物种多样性对栖息地毁坏时空异质性的响应机制研究

【摘要】：生境丧失和破碎化是生物多样性丧失的主要原因，并得到了广泛的关注。在过去的200年里，生境毁坏和物种灭绝的速度已经达到了史上最大。生境毁坏的日益增长使得生态系统对生境毁坏响应的研究愈显重要，并从理论和实践中得到快速的发展。尽管国内外利用集合种群模型大量模拟了生境毁坏对物种多样性的影响。并取得了显著成果。但该类研究，无论是空间隐含模式或者是空间显含模式，主要开展的是人类活动所引起的瞬间毁坏对物种灭绝和集合种群动态的影响，而没有综合地考虑生境毁坏的时间异质性、空间异质性和时空异质性，并且没有一个统一的物种多样性指数来研究物种多样性对生境毁坏的响应。尽管已有研究揭示出物种灭绝与生境毁坏有一定联系，然而并不能从机制上来研究物种灭绝究竟是由生境毁坏还是竞争引起。因此，本文通过修改Tilman的多物种竞争共存模式，提出了一个普适的多物种竞争共存的非自治动力模型，模拟了不同性质和不同速度生境毁坏时间异质性对物种多样性的影响；并将元胞自动机与分形相结合模拟了物种多样性对生境毁坏空间异质性和时空异质性的响应；在上述研究基础上，用香农多样性指数来综合研究物种多样性对生境毁坏时空异质性的响应；同时，在元胞自动机模拟基础上，研究了生境毁坏直接效应，间接效应和竞争效应在生境毁坏时空异质性的影响下，对物种灭绝的影响。通过以上研究，得出了以下几个主要结论： 1)在生境毁坏下，除了存在强物种由强到弱的灭绝机制外，同样也存在弱物种由弱到强的灭绝机制。同时，弱物种灭绝机制可以分为两种。一种是弱物种瞬间集体灭绝，还有一种就是弱物种较长时间由弱到强的灭绝。在考虑空间因素下，物种灭绝也分为强物种灭绝和弱物种灭绝，但是物种灭绝债务比较大，并且只有随机毁坏下，物种多样性的响应特征与空间隐含模式下的相似。因此，物种灭绝的先后顺序不仅受集合种群结构的影响，还受生境毁坏时空异质性的影响；2)生境毁坏速度越慢，在一定程度上越有利于弱物种的长期续存，尤其是在高度破碎的生境中；3)强物种灭绝主要由生境毁坏引起，而弱物种灭绝由竞争与生境毁坏共同决定；4)随机毁坏不利于强物种的续存，而边缘毁坏和中心毁坏有利于q较小的集合种群群落中弱物种的续存，而不利于q较大的集合种群中的弱物种的续存；5)q大的群落主要发生的是最强物种的灭绝，而q小的群落则同时存在最弱和最强物种的灭绝；6)物种多样性受生境毁坏时空异质性的影响比较显著；7)种群在毁坏的生境中的分布具有明显的分形特征。 获取生境毁坏对种群动态影响的长期和大尺度的试验的花费十分昂贵，而且需要的时间很长，因而可靠信息的获取非常的困难。同时由于系统的复杂性，数据来源的可靠性值得怀疑。因此，集合种群的理论研究和试验操作之间存在很大的差异，集合种群模型的的验证也成为国际上争论的焦点。但是，我们可以通过比较多个假设下的预测结果，将以上的结论应用到具体的物种保护的管理中。