隆肛蛙属物种的共存机制与保护生物地理学

Species coexistence has been one of the key questions in ecology. With the increasing in the destruction of the natural environments and impacts of climate change, many species are consistently shifting their physiology, phenology, reproduction and geographical distribution. These have a profound effect on species coexistence, and induce great challenges in biodiversity conservation. Therefore, for the development of community ecology and conservation biology, it is important to understand the mechanisms of species coexistence which can provide critical theoretical basis and practical guidance for biodiversity conservation. Amphibians, with weak dispersal capability, are extremely fragile in a changing environment. Our project will integrate the approaches of field surveys, 3S technologies, stable isotope, ecological niche modeling, microsatellite DNA analysis and geostatistics to explore species distribution patterns and predict the dynamic trends under climate change. Then, we will unveil the mechanisms of species coexistence from the analyses of morphological characters, diet, genetics and niche differentiation. Based on these efforts, this project attempts to uncover the mechanisms of species coexistence for related species Feirana frogs and to shed light on their effective protection. This project will not only have an important enlightenment role in understanding the coexistence mechanisms for related species, but also extend our understanding when optimizing the protected area network under climate change. Meanwhile, the outpus of this project can provide scientific advisory for management and conservation strategies of amphibians in China.

物种共存机制一直是生态学研究的核心问题之一。自然环境破坏程度的逐渐增大与气候变化影响，改变了很多物种的生理、物候、繁殖及分布，进而深刻影响着自然界中物种共存，给生物多样性保护带来巨大挑战。因此，揭示物种共存是如何发生和维持的，对于促进群落生态和保护生物学理论发展具有重要意义，能为生物多样性保护提供重要参考和依据。两栖动物扩散能力弱，在环境变化影响下显得异常脆弱。本项目整合野外生态调查、3S技术、稳定同位素技术、生态建模、分子遗传学及地统计学等研究手段，从形态、食性、遗传和生态位分化等多角度探讨物种的共存，揭示物种分布格局形成机制并预测其在气候变化下的演变趋势，以期系统性地探明气候变化下中国特有的隆肛蛙属Feirana近缘物种的共存机制并制定相应的保护策略。本项目将对近缘物种共存机制研究具有重要启示作用，也有助于深入理解气候变化影响下保护网络的优化，为国家制定两栖动物保护策略提供科学支撑。

本项目以隆肛蛙属物种为主要对象，整合详实的野外调查与已有文献及研究积累，从多角度研究了物种间的共存机制，完成形态特征、营养生态位、遗传与环境生态位分化等研究，解析气候变化的影响，探讨了保护生物地理学研究。结果表明：1）同域分布时，隆肛蛙与太行隆肛蛙资源利用相关的特征（内蹠突长与宽等）趋异，与视觉相关的特征趋同。环境压力对隆肛蛙生活史特征有着复杂的作用。2）气候因子、植被条件和河流宽度是影响它们重叠分布区种群微生境利用的重要因素。隆肛蛙遗传多样性沿秦岭向西递减。3）它们在环境空间存在显著差异；在重叠区域内，两个物种间无急剧的环境变化梯度。环境耐受性限制了隆肛蛙进一步北扩，而种间竞争极可能阻碍了太行隆肛蛙向南扩散。4）成体肌肉组织及骨胶原中δ13C随体长增加逐渐下降，而δ15N有升高趋势。城市生境中的营养生态位宽度依次大于村落和自然生境。5）气候变化对隆肛蛙与太行隆肛蛙的影响差异明显。气候变化会影响棘腹蛙栖息地核心斑块及连通性。距离冰期避难所的远近是影响高山倭蛙种群遗传多样性的主要因素。6）国家级保护区覆盖率沿海拔梯度递增，但国际现有主流数据库在中国保护区数据上存在较大遗漏。为了给稀有物种建立可靠的生态位模型，基于虚拟场景整合了具有不同生态位重叠程度的相关物种的发生记录数据到目标物种的生态位模型以克服空间抽样偏差及衍生的局限性。本项目结果将有助于理解两栖动物近缘物种的共存机制，并揭示全球变化下两栖动物的适应性，为两栖类物种的保护提供相应的对策和科学支撑。. 本项目整体进展顺利，按项目计划完成了研究内容，达到预期研究目标。项目执行期间已发表SCI论文12篇、中文核心期刊论文1篇，另有3篇文章已完成待发表。另有部分数据正在分析中，预计未来有其他文章发表。本项目已培养2名硕士毕业生。