【資料圖】

生物多樣性多尺度上的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化是群落生態(tài)學(xué)一直以來(lái)的研究熱點(diǎn)。在全球變化背景下，生物多樣性的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究對(duì)生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)管理愈發(fā)重要。集合群落理論為整合多尺度時(shí)空動(dòng)態(tài)研究提供了一個(gè)普適性的群落生態(tài)學(xué)理論框架。然而，當(dāng)物種滅絕-定植和斑塊增加-喪失過(guò)程同時(shí)發(fā)生時(shí)，當(dāng)前在量化集合群落時(shí)空動(dòng)態(tài)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，需要建立同時(shí)考慮物種和斑塊的理論方法框架以深入理解集合群落動(dòng)態(tài)背后的這些過(guò)程。

集合群落由多個(gè)局域斑塊(或稱(chēng)之為局域群落)組成，通過(guò)物種的擴(kuò)散把這些斑塊連接起來(lái)。早期的集合群落方法通常認(rèn)為集合群落是靜態(tài)的，但最近越來(lái)越多的研究表明集合群落存在時(shí)間動(dòng)態(tài)。集合群落的時(shí)間變化通常包括兩個(gè)非相互排斥的兩個(gè)方面（圖1A）：即物種和斑塊的變化。物種組成隨時(shí)間的變化可以描述為：1）局域斑塊斑塊內(nèi)的物種增加(局域定植)和喪失(局域滅絕)，以及2）區(qū)域物種庫(kù)的物種增加(區(qū)域定植)和喪失(區(qū)域滅絕)。需要注意的是，該處所引述的局域定植和滅絕過(guò)程指的是該物種不貢獻(xiàn)于區(qū)域物種庫(kù)的變化，否則該物種發(fā)生了區(qū)域性定植或滅絕。同樣地，類(lèi)似于物種，斑塊本身也可能存在時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，在集合群落景觀中增加或消失。斑塊的增加或減少可能會(huì)直接導(dǎo)致區(qū)域物種庫(kù)發(fā)生變化，但并非總是如此。重要的是，無(wú)論是物種發(fā)生變化還是斑塊發(fā)生變化，均會(huì)使得物種在集合群落內(nèi)的分布模式發(fā)生改變，最終可能導(dǎo)致區(qū)域生物同質(zhì)化或異質(zhì)化。上述理論分析表明，局域和區(qū)域尺度上的定植和滅絕以及斑塊的增加或喪失是集合群落時(shí)空動(dòng)態(tài)的重要過(guò)程，不同的過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致相似的生態(tài)結(jié)果，而相同的過(guò)程亦會(huì)導(dǎo)致不同的生態(tài)結(jié)果，而且不同的過(guò)程和結(jié)果可能同時(shí)發(fā)生（圖1A）。

基于上述理論分析，農(nóng)業(yè)蟲(chóng)害鼠害綜合治理研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員肖治術(shù)研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)通過(guò)物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)的理論新框架來(lái)量化集合群落的時(shí)空動(dòng)態(tài)（圖1B）。他們使用物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示集合群落，其中物種和斑塊為節(jié)點(diǎn)，物種是否占據(jù)斑塊為物種和斑塊之間的連接，物種多度為連接強(qiáng)度。進(jìn)而提出了量化集合群落動(dòng)態(tài)的兩條途徑：1）物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化，以及2）物種-斑塊連接的時(shí)間beta多樣性及其反映物種滅絕-定植和斑塊增加-喪失動(dòng)態(tài)的組分分解。通過(guò)數(shù)值模擬，表明物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)方法能夠提供有關(guān)集合群落構(gòu)建過(guò)程的信息且能有效分解物種定植-滅絕以及斑塊增加和喪失的貢獻(xiàn)。基于3個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，研究均表明物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)方法在闡明集合群落動(dòng)態(tài)的方面具有適用性，其揭示了物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，以及斑塊在環(huán)境變化下的定植-滅絕和斑塊增加和消失的過(guò)程，同時(shí)該方法能夠?qū)⑸锒鄻有愿窬值臅r(shí)空變化與環(huán)境變化聯(lián)系起來(lái)。該理論框架不依賴(lài)于特定的斑塊集合群落，而且可以應(yīng)用于多空間和時(shí)間上重復(fù)調(diào)查的生物多樣性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)合智能傳感器和環(huán)境DNA等先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，該方法可幫助我們更好地理解在全球變化下生物多樣性喪失的時(shí)空變化和潛在的生態(tài)過(guò)程，并為監(jiān)測(cè)集合群落的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)提供了有效的方法。

該研究以“Disentangling spatiotemporal dynamics in metacommunities through a species-patch network approach”為題于2023年在國(guó)際生態(tài)學(xué)專(zhuān)業(yè)期刊Ecology Letters上在線發(fā)表。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

圖1 集合群落時(shí)間動(dòng)態(tài)和物種-斑塊網(wǎng)絡(luò)理論框架。