物种多样性、热点同余和保护北美蜻蜓(蜻蜓目:束翅亚目)
Zhengxue赵
Xueli峰,- 安顺学院的农业、安顺大学,中国
的快速灭绝物种生物多样性保护相当关注的问题。识别司机的物种多样性和热点有利于开发保护策略。昆虫的研究主要集中在陆地物种,很少半水生物种。使用135208地理事件记录296年的蜻蜓在北美,他们的物种丰富度和特有现象(由加权特有现象)的模式映射在100×100公里网格大小、环境变量对物种丰富度的影响和特有现象进行了使用广义线性模型和分层分区。随后,前5%网格与物种丰富度和加权特有现象分别选为热区和他们的一致评价。最后,物种多样性热点被确定通过整合两种类型的热点网格,并且执行差异分析来评估它们的受保护地位。温度条件和水资源影响最强的物种丰富度和特有现象,分别。观察低一致性之间的物种丰富度和特有现象热点。此外,四个物种多样性热点,即地区的美国东部和加拿大东南部,西南部的美国,北美墨西哥中部和南部。大约69.31%的热点网格不是现有保护区的一部分,呈现一个重要保护差距。 The habitats of taxonomic groups should be considered while identifying the most common driving mechanisms of endemism. Strengthening the establishment of protected areas in regions with conservation gaps is urgently needed to promote the conservation of damselflies in North America.
介绍
物种丰富度是最常见的物种多样性指标和基本措施的社区和地区多样性(Gotelli Colwell, 2001)。它还起着重要的作用在保护策略由于其有效性保存最多的物种在小区域(徐et al ., 2017)。特有现象是物种多样性的另一个关键指标,用各种措施(林德,2001;之际,脆,2003;之际,et al ., 2013;吉林et al ., 2015)。类似于物种丰富度,特有现象已经自然资源保护者(引起了极大关注Lamoreux et al ., 2006;之际,et al ., 2013;黄et al ., 2016;Noroozi et al ., 2019 a;Shrestha et al ., 2021)由于其固有的特性,如高灭绝风险由于气候变化(桑德尔et al ., 2011)。越来越多的研究表明,物种丰富度和特有现象必须考虑在开发保护物种多样性策略(赵et al ., 2016;徐et al ., 2017;Yu et al ., 2017;刘et al ., 2018 a;谢et al ., 2022)。
在昆虫中,最常见的驱动变量的物种丰富度是当代气候变量,而那些特有分布模式的地形或历史气候变化变量(Schuldt阿斯曼,2009年,2011年;赵et al ., 2020 a)。调查这些变量可以帮助理解底层机制生成物种多样性模式(Jetz Rahbek, 2002;Schuldt阿斯曼,2009年)。同时量化研究昆虫物种丰富度和特有分布模式的决定因素主要在古北区的西部和中国(Schuldt阿斯曼,2009年,2011年;赵et al ., 2020 a),很少在其他地区,尤其是在欧洲大陆的规模。此外,这些研究只关注陆生昆虫而不是其他栖息地的团体,如半水生昆虫。徐et al。(2015)观察到物种多样性变化的最突出的环境变量在不同生境组。因此,昆虫从其他栖息地应该用于验证研究结果对于不同的物种丰富度和特有分布模式的潜在机制。
考虑到物种灭绝危机和保护有限资源、保护优先领域应该被识别。为这是一种有效的方法来识别“热点”(迈尔斯et al ., 2000),即。,regions hosting high species diversity. Interestingly, there is no consensus on the spatial congruence of hotspots for species richness and endemism (林德,2001;奥姆镇et al ., 2005;Ceballos和欧利希,2006年;Lamoreux et al ., 2006;冯et al ., 2011;Collen et al ., 2014;Daru et al ., 2015;罗et al ., 2015);这直接影响保护优先领域的选择。如果物种丰富度和特有现象热点是高度一致的,任何一个热点类型可以被视为优先保护区域,它可以作为一个有用的替代为另一个热点类型(奥姆镇et al ., 2005)。然而,较低的物种丰富度之间的一致性和特有现象热点需要其他保护的发展策略。确定优先领域仅仅是第一步在物种的保护;因此,措施保护物种还应该制定和实施。创建保护区是保护物种的最有效的方法之一原位(海伍德和Dulloo, 2005)。不幸的是,一些研究显示,现有的保护区是无效的在保护物种和保护有一定程度的差距(Zhang et al ., 2015 a;气et al ., 2017;Noroozi et al ., 2019 b;杨et al ., 2021)。因此,现有的保护区应该在紧急的基础上进行了优化。
豆娘,一个小,细长的昆虫物种,属于超科丝蟌科,Platystictidae, Calopterygidae,细蟌科亚目束翅亚目蜻蜓目(的顺序Dijkstra et al ., 2013)。豆娘半水生昆虫,因为他们的幼虫生活在淡水栖息地和成年人生活在陆地上。先前的研究显示,豆娘濒临灭绝(Clausnitzer et al ., 2009),因此他们的保护需要增加。不幸的是,尽管分类研究蜻蜓显著增加了在过去的几十年里(例如,杜蒙et al . 2010;Dijkstra et al ., 2014;可是et al ., 2021;Suvorov et al ., 2022),研究物种保护方面,比如物种多样性的驱动因素的识别模式和热点,相对较少,从而阻碍适当的保护策略的发展。蜻蜓是广泛分布,在除南极洲意外的其他大洲均可以找到。北美是最高的大洲之一的蜻蜓,使它理想的区域进行macroecology和保护生物地理学研究。
北美蜻蜓分布数据的基础上,本研究旨在(1)探讨物种丰富度和特有分布模式的最突出因素,(2)评估物种丰富度的空间一致性和特有现象的热点地区,和(3)确定物种多样性保护的热点地区优先领域和评估他们的保护状态。
材料和方法
物种分布数据
135208发生的记录296年北美蜻蜓从全球生物多样性信息编译工具(GBIF)1和文学(Ball-Damerow et al ., 2015)。发生记录从GBIF获得,只有那些与地理坐标空间的不确定性< 10公里。此外,我们删除了重复的和模棱两可的事件记录。生命的物种的名字是标准化使用目录。2
物种多样性的模式
物种丰富度和特有分布模式是可视化使用100×100公里网格的大小。网格大小被选中,是因为它是理想的映射的宏观模式物种多样性(Hortal 2008),已广泛应用于北美(例如,王et al ., 2009;冯et al ., 2019)。物种丰富度指的是在每个网格的物种总数。特有现象测量在每个网格(加权特有现象林德,20011)计算方程。加权特有现象的值在网格计算,总结每个物种的权重(逆网格被物种的数量)。只有网格至少50%的土地面积被用于后续的分析。
在哪里米我是网格的数量每一物种。
环境变量
我们11个环境变量分为以下四类:(1)温度:年平均温度(垫),平均气温最热的季度(MTWQ)和年度潜在蒸散(PET);(2)水的可用性:年平均降雨量(MAP)和降水最热的季度(PWQ);(3)生境异质性:年平均温度范围(MATR)和年平均降雨量(MAPR),海拔范围(ER),和斜率(SP),与MATR MAPR,和ER定义为各自的最大和最小值之间的差异在100×100公里网格;和(4)历史气候变化:垫和地图的变化自最后一个冰河最大(学习和MAPC) mact = |现代计算垫−LGM垫|和MAPC = |现代地图−LGM地图|。由于过去气候模型的不确定性,垫和地图在过去冰川最大使用的均值模型计算了跨学科研究地球气候系统和社区气候系统模型版本4模型。
垫和地图在现代,和最后的冰河时代MTWQ, PWQ,海拔从WorldClim获得数据库。3宠物从CGIAR-CSI数据库下载。4解决所有的环境变量是30角秒,除了垫和地图在过去冰川最大(2.5分钟)。环境变量的值在100×100公里网格计算为所有像素的均值(30角秒或2.5分钟)内网格使用ArcGIS 10.7 (ESRI,雷德兰兹、钙、美国)5。
数据分析
评价抽样偏差对物种丰富度的影响,线性回归模型被开发(赵et al ., 2020 a,b基于日志)10(x + 1)转化的记录数量和物种丰富度在每个网格。如果观察到丰富比预期丰富基于线性回归在每个网格> 70%,这被认为是采样(Sanchez-Fernandez et al ., 2008;Romo Garcia-Barros, 2010)。广义线性模型(glm)和准泊松残差用来评估物种丰富度之间的关系/特有现象和环境变量(刘et al ., 2017,2018 b),因为这些模型可以处理overdispersed问题比负二项残差(版本Hoef Boveng, 2007)。首先,进行单变量分析使用的漠视,系数的测定(R22(%)估计使用方程王et al ., 2011)。上述模型的显著性检验是重新计算使用修改后的t (Dutilleul et al ., 1993)因为空间的自我膨胀的第一类错误(Diniz-Filho et al ., 2003)。只有p< 0.1被认为是显著的glm (刘et al ., 2017,2018 b)。
此外,分层分区进行评估环境变量的相对重要性,确定最可能的因果因素,有效地缓解共线性(Chevan萨瑟兰,1991;齐墩果et al ., 2010)。环境变量的方差膨胀因子对物种丰富度和加权特有现象被发现是< 18岁。之前执行分层分区物种丰富度,在单变量分析与环境变量被排除在外(表1)。为了避免不同数量的变量的影响结果,八个环境变量被用来评估加权特有现象。宠物,MAPC, SP被排除在外,因为他们R2价值低于其他变量(表1)。每一个环境变量的相对作用是其独立表达的影响。分层分区的意义是由随机测试重复号码为100,和意义是基于0.95的信心上限。统计分析了使用R 4.2.1(准备R核心团队,2022年)与lm和glm功能和汽车(福克斯et al ., 2022),在这里。部分(沃尔什和Mac纳,2020年)和SpatialPack (奥索里奥et al ., 2022)包。
表1。物种丰富度的关系/加权特有现象和每个环境变量标识使用的漠视。
前5%网格(最常用的阈值)的物种丰富度和加权特有现象被定义为物种丰富度和特有现象的热点地区,分别为(Lopez-Pujol et al ., 2011;元et al ., 2014;赵et al ., 2016;气et al ., 2017)。两种类型的热点地区(即。,total grids of two hotspots) were integrated as final species diversity hotspots, i.e., conservation priority areas (Zhang et al ., 2021),由于低空间热点(参见下面的结果)之间的一致性。此外,差距分析是用来评估保护差距。我们覆盖了一层一层与保护区物种多样性热点和保护差距定义为电网的保护区覆盖<网格面积的10% (徐et al ., 2017)。
结果
利用线性回归模型,我们认为物种丰富度> 73.67%的预报值在每个网格(图1)。这个结果表明一个相对好的抽样完整性。物种丰富度高,特有现象都观察到在北美中部和南部地区(图2一个,B)。
图1。线性回归(y= 0.55×0.243 +)log10(×+ 1)转化的记录数量和物种丰富度在100×100公里网格。
图2。物种丰富度和加权模式特有现象在100×100公里网格的大小。
全球语言监测的结果表明,物种丰富度与垫呈正相关,MTWQ,宠物,地图,PQW, MAPR但负面与ER和SP (表1)。此外,MATR mact, MAPC并没有显着影响的物种丰富度(表1)。最后,加权特有现象被发现积极的学习负相关,但与其他剩余的变量(表1)。
分层分区分析显示,MTWQ代表温度,影响物种丰富度是最重要的环境变量。PWQ、地图、垫、物种丰富度和宠物显示适度的贡献,而生境异质性变量(SP、MAPR和ER)显示相对较低的贡献(图3一)。环境变量的影响的排序加权特有现象是不同物种丰富度(图3 b)。地图,代表水的可用性,对加权特有现象有最大的影响,其次是PWQ和垫。此外,MTWQ,学习,和三个生境异质性variables-ER MATR, MAPR-had低影响加权特有现象(图3 b)。
图3。独立的环境变量对物种丰富度的影响(一)和加权特有现象(B)。环境变量都是显著的。
日积月累,物种丰富度和特有现象热点占88网格;其中,只有38.63%(34)网格是常见的物种丰富度和特有现象热点和显示低空间一致性。通过整合物种丰富度和特有现象热点网格(数字4,B),我们得到了四个物种多样性热点(图4 c):美国东部和加拿大东南部地区(1号),美国(2号),墨西哥中部(3号)和北美南端(4号)。此外,一个大保护观察差距(图5)。大约69.31%(61)总网格的不是现有保护区的一部分。我们还发现,在每个网格的数量和没有保护重点区域是不同的(表2)。
图4。网格的物种丰富度(一)和加权特有现象(B)热点和保护优先领域(C)。
图5。电网的保护状态四个物种多样性热点。黑色箭头表示一个网格和濒危物种。
表2。总网格数和没有保护。
讨论
我们的研究结果表明,最突出的环境因素影响物种丰富度和豆娘在北美不同的特有现象。MTWQ,代表温度,影响物种丰富度是最重要的环境变量。温度条件已报告改善生物体的生理活动,如生殖(特纳et al ., 1987,1988年,2004年),从而导致更大的人口规模,降低物种灭绝率,最终提高物种丰富度(王et al ., 2009;罗et al ., 2012)。一些实证研究表明豆娘的温度对生理活动的影响。例如,增加卵和幼虫的发展速度与温度的增加(瑞瓦德et al ., 1975;皮卡和汤普森,1984)。此外,大多数物种表现出增加的数量每年代在高温的地区,如Calopterygidae和细蟌科家族的成员(Corbet et al ., 2006)。死亡率大大降低在低温和达到100% 15°C (瑞瓦德et al ., 1975)。在目前的研究中,我们观察到北美中部和南部与高温产生伟大的物种丰富度,而北美洲北部与低温导致物种丰富度低。温度决定了物种丰富度的模式的另一个原因是,它控制着物种率(好,2015)。一般来说,更高的温度导致较高的物种形成(克拉克和加斯顿,2006年;布朗,2014)。因此,高物种多样性的蜻蜓在北美中部和南部与物种形成利率上升引起的高温。
先前的研究在陆生昆虫已经确定,特有现象的模式是由历史气候变化或地形变量(Schuldt阿斯曼,2009年,2011年;赵et al ., 2020 a);特有种的原因是不能跟踪的历史气候变化或地形变量的作用作为一个历史过程,分别。然而,我们的研究结果清楚地表明,特有分布模式不是由历史气候变化或地形变量控制而是由地图,代表水的可用性(图3)。这个结果与之前的研究也不一致,可能主要与幼虫栖息地。蜻蜓的幼虫几乎完全水生,他们搬到一个地方附近水和发展为成人(奈尔,2011)。然而,低流行豆娘物种的传播能力(斯文,鉴于此,2007年;Schuldt阿斯曼,2009年;赵et al ., 2020 a)让他们接近地区附近的水;因此,他们的特有现象是高度与水相关的可用性。我们的研究结果与之前的结果,意味着特有现象的形成机制模式半水生和陆生昆虫之间是不同的。因此,应该考虑分类群的栖息地在得出结论之前的驱动机制特有分布模式。
有效地保护物种多样性,保护环保人士关注确定优先领域(唐et al ., 2006;Zhang et al ., 2015 b;黄et al ., 2016;胡锦涛等人。,2017年;谢et al ., 2021;夏et al ., 2022)。物种多样性是衡量使用几个指标,是物种丰富度和特有现象开发保护策略的最常用指标(Zizka et al ., 2019;Noroozi et al ., 2019 a;谢et al ., 2021;Moreira-Munoz et al ., 2022;秦et al ., 2022)。物种丰富度的空间一致性和特有现象热点是确定优先领域保护的基础(奥姆镇et al ., 2005),但很少评估在昆虫。本研究的结果表明,物种丰富度和特有现象热点的北美蜻蜓演示了一个低程度的空间一致性。这与以前的研究结果是一致的进行鸟类(奥姆镇et al ., 2005)和全球陆栖脊椎动物(Lamoreux et al ., 2006在澳大利亚()以及在工厂Gonzalez-Orozco et al ., 2011),表明低同余的物种丰富度和特有现象在不同分类群的热点。其他研究已经表明,低数量的网格定义热点显示低一致性在热点地区(冯et al ., 2011;赵et al ., 2016);然而,这不能被认为是一个实际的原因。一个合理的解释是,最重要的环境变量调节物种丰富度和特有分布模式(代表不同的形成机制)不同,如本研究中所示。低一致性在热点促使我们将两种类型的热点来确定四个物种多样性热点蜻蜓在北美(图4),包含大量的物种和特有种。虽然大量的保护区目前建立在北美,他们没有有效保护北美蜻蜓(图5)。四分之三的热点有电网保护差距,即。,the region of the eastern United States and southeastern Canada, southwestern United States, and central Mexico (图5),表明现有的保护区这些热点领域是不充分的。此外,一项研究证明了灭绝风险的分布模式北美蜻蜓(Rocha-Ortega et al ., 2020)。在目前的研究中,我们发现热点网格有保护缺口位于高灭绝在上述地区发现的研究。此外,三个濒危物种在世界自然保护联盟红色名录提出还发现与保护差距热点网格,即,Paraphlebia佐伊,以免单纯形,Ischnura gemina。先前的研究已经表明栖息地适宜性区域Paraphlebia佐伊和Ischnura gemina减少在未来(Sanchez-Guillen et al ., 2014;Cuevas-Yanez et al ., 2015),表明这些物种灭绝是高度的风险。这些发现表明,在热点地区的速度建立保护区保护与差距应该加速。
结论
本研究分析了物种多样性的关键决定因素,热点地区,和保护北美豆娘的地位。我们的研究结果表明,物种丰富度是最强烈的受到温度的影响。然而,特有分布模式与水的可用性有很大的关联,与先前的研究结果不一致在陆生昆虫。因此,我们建议考虑的潜在栖息地的分类群的理解机制特有分布模式。我们的研究结果还表明,物种丰富度的空间一致性较低和特有现象热点可归因于差异主要驱动机制。此外,四个物种多样性热点(保护优先领域)被确定;这些热点应该给予最高的关注在开发保护策略。这个大保护差距也表明需要加快建立保护区。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。
作者的贡献
ZZha:手稿准备、写作和修改。XF:数据分析。YZ, YW, ZZho:分发数据收集。所有作者读课文,评论,提供建议和修正,批准了最终版本,促成了这篇文章,并批准提交的版本。
资金
这项研究是由教育部门的科研平台贵州省(Qianjiaoji[2022] 052号)。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
脚注
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关键词:特有现象、环境变量、热点地区物种丰富度,束翅亚目
引用:王张赵Z,冯X, Y, Y和Z周(2023)物种多样性,热点一致,保护北美蜻蜓(蜻蜓目:束翅亚目)。前面。生态。另一个星球。10:1087866。doi: 10.3389 / fevo.2022.1087866
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