神农架落叶阔叶林是中亚热带北缘山地保存较好的典型森林植被类型。为探究中亚热带落叶阔叶林的物种多样性维持机制和森林动态, 中国科学院武汉植物园按照全球森林生物多样性监测网络(Forest Global Earth Observatory, ForestGEO)和中国森林生物多样性监测网络(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network, CForBio)的建设标准, 于2022年在神农架南坡建设了一个25 ha的落叶阔叶林森林动态监测样地。本文基于样地内所有胸径 ≥ 1 cm的木本植物(不含竹、藤)调查数据, 分析了其物种组成、植物区系特征、群落结构。结果表明: 该样地海拔落差334 m, 含木本植物149种(包含变种), 61,054个独立个体(包括分枝共有97,664个体), 隶属于44科79属, 其中常绿和落叶树种分别为28种和121种; 稀有种(< 1株/ha)有44种(29.5%); 有萌枝的个体占总个体数的26.8%, 其物种数占样地物种总数的93.3%。样地科的分布以热带分布(19科, 43.2%)占优势, 属的分布以北温带分布(35属, 44.3%)占优势。该群落乔木层以锐齿槲栎(Quercus aliena var. acutiserrata)和米心水青冈(Fagus engleriana)为优势种, 其重要值分别占7.5%和6.6%。样地树种的平均胸径为7.71 cm, 胸径 ≤ 10 cm的个体占优势(76.7%)。群落径级结构整体上呈倒“J”型, 优势物种的径级结构主要呈现类倒“J”型和正态分布型。神农架中亚热带山地落叶阔叶林具有丰富的物种多样性, 相较于纬度相近的样地, 其物种多样性更高; 植物区系多样; 群落结构稳定, 根萌比例高, 物种更新良好。

大别山五针松(Pinus dabeshanensis)是大别山地区特有树种, 对研究松属(Pinus)植物分类、系统发育关系和区系分布具有重要科研价值。当前大别山五针松野生种群自然更新受到严重限制, 处于极度濒危状态。为探究大别山五针松野生种群更新受限机制, 本研究以大别山五针松及其3种同域分布物种茅栗(Castanea seguinii)、枹栎(Quercus serrata)和华山松(Pinus armandii)为研究对象, 通过开展野外调查和种子释放实验, 探讨了大别山五针松种子产量以及动物对种子的捕食压力和散布限制对大别山五针松自然更新的影响。结果表明: (1)大别山五针松种子产量较低, 在所调查的88株成年母树中, 仅有21株产成熟球果(共计312个), 且种子败育率高达51.89% ± 0.07% (平均值 ± 标准误); (2)针对146个球果的鸟类啄食情况调查表明, 被鸟类啄食的球果数量为90个, 显著高于未被鸟啄食的球果数量(56个), 平均啄食强度为8.94% ± 0.55%; (3)种子掉落地表后, 小型啮齿动物和地栖鸟类(主要为松鸦 Garrulus glandarius)为主要动物拜访者, 其拜访频率在不同物种之间差异显著; 其中鸟类对大别山五针松种子的拜访次数(n = 77)高于啮齿动物(n = 46); (4)种子释放实验结果表明, 茅栗种子被收获速率最快, 显著高于枹栎和大别山五针松, 华山松种子的被收获速率最慢; (5)在释放的2,000粒种子中, 共计157粒被成功散布, 其中华山松和大别山五针松分别为96粒和57粒, 显著多于茅栗(3粒)和枹栎(1粒); (6)茅栗的散布距离最远(13.9 ± 4.0 m), 其次是大别山五针松(7.3 ± 0.8 m)、华山松(3.8 ± 0.4 m)和枹栎(1.5 m, 仅有1粒被成功散布)。综上所述, 啮齿动物和鸟类均为大别山五针松种子的潜在散布者, 与同域分布的其他植物物种相比, 动物并未表现出更高的捕食强度和更低的散布效率, 表明种子的被捕食压力和散布限制并非影响大别山五针松自然更新的主要因素。此外, 本研究发现, 大别山五针松种子产量较低且种子败育率较高, 可能是导致其自然更新受阻的重要原因之一。

红树林是生长在热带、亚热带海湾河口潮间带的受到周期性海水淹浸的木本植物群落, 红树植物如何适应潮间带环境、实现多物种分离共存一直是研究的热点。生态位理论是解释群落物种共存的重要理论和方法之一, 而幼苗是种群更新的基础。因此, 本研究选取海南岛分布较广的6种红树植物幼苗, 通过人工控制海水盐度、淹没时间和光照强度模拟不同的潮间带环境, 构建了一个微型的红树林小群落。通过测定这6种幼苗在不同控制环境中的净光合速率, 统计分析幼苗在海水盐度、淹水时间和光照强度3种资源条件下的生态位宽度、生态位重叠和生态位偏离程度, 尝试阐述红树植物在潮间带中分离共存的机制。结果表明: 在淹水方面, 6种幼苗的生态位宽度最大的为白骨壤(Avicennia marina) (0.956), 角果木(Ceriops tagal) (0.906)最小; 白骨壤、桐花树(Aegiceras corniculatum)和红海榄(Rhizophora stylosa)的生态位重叠度较高, 秋茄(Kandelia obovata)、海莲(Bruguiera sexangula)和角果木的生态位重叠度较高。生态位分离程度反映出在理论生态位中心是12 h/d的物种中, 白骨壤(0.698)适应淹水的范围较大, 在理论生态位中心是8 h/d的物种中秋茄(0.185)适应淹水的范围较大, 在理论生态位中心是4 h/d的物种中海莲(0.115)适应淹水的范围较大。在盐度资源方面, 生态位宽度最大的为白骨壤(0.987), 秋茄(0.496)最小; 白骨壤、桐花树和红海榄的生态位重叠度高, 海莲和角果木的生态位重叠度高, 秋茄与其他物种的生态位重叠度均不高。生态位分离程度反映出理论生态中心为20的物种中白骨壤(4.357)适应盐度的范围较大, 理论生态位中心是10的物种中角果木(10.594)适应盐度的范围较大。在光照资源方面, 生态位宽度最大的为角果木(0.995), 白骨壤(0.828)最小; 6种红树植物的生态位重叠度均较高; 生态位分离程度反映出理论生态中心为100%光照的物种中红海榄(23.138)适应光照的范围较大, 理论生态位中心是80%光照的物种中角果木(12.522)适应光照的范围较大。结合各物种在淹水、盐度和光照资源上的生态位分析, 可以看出它们在淹水和盐度资源上的生态位分化相对较早且明显, 各物种占据不同的淹水和盐度生态位, 生态位重叠程度相对较低, 对淹水和盐度资源的竞争较弱, 进而实现在潮间带中的分离共存; 而在光照资源上的生态位分化相对较晚且不明显, 多数为阳生植物, 生态位重叠程度较高, 对光照的竞争相对较强。

沉水植物在维持浅水湖泊生态系统健康和稳定等方面起着重要作用, 掌握其长期动态及驱动因子对湖泊生态系统恢复和富营养化治理具有重要的理论和现实意义。本研究以长江中下游17个湖泊为研究对象, 分析了近70年(1954-2021)来沉水植物的α和β多样性格局及其变化情况, 并基于Sørensen相异性指数将β多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分, 探讨了湖泊环境异质性变化与沉水植物群落多样性格局的联系。结果表明: (1)在湖泊尺度上, 11个湖泊沉水植物的α多样性呈减小趋势; 而大多数湖泊β_temporal多样性(同一湖泊不同年份之间的群落结构相异性)无显著变化, 且其变异主要由不同物种间的嵌套成分驱动。(2)在流域尺度上, 长江中下游湖泊沉水植物的α多样性在演化过程中呈先增大后减小的趋势, β_spatial多样性(同一时期不同湖泊之间的群落结构相异性)在演化过程中呈逐渐减小的趋势, 而湖泊环境异质性呈逐渐增大的趋势。(3)环境异质性越高的湖泊, 其α多样性越小, β多样性越大。这些变化可能是多种因素综合作用的结果, 包括人类活动、水质污染、水文变化和气候变化等。本研究对于长江中下游湖泊生态系统管理和保护具有一定理论价值, 为制定有效的保护策略和措施提供了科学依据。

为了探究郑州城市公园鸟类群落是否符合嵌套分布格局及其影响因素, 本研究从中国观鸟记录中心收集了2019-2022年每年3-7月河南省郑州市15个城市公园的鸟类记录数据。使用WNODF (weighted nestedness metric based on overlap and decreasing fill)分别计算郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落的嵌套分布格局, 采用Spearman偏相关检验分析了公园嵌套序列与公园特征参数(公园面积、隔离度、生境类型数量和建筑指数)的关系, 以及物种嵌套序列与物种生态学特征(体长、地理分布范围、窝卵数和最小面积需求)的关系。WNODF分析结果显示, 郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落均是显著嵌套的。Spearman偏相关分析结果显示, 公园面积和最小面积需求与鸟类群落嵌套程度显著相关, 生境地点矩阵分析结果显示为显著嵌套, 建筑指数也会影响水鸟群落的嵌套分布格局, 但随机放置模型结果显示城市公园鸟类不符合被动取样假说。因此, 选择性灭绝与生境嵌套是郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落嵌套分布格局的主要驱动因素。研究结果表明, 为了更好地保护郑州城市公园的鸟类多样性, 应优先保护面积较大和生境类型多的公园, 以及最小面积需求大的鸟类; 同时由于水鸟与林鸟对城市化的反应不同, 在制定保护策略时应区别对待。

物种-资源利用网络可以呈现不同物种在资源利用上的竞争、共享以及分化, 可为从资源利用角度解释群落的物种多样性提供新的视角。昆虫群落一方面由群落内种间对资源的利用方式决定, 也受寄主植物生态特征的影响。通过寄主生态特征解释物种-资源利用网络指标将深入揭示昆虫群落的组织模式和多样性决定机制。本研究采集榕属(Ficus) 18种榕树的榕小蜂群落, 构建每种榕树上的榕小蜂-榕果资源利用网络, 分析网络指标间的关系。我们重点关注了群落物种数(物种多样性)和群落稳健度指标与其他网络指标间的关系, 并比较不同寄主特征(传粉模式、生活型、繁育系统)对榕小蜂物种数以及榕小蜂-榕果资源利用网络指标的影响。结果显示, 18种榕树上共收集到隶属于5科28属173种榕小蜂。榕小蜂群落物种数与网络的连接度呈负相关, 与分化度呈显著的正相关; 网络稳健度与物种数无显著相关关系, 但与连接度、加权嵌套性、互作Shannon多样性、分布重叠度呈显著正相关关系, 而与互作专化度、分化度呈显著负相关。与雌雄异株榕树相比, 雌雄同株榕树的榕小蜂资源利用的互作专化度高, 种间分布重叠度小, 分化度高(资源利用分化高), 所以雌雄同株榕树比雌雄异株榕树上榕小蜂物种数多。本研究支持资源利用的特异性和分化促进了榕小蜂物种多样性, 支持竞争导致的资源利用分化在促进近缘种多样化过程中发挥重要作用。群落对资源丢失的稳健度与群落的物种数无关, 但是与物种的资源共享程度(由连接度、分布重叠度表示)正相关。此外, 繁育系统间榕小蜂物种数的差异可能与雌雄异株榕树繁殖功能的分化和专化以及对非传粉榕小蜂产卵的防御能力有关。

黄河三角洲国际重要湿地生物多样性保护工程于2019年动工, 本研究基于修复区内大型底栖动物群落组成特点及其与环境因子的相关关系, 分析大型底栖动物群落恢复特征, 了解该地区的生态系统健康状况, 评估保护工程实施三年后修复区湿地生态系统演替阶段及修复效果。结果表明: 2022年春、夏、秋三季共采集到大型底栖动物16种, 隶属于5门6纲15科, 昆虫纲动物在物种组成中占据优势地位; 大型底栖动物密度和生物多样性指数的时空差异均不显著(P > 0.05); 大型底栖动物生物量存在显著的季节差异, 表现为秋季(2.89 g/m²) > 夏季(1.95 g/m²) > 春季(1.90 g/m²), 秋季与春季和夏季间均存在显著差异(P < 0.05), 空间差异不显著(P > 0.05)。与环境因子的相关性分析结果显示, 蠓科一种(Ceratopogonidae sp.)、石缨虫属一种(Laonome sp.)、椭圆萝卜螺(Radix swinhoei)、尖口圆扁螺(Hippeutis cantori)等物种密度与电导率、盐度、总碳、铵盐和亚硝酸盐等指标显著相关(P < 0.01)。快速生物综合评价指数评定修复区为“亚健康”状态。本研究通过对黄河三角洲湿地修复区大型底栖动物群落特征以及生态健康评价的分析, 为修复区底栖动物群落的演替规律研究提供基础数据和科学依据, 为后续湿地修复工程的实施和管理提供指导和参考, 对于黄河三角洲生物多样性的保护具有重要意义。

在全球气候变化的影响下, 干旱和半干旱地区的降水格局呈现出降雨强度增加、降雨频率减少但降雨总量不变的趋势。大气氮沉降作为另一个全球气候变化的重要因子, 沉降速率逐年加剧, 显著影响生态功能及过程。线虫是陆地生态系统中最主要的土壤生物, 参与多种地下生态过程。线虫群落的多样性尤其是功能、系统发育多样性如何对降水格局的改变做出响应, 以及氮沉降如何调节这些响应, 目前仍不清楚。本研究利用中国科学院植物研究所多伦恢复生态学试验研究站长期模拟降水格局改变及氮沉降添加试验平台, 开展了5个降雨强度(2 mm、5 mm、10 mm、20 mm、40 mm)处理和氮添加(10 g N·m^-2·yr^-1)对土壤线虫分类、功能和系统发育多样性的影响研究。结果表明, 降水强度较强但频率较低可以提高线虫的分类α多样性、功能α多样性、系统发育α多样性; 同时降低了分类β多样性和系统发育β多样性。然而, 氮添加降低了中高强度降水处理下线虫的分类α多样性、功能α多样性、系统发育α多样性, 同时提高了分类β多样性、功能β多样性和系统发育β多样性。土壤含水量和土壤微生物量碳含量是影响线虫功能及系统发育多样性的主要因素。本研究结果表明, 由于全球气候变化, 未来几十年降雨强度的增加可能有利于干旱和半干旱生态系统中的土壤线虫功能多样性和系统发育多样性。然而, 在氮沉降严重的地区, 这种正效应可能会被氮沉降导致的土壤环境的恶化所抵消。

叶际微生物在维持植物健康生长方面具有重要的作用, 然而, 目前我们对珍稀孑遗植物半日花(Helianthemum songaricum)叶际真菌的多样性和群落结构等知之甚少。因此, 本研究利用Illumina高通量测序技术检测西鄂尔多斯自然保护区半日花叶片表生和内生真菌的多样性, 探究其网络结构特征以及群落构建的机制。结果显示: 棋盘井地区的叶际表生真菌丰富度指数(156.38 ± 8.42)显著高于内生真菌(111.13 ± 5.57), 棋盘井叶际表生真菌丰富度指数显著高于拉僧庙(125.57 ± 7.20)和千里山(114.75 ± 10.35), 而拉僧庙的内生真菌丰富度指数(155.71 ± 15.40)显著高于棋盘井。叶际真菌以子囊菌门、毛霉菌门和担子菌门为优势门, 叶际表生真菌和内生真菌分别在3个不同地点具有显著的指示类群, 叶片部位(即叶表和叶内)和地点显著影响叶片真菌的群落组成。共存网络分析表明, 叶际表生和内生真菌主要是协同作用, 拮抗作用较小。半日花叶际表生和内生真菌群落的构建主要由随机性过程驱动。综上所述, 半日花叶际表生和内生真菌的多样性和群落组成受到叶片部位(叶表和叶内)和地点的显著影响, 随机性过程主导叶际表生和内生真菌的群落构建。研究结果可为珍稀濒危植物的保护和合理利用提供一定的科学基础和实践指导。

植被保护优先性评估是保护规划制定和保护资源配置的重要基础。目前, 评估植被保护优先性的因子较为单一, 结合多因子系统性评估植被保护优先性的研究还很有限。本研究综合考虑植被受威胁状况和保护价值, 评估了云南省104类自然群系的保护优先性。首先, 根据IUCN生态系统红色名录评估框架评估群系受威胁状态; 然后, 选取濒危保护物种丰富度、冠层高度和碳储量3个指标, 加权计算各群系的生态系统质量以表征其保护价值; 最后, 通过综合受威胁状态与保护价值评估云南省自然植被的保护优先性, 并进一步划分为4个植被保护类型。研究结果表明: (1)在云南省104类群系中, 66.3%的群系受威胁等级为易危/濒危/极危(VU/EN/CR), 受到不同程度的威胁, 群系的分布范围受限是导致其受威胁的关键因素。(2) 45.2%的群系评估为高和极高保护价值, 38.5%的群系评估为中等保护价值, 植被质量整体较高。(3)综合评估建议: 保护价值高或极高且受威胁的31类群系进行优先保护; 保护价值中等但受威胁的26类群系进行次优先保护; 保护价值极高或高但未受威胁的16类群系进行预先保护; 其他群系进行一般保护。(4)云南省已建自然保护区对优先、次优先和预先保护植被的覆盖率分别为19.5%、9.7%和16.9%, 还存在一定的保护空缺。本研究构建的综合受威胁状态和保护价值的植被保护优先性评估方法, 能够为区域尺度生态系统水平的保护规划与行动提供科学支持。

草地生物多样性对于维持其生态系统服务功能至关重要, 无人机遥感凭借机动灵活、高分辨率、高效率和低成本的优势, 近年来在草地物种调查与研究中受到关注。然而, 目前关于草地植物多样性无人机调查的研究仍然不够深入。本研究通过无人机航拍和人工地面调查对呼伦贝尔草甸草原区的植物多样性进行调查, 通过比较不同样方布设方式、不同拍摄方式下观测到的物种数量和调查所用时间, 探讨扩大调查面积对调查结果的影响以及利用无人机开展草地植物多样性调查的最佳拍摄参数和时间效率, 分析草地植物多样性无人机调查的应用潜力。结果表明: (1)开展草地植物多样性调查时, 物种数量随调查面积在一定范围内的增加而增多, 与人工调查有限个样方相比, 利用无人机进行大面积调查能够观测到更多的物种。(2)在半干旱地区草甸草原植物多样性调查中, 用于物种识别的无人机RGB影像空间分辨率应优于0.45 mm, 分辨率为0.45 mm时能识别67.16%的物种; 在观测角度方面, 采用两种方式进行拍摄为佳, 可在90°垂直拍摄基础上增加45°或60°倾斜拍摄。(3)采用无人机调查可大幅缩短物种调查所用时间, 但应配合高精度的物种智能识别模型以提高调查效率。本研究通过对比无人机与传统的人工地面调查观测到的物种数量, 进一步验证了无人机遥感用于草地植物多样性调查的可行性, 首次探讨了利用无人机获取可见光影像用于草地物种调查时的关键参数, 研究结果可推动无人机在草地监测、调查和保护工作中的应用。

跟踪野生动物可以了解它们的生态习性和种群动态。自动化的、高效准确的目标跟踪算法对于野生动物保护具有重要意义。由于东北虎(Panthera tigris altaica)生存环境复杂, 行动方式隐蔽且具有快速运动的特点, 拍摄到的图像可能存在运动模糊问题, 难以捕获清晰稳定的画面。因此, 监测东北虎种群的难点在于实现自动准确地跟踪东北虎个体。在实际环境中, 由于光照变化、遮挡、相似性干扰等问题的存在, 导致错误跟踪东北虎个体。针对这些问题, 本文提出了一种基于注意力特征融合的孪生网络跟踪框架, 旨在实现对实际复杂场景中东北虎个体的准确跟踪。基于孪生网络的视觉目标跟踪框架将目标跟踪视为相似性学习问题, 本文对传统基于孪生网络的跟踪架构进行改进, 将注意力特征融合嵌入主干网络ResNet50中进行特征提取。为了增强模型对跟踪场景中发生极端尺度变化的东北虎个体的关注度, 本文在注意力特征融合模块中引入了多尺度通道注意力机制, 以适应不同的东北虎个体状态和环境变化。实验结果表明, 本文的方法与当前的先进跟踪器相比取得了更优的跟踪性能, 跟踪成功率和精确度分别达到了72.5%和93.9%, 相比基准跟踪算法分别提高了4.1%和2.3%, 证明本文的跟踪方法可以在复杂的实际场景下为自动高效地监测东北虎提供一种有效的方案。

越冬是全球温带和寒带地区动物生活史和演化过程的重要阶段, 顺利越冬对于动物种群的繁衍与维持至关重要。肠道微生物与宿主长期共同进化并形成复杂的共生关系, 在动物生长发育、健康调控及恶劣环境适应等方面发挥着重要作用。越冬动物不仅在形态、生理和行为方面发生适应性变化, 其肠道微生物也发生改变, 这对宿主适应低温不可或缺。近些年越冬动物肠道微生物工作日渐受到重视, 鉴于肠道微生物的重要意义, 本文总结和评述了4个方面内容: (1)越冬动物肠道微生物领域的研究现状。该领域发文量近年来增长快速, 冬眠动物肠道微生物研究最多且更为深入。肠道微生物多样性、影响因素和群落构建机制以及肠道微生物对动物越冬的作用机制是该领域的研究热点; (2)越冬动物肠道微生物群落多样性、组成及其功能基因的变化。冬季动物肠道细菌群落以拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门为主, 且多样性较夏季更低。冬眠动物肠道细菌群落的功能基因以脂肪代谢为主; (3)影响冬季动物肠道微生物群落的主要因素。肠道微生物群落与越冬宿主肠道形态和生理、物种类别、食性、越冬策略及外界环境时空和气候变化密切联系; (4)肠道微生物在动物越冬方面发挥的重要功能。肠道微生物参与宿主营养获取和能量代谢、调节宿主产热、影响宿主抗冻性及免疫力。本研究可增加人们对非生长季动物肠道微生物多样性维持及其生态功能的认识, 并帮助深入思考肠道微生物及其与宿主互作机制在调控动物适应环境变化方面的潜在影响。

中国是生物多样性最丰富、受威胁最严重的国家之一, 需要投入大量资金来保护生物多样性, 仅依靠国内资金开展生物多样性工作将对国家造成一定经济负担。依托全球环境基金(Global Environment Facility, GEF)管理的昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架基金(简称“框架基金”), 将为包括中国在内的发展中国家提供更多资金支持。本文梳理了全球环境基金管理政策和项目审批流程, 比较分析了框架基金与全球环境基金的异同, 并结合以往中国全球环境基金生物多样性领域资金使用情况, 从3个层面提出了具体建议。在国际层面, 提出延长框架基金运行期限、加强框架基金与昆明生物多样性基金协同, 在政府层面, 提出加强指导与宣传、研究确定国内支持领域, 在项目申报策略层面, 提出研判项目申报方向和额度、加强与重要利益相关方沟通, 以期为利益相关方开展管理和申报工作提供参考。