《Ecosphere》:Variation in species' dispersal capacities amplifies effects of habitat loss and fragmentation on biodiversity loss
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栖息地破碎化研究多假设物种扩散能力均等,本模型首次引入扩散容量差异(DD),揭示随机丧失模式下物种丰富度下降速率远超聚集丧失,景观尺度灭绝债务(extinction debt)被显著放大,为空间规划提供量化依据。
摘要
在完整景观中,长扩散距离物种凭借高迁入率迅速占据空白位点,短扩散距离物种因竞争排斥而稀少;当栖息地以随机、分形或聚集三种空间配置被逐步移除(5%梯度直至95%)后,群落内部发生“扩散策略翻转”——短扩散距离物种因留在安全斑块内且避免迁入死亡而逐渐占优,长扩散距离物种则因频繁落入不可栖息矩阵而被淘汰。
扩散差异放大灭绝 debt
比较“同扩散”(SD,λ=0.8)与“异扩散”(DD,0< />≤1)两组模拟发现:景观尺度上,DD 组在丧失发生瞬间即出现更陡峭的物种–面积曲线(SAR)下偏,产生更高的正灭绝债务;待 10 000 代后群落稳定,该债务并未按预期归零,反而因短扩散者主导、区域基因流骤降而继续扩大,随机丧失模式下物种数可比聚集丧失再低 15%。
碎片配置决定命运
随机丧失创造大量小斑块,Moran’s I≈0,平均斑块面积衰减最快;聚集丧失保持低数量、大斑块,空间自相关高;分形构型居中。DD 组中,随机丧失使每子群落物种数下降斜率提高 1.8 倍,有效连通度(t 外源祖先比例)在 50% 丧失时即跌破 20%,而聚集丧失仍维持 60% 以上;β多样性(Bray–Curtis 相异指数)在随机场景下迅速升高,提示区域物种池同质化加速。
连通性崩溃的遗传后果
模型将基因流简化为“祖先来源追踪”,发现扩散核宽度(λ)每降低 0.1,t 外源比例下降 8%;当斑块间 Euclidean 距离>11 细胞单位时,种子抵达概率进入 <1% 区间,形成“隐性断裂”,使小斑块陷入生态漂变(ecological drift)与 Allee 效应双重危机。
敏感性与普适性验证
作者更换初始 λ 分布、调整扩散核为二维截尾 Pareto(Lévy 行走)或二维 Gaussian、扩大邻域至 17×17,结果定性不变;一维简化模型进一步证明:只要每斑块个体数≥500,少量丧失即可触发短扩散策略占优,证实结论对参数选择稳健。
对保护与修复的启示
研究指出,经典“栖息地数量假说”(habitat-amount hypothesis)忽略空间配置与物种扩散差异,可能低估远期损失;在实际规划中,即使无法避免丧失,也应优先采用聚集式开发,保留大斑块并降低边缘密度,以维持区域基因流与长扩散功能种的存在,为再定居与生态修复保留“扩散记忆”。