气候与土地利用变化对不同尺度外来入侵植物互花米草分布区扩张的影响

Biological invasion,climate changes and land use changes,are not only the major components of global changes, but also the major causes of species loss. As global change is accelerating, the interaction between them is increasing.However,there are few studies focus on the coupling effects of climate and land use changes on plant invasion. Because the factors affecting plant invasion are scale-dependent, it is necessary to take the multiple scales of invasion into consideration to explore the dispersal mechanism of exotic plant.In the meantime,it relies on a good knowledge of the species distribution under current and future climates and land use to evaluate the invasion risk and control it effectively. In this study, as a case study of Spartina alterniflora, firstly, the range expansion of S.alterniflora and the area needed for monitoring under currunt and future climates and land use changes are simulated by combining species distribution models with individual-based spatial explicitly model.Secondly, priority areas for monitoring and control of S. alterniflora are provided. Finally,the relative contribution of climate changes ,land use, enviroment factors, dispersal process, species interactionat to the range expansion of invasive species at region,landscape and local scales, and the dispersal mechanisms of S. alterniflora have been studied. We hope these studies will help to deepen the understandings of the effects of climate changes and land use on plant invasion and provide decision support for invasion control.

生物入侵、气候变化和土地利用变化既是全球变化的三个重要组分，也是当前物种多样性丧失的主要原因。随着全球变暖与人类活动的加剧，气候与土地利用变化对外来入侵植物分布区扩张影响日趋增强，然而很少耦合气候与土地利用变化的共同影响。由于入侵植物扩张的影响因素是高度尺度依赖的，因此，必须研究气候和土地利用变化对其分布区不同尺度扩张的共同影响，才能准确地预估其在当前和未来气候变化和土地利变化情景下的潜在分布，从而评估入侵风险和实现有效控制。本项目以互花米草为例，从区域、景观和本地三个尺度，基于遥感和GIS,耦合生态位模型和基于个体的空间显性模型，通过模型模拟和情景分析相结合，研究在当前和未来不同气候变化和土地利用变化情景下外来入侵植物分布区的多尺度格局和扩张过程；确定入侵重点监控区；揭示气候变化和土地利用变化对入侵植物分布区不同尺度扩张的影响；以期为外来植物入侵控制和物种多样性保护提供理论基础和决策支持

生物入侵、气候和土地利用变化既是全球变化的重要组分，也是物种多样性丧失的主要原因。本研究以互花米草为例，揭示了不同环境因子在全球、国家、区域和本地尺度上的影响，并预测了不同气候和土地利用变化情景下的分布。结果表明：1）全球尺度上，气候的重要性大于高程与土壤属性，同时气温的重要性要大于降水；全国尺度上，高程和土壤属性的重要性增加，尤其是高程的重要性大幅上升。区域尺度上，杭州湾以北（北部海岸）土壤属性和高程的重要性要大于气候因子。而在杭州湾以南（南部海岸），气候和高程的相对重要性要远大于土壤属性。气候和土壤属性因子受变量之间的相互作用影响较大，使得对物种分布影响发生了重要改变；本地尺度上，在高潮和中潮间带，有性繁殖对互花米草快速扩张非常重要；在低潮间带，有性繁殖几乎没有任何影响，成体存活率最重要，其次是无性繁殖。在入侵初期和中期，不同影响因子之间的相互作用比较强烈；2）考虑气候变化和海平面上升，在RCP8.5情景下，北部海岸，生境的增加84%是气候变化的纯效应引起，而15%是由气候变化和海平面上升共同引起的；而杭州湾以南，生境增加82%，由气候变化纯效应引起，海平面上升将导致生境减少1%，但是两者共同作用将增加20%的生境；3）同时考虑气候和土地利用变化，互花米草生境面积的减少都是由于土地利用变化的纯效应引起。而生境增加在rcp2.6情景下，主要是由土地利用的纯效应引起，其次是两者的共享和耦合效应引起；而在rcp4.5，6.0和8.0情景下，生境增加主要由气候变化纯效应引起，其次是两者的耦合效应；4）当前发展情景下，互花米草向光滩沼泽扩张，转入集中在光滩，转出集中在人工用地。互花米草快速扩张情景下，互花米草肆意扩张，使得自然湿地中光滩、碱蓬和芦苇面积减少，部分人工用地转出为互花米草。在生态保护情景下，自然湿地得以保护，互花米草扩张受到限制，转入与转出面积减少。我们的研究加深了互花米草入侵影响机制的了解，并为入侵风险评估提供科学依据。