基于生物地理尺度分析入侵种生态位的保守性与变异性

生物入侵是全球变化的重要组成部分，入侵种的扩散严重威胁着全球生物多样性安全、生态系统的结构和功能以及农林牧业生产。预测外来种潜在分布格局，揭示限制其分布的关键因子，必将有助于对其进行早期预警，限制其扩散。入侵种在扩散过程中发生快速适应性进化是其成功入侵的重要因素之一，遗憾的是，目前物种分布模型并没有将入侵进化所导致原有生态位发生偏移的因素纳入模型运算中，使模型对入侵种预测能力降低。本研究拟通过4种分布模型分别基于苋属植物在原产地和入侵地分布数据对其在原产地和入侵地环境生态位进行模拟，检验物种在入侵过程中是否表现出生态位变异；同时揭示苋属4种入侵植物在入侵过程中的变异程度、速率及其潜在危害的种间差异。因而，本研究的目的不仅仅在于改善物种分布模型的模拟预测方法，确定制约入侵种扩散的关键环境因子，同时旨在生物地理尺度上揭示入侵种适应新生境发生的变异，探讨这种变异对入侵扩散的影响。

预测入侵物种在入侵地的潜在扩散范围，探讨入侵种在入侵地能否保持原有生态位的稳定性或发生偏移，是当今入侵生态学领域研究非常关注的问题。本项目研究通过数据标本收集与野外调查获取53种入侵植物分布信息和物种功能特性数据，基于模型运算得到了入侵种在原产地和入侵地的生态位，并比较二者异同。研究发现53种入侵植物中有20种植物在入侵地的生态位偏离了原产地。这种现象否定了在物种分布模型研究中的一个关键假定，即物种的环境生态位在空间、时间上是保守、稳定的。我们还进一步发现了物种在入侵过程中纬度分布范围上与原产地发生了偏移，并探讨了物种入侵发生纬向偏移的潜在原因与机制。研究中大部分物种在入侵地的纬度分布范围超越了原产地纬度上限或下限，分别发生了向极地方向偏移、向赤道方向偏移或双向偏移。这种纬向分布偏移可能与种间竞争关系、气候变化、入侵种在入侵地适应新生境发生快速进化以及人类活动影响物种扩散等因素有关，在未来气候变化的条件下更应该关注这些物种的扩散潜力。此外，我们引入Schoener’s D 值和 I值2个新参数对入侵种生态位偏移的程度进行定量计算，并将偏移度与入侵种的11种功能特性进行结合分析，探讨了什么样的入侵物种更容易发生生态位变异以及影响物种生态位偏移的重要因素。线性分析研究表明物种生态位宽度与地理分布范围显著地影响入侵种环境生态位的偏移。对影响物种生态位偏移的5个显著因素进行等级分配，结果表明制约物种生态位变化程度从大到小的顺序依次为物种的耐酸性、抗寒性、原产地分布范围、原产地的纬度跨度、物种抗旱性。本项目研究成果对理解和更为准确地预测入侵物种在当前和未来人类活动下的入侵蔓延趋势，对其进行风险评估，以及尽早遏制和减缓入侵物种扩散的危害有着至关重要的意义。