應(yīng)用嵌套分析保護(hù)景觀開發(fā)中的生物多樣性分析研究 旅游管理專業(yè)_第1頁
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應(yīng)用嵌套分析保護(hù)景觀開發(fā)中的生物多樣性摘要我們提供這樣一個(gè)概述,關(guān)于在景觀開發(fā)中,存在/缺失數(shù)據(jù)的嵌套分析可能如何指導(dǎo)景觀保護(hù)開發(fā)和土地規(guī)劃利用。我們描述了兩個(gè)嵌套的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,完美嵌套指數(shù)(%PN)和相對(duì)嵌套指數(shù)C,這兩個(gè)指數(shù)統(tǒng)計(jì)并且直接測(cè)試組合生物是否是通過相關(guān)保護(hù)實(shí)踐的梯度嵌套的。對(duì)于案例中,被等梯度嵌套的組合,我們新的免費(fèi)程序允許用戶確定物種間特定的閾值的平穩(wěn)過渡線的產(chǎn)生。政策制定者,城市規(guī)劃和資源管理者可以利用這條曲線來為受土地利用(例如,抗?jié)B表面最大百分比)和物種豐富度或生活史特征等相關(guān)的影響的環(huán)境屬性制定具體目標(biāo)。我們使用跨越城市梯度案例研究鳥類,鳥兒和蝴蝶在遠(yuǎn)郊的景觀來說明了保護(hù)和土地利用的一系列問題,嵌套分析可能涉及的成本較低。我們還討論了嵌套分析是如何涉及,與其他的統(tǒng)計(jì)技術(shù)相關(guān)的存在/不存在的數(shù)據(jù)分析。?2007愛思唯爾B.訴保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞:組合結(jié)構(gòu),養(yǎng)護(hù),檢測(cè)概率;環(huán)境梯度,物種豐富度,城市化內(nèi)容導(dǎo)言……272分析框架……2732.1嵌套指標(biāo)……2732.2錯(cuò)誤缺失統(tǒng)計(jì)……275個(gè)案研究……2753.1鳥類在森林片段中跨越城市梯度……2753.2中部大盆的中的鳥類和蝴蝶……276討論……278互補(bǔ)性指標(biāo)……278實(shí)踐保護(hù)應(yīng)用……278簡(jiǎn)介各種各樣的統(tǒng)計(jì)工具利用蘊(yùn)蓄數(shù)據(jù)去了解個(gè)別物種和生物地理學(xué)組合。這些工具也有利于物種級(jí)別和組合級(jí)別預(yù)測(cè)響應(yīng)自然和人為環(huán)境的變化。嵌套分析代表了一套相對(duì)簡(jiǎn)單的工具,這套工具用于檢測(cè)是否小的環(huán)境變量確定了先驗(yàn),往往服從管理,可能會(huì)影響跨越空間和時(shí)間的物種豐富度和物種組成。這些信息對(duì)于在城市景觀和城市遠(yuǎn)郊景觀或農(nóng)村景觀做出知情土地使用的決定是非常有價(jià)值的。圖.1.維恩圖說明了嵌套的子集的關(guān)系(由帕特森,1987年批準(zhǔn)修改)。每個(gè)小組代表由三名當(dāng)?shù)亟M合組成的生物群,由圓圈A至C表示。圓圈的大小與物種豐富度呈正相關(guān)。大的圓的面積重疊(交集)代表數(shù)量更大的物種共享。左邊的生物群是嵌套的;

該物種存在于物種相對(duì)貧乏的組合與物種相對(duì)豐富的組合中。右邊的生物群是非嵌套的,由于物種在C中出現(xiàn)而從B中缺席和物種在B中出現(xiàn)而從A中缺席。所有嵌套分析測(cè)試在何種程度上,哪個(gè)物種出現(xiàn)在相對(duì)物種貧乏的地方是出現(xiàn)在物種相對(duì)豐富的地點(diǎn)的適當(dāng)?shù)淖蛹ㄅ撂厣桶⑻伛R爾,1986;。賴特等人,1998年)。嵌套是一個(gè)組合屬性而不是個(gè)別物種,(賴特等人。,1998),并已被理解為物種分布在生物地理秩序上的一個(gè)措施(阿特馬爾和Patterson,1993)。在一個(gè)理想化的,完美的嵌套組合中,比最高的物種豐富度低的目前的物種的地點(diǎn),永遠(yuǎn)不會(huì)從更大的物種豐富度的位置缺席(圖1)。因此,可以預(yù)測(cè)某一個(gè)物種將被滅絕的順序或一個(gè)嵌套組合占領(lǐng)一組殖民陸地或水的“孤島”的順序;這些預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性是與嵌套程度積極相關(guān),并且不依賴于對(duì)底層機(jī)制的了解。幾乎所有的生物群偏離真正的完美嵌套,盡管有相當(dāng)大的一部分顯著地被嵌套(賴特等人,1998年)。像許多生物地理原則和理論一樣(惠特克等。,2005),嵌套的概念(達(dá)林頓,1957年)和嵌套分析并不是新的。相反,他們是屬于一套既定的概念性的方法,經(jīng)過新的理論框架重新包裝或通過Web訪問進(jìn)行推廣(例如,費(fèi)爾南德斯-Juricic,2002;Saetersdal等。,2005)。其他老字號(hào)的統(tǒng)計(jì)工具,如采用赤池的信息準(zhǔn)則(AIC)和貝葉斯信息準(zhǔn)則的回歸模型選擇(BIC)的(赤池,1973年,1978年;施瓦茨,1978),同樣有重新出現(xiàn)在當(dāng)代出版物。在這里,我們強(qiáng)調(diào)幾個(gè)嵌套度量,涉及生物地理格局的環(huán)境變量,可以被工作范圍在從區(qū)域到當(dāng)?shù)兀ɡ纾莼蚴。┑某鞘幸?guī)劃者和資源管理者操作(例如,鄰里房主協(xié)會(huì))。組合可以被多種現(xiàn)象嵌套,包括但不限于物種滅絕的具體概率,殖民種特異性概率和嵌套的資源或生境特征(科迪,1983年,庫(kù)克和奎因,1995年卡特勒,1991;達(dá)林頓,1957年;Lomolino,1996)。明顯的嵌套也可能是由于抽樣協(xié)議不足以捕捉在某一地點(diǎn)的所有物種,或者地點(diǎn)之間的不相同(凸輪等,2002;??ㄌ乩眨?994;Gotelli和科爾韋爾,2001)。大部分出版的嵌套分析都側(cè)重于滅絕或殖民的機(jī)制(例如,Deacon和Mac納利,1998年;Hecnar和M'Closkey,1997;帕特森,1987),也許是由于物種豐富度的平衡理論極具聲望,假定滅絕的速度的下降是由于島嶼面積擴(kuò)大和殖率下降與島隔離增加一樣(麥克阿瑟和威爾遜,1967;門羅,1948年;普雷斯頓,1962)依托島嶼生物地理學(xué)的基本文獻(xiàn),管理者和保護(hù)生物學(xué)家通常會(huì)試圖通過阻止片段面積進(jìn)一步減少和促進(jìn)本地物種的重新殖民化,從而在碎片系統(tǒng)中應(yīng)對(duì)明顯的區(qū)系放松。有,但是,通過非本土物種來防止殖民的“入侵”的利益越來越大,這會(huì)對(duì)本地物種和生態(tài)過程產(chǎn)生負(fù)面影響(Mooney和霍布斯,2000;Palumbi,2001;賴克德等,2001;。Rejmanekand賴克德,2001)。

對(duì)于嵌套與滅絕和殖民化的替代物種有關(guān)的鑒定,如斑塊面積和隔離,也可能會(huì)因識(shí)別潛在的最終機(jī)制而功虧一簣。嵌套分析對(duì)于資源管理和保護(hù)規(guī)劃是非常有效的工具,因?yàn)樗麄兛梢蕴岢觯M管通過相關(guān)性,是否幾乎任何環(huán)境變量的利益(可能會(huì)或可能不會(huì)涉及減少面積和增加隔離斑塊),都很可能影響到一個(gè)陣列地點(diǎn)上的分布格局(例如,弗萊什曼和Mac納利,2002年,始祖,1995)。在物種群體(例如,分類團(tuán)體或協(xié)會(huì))之間,不同的嵌套對(duì)于一個(gè)特定的土地覆蓋類型的敏感度有所不同,很明顯,土地利用和其他進(jìn)程,會(huì)對(duì)土地利用類型的發(fā)生和程度可能會(huì)驅(qū)使地方物種滅絕或殖民化產(chǎn)生影響(弗萊什曼和墨菲1999年Hecnar和M'Closkey,1997;強(qiáng)森和Jonsell,1999)。在嵌套分析的基礎(chǔ)上,它可能并不總是能夠在環(huán)境變量和物種發(fā)生之間建立一種因果關(guān)系。然而,很強(qiáng)的相關(guān)性可以,在最低限度,可用更密集的實(shí)驗(yàn)或觀察來測(cè)試,以便幫助改進(jìn)基于流程的假說。嵌套分析具有實(shí)際的應(yīng)用性,因?yàn)?,他們提供的關(guān)于模式的信息和建議的機(jī)制不僅影響物種豐富度,而且影響物種的組成。這些數(shù)據(jù)有助于了解如何充分發(fā)揮多次使用本地物種豐富度景觀的決定的信息基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)有助于做出有關(guān),如何通過多次使用景觀來最大限度地發(fā)揮本地物種豐富度的信息庫(kù)的決策。這些決定包括但不限于:哪些位置應(yīng)優(yōu)先保護(hù),生態(tài)恢復(fù),鄉(xiāng)土樹種,城市發(fā)展,資源開采,或休閑娛樂(Margules和普雷,2000年)。一些嵌套分析,如溫度的嵌套計(jì)算器(阿特馬爾和Patterson,1993),允許直接測(cè)試或間接推論關(guān)于可能與物種豐富度和物種構(gòu)成秩序相關(guān)的環(huán)境變量。如果用戶確定一個(gè)組合是嵌套的,他可以測(cè)試是否一個(gè)給定的環(huán)境變量與存在/缺失矩陣最大包裝的排序相關(guān)(阿特馬爾和Patterson,1993)。這種測(cè)試是間接的,因?yàn)樗枰獜挠?jì)算器上提取行列位置,以便以后在一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用軟件程序上進(jìn)行分析。一個(gè)直接的測(cè)試可以,有一個(gè)統(tǒng)計(jì)檢測(cè),當(dāng)某一地點(diǎn)是由環(huán)境變量支配時(shí),確定組合嵌套偶然出現(xiàn)的概率。作者的嵌套溫度計(jì)算器具有獨(dú)特的功能,它可以確定通過生物群來展示分配模式的“無序熱”的數(shù)量,它不僅可以衡量位置是否就種嵌套,同時(shí),它也可以衡量越來越多的物種是否可能在目前位置有更大的物種豐富度(阿特馬爾和帕特森,1993年)。富有特色的生物地理事件或不尋常的資源需求,能夠提高遠(yuǎn)高于整體矩陣的個(gè)別物種特定的溫度。換句話說,這些物種的分布被假定為用于反映通過影響事件或現(xiàn)象從而影響整個(gè)系統(tǒng)的完整性。輔助信息可用于計(jì)算關(guān)于這些idiosyncracies性質(zhì)的假設(shè),其中可能包括,在一個(gè)地點(diǎn)的某個(gè)區(qū)域的特定地形特征的新物種或群體的移居(阿特馬爾和帕特森1993年)。我們相信,通過Lomolino(1996)和賴特等人開發(fā)的統(tǒng)計(jì)工具對(duì)于決策可能是非常有用的,因?yàn)樗鼈冊(cè)试S用戶直接測(cè)試生物是否是嵌套的底層機(jī)制(例如,邊緣到內(nèi)部的比例機(jī)制是滅絕)。為了說明嚴(yán)格的嵌套分析在土地管理和保護(hù)中的實(shí)際應(yīng)用,我們目前的個(gè)案研究,在景觀管理中使用這些工具。我們還討論了嵌套分析如何補(bǔ)充其他類型的基本組合型和基本物種的分析,不完善檢測(cè)和其他的抽樣問題,會(huì)影響嵌套分析的可靠性和他們的信息成本比。2.分析框架2.1.嵌套度量存在/缺失(或檢測(cè)/非檢測(cè),麥肯齊等。,2003)嵌套分析矩陣通常是這樣被組裝的,通過安排地點(diǎn)或場(chǎng)地,如行(從上到下)為物種豐富度呈遞減趨勢(shì)排序的,列(左到右)為物種普遍性呈遞減趨勢(shì)排序的。這種排序給我們提供了一個(gè)有關(guān)物種組合結(jié)構(gòu)的描述,它也是進(jìn)行更詳細(xì)的嵌套測(cè)試的第一步。如果要測(cè)試是否一個(gè)特定的環(huán)境變量可能與一個(gè)嵌套的分布格局有關(guān),那么,行可能會(huì)責(zé)令有關(guān)該準(zhǔn)則,而不是物種豐富度(弗萊什曼和蘋果納利,2002;圖.2)。例如,行所列的順序是有關(guān)降水減少量化的程度,是一個(gè)嵌套生物沉淀。如果一個(gè)組合嵌套與選定的環(huán)境變量有關(guān),或者如果一個(gè)組合與一個(gè)環(huán)境變量比另一個(gè)環(huán)境變量被嵌套更多有關(guān),它表明,變量問題對(duì)于物種豐富度和物種組成的組合有非凡的影響。與環(huán)境變量無關(guān)的嵌套分析,對(duì)于有助于理解相對(duì)梯度或機(jī)制的可能性影響不大,并幫助我們預(yù)測(cè),組合結(jié)構(gòu)跨越空間和時(shí)間。圖.2.例如,不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一個(gè)的矩陣的排序。左矩陣中的行(從上到下)為物種豐富度下降的排列順序。右矩陣中的行(從上到下)為另一個(gè)假想的環(huán)境變量在降低的排列順序。雖然許多嵌套指數(shù)已經(jīng)制定(見賴特等人。,1998),我們都知道只有兩個(gè)-百分之,即完美的嵌套指標(biāo)(%PN,Lomolino,1996年)和相對(duì)嵌套指標(biāo)C(賴特和里夫斯,1992年),這二者是相互媲美的,可直接用于檢測(cè)嵌套組合是否與超過標(biāo)準(zhǔn)的其他物種豐富度有關(guān)(也請(qǐng)參閱MacNallyandLake,1999)。完美嵌套百分比(%PN)要么是來源于原始BASIC程序嵌套(Lomolino,1996),或者是新開發(fā)的腳本,在任何使用Windows操作系統(tǒng)(可從RD)的個(gè)人計(jì)算機(jī)上都可以運(yùn)行。該指數(shù)比較了一個(gè)通過隨機(jī)模擬產(chǎn)生的利益與矩陣變量的相對(duì)嵌套矩陣(通常是1000,但模擬的數(shù)量可以由用戶定義)。模擬矩陣不同于與行的順序本身有關(guān)的有序矩陣,除了完美次序矩陣,至少有一個(gè)品種,它會(huì)缺席某一特定地點(diǎn),并將出現(xiàn)在具有相同或較低的物種豐富度的地點(diǎn)。隨著這些背離完美嵌套的物種數(shù)量的增加,%PN從最大值為100一直下跌到最小值為0。有序矩陣的統(tǒng)計(jì)意義被定義為模擬矩陣偏離完美嵌套的比例與有序矩陣相同或少于有序矩陣。圖.3.發(fā)生閾值(物種之間的平穩(wěn)過渡線的具體發(fā)生閾值)原始森林中的20個(gè)物種的矩陣,29個(gè)原始森林補(bǔ)丁中的鳥類。修補(bǔ)程序是以公頃大小的遞減順序排名的(唐納利和Marzluff,2004)。色和白色的方塊分別表示存在(檢測(cè))和缺失(非檢測(cè))。物種:1,美國(guó)羅賓(Turdusmigratorius);2,冬季雷恩(穴居人穴居人);

3,斑陶希(Pipilio斑);4,太平洋斜坡鹟(Empidonaxdifficilis);5,Swainson的鶇(Catharusustulatus);6,威爾遜的沃布勒(Wilsoniapusilla);7,板栗支持奇克迪(Poecilerufescens);8,Blackthroated灰柳鶯(Dendroicanigrescens);9,金加冕肯格里特(Regulussatrapa);10,紅胸納特哈奇(Sittacanadensis);11日,虎頭周杰倫(Cyanocittastelleri);12日,布朗克里珀(Certhia美洲);13日,赫頓的維利歐(維利歐huttoni);14,霜霉病啄木鳥(Picoides毛竹);

15,Darkeyed容庫(kù)(容庫(kù)hyemalis);16,毛啄木鳥(Picoidesvillosus);

17日,哈蒙德的鹟(Empidonaxhammondii);18,更改鶇(Ixoreusnaevius);19,西方塔納哲(Pirangaludoviciana);

20,Hermit-Townsend’sWarbler(Dendroicaspp.).如果一個(gè)組合與任何序列標(biāo)準(zhǔn)有明顯的關(guān)系,則它可以使發(fā)生閾值曲線符合有序矩陣(圖3);這條曲線描述了特定物種發(fā)生閾值之間的平穩(wěn)過渡線。發(fā)生閾值對(duì)于檢測(cè)在物種和組合的水平上影響的存在和不存在模式是有用的。與閾值相關(guān)的生境改變的鑒定,特別是在站點(diǎn)級(jí)別,它可以促進(jìn)棲息地質(zhì)量的便利分類,并且能夠指導(dǎo)實(shí)際管理建議,例如超過這個(gè)閾值某些物種是不可能持續(xù)下去的(Gu'enette和維拉爾,2005年)。但是對(duì)于所有完美的嵌套組合,至少有一個(gè)物種將缺席高于這個(gè)曲線交點(diǎn)其列和至少一個(gè)物種將會(huì)低于此曲線的交點(diǎn)其列。在矩陣形狀和填充的基礎(chǔ)上,閾值曲線相對(duì)于軸的形狀和位置是可以被估算的,其中填充的定義是矩陣存在的百分比。在嵌套50%的填充矩陣中,閾值是一條從矩陣的右上角到矩陣的左下角的筆直的對(duì)角線,這使得被占領(lǐng)地區(qū)的矩陣與沒有被占領(lǐng)地區(qū)的矩陣

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