归结果表明,在局部尺度,物种丰富度和dbFD指数沿海拔梯度均无显著分布特征,Simpson多样性、RaoQ指数、物种均匀度和FEve指数沿海拔梯度呈现U型或者单调递减趋势。在区域尺度,随着区域海拔带宽度的增加,物种丰富度沿海拔呈不显著的单调递减格局,但dbFD指数沿海拔梯度由U型转变为单调递减趋;Simpson多样性和RaoQ指数沿海拔梯度由显著U型趋势转变为无明显分布特征;物种均匀度沿海拔梯度无显著分布特征,但FEve指数呈显著增加的海拔格局。(4)广义可加模型结果表明,气候和土地利用交互作用模型对物种多样性和功能多样性指数的偏差解释量高于单一气候因子、单一土地利用因子和气候和土地利用累加作用模型对物种多样性和功能多样性变化的偏差解释量。功能多样性对气候和土地利用因子单独或综合作用影响的响应与物种多样性存在显著差异,表明云南澜沧江流域水生昆虫群落功能多样性是评估该区域生物多样性变化的重要组成,对全面理解群落组成对气候和土地利用变化的响应具有重要意义。综合以上研究结果,水生昆虫物种多样性和功能多样性对人类干扰和自然梯度的响应敏感;物种多样性和功能多样性海拔格局存在局部和区域尺度的空间差异,但区域尺度物种多样性和功能多样性海拔格局随区域海拔带宽度的增加存在一定程度的一致性;气候和土地利用对物种多样性和功能多样性并非简单的单因子驱动机制,存在显著交互作用影响。本研究系统分析了澜沧江流域云南段的水生昆虫数据,明确了研究区域物种多样性和功能多样性空间分布特征,探索了影响物种多样性和功能多样性的主要环境因子;比较了局部和区域尺度的物种多样性和功能多样性沿海拔梯度分布格局,探讨了水生昆虫物种多样性和功能多样性沿海拔梯度变化的空间尺度依赖性;定量解析了气候和土地利用因子对生物多样性指数的相对作用,分析了气候和土地利用累加作用和交互作用对澜沧江流域水生昆虫物种多样性和功能多样性的影响。研究结果有助于全面理解生物多样性对环境变化的响应,加强对空间尺度效应影响生物多样性空间海拔格局的理解,为了解云南澜沧江流域生物多样性现状及制定生物多样性保护策略提供重要基础,为深入揭示和预测气候变化和人类活动对区域乃至全球生物多样性的影响提供数据积累和研究支撑。
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