《物種分布的變遷》課件

《物種分布的變遷》物種如何隨時(shí)間和環(huán)境變化遷移分布課程目標(biāo)1了解物種分布基本原理2掌握物種分布模型方法分析歷史與當(dāng)代變遷第一部分：物種分布的基礎(chǔ)知識(shí)定義物種在地理空間分布范圍原理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論方法分布研究技術(shù)手段什么是物種分布？空間分布物種在地理空間上的實(shí)際存在范圍生態(tài)位物種生存所需的環(huán)境條件組合動(dòng)態(tài)變化隨時(shí)間和環(huán)境因素不斷調(diào)整影響物種分布的主要因素生物因素競(jìng)爭(zhēng)、捕食、共生等種間關(guān)系非生物因素氣候、地形、土壤等環(huán)境條件歷史因素板塊漂移、冰期等地質(zhì)事件人類活動(dòng)棲息地破壞、氣候變化等干擾生物因素種間競(jìng)爭(zhēng)資源有限時(shí)相似物種爭(zhēng)奪生存空間捕食關(guān)系捕食者限制獵物分布范圍共生互利協(xié)同進(jìn)化影響分布邊界非生物因素氣候條件溫度、降水、濕度限制1地形地貌海拔、坡度、方向影響2土壤性質(zhì)pH值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、質(zhì)地3水文條件河流、湖泊、地下水分布4光照強(qiáng)度日照時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度變化5第二部分：物種分布模型數(shù)據(jù)收集物種分布記錄、環(huán)境變量模型選擇根據(jù)研究目標(biāo)與數(shù)據(jù)類型分析預(yù)測(cè)計(jì)算物種潛在分布區(qū)驗(yàn)證評(píng)估模型準(zhǔn)確性與可靠性物種分布模型簡(jiǎn)介定義量化物種與環(huán)境關(guān)系的數(shù)學(xué)工具目的預(yù)測(cè)物種潛在分布區(qū)域應(yīng)用保護(hù)規(guī)劃、入侵預(yù)警、氣候影響評(píng)估常用的物種分布模型類型1統(tǒng)計(jì)模型廣義線性模型、廣義加性模型2機(jī)器學(xué)習(xí)模型隨機(jī)森林、最大熵3基于過程的模型考慮生理限制和擴(kuò)散能力4整合模型結(jié)合多種方法的集成模型基于存在數(shù)據(jù)的模型最大熵模型僅需物種出現(xiàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)生態(tài)位因子分析計(jì)算環(huán)境適宜度GARP模型遺傳算法規(guī)則預(yù)測(cè)基于存在-缺失數(shù)據(jù)的模型邏輯回歸預(yù)測(cè)物種存在概率決策樹基于環(huán)境閾值分類人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜非線性關(guān)系建模物種分布模型的應(yīng)用1保護(hù)規(guī)劃識(shí)別優(yōu)先保護(hù)區(qū)域2入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)測(cè)外來種潛在擴(kuò)散3氣候變化影響預(yù)測(cè)未來分布變化4疾病傳播預(yù)警媒介生物分布監(jiān)測(cè)模型評(píng)估方法AUC值ROC曲線下面積Kappa系數(shù)考慮偶然正確率混淆矩陣真/假陽(yáng)性率評(píng)估交叉驗(yàn)證數(shù)據(jù)分割反復(fù)測(cè)試第三部分：歷史上的物種分布變遷1古生代5.4-2.5億年前2中生代2.5-0.66億年前3新生代6600萬年前至今4第四紀(jì)260萬年前至今地質(zhì)年代尺度的物種分布變化板塊漂移大陸位置變化創(chuàng)造隔離與廊道氣候周期冰期與間冰期交替影響分布海平面變化陸橋形成與消失山脈形成創(chuàng)造新生態(tài)位與地理屏障古生代物種分布特征寒武紀(jì)爆發(fā)海洋生物多樣性迅速增加陸地植物出現(xiàn)志留紀(jì)植物開始登陸初期森林形成泥盆紀(jì)陸地生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展中生代物種分布特征恐龍出現(xiàn)三疊紀(jì)開始主導(dǎo)陸地生態(tài)系統(tǒng)被子植物興起侏羅紀(jì)晚期新植物類群擴(kuò)張海洋爬行動(dòng)物白堊紀(jì)海洋生態(tài)系統(tǒng)多樣化新生代物種分布特征哺乳動(dòng)物輻射恐龍滅絕后生態(tài)位空缺填補(bǔ)靈長(zhǎng)類發(fā)展始新世熱帶森林?jǐn)U張草原擴(kuò)張中新世氣候變干燥化第四紀(jì)冰期對(duì)物種分布的影響范圍收縮物種退縮至避難所1物種隔離形成地理種群分化2分布擴(kuò)張間冰期物種重新擴(kuò)散3適應(yīng)進(jìn)化對(duì)新環(huán)境產(chǎn)生適應(yīng)性變化4歷史上的生物大滅絕事件1奧陶紀(jì)末期85%海洋物種消失2泥盆紀(jì)晚期75%物種滅絕3二疊紀(jì)末期96%海洋物種、70%陸地物種消失4三疊紀(jì)末期80%物種滅絕5白堊紀(jì)末期恐龍等76%物種消失第四部分：當(dāng)代物種分布變遷1全球氣候變化溫度升高、降水變化2土地利用轉(zhuǎn)變城市化、農(nóng)業(yè)擴(kuò)張3污染與環(huán)境退化水質(zhì)、空氣、土壤污染4人類直接干預(yù)獵殺、引種、貿(mào)易全球變化背景下的物種分布變遷氣候變化對(duì)物種分布的影響極向遷移向高緯度地區(qū)移動(dòng)垂直遷移向更高海拔遷移物候變化生命周期時(shí)間調(diào)整范圍邊界變化分布邊界擴(kuò)展或收縮溫度升高導(dǎo)致的物種分布變化珊瑚白化海水溫度升高引起共生關(guān)系破裂山地物種上移高山生境壓縮害蟲爆發(fā)溫暖冬季減少蟲口死亡率降水格局改變導(dǎo)致的物種分布變化干旱區(qū)擴(kuò)大荒漠化加劇濕地萎縮水鳥繁殖地減少季節(jié)性流域變化魚類產(chǎn)卵遷徙受阻植被類型轉(zhuǎn)變森林向灌叢或草原轉(zhuǎn)化極端天氣事件對(duì)物種分布的影響熱浪造成局部種群死亡洪水改變河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)颶風(fēng)破壞棲息地導(dǎo)致遷移野火改變植被演替和分布格局土地利用變化對(duì)物種分布的影響森林轉(zhuǎn)農(nóng)田濕地開發(fā)城市擴(kuò)張草原轉(zhuǎn)牧場(chǎng)其他城市化對(duì)物種分布的影響適應(yīng)型物種利用城市資源擴(kuò)展分布回避型物種對(duì)人類活動(dòng)敏感遠(yuǎn)離機(jī)會(huì)型物種在城市環(huán)境中繁盛農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)物種分布的影響生境單一化減少生物多樣性農(nóng)藥使用減少昆蟲和鳥類數(shù)量水資源重分配改變水生生物分布森林砍伐對(duì)物種分布的影響1大型食肉動(dòng)物需大范圍棲息地率先消失2特化森林物種對(duì)微環(huán)境變化敏感3林緣適應(yīng)物種可能短期受益4廣布開闊地物種分布范圍擴(kuò)大人類活動(dòng)對(duì)物種分布的直接影響1狩獵捕撈大型哺乳動(dòng)物分布收縮2引種放生有意無意物種引入3棲息地改造水壩建設(shè)阻斷魚類遷徙4污染排放化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致局部物種消失外來物種入侵對(duì)本地物種分布的影響競(jìng)爭(zhēng)排斥爭(zhēng)奪資源擠壓本地種生存空間捕食威脅缺乏共同進(jìn)化史導(dǎo)致防御不足疾病傳播引入新病原體棲息地破碎化對(duì)物種分布的影響邊緣效應(yīng)小斑塊邊緣比例增加隔離效應(yīng)阻礙基因流動(dòng)閾值效應(yīng)連通性低于臨界值種群消失第五部分：物種分布變遷的生態(tài)后果物種組成變化新舊物種替代1相互作用重組食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)改變2生態(tài)系統(tǒng)功能調(diào)整物質(zhì)能量流動(dòng)變化3演替軌跡轉(zhuǎn)變新演替終點(diǎn)出現(xiàn)4生物多樣性的變化生態(tài)系統(tǒng)功能的變化1初級(jí)生產(chǎn)力變化光合作用總量改變2分解速率變化養(yǎng)分循環(huán)效率調(diào)整3水文過程改變蒸散、滲透、徑流變化4碳封存能力變化影響氣候調(diào)節(jié)功能物種相互作用的變化傳粉關(guān)系植物-傳粉者時(shí)間錯(cuò)配捕食-被捕食食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)重組競(jìng)爭(zhēng)格局新的優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)共生關(guān)系互利共生對(duì)象分離生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化物種分布變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)提供的食物、水、氣候調(diào)節(jié)等服務(wù)能力下降第六部分：預(yù)測(cè)未來物種分布變遷數(shù)據(jù)收集物種分布與環(huán)境數(shù)據(jù)情景構(gòu)建氣候變化、土地利用情景模型預(yù)測(cè)應(yīng)用物種分布模型不確定性分析評(píng)估可能誤差范圍氣候變化情景下的物種分布預(yù)測(cè)高排放情景RCP8.5路徑下的分布預(yù)測(cè)中排放情景RCP4.5路徑下的分布預(yù)測(cè)低排放情景RCP2.6路徑下的分布預(yù)測(cè)土地利用變化情景下的物種分布預(yù)測(cè)城市擴(kuò)張情景高速城市化發(fā)展預(yù)測(cè)農(nóng)業(yè)集約化情景高產(chǎn)農(nóng)業(yè)擴(kuò)張預(yù)測(cè)生態(tài)恢復(fù)情景大規(guī)模造林還草預(yù)測(cè)多因素綜合作用下的物種分布預(yù)測(cè)氣候變化溫度升高、降水變化1土地利用棲息地轉(zhuǎn)變與破碎化2物種互作競(jìng)爭(zhēng)、捕食關(guān)系變化3人類干預(yù)保護(hù)措施與開發(fā)活動(dòng)4物種分布預(yù)測(cè)的不確定性數(shù)據(jù)不完整分布記錄有偏差或缺失模型局限性無法考慮所有生態(tài)過程情景不確定性未來發(fā)展路徑難以精確預(yù)測(cè)第七部分：物種分布變遷的監(jiān)測(cè)與保護(hù)1監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)建立長(zhǎng)期觀測(cè)站點(diǎn)2數(shù)據(jù)分析評(píng)估識(shí)別變化趨勢(shì)與熱點(diǎn)3保護(hù)策略制定基于科學(xué)證據(jù)設(shè)計(jì)措施4適應(yīng)性管理實(shí)施根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整策略物種分布監(jiān)測(cè)方法1樣線調(diào)查沿固定路線記錄2樣方監(jiān)測(cè)固定區(qū)域內(nèi)詳細(xì)調(diào)查3標(biāo)記重捕動(dòng)物種群變化監(jiān)測(cè)4紅外相機(jī)記錄稀有或隱秘物種遙感技術(shù)在物種分布監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用植被指數(shù)監(jiān)測(cè)跟蹤植被覆蓋變化激光雷達(dá)測(cè)量植被三維結(jié)構(gòu)無人機(jī)調(diào)查獲取高分辨率影像公民科學(xué)在物種分布監(jiān)測(cè)中的作用參與范圍廣覆蓋專業(yè)人員難以到達(dá)區(qū)域數(shù)據(jù)量大累積大量分布記錄提高公眾意識(shí)參與者環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與物種分布變遷系統(tǒng)規(guī)劃科學(xué)選址構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)面積優(yōu)化保障足夠大小棲息地連通性設(shè)計(jì)確保種群基因交流未來適應(yīng)性考慮氣候變化影響氣候變化適應(yīng)性保護(hù)策略1識(shí)別避難所保護(hù)氣候穩(wěn)定區(qū)域2提高連通性便于物種遷移適應(yīng)3減少其他威脅增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)韌性4輔助遷徙人工幫助物種遷移生態(tài)廊道建設(shè)與物種分布保護(hù)連接棲息地碎片，保障物種遷移通道，促進(jìn)基因流動(dòng)就地保護(hù)與遷地保護(hù)策略就地保護(hù)原生境內(nèi)保護(hù)原有種群保護(hù)區(qū)建設(shè)棲息地恢復(fù)減少人為干擾遷地保護(hù)原生境外保存種群植物園收集動(dòng)物園繁育種子庫(kù)保存第八部分：案例研究北極熊海冰減少導(dǎo)致棲息地喪失大熊貓棲息地破碎化與保護(hù)成效蝴蝶北移氣候變暖引起分布區(qū)變化案例1：北極熊分布變遷北冰洋夏季海冰面積（百萬平方公里）北極熊估計(jì)數(shù)量（千只）案例2：中國(guó)大熊貓分布變遷1歷史分布曾遍布中國(guó)南方多省220世紀(jì)中期棲息地大幅縮減3保護(hù)初期隔離小種群4現(xiàn)代保護(hù)數(shù)量回升、廊道連接案例3：歐洲蝴蝶物種分布北移分布邊界北移平均每十年移動(dòng)6.1公里南部種群萎縮原分布區(qū)南部邊緣退縮新棲息地定殖向北擴(kuò)展到新適宜區(qū)域物候期變化提前出現(xiàn)、增加世代數(shù)案例4：珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)物種分布變化珊瑚白化高溫導(dǎo)致共生關(guān)系崩潰藻類取代生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變魚類群落變化依賴珊瑚物種減少第九部分：總結(jié)與展望變化已成現(xiàn)實(shí)物種分布正快速改變1多因素驅(qū)動(dòng)氣候變化與人類活動(dòng)共同作用2生態(tài)后果嚴(yán)重生物多樣性與生態(tài)服務(wù)受威脅3保護(hù)需