特定岛屿生物地理和景观特征塑造干旱海洋中石英岛植物多样性和栖息地特化

《Scientific Reports》：Specific island biogeographic and landscape features shape plant diversity and habitat specialism on edaphic quartz islands in an arid ocean

为探究空间参数和景观过滤对植物多样性的影响，研究人员对石英岛开展研究，发现岛面积和栖息地多样性是关键预测因子。

　　在广袤的自然界中，存在着一类特殊的 “岛屿”—— 栖息地岛屿，它们就像散落在陆地环境中的明珠，拥有独特的生态环境。这些栖息地岛屿不仅有着特殊的土壤条件，其空间特征和景观过滤也独具特色，对生物多样性有着重要影响。然而，一直以来，这些空间特征和景观过滤在驱动栖息地岛屿生物多样性方面的作用却如同迷雾，让人难以捉摸。

石英岛作为一种特殊的自然土壤岛屿，主要分布在南非的干旱地区。它们被石英砾石覆盖，与周围的区域有着明显的界限，宛如一个个独特的生态孤岛。在这些岛上，演化出了许多栖息地特化物种和地方特有物种，植物多样性极高。但以往对石英岛的研究较少，其空间布局和岛屿生物地理特征的影响也未被深入量化。

为了揭开这些谜团，来自德国歌德大学法兰克福分校（Biogeography and Biodiversity Lab, Institute of Physical Geography, Goethe University Frankfurt）、汉堡大学（Organismic Botany and Mycology Lab, Institute of Plant Science and Microbiology, University of Hamburg）以及汉堡的全球分布式开放研究与教育研究所（Institute for Globally Distributed Open Research and Education (IGDORE), Hamburg）的研究人员，针对石英岛植物多样性展开了深入研究。这项研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解岛屿生物地理和生态保护提供了重要的依据。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是野外调查，他们在 2019 年 8 月至 10 月，对 47 个不同形状和大小的石英岛进行了全面的植物区系清查，记录了植物的存在与否；其次是借助卫星图像分析岛屿的空间特征，包括计算岛屿面积、栖息地多样性指数等参数；最后，通过构建多种模型，如物种面积关系（SAR）模型、广义线性模型等，来分析各变量与植物多样性之间的关系。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 物种 - 面积关系模型：研究发现，通才物种丰富度（generalist richness）与石英特化物种丰富度（quartz specialist richness）的物种 - 面积关系模型均显著，但通才物种丰富度 - 面积关系模型的 z 值和解释方差略高于石英特化物种丰富度 - 面积模型。这表明在石英岛上，虽然两种物种的丰富度都随岛屿面积增加而增加，但通才物种对岛屿面积的响应更为强烈。
2. 对通才物种丰富度的影响：通才物种丰富度与岛屿面积（log₁₀转换后）和栖息地多样性指数呈显著线性正相关。此外，它与目标效应（target effect）和基质对比度（matrix contrast）呈现显著的驼峰形关系。最终的多预测变量模型显示，岛屿面积（log₁₀）和基质对比度的线性项是影响通才物种丰富度的重要因素。
3. 对石英特化物种丰富度的影响：石英特化物种丰富度随着岛屿面积（log₁₀转换后）和栖息地多样性指数的增加而显著增加，而随着与最近邻岛屿距离（log₁₀转换后）的增加而略有下降。它与目标效应和基质对比度也呈现显著的驼峰形关系。最终模型表明，栖息地多样性指数和目标效应的二次项是影响石英特化物种丰富度的关键因素。
4. 对石英特化物种百分比的影响：在单预测变量模型中，没有变量与石英特化物种百分比呈现显著关系。在多预测变量模型中，经过逐步变量减少，最终模型包含岛屿面积和目标效应，它们是影响石英特化物种百分比的重要因素。

研究结论和讨论部分具有重要意义：一方面，该研究首次探索了岛屿生物地理和其他空间驱动因素对石英岛植物的影响，发现岛屿面积和栖息地多样性是预测植物多样性的可靠指标。对于通才物种，岛屿面积的影响更为突出；而对于石英特化物种，栖息地多样性的作用更为关键。另一方面，研究表明基于面积的隔离指数（如目标效应）和基质对比度在解释栖息地岛屿群岛的隔离方面比基于距离的隔离参数表现更好，但测量隔离仍面临挑战。此外，研究还强调了在研究土壤岛屿系统时考虑基质作用的重要性，尽管量化基质对比度存在困难，但未来研究可通过结合土壤属性和植被数据来改进。从生态保护角度看，由于栖息地多样性对物种丰富度影响重大，多个小而异质的岛屿可能与单个大岛屿拥有相当数量的物种。因此，保护整个石英岛群岛及其周围景观至关重要。然而，目前难以针对所有土壤栖息地岛屿制定通用保护策略，因为许多其他类型的土壤岛屿尚未从岛屿生物地理学角度进行研究。该研究成果为岛屿生物地理学研究提供了新视角，也为石英岛植物的保护提供了科学依据，提醒人们在生态保护规划中应谨慎对待从海洋岛屿研究得出的结论，充分考虑栖息地岛屿的独特性。<