Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự phân bố của thực vật bản địa và ngoại lai trong một cảnh quan bán sa mạc cây xô thơm bị phân mảnh tự nhiên
Tóm tắt
Chúng tôi đã kiểm tra hai giả thuyết tổng quát về sự đa dạng của thực vật bản địa và ngoại lai trong một cảnh quan bán sa mạc cây xô thơm bị phân mảnh tự nhiên ở phía đông nam Idaho, Hoa Kỳ, nhằm đánh giá xem giả thuyết của MacArthur–Wilson về sinh học đảo hay một loạt các biến môi trường có giải thích cho sự phân bố của thực vật bản địa và ngoại lai hay không. Chúng tôi cũng đã kiểm tra một giả thuyết thứ ba, bao gồm các giả định về nguồn gốc của thực vật ngoại lai và sự tương tác của chúng với thực vật bản địa. Trong ba giả thuyết mà chúng tôi đã kiểm tra, giả thuyết bao gồm các loài ngoại lai giải thích tốt nhất cho sự đa dạng của cộng đồng thực vật bản địa. Mô hình của MacArthur–Wilson về sinh học đảo không giải thích tốt sự đa dạng của thực vật bản địa (R² = 0.13) hoặc thực vật ngoại lai (R² = 0.11), và mô hình này phù hợp kém với dữ liệu. Một mô hình các biến môi trường giải thích tốt hơn cho sự đa dạng của thực vật bản địa (R² = 0.48) và thực vật ngoại lai (R² = 0.57), nhưng cũng phù hợp kém với dữ liệu. Thay vào đó, sự gần gũi với đường sắt giải thích độ che phủ (R² = 0.59) và độ phong phú của thực vật ngoại lai (R² = 0.63), từ đó giải thích độ phong phú loài của thực vật bản địa (R² = 0.34), và độ phù hợp của mô hình là thích hợp với giá trị AIC thấp nhất. Điều này cho thấy rằng hành lang giao thông có ảnh hưởng đáng kể, dù gián tiếp, đến cộng đồng thực vật bản địa, ngay cả trong khu vực không bị xáo trộn này. Hơn nữa, phương sai được giải thích, độ phù hợp của mô hình và tiêu chí chọn lựa mô hình AIC đã ủng hộ mô hình có đường sắt và các loài ngoại lai hơn so với mô hình M–W và mô hình môi trường. Bởi vì các mảng sinh cảnh mà chúng tôi nghiên cứu chủ yếu không bị xáo trộn bởi con người và các hoạt động của họ, kết quả của chúng tôi cho thấy rằng hành lang giao thông đã ảnh hưởng đến sự phân bố của thực vật ngoại lai bằng cách phục vụ như một vectơ cho sự định cư, chứ không phải là nguồn gây xáo trộn. Thêm vào đó, kết quả cho thấy rằng các loài thực vật ngoại lai đã có ảnh hưởng tiêu cực đến sự đa dạng của cộng đồng thực vật bản địa và đã thay đổi thành phần của nó. Kết quả cũng hỗ trợ suy diễn rằng cộng đồng thực vật ngoại lai mới hình thành đang chịu ảnh hưởng của động lực nguồn-kho (Pulliam, trong Am Nat 132:652–661, 1988) và động lực hình thành. Ngược lại, cộng đồng thực vật bản địa dường như bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi các điều kiện môi trường liên quan đến gradient độ cao, nhưng cũng có bằng chứng cho thấy rằng cộng đồng bản địa đã trải qua sự thay đổi có hướng trong thành phần loài, liên quan đến sự xâm lấn của các loài không phải bản địa.
Từ khóa
#Chuyển đổi hệ sinh thái #thực vật bản địa #thực vật ngoại lai #mô hình sinh học đảo #hành lang giao thôngTài liệu tham khảo
Abrahamson WG, Hunter MD, Melika G, Price PW (2003) Cynipid gall-wasp communities correlate with oak chemistry. J Chem Ecol 29:209–223. doi:10.1023/A:1021993017237
Anderson MJ (2001) A new method for non-parametric multivariate analysis of variance. Austral Ecol 26:32–46. doi:10.1046/j.1442-9993.2001.01070.x
Anderson MJ (2007) Community analysis software accessed from: http://www.stat.auckland.ac.nz/~mja/Programs.htm
Anderson JE, Inouye RS (2001) Landscape-scale changes in plant species abundance and biodiversity of a sagebrush steppe over 45 years. Ecol Monogr 71:531–556
Anderson MJ, Willis TJ (2003) Canonical analysis of principal coordinates: a useful method of constrained ordination for ecology. Ecology 84:511–525. doi:10.1890/0012-9658(2003)084[0511:CAOPCA]2.0.CO;2
Bangert RK, Slobodchikoff CN (2006) Prairie dog ecosystem engineering increases arthropod beta and gamma diversity. J Arid Environ 67:100–115. doi:10.1016/j.jaridenv.2006.01.015
Brown JH (1971) Mammals on mountaintops: non-equilibrium insular biogeography. Am Nat 105:467–478. doi:10.1086/282738
Brown JH, Kodric-Brown A (1977) Turnover rates in insular biogeography: effect of immigration on extinction. Ecology 58:445–449. doi:10.2307/1935620
Caldwell MM, Dawson TE, Richards JH (1998) Hydraulic lift: consequences of water efflux from the roots of plants. Oecol 113:151–161. doi:10.1007/s004420050363
Carter-Lovejoy SH (1982) The relationship between species numbers and island characteristics for habitat islands in a volcanic landscape. Great Basin Nat 42:113–119
Chambers JC, Roundy BA, Blank RR et al (2007) What makes Great Basin sagebrush ecosystems invasible by Bromus tectorum? Ecol Monogr 77:117–145. doi:10.1890/05-1991
Clarke KR, Warwick RM (2001) Change in Marine Communities: an approach to statistical analysis and interpretation, 2nd edn. Plymouth Marine Laboratory, Plymouth
Crowl TA, Crist TO, Parmenter RR, Belovsky G et al (2008) The spread of invasive species and infectious disease as drivers of ecosystem change. Front Ecol Environ 6:238–246. doi:10.1890/070151
D’Antonio CM, Vitousek PM (1992) Biological invasions by exotic grasses, the grass/fire cycle, and global change. Annu Rev Ecol Syst 23:63–87
Diamond J (1986) Overview: laboratory experiments, field experiments, and natural experiments. In: Diamond J, Case, TJ (eds) Community ecology. Harper and Row, New York, pp 3–22, 665
Floyd DA, Anderson JE (1982) A new point interception frame for estimating cover of vegetation. Vegetatio 50:185–186. doi:10.1007/BF00364113
Gelbard JL, Belnap J (2003) Roads as Conduits for exotic plant invasions in a semiarid landscape. Conserv Biol 17:420–432. doi:10.1046/j.1523-1739.2003.01408.x
Gelbard JL, Harrison S (2003) Roadless habitats as refuges for native grasslands: interactions with soil, aspect, and grazing. Ecol Appl 13:404–415. doi:10.1890/1051-0761(2003)013[0404:RHARFN]2.0.CO;2
Gotelli NJ, Colwell RK (2001) Quantifying biodiversity: procedures and pitfalls in the measurement and comparison of species richness. Ecol Lett 4:379–391. doi:10.1046/j.1461-0248.2001.00230.x
Grace JB (2006) Structural equation modeling and natural systems. Cambridge University Press, Cambridge
Grace JB, Bollen KA (2005) Interpreting the results from multiple regression and structural equation models. Bull Ecol Soc Am 86:283–295. doi:10.1890/0012-9623(2005)86[283:ITRFMR]2.0.CO;2
Hanser S, Huntly N (2006) Biogeography of small mammals of fragmented sagebrush-steppe landscapes. J Mammal 87:1165–1174. doi:10.1644/05-MAMM-A-385R2.1
Harrison S, Hohn C, Ratay S (2002) Distribution of exotic plants along roads in a peninsular nature reserve. Biol Invasions 4:425–430. doi:10.1023/A:1023646016326
Hitchcock CL, Cronquist A (1973) Flora of the Pacific Northwest. University of Washington Press, Seattle
Holyoak M, Leibold MA, Mouquet N, Holt RD, Hoopes MF (2005) Metacommunities: a framework for large-scale community ecology. In: Holyoak M, Leibold MA, Holt RD (eds) Metacommunities: spatial dynamics and ecological communities. University of Chicago Press, Chicago, pp 1–31
Inouye RS (2002) Sampling effort and vegetative cover estimates in sagebrush steppe. West N Am Nat 62:360–364
Inouye RS (2006) Effects of shrub removal and nitrogen addition on soil moisture in sagebrush steppe. J Arid Environ 65:604–618. doi:10.1016/j.jaridenv.2005.10.005
Knick ST, Rotenberry JT (1997) Landscape characteristics of disturbed shrubsteppe habitats in southwestern Idaho (USA). Landscape Ecol 12:287–297. doi:10.1023/A:1007915408590
Larson DL, Anderson PJ, Newton W (2001) Alien plant invasion in mixed-grass prairie: effects of vegetation type and anthropogenic disturbance. Ecol Appl 11:128–141. doi:10.1890/1051-0761(2001)011[0128:APIIMG]2.0.CO;2
Lau JA (2008) Beyond the ecological: biological invasions alter natural selection on a native plant species. Ecology 89:1023–1031. doi:10.1890/06-1999.1
Leduc A, Drapeau P, Bergeron Y et al (1992) Study of spatial components of forest cover using partial Mantel tests and path analysis. J Veg Sci 3:69–78. doi:10.2307/3236000
Legendre P, Legendre L (1998) Numerical ecology, 2nd edn. Elsevier, Amsterdam
Leibold MA, Holyoak M, Mouquet N, Amarasekare P, Chase JM, Hoopes MF, Holt RD, Shurin JB, Law R, Tilman D, Loreau M, Gonzalez A (2004) The metacommunity concept: a framework for multi-scale community ecology. Ecol Lett 7:601–613. doi:10.1111/j.1461-0248.2004.00608.x
Link PK, Phoenix EC (1994) Rocks, rails, and trails. Idaho State University Press, Pocatello
Lockwood JL, Simberloff D, McKinney ML et al (2001) How many, and which, plants will invade natural areas? Biol Invasions 3:1–8. doi:10.1023/A:1011412820174
Lomolino MV (2000) A call for a new paradigm of island biogeography. Glob Ecol Biogeogr 9:1–6. doi:10.1046/j.1365-2699.2000.00185.x
Lomolino MV, Brown JH, Davis R (1989) Island biogeography of montane forest mammals in the American Southwest. Ecology 70:180–194. doi:10.2307/1938425
MacArthur RH, Wilson EO (1967) The theory of island biogeography. Princeton University Press, Princeton
Mack RN, Simberloff D, Lonsdale MW et al (2000) Biotic invasions: causes, epidemiology, global consequences, and control. Ecol Appl 10:689–710. doi:10.1890/1051-0761(2000)010[0689:BICEGC]2.0.CO;2
Mooney HA, Cleland EE (2001) The evolutionary impact of invasive species. Proc Natl Acad Sci USA 98:5446–5451. doi:10.1073/pnas.091093398
Niering WA, Whittaker RH, Lowe CH (1963) The saguaro: a population in relation to environment. Science 142:15–27. doi:10.1126/science.142.3588.15
Orrock JL, Witter MS, Reichman OJ (2008) Apparent competition with an exotic plant reduces native plant establishment. Ecology 89:1168–1174. doi:10.1890/07-0223.1
Patterson BD, Atmar W (1986) Nested subsets and the structure of insular mammalian faunas and archipelagos. Biol J Linn Soc Lond 28:65–82. doi:10.1111/j.1095-8312.1986.tb01749.x
Pimentel D, Lach L, Zuniga R et al (2000) Environmental and economic costs of nonindigenous species in the United States. Bioscience 50:53–65. doi:10.1641/0006-3568(2000)050[0053:EAECON]2.3.CO;2
Popovich SJ (2006) Checklist of vascular plants. Craters of the Moon National Monument and Preserve (CRMO) Arco, Idaho, 72 pp (http://www.nps.gov/crmo/naturescience/upload/CRMO_Final_2006_Plant_Checklist_10-15-06.pdf)
Prevey J (2008) Loss of foundation species and invasion by exotic plants: the role of soil water partitioning. M.S. Thesis, Idaho State University, Pocatello, 99 pp
Pulliam RH (1988) Sources, sinks, and population regulation. Am Nat 132:652–661. doi:10.1086/284880
Salo LF (2005) Red brome (Bromus rubens subsp. madritensis) in North America: possible modes for early introductions, subsequent spread. Biol Invasions 7:165–180. doi:10.1007/s10530-004-8979-4
Sax DF, Whittaker RJ (2004) Diversity gradients. In: Lomolino MV, Heaney LR (eds) Frontiers in biogeography: new directions in the geography of nature. Sinauer, Sunderland, pp 145–149
Scheiner SM (2004) Experiments, observations, and other kinds of evidence. In: Taper ML, Lele SR (eds) The nature of scientific evidence: statistical, philosophical, and empirical considerations. University of Chicago Press, Chicago, pp 51–71
Shmida A, Wilson MV (1985) Biological determinants of species diversity. J Biogeogr 12:1–20. doi:10.2307/2845026
Smith SD, Monson RK, Anderson JE (1996) Physiological ecology of North American desert plants. Springer, New York, p 286
Sutton JR, Stohlgren TJ, Beck KG (2007) Predicting yellow toadflax infestations in the Flat Tops Wilderness of Colorado. Biol Invasions 9:783–793. doi:10.1007/s10530-006-9075-8
Tisdale EW, Hironaka M, Fosberg MA (1965) An area of pristine vegetation in Craters of the Moon National Monument, Idaho. Ecology 46:349–352. doi:10.2307/1936343
Trombulak SC, Frissell CA (2000) Review of ecological effects of roads on terrestrial and aquatic communities. Conserv Biol 14:18–30. doi:10.1046/j.1523-1739.2000.99084.x
Tyser RW, Worley CA (1992) Alien flora in grasslands adjacent to road and trail corridors in Glacier National Park, Montana (USA). Conserv Biol 6:253–262. doi:10.1046/j.1523-1739.1992.620253.x
Welch BL (2005) Big sagebrush: a sea fragmented into lakes, ponds, and puddles. Gen. Tech. Rep. RMRS-GTR-114. Fort Collins, CO: US Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station, 210 pp
Whittaker RJ (2004) Dynamic hypotheses of richness on islands and continents. In: Lomolino MV, Heaney LR (eds) Frontiers in biogeography: new directions in the geography of nature. Sinauer, Sunderland, pp 211–231