生态相似性与差异性共同驱动全球植物归化的分布格局

《Nature Communications》：Ecological similarities and dissimilarities between donor and recipient regions shape global plant naturalizations

　　本研究针对外来植物为何在某些地区成功归化而在其他地区失败的核心生态学问题，通过分析11,604种自然化被子植物在650个区域的分布数据，系统评估了 donor（原生）与 recipient（引入）区域间生态相似性对归化成功率的影响。结果表明，气候相似性（尤其是温度匹配）和引入区较低的原生植物系统发育多样性是促进归化的关键因素，而适度的人类活动差异和中等地理距离亦能提升归化概率。该研究通过多维度生态距离框架，揭示了生物入侵中“预适应”与“生态机会”的协同作用，为预测物种全球化扩散提供了新视角。

　　

随着全球化进程加速，越来越多的植物物种被引入到其原生范围以外的区域，并在当地建立自我维持的种群，即实现“归化”（naturalization）。然而，这些归化物种的全球分布极不均衡：某些地区成为大量外来植物的“汇集地”，而另一些地区却鲜有成功归化的案例。这种差异背后隐藏着一个核心科学问题：为什么外来植物更容易在某些新环境中扎根？传统观点认为，与物种原生地生态条件相似的区域更有利于其归化（如气候匹配假说），但亦有研究指出，生态条件的差异（如天敌缺失或资源竞争减弱）可能为外来种提供“生态机会”。这两种看似矛盾的观点，实则反映了生物入侵过程的复杂性——归化成功率可能同时受到多维生态因子的协同调控。

为破解这一难题，来自华东师范大学、康斯坦茨大学等机构的联合团队在《Nature Communications》发表了最新研究。该研究整合了全球自然化植物数据库（GloNAF）和植物区系数据库（GIFT），构建了包含11,604种被子植物在650个区域的归化记录数据集，首次在全球尺度量化了 donor-recipient 区域间生态相似性的多维度作用。研究人员创新性地将生态距离区分为“双向距离”（如气候、人类活动强度等可正负变化的指标）和“单向距离”（如地理距离、植物区系差异等仅正向变化的指标），并利用广义线性混合模型（GLMM）结合线性与二次项，解析了不同生态距离对归化概率的影响模式。

研究的关键技术方法包括：基于WorldClim的19个生物气候变量主成分分析（PCA）提取温度（PCTemp）和降水（PCPrec）轴；利用人类修改指数（HMI）量化人为干扰；通过Faith’s PD（系统发育多样性）和Simpson指数计算植物区系差异；结合地理 centroid 距离评估空间效应。所有分析均通过999次Bootstrap验证稳健性。

生态距离对植物归化的影响

研究发现，温度相似性（PCTemp距离）是决定归化成功率的最强预测因子：归化概率在 donor 与 recipient 区域温度条件高度匹配时达到峰值。

降水条件（PCPrec距离）则呈现非线性效应——适度湿润且降水稳定的引入区更有利归化，但过度偏离原生地降水模式会抑制成功率。引人注目的是，引入区原生植物系统发育多样性低于原生地时，归化概率显著上升，支持“进化不平衡假说”：来自高多样性区域的物种可能具备更强竞争力，从而在低多样性新环境中占据优势。

人类活动与地理距离的协同作用

人类活动差异表现出明确的方向性：归化更易发生在人类干扰强度高于原生地的区域，但过度城市化（如极高HMI值）会限制植物生存空间。地理距离则呈现“中间峰值”效应：归化概率在 donor-recipient 距离约15,000公里时最高，符合“中间距离假说”的预测——远距离引入增加物种库差异，但环境差异过大会降低适应性。

生态因子的相对重要性

通过变量重要性分析，温度相似性贡献了模型方差的56.21%，原生植物系统发育多样性差异占20.21%，降水差异占13.53%，而人类活动与植物区系相似性的影响相对较弱。

这一排序凸显了气候预适应的主导作用，同时揭示生物互作（通过多样性差异）的潜在调控机制。

结论与启示

本研究通过多维度生态距离框架，证实了“相似性”与“差异性”在植物归化中的协同作用：物种倾向于入侵气候相似、植物区系演化历史相近的区域，但人类干扰更强、原生多样性较低的新环境会进一步提供生态机会。该研究不仅调和了长期存在的生态学假说争议，还为入侵生物学提供了可推广的分析范式。随着气候变化与人类活动持续改变全球生态系统，研究成果对预测入侵热点（如低多样性岛屿、快速城市化区域）具有重要实践意义。未来需结合引入压力、贸易流量等社会经济学数据，进一步揭示物种归化的驱动机制。