河网结构集合种群模型的构建及其应用——以信江流域为例

Undergoing the dual threat of climate change and anthropogenic disturbance, both rivers and lakes are facing an unprecedented degradation, therefore speeding up aquatic species extinction and biodiversity loss. Due to the topological complexity of riverine networks, studies on how to characterize the dynamics of species constrained to disperse within riverine networks remain scarce, lacking of a unified theoretical model. This project is planning to develop a novel conceptual framework for riverine structured metapopulation dynamics by integrating local branch colonization-extinction dynamics with regional dispersal process, in order to explore the ecological effects of different riverine structures: (i) contrasting the persistence of different dispersing species in both linear and bifurcating riverine systems; (ii) applying the model to Xinjiang River Basin, and conducting a census about fish diversity distribution for each branch in this small-scale basin in order to validate the modelling predictions via statistical analysis. Overall, this project will adopt metapopulation theory to analyze spatiotemporal population dynamics in different riverine networks, so as to provide theoretical support for aquatic species conservation and management.

在气候变化和人为干扰的双重胁迫下，河流湖泊正面临着前所未有的退化，严重加速了水生生物的灭绝及其多样性的丧失。由于河流网络拓扑结构的复杂性，目前关于如何刻画物种在河网结构中受限扩散动力学的研究较少，且缺乏统一的理论模型。通过整合各支流局域斑块占据-灭绝动力学和区域扩散过程，本项目将构建新型的河网结构集合种群理论框架，从而探讨不同河网拓扑结构的生态学效应：(i)比较线形和二分叉河网结构对不同扩散物种存续性的影响；(ii)将河网结构集合种群模型应用于信江流域，并对该小尺度流域各支流鱼类多样性分布进行调查与统计分析，以期验证模型的相关理论预测。总之，本项目将利用集合种群理论探讨不同河网拓扑结构下物种的时空动态格局，从而为淡水物种保护与管理等提供科学的理论依据。

在气候变化和人为干扰的双重胁迫下，河流湖泊正面临着前所未有的退化，严重威胁了流域生态系统的稳定性。由于河流水系网络拓扑结构的复杂性，目前关于如何表征物种在河网结构中受限扩散动力学的研究较少，且缺乏统一的理论模型。本项目将各支流局域斑块占据动力学和区域扩散过程进行有机结合，构建了新型的河网结构集合种群理论框架，从而探讨了不同河网拓扑结构的生态学效应：（i）理论研究表明河网支流大小差异有利于提升物种的存活，因此以往忽视河网分支大小差异的模型可能高估了物种灭绝风险；（ii）水生生物的双向（即上下游）扩散并不总是优于单向扩散，且发现适度的偏向上游扩散最有利于种群续存；（iii）增加河网拓扑结构复杂性可能降低水生生物种群斑块占据率，从而不利于水生生物的繁衍；（iv）利用已有的密西西比河-密苏里河流域的鱼类多样性分布数据进行统计分析，整体上验证了上述理论预测；（v）初步调查并收集了信江流域各支流的鱼类分布数据，分析了各支流的鱼类多样性格局，以期进一步分析鱼类多样性与河网复杂性的关联性。该项目资助的科研成果在Ecology Letters、Ecology、Proceedings B以及Freshwater Biology等生态学权威期刊上发表。总之，本项目利用集合种群理论研究了不同河网拓扑结构下具有不同扩散模式物种的时空动态分布格局，从而为淡水物种保护与管理等提供科学的理论依据。