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联合物种分布模型与生物群落层次建模框架: 生态学理论、方法及应用
生物多样性
2026, 34 (1):
25364-.
DOI: 10.17520/biods.2025364
理解环境过滤、生物相互作用与中性过程如何共同塑造物种分布与群落结构, 是现代群落生态学的核心问题。然而, 传统多样性指数、排序分析及单物种分布模型(single-species distribution models, SDMs)难以同时整合物种间关联、环境梯度、性状与谱系等多维信息, 导致对群落构建机制的解析能力受限。联合物种分布模型(joint species distribution models, JSDMs)特别是生物群落层次建模(hierarchical modelling of species communities, HMSC)框架的提出, 为群落尺度的机制推断提供了统一而灵活的贝叶斯工具。本文系统综述了HMSC的统计结构、数学原理与推断机制, 构建了一个从数据组织、模型设定、马尔可夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)估计、模型评估到生态解释与预测的完整分析流程。同时结合苔藓群落数据配套编写了《联合物种分布模型HMSC的应用分步教程》, 通过分步讲解与可运行R代码, 助力研究者快速掌握该方法的实操应用。在理论部分, 本文明确了HMSC如何在统一的贝叶斯层级框架下整合环境梯度、物种性状、系统发育关系以及空间结构, 从而分离环境过滤、生物过滤与扩散限制的统计信号。在方法层面, 本文通过解析潜变量模型的数学结构, 阐明了残差相关在生态解释中的边界, 为理解物种共现信号、区分环境效应与未观测因子提供了理论依据; 对比了HMSC与其他主流JSDMs工具及传统群落统计方法的优势及适用性。在应用层面, 综述了其在森林、湿地、草原、海洋、城市及微生物生态学中的应用进展, 展示了其在保护规划、入侵种风险评估、共现网络分析及情景预测中的广泛价值; 随着图形处理器加速与迁移学习与大规模高维数据框架的发展, HMSC可提升稀有物种生态位估计与分布预测, 使数十万物种的群落建模成为可能。综上, JSDMs及HMSC不仅在生态统计方法论上实现了从单物种预测到多物种‒多维信息整合的跨越, 更为生态理论检验、群落构建机制解析及保护决策制定提供了高效、可扩展且能量化不确定性的工具平台。 ![]() View image in article
图3
2011-2024年JSDMs发表文章数量变化
正文中引用本图/表的段落
在国际范围内, JSDMs已广泛应用于森林、湿地、海洋、草原等宏观生态系统, 以及微生物生态、城市生态和群落构建理论检验等多个领域, 逐年增加的相关研究成果(图3)正推动其逐渐形成体系化的应用框架。然而, 与此趋势相比, 国内学界对JSDMs的接受与应用尚处于起步阶段, 迄今仅有少数尝试性研究, 尚未形成规模化应用与方法推广(Fang et al., 2025; Huang et al., 2025)。这一差距提示国内生态学界在群落建模方法引入与实证研究方面仍有较大拓展空间。
本文的其它图/表
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