评估五大湖沿岸湿地中一种入侵水生植物的环境因素及其扩散相关驱动因素

《Ecological Applications》：Assessing the environmental and dispersal-related drivers of an invasive aquatic plant in Great Lakes coastal wetlands

入侵物种Hydrocharis morsus-ranae的早期扩散机制研究：基于物种分布模型（SDM）和贝叶斯障碍模型分析发现，其分布受邻近已知种群距离（m）、水深（cm）非线性关系及芦苇丰度显著影响，但数量预测因子不显著，提示该物种处于入侵早期阶段。

　　

摘要

入侵植物物种对湿地生态系统构成了重大威胁。控制入侵植物扩散的一种有效方法是在入侵过程早期就对其进行拦截。通过结合与栖息地适宜性相关的协变量来拟合物种分布模型（SDMs），可以预测新的入侵事件可能发生的位置。对于那些在入侵初期尚未完全占据其生态位的物种来说，扩散动态（如与已知分布点的距离和/或人类传播媒介的接触）可能与栖息地适宜性一样重要，甚至可能起决定性作用。然而，许多物种分布模型假设物种已经完全占据了其生态位，仅考虑了生物物理因素，而没有考虑空间过程。纳入扩散动态可以解释非平衡现象，从而提高这些模型的实用性。我们量化了环境因素（非生物和生物因素）以及与扩散相关的因素（人为因素和内在因素）对Hydrocharis morsus-ranae（欧洲浮萍）这种水生植物的分布和丰度的影响。我们使用贝叶斯障碍模型结合嵌套拉普拉斯近似（INLAs）方法，对2011年至2021年间在美国密歇根州沿海湿地收集的2487个样方观测数据进行了分析。研究发现，Hydrocharis morsus-ranae的分布与距离最近已知种群的距离密切相关，这反映了其局部扩散情况；此外，其分布还与水深呈非线性关系，表明存在一个适合其生长的最佳水深范围。该植物的分布与波能呈负相关，而与香蒲属（Typha）植物的丰度呈正相关，我们认为这是由于香蒲属植物能够为Hydrocharis morsus-ranae提供波浪防护。令人惊讶的是，我们的预测因子中没有一个与Hydrocharis morsus-ranae的丰度有显著关联，这可能表明在该物种入侵初期，还无法量化决定其丰度的重要因素，或者我们遗漏了在这些生长过程中起作用的关键因素。此外，扩散模型在预测密歇根州范围内Hydrocharis morsus-ranae的分布情况时表现稍好。总体而言，我们的结果表明，对于尚未完全占据生态位的入侵物种而言，局部扩散是其分布的主要驱动因素；而要更好地预测其在沿海湿地建立后的丰度，或识别未来可能受到入侵影响的区域，可能需要更多的数据或更复杂的物种分布模型。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

相关的数据框和代码（Jochems, 2025）可在Zenodo平台上获取，链接为：https://doi.org/10.5281/zenodo.17783488。原始数据可从以下途径获取：中央密歇根大学大湖研究所的大湖沿海湿地监测项目数据，可通过联系Donald G. Uzarski（电子邮件：[e-mail]）或Valerie Brady（电子邮件：[e-mail]）获取2011年至2021年间密歇根州沿海湿地植被调查的样方级数据；密歇根州自然资源部门提供的公共船只登船地点数据可在此链接获取：https://gis-michigan.opendata.arcgis.com/datasets/midnr::prd-boating-access-sites/explore?location=44.594240%2C-86.424324%2C6；大湖形状文件可从美国国家冰中心获取：https://usicecenter.gov/Products/GreatLakesData；Mason等人（2018a, 2018b）研究的大湖相关数据可在密歇根大学Deep Blue Data平台获取，链接为：https://doi.org/10.7302/Z22F7KN3。