繁殖体压力和景观异质性对外来种自然扩散模式的影响机制

Alien species invasions have been one major threat to native biodiversity and economies at a global scale. Understanding factors influencing the spread of establishing invaders to more habitats is key to develop risk assessment schemes and management strategies. The present project aims to integrate field surveys, mesocosm studies and laboratory experiments to explore the synergistic effect of population demographics and landscape structures on the spread of invasive species using the invasive American bullfrog in Zhoushan Archipelago, China as a model system. We will examine how the population propagule dynamics and habitat landscape characteristics determine their natural dispersal process, which will be helpful to the development of effective management strategies for predicting and preventing the rapid range expansion of invasive species, and will provide insight into species’ range shifts in response to future climate change and habitat modifications.

外来物种入侵是当今全球化时代人类面临的首要环境问题之一，入侵过程主要包括引种－野生种群建立－扩散三个主要阶段，其中扩散期直接决定了一个物种对当地的影响范围和程度，控制外来种的扩散是防治生物入侵的关键。本项目应用野外工作、人工模拟自然的控制实验和分子生物学技术等宏微观相结合的研究方法，综合种群密度和增长率、年龄结构、性别比例等种群水平上的繁殖体压力特征和迁移廊道、地理异质性、栖息地片段化等景观空间结构特征，以美国牛蛙为研究对象，探索外来物种的自然扩散模式及其影响机理，阐明种群动态调节如何同栖息地景观要素协同决定外来种的自然扩散机制，该研究对揭示外来种的快速扩散规律有重要意义，为发展未来对外来物种的防控策略，构建物种面对气候变化和土地利用改变的响应预测框架提供理论支持。

外来物种入侵过程主要包括引种-建群-扩散三个阶段，其中扩散期直接决定了入侵种在当地的危害范围，探讨栖息地特征、人为协助因素以及其它同域分布物种的种间互作对入侵种扩散的影响是控制入侵扩散的关键，也是入侵生态学研究的热点和难点。在本项目依托下，以研究基础较好的入侵我国舟山、刘集等地的美洲牛蛙为主要研究对象，并结合其它入侵陆栖脊椎动物在原产地及全球不同入侵区的分布资料，在引种特征-栖息地特征-人为活动几个层次研究了繁殖体压力、气候生态位匹配、种间互作、人为协助扩散等对入侵种分布区扩展的影响机制。研究发现：在控制引种特征和物种本身特征的潜在影响后，外来两栖爬行动物在入侵区扩展过程中气候生态位会发生快速漂移，但在表征热耐受性生态位方面具有高度保守性，这为理解入侵种对不同气候因子在新地区的适应性变化以及预测入侵种高风险扩散地区提出了有益建议；通过对研究地157个水体的牛蛙分布和迁移扩散格局研究，探讨了当地无尾两栖类物种组成、栖息地特征、生物种间互作对牛蛙种群动态的影响，发现牛蛙种群密度受到与其同域入侵的克氏原鳌虾和黑斑蛙、泽蛙等当地蛙的密度制约性拮抗效应的影响，牛蛙种群动态尤其受其同域分布入侵种-鳌虾的显著负互作影响，而与栖息地水体特征、植被特征和鱼类等其它类群的分布相关性较小，该项研究强调了同一栖息地内多个入侵种之间的复杂互作对评估入侵种群动态的重要性；为分解物种特征-人为活动-气候-栖息地因素在解释入侵种扩散格局中的相对作用，通过结合816种陆生入侵脊椎动物在全球20余个生物多样性保护热点地区和100余个亚非拉欧经济发展体的入侵分布资料，发现表征入侵种引种繁殖体压力的人为扩散和反映物种基础生态位的气候和栖息地因素之间在超过30%的地区互相交叉，但也有诸多地区存在不同因素入侵热点的分离，这表明对入侵种扩散防控框架的构建应充分考虑影响不同入侵过程的各种人为活动因子和栖息地的相对重要性，并进行有针对性的早期预防。