滨海湿地外来入侵植物不同空间尺度潜在分布的影响因素分析及其预测——以互花米草为例
作者单位：南京师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘会玉
授予年度：2019年
主 题：全局敏感度分析 生态位模型 气候变化 海平面上升 交互作用
摘 要：全球变化与生物入侵是当前生态学研究的热点问题。滨海湿地作为全球变化和生物入侵的热点区域,理解外来植物入侵的影响机制对于维护滨海生态系统的生物多样性意义重大。然而,很少有研究关注不同空间尺度外来入侵种在滨海湿地扩张的影响因子,并预测未来气候变化与海平面上升下的潜在分布格局。因此,本文选取典型的潮间带外来入侵植物互花米草作为研究对象,基于生态位模型MaxEnt和全局敏感度分析,研究了不同空间尺度下不同环境变量对互花米草潜在分布的相对重要性及其交互作用强度;明确了互花米草发生概率对重要环境变量的不同空间尺度响应;模拟了当前环境条件下不同空间尺度互花米草适宜栖息地的变化;结合效应分离法和MaxEnt,预测了气候变化与海平面上升纯效应,耦合效应和共享效应对不同空间尺度互花米草分布的影响及其空间分布格局。主要结论如下:(1)不同空间尺度下影响互花米草分布的环境变量存在明显的差异。全球尺度下,最热月极高温(Bio05),冷季降雨量(Bio19)和最干月降雨量(Bio14)是影响互花米草分布最重要的环境变量。国家尺度下,最热月极高温(BiO05)仍然是最重要的环境变量,而土壤排水条件(Drainage)成为第二重要的环境变量。区域尺度下,在中国北方海岸,气温日较差与海拔是控制互花米草分布最关键的环境变量。而在中国南方海岸,海拔是最关键的环境变量。大尺度下,气候变量(尤其是极端气候变量)往往左右了互花米草的分布,而随着空间尺度的缩小,海拔和土壤变量以及与物种生长更加密切的短期气象变异(如气温日较差(Bio02))的重要性开始凸显。(2)不同空间尺度环境变量间的交互作用存在明显差异,影响交互作用的主要环境变量也发生着变化。气候类变量的交互作用随着空间尺度的缩小而减小;地形类变量的交互作用随着空间尺度的缩小而增加;土壤类变量的交互作用随着空间尺度的缩小,其重要性先增加后减少。全球尺度下,最干季降雨量(BiO14),最热月极高温(Bio05)和冷季降雨量(Biol 9)解释了主要的环境变量交互作用。国家尺度下几乎所有环境变量均参与了环境变量间的交互作用。区域尺度下,无论是南方海岸还是北方海岸,气温日较差(BiO02)和海拔(Elevation)都是影响交互作用的主要环境变量。空间尺度的变化和交互作用,影响了互花米草发生概率对重要环境变量的响应。最热月极高温度更多的参与了变量间的交互作用,因此在不同尺度下交互作用大幅度地改变了互花米草发生概率对热月极高温度的响应。除了国家尺度,互花米草发生概率与土壤有机碳含量(Toc)呈现明显的负相关关系,当具有较低的土壤有机碳含量时,更加适合互花米草的生长。(3)当前环境条件下,全球尺度,国家尺度和区域尺度互花米草适宜栖息地的面积分别为225816km2,71157km2和56376km2。从全球尺度到国家尺度,互花米草适宜栖息地占总面积的百分比从47.83%变为15.07%,由于国家尺度下气候变量的重要性被弱化,海拔和土壤特征变量的重要性得到了明显的提升,因此造成了大量栖息地的减少。大量减少的栖息地主要分布在辽东半岛,渤海湾与山东半岛内陆,江苏内陆以及两广区域。从国家尺度到区域尺度,互花米草适宜栖息地的比重从15.07%降至11.94%,然而当考虑了增加和减少的栖息地之后,其实际的变化幅度达到11.47%。增加的适宜栖息地主要集中分布在中国南方海岸区域,而减少的适宜栖息地则主要集中分布在中国北方海岸区域。(4)不同空间尺度下,互花米草的潜在分布不仅受到气候变化和海平面上升的各自的纯效应影响,两者交互作用产生的共享效应和耦合效应也影响着互花米草的潜在分布。全球尺度和国家尺度,气候变化的纯效应可以解释70.07%和34.68%的互花米草栖息地增加,而海平面上升的纯效应则分别可以解释97.97%和97.89%的互花米草栖息地减少。国家尺度下,海平面上升的纯效应造成的栖息地增加为53.60%。因此,大尺度下,海平面上升对互花米草适宜栖息地变化的影响甚至高于气候变化的影响。而区域尺度下,除了南部海岸的栖息地减少,栖息地的变化主要是由气候变化的纯效应造成的(北方海岸89.26%,南方海岸76.36%),海平面上升的纯效应很低,但它可以通过与气候变化的复杂交互作用(共享和耦合效应)来影响适宜栖息地的变化。耦合和共享效应主要促进了北部沿海的栖息地增加,而在南方海岸,耦合效应主要影响适宜栖息地的增加,共享效应主要影响适宜栖息地的减少。此外,尽管交互作用产生的共享效应和耦合效应对各个尺度互花米草适宜栖息地的变化影响较低,但是不能忽略它们的影响,否则,气候变化和海平面上升的影响可能会被低估。本文研究结果表明应从不同空间尺度去揭示入侵植物的影响机制,环境变量之间的交互作用对于正确评估其相对重要性十分重要。同时,明确气候变化和海平面上升对互
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