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生物相互作用在野生蜜蜂分布模型中的重要性取决于生态关系类型、空间尺度和范围

期刊:oikosDOI:10.1111/oik.10578

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


1. 研究作者与机构
本研究由Merijn Moens(第一作者,荷兰Naturalis生物多样性中心及莱顿大学环境科学研究所)、Jacobus C. Biesmeijer(莱顿大学及Naturalis生物多样性中心)、Elaine Huang(布鲁塞尔自由大学农业生态实验室)、Nicolas J. Vereecken(布鲁塞尔自由大学)和Leon Marshall(Naturalis生物多样性中心)合作完成,发表于生态学期刊Oikos(2024年6月)。研究通过物种分布模型(Species Distribution Models, SDMs)探讨了生物相互作用(biotic interactions)对野生蜜蜂分布的影响。


2. 学术背景
科学领域:本研究属于生态学与生物地理学的交叉领域,聚焦于物种分布建模(SDMs)中生物相互作用的重要性。
研究动机:尽管SDMs广泛应用于预测物种分布,但生物相互作用(如寄生、传粉等)在模型中常被忽略。已有研究表明,生物相互作用可能在大尺度上影响物种分布,但不同研究结果不一致,且影响因素(如空间分辨率、分类学等级等)尚不明确。
研究目标:以荷兰的野生蜜蜂(传粉蜜蜂和盗寄生蜂)及其宿主植物为对象,评估生物相互作用对SDMs的贡献,并分析以下因素的影响:
1. 空间分辨率
2. 分类学等级(属或种)
3. 物种特化程度
4. 生物因子的分布范围
5. 蜜蜂体型(与活动范围相关)
6. 生物相互作用类型(盗寄生、寡食性、多食性)。


3. 研究流程与方法
研究分为三个主要步骤:

步骤一:构建物种分布模型(SDMs)
- 研究对象:荷兰的194种野生蜜蜂(44种寡食性蜜蜂、97种多食性蜜蜂、55种盗寄生蜂)及其关联植物或宿主蜜蜂。
- 数据来源:蜜蜂观测数据(2004–2019年)来自荷兰欧洲无脊椎动物调查数据库(EIS),植物数据来自荷兰国家动植物数据库(NDFF)。
- 模型变量
- 非生物变量:29个环境变量(5个气候变量、16个土地利用变量、8个土壤变量)。
- 生物变量:蜜蜂的关联植物(传粉蜜蜂)或宿主蜜蜂(盗寄生蜂)的分布数据。
- 模型方法:使用MaxEnt算法构建SDMs,通过空间区块交叉验证评估模型性能,采用AUC(曲线下面积)、AICc(校正Akaike信息准则)和CBI(连续Boyce指数)作为评估指标。

步骤二:随机交互模型(RI-SDMs)
- 目的:验证已知生物相互作用是否比随机选择的相互作用更能提升模型性能。
- 方法:将已知关联植物或宿主蜜蜂替换为随机选择的物种,生成100–307个随机模型,比较其与已知交互模型的性能排名。

步骤三:广义线性模型(GLMs)分析
- 目的:量化生物因子对模型贡献的影响因素。
- 变量:响应变量为生物因子的贡献度,解释变量包括蜜蜂体型、生物因子分布范围、特化程度等。
- 方法:采用Gamma分布和逆链接函数拟合GLMs,通过AICc选择最优模型。

创新方法
- 提出“已知交互物种分布模型(KI-SDMs)”与“随机交互模型(RI-SDMs)”对比框架,验证生物相互作用的特异性。
- 首次系统评估空间分辨率(100 m–10 km)和分类学等级(属/种)对生物因子贡献的影响。


4. 主要结果
结果1:生物相互作用显著提升模型性能
- 所有蜜蜂类群的模型性能(AUC、CBI、AICc)在加入生物因子后均显著提高(p < 0.001),其中盗寄生蜂的改善最显著(AUC提升最高)。
- 生物因子的贡献度高于非生物变量(气候、土地利用、土壤),尤其在盗寄生蜂模型中占主导地位。

结果2:空间分辨率与分类学等级的影响
- 最优分辨率:盗寄生蜂为500 m,传粉蜜蜂为1 km。更粗的分辨率(如10 km)会降低生物因子的贡献。
- 分类学等级:在精细分辨率(100 m–1 km)下,属级数据表现更好;在粗分辨率(5–10 km)下,种级数据更优。

结果3:特化程度与分布范围的作用
- 特化程度:寡食性蜜蜂和盗寄生蜂的模型性能对生物因子的依赖性显著高于多食性蜜蜂(p < 0.05)。
- 分布范围:生物因子的分布范围越窄,其对模型的贡献越大(GLMs显示负相关,R² = 0.39–0.47)。

结果4:随机交互模型的验证
- 已知交互模型在盗寄生蜂和寡食性蜜蜂中表现优异(52.8%和36.4%的模型位列前5%),而多食性蜜蜂的模型对随机植物也有一定响应,表明其泛化性更强。


5. 结论与价值
科学意义
1. 证实了生物相互作用在SDMs中的重要性,尤其是对特化物种(如盗寄生蜂和寡食性蜜蜂)。
2. 提出了生物因子纳入SDMs的优化策略:精细分辨率(1 km)和属级数据适用于特化物种,而多食性物种可采用近似指标(如植物丰富度)。

应用价值
- 为保护生物学提供指导:针对依赖特定宿主或植物的蜜蜂,需优先保护其生物互作伙伴的栖息地。
- 改进SDMs的实践建议:在建模时需考虑空间尺度和分类学等级的匹配性。


6. 研究亮点
1. 方法创新:首次将随机交互模型(RI-SDMs)用于验证生物相互作用的特异性。
2. 多尺度分析:系统评估了空间分辨率(100 m–10 km)对生物因子贡献的影响。
3. 分类学等级优化:提出属级数据在精细尺度下的替代价值,缓解物种数据缺失问题。


7. 其他价值
- 公开数据:研究数据已发布于Dryad平台(DOI:10.5061/dryad.cvdncjtc2),可供后续研究复用。
- 跨学科启示:为群落生态学、保护规划及气候变化响应研究提供方法论参考。


(报告总字数:约1500字)

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