全球植物多样性保护一直是学界关注的热点问题。不同植被类型的植物多样性正在发生变化，其变化受确定性过程和随机性过程的影响。确定性过程的研究以气候变化、人为干扰、地理因素和土地利用变化的研究较多，但量化确定性过程和随机性过程一直是研究难点。彭羽副教授研究组以全球不同植被类型为研究对象，采用卫星遥感数据，通过整合野外调查实测数据和全球数据库，结合土地利用、气候、人为干扰等数据，以半变异函数（semivariance function）、结构方程模型（SEM）、随机森林（random forest）模型等分析手段，系统探讨了不同植被类型α和β植物多样性变化的驱动力，取得了一系列研究成果。
研究进展一：植物多样性随机性过程的量化研究
采用空间自相关块金效应分析量化了植物多样性变化的随机效应的贡献。使用卫星遥感影像数据提取出的归一化植被指数，计算了全球49个自然保护区中147个样方1990年、2000年、2010年和2020年的空间自相关性参数（图1），使用随机森林模型确定10个年度和120个月度气候变量中的关键驱动因素。研究结果表明，全球不同植被类型的植物群落的空间自相关性模式存在差异：草原和常绿针叶林的空间自相关性最高，主要受年度能量指标的影响；赤道附近的热带常绿雨林和北极圈附近的针叶林的空间自相关性最低。从1990年到2020年，Nugget、PSill和Sill分别下降了92.36%、58.36%和60.61%，表明生物同质性趋势显著。月度气候变量比年度气候变量更好地解释了空间自相关性的变化（图2）。该研究的创新点在于，通过对不同植被类型的植物群落的研究，揭示了全球植物多样性的空间自相关性模式的差异性和变化趋势，发现了气候变化是影响植物群落空间自相关性的主要因素之一。研究结果对深入了解全球植物多样性的演变和应对气候变化具有重要的意义。
图1 研究地点与植被类型
图2 随机森林模型显示的环境因子对植物多样性确定性和随机性过程的贡献
研究进展二：全球气候变化下植物多样性的空间格局
植物多样性维持受植物-植物关系的影响，特别是邻体植物个体的影响，但这些空间关系受制于调查成本和空间数据的限制，难以进行大样本和多尺度分析。采用遥感影像数据，计算光谱物种多样性指数，构建了邻体植株的8个空间关系指数。研究发现，光谱物种多样性和邻体距离在1990-2020年间显著提升，特别是邻体关系对于植物多样性变化的贡献大于气候变化（图3）。该研究对于揭示植物多样性的变化提供了新视角。
图3 光谱物种多样性、邻体物种关系与纬度和年度降水量关系
研究进展三：景观格局对植物多样性的影响
景观格局是生物多样性的重要驱动因素。全球尺度下，由于植被类型、采样方法、多样性指数、空间尺度和分析层次的不同，景观格局对生物多样性的影响仍存在争议。利用全球标准化的植物群落数据库和30m分辨率的土地利用/土地覆盖地图，对1990-2015年期间的植物α多样性以及斑块和景观水平的景观指数进行计算，解析景观格局对植物物种α多样性的贡献。研究发现，景观格局指数与植物多样性的Spearman相关系数显著（p < 0.05），随植被类型和观察尺度而不同。随机森林模型和变异分解分析显示，斑块数量、边缘密度和景观多样性指数是植物α多样性的重要影响因子，但是其单因子影响效应均低于景观联合效应。景观破碎化和斑块尺度格局的联合效应是灌丛（5.6%）和草地（8.8%）植物多样性变异的主要驱动力（图4）。靠近斑块中心，植物α多样性呈现增加趋势。景观格局-植物多样性呈现出尺度依赖性。综上，斑块数量、边缘密度、景观多样性和景观破碎化是植物α多样性的重要影响因子，不同植被类型存在差异。建议平衡斑块和景观水平格局的空间结构，增强景观格局的正效应，以维持全球的植物多样性。
图4 景观复杂性、异质性、破碎化和斑块格局对植物物种α多样性的贡献
上述研究工作得到国家自然科学基金（32271555)）、国家重点研发计划（2022YFF1303005）等资助。第一作者包括研究生晋寒妮、徐静，彭羽副教授为通讯作者。
上述研究论文信息及链接：
Peng, Y., Xin, J., Peng, N., Li, Y., Huang, J., Zhang, R., Li, C., Wu, Y., Gong, B., & Wang, R. Global patterns and drivers of spatial autocorrelation in plant communities in protected areas. Diversity and Distributions, 2023, https://doi.org/10.1111/ddi.13793
Jin HN, Xu J, Peng Y*, Xin JX, Peng NY, Li YY, Huang JJ, Zhang RQ, Li C, Wu YM, Gong BZ, Wang RH. Impacts of landscape patterns on plant species diversity at a global scale. Science of The Total Environment, 2023,896, 165193. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165193.
Peng Y, Xin J and Peng N.Climate change alters the spatial pattern of plant spectral diversity across forest types. Frontiers in Ecology and Evolution. 2023,11:1137111. https://doi: 10.3389/fevo.2023.1137111.
（供稿：晋寒妮 彭羽； 审校：王乔 金军 周宜君）
