快速缓冲评估不能预测和分类俄克拉何马州的湿地植物区系外文翻译资料

 2022-04-28 22:43:53

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快速缓冲评估不能预测和分类俄克拉何马州的湿地植物区系

摘要

生态胁迫和干扰的快速现场评估指标可能反映实际的生物条件， 我们测试了快速评估缓冲液质量的能力，以预测和分类美国俄克拉荷马州106个湿地植物的质量。我们使用国家级快速评估工具（USA-RAM）的缓冲区度量来评估州级的适用性。 依赖缓冲区质量的快速评估与植物区系质量之间的关系并不可预测（线性），但生态区域分层后，关系得到改善。 关注55个湿地采样的中部大平原生态区，我们根据花卉质量评估指数和多个组分指标的多变量检验发现了16个植物区系完整的遗址和13个植物群落改变的遗址。这些地点的缓冲指标分布在植物完好和改变类别之间是相似的，这表明使用快速缓冲评估可能导致湿地生物状况分类错误。一些脱节可能是由于缓冲器测量存在偏差，并且在州一级使用国家评估协议。 美国RAM中的缓冲指标可能对某些湿地生物状况提供了很少的见解这些指标的使用只能补充直接的生物评估，而不能取代它们。

关键词快速评估.生物评估.缓冲区.植物区系质量.物种保守性

介绍

在缺乏定量数据和足够时间对生态结构和功能进行详细测量时，简单，快速的生态压力或完整性指标至关重要。 湿地监测和评估中一直存在的问题是快速现场评估是否最终反映生物或功能条件。一个区域可能显得原始或至少相对完整，但生物效应可能微妙且难以检测到，甚至轻微干扰可能对不耐受和专家类群产生问题。相反，网站可能会出现退化或不同于原来的状态，实际上并没有生物受损（Hobbs2016)。

美国湿地生态系统的快速现场评估方法激增。 这些工具比景观措施更直接，而且比评估湿地生态完整性的生物或功能数据要求更低。 因为快速评估是定性的到半定量的，并且基于已知的压力源和干扰，所以这些方法需要通过与生物测量或功能测量进行比较来验证。已发布的验证适用于加利福尼亚州，特拉华州，佛罗里达（赖斯和布朗2007），俄亥俄州，宾夕法尼亚州和罗德岛。在许多其他州，快速评估工具正在开发中或等待验证。国家级快速评估方法（USA-RAM）也可用，

与国家湿地状况评估计划有关。 开始分析2011年国家评估的数据，这是测试USA-RAM是否可以提供国家，地区或州级生物状况的替代指标的适当时机。

许多分类群可用于测试和校准湿地快速评估方法。 大型植物对于湿地的形式和功能至关重要，并且是许多湿地评估工具的关键组成部分。 在植物物种多样性和社区级生态敏感性方面的植物区系质量可以为一般生物条件提供一个很好的指标，湿地植物区系质量评估已经在美国流行。在本文中，我们测试了快速评估指标在美国俄克拉荷马州预测和分类湿地植物区系质量的能力。 为了进行快速评估，我们专注于USA-RAM中的缓冲区度量标准，以评估该工具在州一级的适用性; 为俄克拉荷马州量身定制的快速评估方法目前正在制定中。 我们的方法测试缓冲区质量评分与估计的植物区系质量（梯度分析）之间的连续关系，以及与植物区系质量类别（分类分析）相关的快速缓冲评估的潜力。

方法

学习区域

俄克拉荷马州位于美国中南部，并与十多个生态区相交（图1）。 生长季节从南部县约230天无霜期到北部县约175天无霜期。 年平均降雨量从 西部的锅柄lt;50厘米至东南部的近150厘米。 植物物种分布广泛地追踪这些气候梯度。 植被类型从草地中的短草草原转变为西部和中部地区的混合高草草原和橡树林地，以及东部的橡树 - 山核桃林。

使用谷歌地球，国家湿地清查数据，2011年全国湿地状况评估的样本选择，整个州的实地勘察和旅行以及俄克拉何马州生物调查，俄克拉何马州保护委员会和俄克拉何马州立大学的先前研究来查找湿地。 在2012-2015年5月中旬至7月下旬，我们调查了整个州的106个非森林淡水湿地，2014-2015年间，中部大平原北部生态区的洼地湿地采样强化俄克拉荷马州（图1）。 研究湿地的特点是季节性到半永久性的水文期和草本植物群落，植被覆盖在草原牧场或森林景观中。

现场数据

我们使用美国快速评估方法第11版（USEPA）估算缓冲液质量2011a）。 缓冲区被定义为由自然植被组成的相邻土地，几乎没有侵入性人类土地使用的证据，例如建筑结构，活跃农业和对野生动物有危险的道路。 根据较小场地（lt;0.5公顷）的湿地边界或较大场地的0.5公顷评估区域测量缓冲质量，平均宽度和应力数量，以符合植被调查和国家评估协议（见下文）。 缓冲区宽度是在距离湿地周边或评估区域最远100米的基本和顺序方向上测量的（USEPA2011a），将8次测量值平均到最近的1米。 通过统计农业，发展，水文和栖息地/植被类别中人类活动的迹象来估计压力量（USEPA2011a）。 这些类别（xi）各自从缺席（0）到严重（3，影响超过缓冲区的三分之二），然后组合（Sigma;xi/ 12times;100），以产生序数应激物分数从0（最小压力）到100（最大压力）。

按照国家湿地状况评估方法（USEPA）使用完整的人口普查蜿蜒搜索。对于前者，我们在湿地内部最易进入的部分建立了0.5公顷的评估区（通常为半径40米），或者在较小（lt;0.5公顷）的地点使用整个斑块。 我们记录了根据斑块或评估区域的大小和形状排列的每个维管植物物种，它们根植于或伸出五个100-m2的土地上。 我们记录了额外的血管种类时，观察期间之间的地块或沿每个主要方向的横断面到湿地边缘。 蜿蜒的搜索遍历了可到达的植物区域，并持续到没有发现新的物种。 为了与基于阴谋的方法保持一致，蜿蜒搜索覆盖了较大地点的大约0.5公顷部分以及较小（lt;0.5公顷）地点的整个植被面积。 同一植物学家领导了所有的植被调查，并在106个地点共确定了356个物种。

梯度分析

我们测试了与缓冲区质量相关的线性混合模型的植物区系质量，生态区域，水文地貌（HGM）类，干旱条件和拦截随机效应和植被法。我们在中环之间划分网站大平原（55个地点）和其他生态区（51个），萧条（71）对其他（35）HGM类，干旱（69）干旱（37）调查和普查（57）方法。由于我们前两年的采样是在2011年开始并持续到2013年的干旱期（比正常降水量低55厘米）和我们在较潮湿时段（比正常降水量高24厘米）的最后2年进行的，我们将其分类2012-13年为干旱年份，2014-15年为旱后年份。

我们将缓冲区质量定义为缓冲区宽度和逆向压力源得分之间的平均值（即100分），从0（最差质量）到100（最好质量）给出一个指数。我们通常用于北美的湿地评估，并且有助于确定2012-2013年数据中潜在的参考位点。 保守主义价值观最初是从尤因和霍格兰获得的（2012）; 该报告中缺乏的物种后来由B. Hoagland（人称通讯社）进行评分。 被认为具有广泛生态耐受性的物种的得分较低（0-3，对于外来物来说C = 0），具有中等容忍度的物种得到中等分数（4-6），并且具有较小容忍度的物种（包括一些对原始物质保真度条件）获得更高的分数（7-10）。我们单独测试缓冲液质量，并将缓冲液质量与每个随机效应（即FQAI和C各5个模型）配对，使用R包lme4作为混合模型。 每个模型的残差都是正态分布的，并且没有显示在拟合值上的扩大。 我们使用二阶Akaike信息准则（AICc）来比较FQAI和C的五个模型。对于最小适用模型（Delta;i= 0），我们计算了缓冲质量项（R2）的拟合和对于Nakagawa和Schielzeth的混合模型（R2）2013）。 我们还重复了54个较小湿地的分析（lt;0.5公顷，13个地点约0.5- 0.7公顷），以避免较大地点的测量偏差（即从评估区域而不是湿地边界测量的缓冲区）。

分类分析

我们建立了植物群完整和改变的湿地群体作为评估缓冲区质量潜在错误分类的基准。 我们使用了Bried等人的标准。（2014）基于FQAI，C，天然物种丰富度和耐受性（Cle;2）物种的百分比初步区分Breference和Bnon-reference。 参考组的截断值包括FQAIgt; 21，Cgt; 5，耐受性百分比lt;10，以及原生丰富度 ge;23，而非参考截断值包括FQAI lt;12，C lt;4，耐受性gt; 19，天然丰度le;10。 我们最初的植物区系参考组由11个符合至少一个参考截止点的地点组成。

我们使用了测试站点分析评估假定的非参考湿地，将每个场地分类为相对于参考群组的植物学完整或植物学改变。 对于每个站点，我们确定了占据正常变异范围的非中心概率（ncP），由置信区域定义为95％的参照组。在R计算环境中，使用#39;pf（F，m，nREF-m，lambda;）#39;形式的分布函数来确定ncP。 对于F统计量，我们使用（（nREF - m）times;nREFtimes;D2）/（mtimes;（nREF - 1）），其中nREF参考站点，度量的数量，以及D是一个标准化的欧几里得距离，它说明了度量间的相关性和冗余性。 分布函数的非中心性参数（lambda;）表示临界效应大小，在这种情况下定义为卡方分布的第95个百分点有m个自由度。

我们首先测试了所有植物区系参考和非参考区间之间的每个网站。 随后将ncPgt; 0.95的位点添加到初始参照组并被认为是植物完好的，并且具有ncP lt;0.05的那些被认为是植物学改变的对于满足一，二，三和四个非参考截止点的地点，使用每个步骤的更新参考组相继重复该过程。 然后，我们绘制了整个植物群中完整和改变群体的缓冲区宽度和压力分布，从视觉上说明了缓冲区度量标准可能导致的错误分类。

结果

缓冲指数和生态区域的结合为两个植物区系质量指标提供了明确的相对最佳模型（表1）。然而，缓冲指数与任何一种度量都显示出很小或没有正的线性拟合。2）。 斜率基本为零：0.040（0.018 SE）使用FQAI和 0.005（0.003 SE）。模型拟合有所改善，但仍然很差，中部大平原生态区与其他生态区存在随机效应（图1）。这个结果在对54个较小的站点重复进行梯度分析后，通过对缓冲区进行无偏测量（表1）2）。 总体而言，快速缓冲评估似乎具有有限的预测能力或代用湿地植物区系质量的潜力。

基于梯度模型选择（表1），我们专注于中部大平原湿地进行分类分析。 从11个推定参考湿地开始，我们在55个湿地采样点中发现了16个植物区系（ncPgt; 0.95）和13个植物区系改变位点（ncP lt;0.05）。两种缓冲区的分配 质量指标在植物完整组和改变组之间似乎相似（图1）。3），这表明分类错误的可能性很高。 许多地方的缓冲区宽度有限（例如lt;40 m），较高的压力（例如gt; 60分），或者在植物群完整组中有较高的缓冲区宽度（例如 gt; 60米），更低的压力（例如lt;40分），或者两者都在花序改变组中。

表2在较小的地点进行梯度模拟，其中缓冲区测量开始于湿地周边（41个地点，lt;0.5公顷）或覆盖100米缓冲区（13个地点，0.5-0.7公顷）的大部分（gt; 80％）; 见表1 和图2 用于比较和解释

图3缓冲区质量指标相对于使用植物区系质量评估指数和若干组成指标定义的湿地类别的分布。 植物群落对应于处于推定参考条件下的高和低概率（ncP）。 网站的安排是通过减少平均宽度和增加压力评分，这两者在完整组中均呈负相关（rs= - 0.73， P = 0.0014）和改变组 （rs= -0.75，P = 0.0033）

讨论

对于湿地（以及一般生态系统）而言，持续存在的问题是压力源造成的风险的简单指标是否可以被视为特定地点生物损害的替代指标。 这个问题适合于关于湿地条件，结构，功能和服务之间关系的较大争论。许多湿地研究发现快速的田间评估接近某些生物或功能条件，但在其他情况下，这种关系是缺乏的。

我们没有发现任何证据显示根据国家协议进行快速缓冲评估（USA-RAM; USEPA2011a）可以预测或分类俄克拉荷马州的湿地植物区系。 起重机（2014）同样得出结论，美国RAM中的缓冲指标并不能可靠地预测俄克拉荷马州郁闭性湿地的植被多样性，Bried等 （2014）显示美国RAM缓冲区评估与俄克拉何马州植被湿地质量类别之间存在不匹配。 由于高度的环境和气候变化，整个俄克拉荷马州的湿地评估和分类似乎都是具有挑战性的。我们的梯度分析包含了几个可能的因素干扰湿地评估。湿地的HGM分类通常是对湿地进行植物区系和快速评估的重要环境考虑因素我们测试了抑郁症HGM类与包含河流，边缘和渗出湿地的麻烦HGM类别，但包含这种效应的模型得到最低的经验支持。区域HGM子类提供更好的生态分辨率，但由于样本大小限制以及在俄克拉荷马州将湿地划分为亚类的困难而未被使用。 高气候变率也可能对该地区的湿地评估构成挑战，而且我们没有明确说明俄克拉何马州（Hoagland）的降水范围广泛2000）。 然而，我们确实将位于俄克拉荷马州西部的中部大平原从东部的生态区划分出来，我们分离了一个干旱/过渡时期普查（86％）和沮丧（68％）研究地点的百分比，捕获了这些其他随机效应所代表的大部分变化。

快速评估可能更容易与生物状况类别相关，而不是跟踪实际或测量的生物梯度。 此外，关于最终状态的声明，如保存与否，参考与非参考，或其他简化类别，可能对保护规划人员和管理人员有用（Parrish et al。2003）。 类似于我们以前的工作，我们发现缓冲措施与统计定义的植物质量类别（完好对比改变）之间几乎没有一致性。 这表明使用快速缓冲评估可能导致现场生物状况分类错误，至少在干旱多发景观中使用USA-RAM时。

这些差异可能反映了湿地植物群落与周围环境的空间和时间分离，或者简单地说，当以更好的分辨率（在这种情况下为俄克拉荷马州）应用基于广泛的快速评估方法（USA-RAM）时，这种方法是失败的。 针对俄克拉何马量身定制的将现场指标与缓冲区指标集成的协议可能表现更好。缓冲区位置对我们的结果提出了另一个（可能更大的）

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