秦岭鸟类物种多样性地理格局研究

Understanding geographic patterns in species diversity and their underlying mechanisms is one of the fundamental questions in ecology and biogeography. It is proposed that bird species diversity is determined by habitat structure on local scale while large scale species diversity gradients are explained by many theories such as energy hypothesis, habitat heterogeneity hypothesis, mid-domain effect and Rapoport's rule. In this study, we focus on how environmental factors regulate breeding bird species variations in Qinling Mountains on both local and regional scale. On local scale, point count method was used for bird survey and plot method was employed for measuring habitat structure parameters including physiognomy and abiotic factors. Moreover, multiple regression model analysis was carried out to establish the relationship between bird species richness and these parameters and to find how area and mid-domain effect affect elevation gradients of bird diversity. On regional scale, bird geographic range was mapped using GIS and environmental variables were interpreted and analyzed using RS and GIS spatial analysis. Environmental variables consist of temperature, evapotranspiration, primary productivity, NDVI, precipitation, elevation range and habitat diversity. Species richness-environment relationship was analyzed using spatial regressive model to find the significant predictor and scale dependency. Therefore，linear regression model and Monte Carlo simulation were used to evaluate local-regional species richness relationship. This study is of importance and may provide potential instructions to biological conservation in alpine biodiversity hotspot

物种多样性的地理格局和形成机制是宏观生态学和生物地理学的核心问题之一。我们以秦岭山地繁殖鸟类为研究对象，基于实地调查应用多元回归统计模型分析局地尺度物种多样性和植被结构等生境结构参数的关系以辨识影响局地鸟类物种多样性的主要环境因子，并分析面积和中域效应对物种多样性海拔格局的影响；基于文献资料和实地调查建立物种分布和生境数据库，应用3S技术和空间统计模型分析区域尺度物种多样性分布格局和平均气温，最低气温，实际蒸散量，潜在蒸散量，降水量，净初级生产力，植被归一化指数等环境变量之间的关系以及尺度效应，并应用能量假说，生境异质性假说，中域效应假说和Rapoport法则对物种多样性地理格局进行解释。基于局地尺度和区域尺度的研究，应用线性回归模型分析局地和区域物种多样性的关系，目的是探讨秦岭鸟类物种多样性格局的形成机制，为秦岭生物多样性保护和保护区建设提供理论参考。

物种多样性分布格局一直是动物学和生物地理学等学科研究的热点问题，也是全球生物多样性保护与管理中确定多样性保护重点和优先区域的核心问题，因而在全球范围内得到了广泛关注。秦岭是我国南北脊椎动物区系的过渡和交汇地带，生物多样性非常丰富，气候垂直带谱明显，是研究物种多样性分布格局和机制理想地区之一。鸟类对环境变化反应迅速而敏感，在生态系统中扮演着重要指示物种的角色，因而研究鸟类物种多样性格局及其相关机制，对我们了解环境变化对整个生态系统生物多样性的影响至关重要。. 本项目以秦岭这一生物多样性热点地区为研究区域，从局地和区域两个尺度上探讨了鸟类物种多样性的垂直分布格局和环境因子的关系及其可能的形成机制。本研究利用陕西秦岭40个气象监测站近40年（1974-2010）的气候数据应用回归和插值得出气候变量（包括年均温，年降水量，气温年较差，实际蒸散量，潜在蒸散量）和3年的均一化植被指数（NDVI，normalized difference vegetation index）与增强植被指数（EVI，enhanced vegetation index）遥感卫星数据；同时结合面积和几何限制模型（geometric constraints model），再利用多种简单和多重回归分析方法对鸟类物种丰富度与相关生态因子的关系进行了深入分析。. 研究发现，秦岭主峰太白山北坡的繁殖鸟类物种多样性分布格局为偏前峰的单峰模式，在海拔1100-1600m地区最高。太白山北坡繁殖鸟类的物种多样性海拔梯度符合Rapoport法则。年均温，面积和实际蒸散量与鸟类物种多样性关系密切，而几何边界限制与生境参数的作用则很弱。. 而在整个秦岭地区，繁殖鸟类物种多样性分布格局也是偏前峰的单峰模式，在海拔850m-1550m的区间物种多样性最高，秦岭鸟类物种多样性与增强植被指数，年均温和气温年较差关系密切，而与面积和几何边界限制作用关系较弱。鸟类多样性垂直分布不支持Rapoport法则。. 通过区域物种多样性和局地物种多样性地理格局环境解释的比较，可以发现小尺度上面积对物种多样性分布的影响较为显著，而大尺度上面积的影响则不明显，但是温度和生产力对于区域和局地物种多样性的地理格局都有明显的影响。