摘要
对生物多样性数据的长期分析突出了一个“生物多样性保护悖论”:生物群落在过去一个世纪中出现了大量的物种更替1，2，但物种丰富度的变化微乎其微1，3.，4，5．然而，大多数研究都只关注物种的数量，而没有考虑到当地物种数量的变化。在这里，我们提出了一个问题:分析植物物种覆盖的变化是否可以揭示以前未被认识到的生物多样性变化模式，并提供对潜在机制的深入了解。我们收集和分析了1927年至2020年期间对德国7738个永久和半永久植被样点的2 - 54次调查数据集，其中包括1794种维管植物。我们发现，从所有物种和地块的平均值来看，植被覆盖的减少比增加更频繁;覆盖面积减少的物种数量高于增加的物种数量;而且，损失者的损失比赢家的收益更平均。零模型模拟证实，这些趋势不是偶然出现的，而是环境变化对物种特有的负面影响的结果。从长远来看，这些趋势可能会导致当地和区域范围内物种的大量流失。按十年来总结变化可以看出，早在20世纪60年代，输家和赢家物种覆盖平均变化的不平等就开始分化。 We conclude that changes in species cover in communities represent an important but understudied dimension of biodiversity change that should more routinely be considered in time-series analyses.
这是订阅内容的预览，通过你的机构获取
相关的文章
引用本文的开放存取文章。
德国复兴:德国过去一百年的植被分布图时间序列
科学数据开放获取2022年10月19日
访问选项
订阅Nature+
立即在线访问《自然》和其他55种《自然》杂志
29.99美元
每月
订阅期刊
获得1年的完整期刊访问权限
199.00美元
每期仅需$3.90
所有价格均为净价格。
增值税将在稍后的结帐中添加。
税金计算将在结账时完成。
买条
在ReadCube上获得时间限制或全文访问权限。
32.00美元
所有价格均为净价格。
数据可用性
所有数据都可作为数据文件提供50可于https://doi.org/10.25829/idiv.3514-0qsq70根据CC by 4.0规定的条款。
代码的可用性
用于计算本文结果的复测ID ×种×时间区间组合检索R代码见《补充代码》1并可于https://github.com/idiv-biodiversity/ReSurveyGermany_Analysis。在补充代码中用来产生空模型的R代码2可于https://github.com/idiv-biodiversity/ReSurveyGermany_null_models．
参考文献
多内拉斯等人。组合时间序列显示的是生物多样性的变化，而不是系统性损失。科学344， 296-299(2014)。
吹，s.a.等人。海洋和陆地生物多样性的地理变化。科学366， 339-345(2019)。
Vellend等人。全球荟萃分析显示，随着时间的推移，当地尺度的植物生物多样性没有净变化。美国国家科学院学报。美国110， 19456-19459(2013)。
Elahi, R.等人。局部尺度海洋生物多样性的最近趋势反映了群落结构和人类的影响。咕咕叫。医学杂志。25， 1938-1943(2015)。
克罗斯利，M. S.等。在美国长期生态研究地点，昆虫的净数量和多样性没有下降。Nat,生态。另一个星球。4， 1368-1376(2020)。
迪佐，R.和雷文，P. H.全球生物多样性和损失状况。为基础。启包围。Resour。28， 137-167(2003)。
塞巴洛斯等人。加速现代人类导致的物种灭绝:进入第六次大灭绝。科学。睡觉。1， e1400253(2015)。
Díaz, S.等。地球上普遍存在的人类导致的生命衰退表明需要进行革命性的变革。科学366， eaax3100(2019)。
巴诺斯基等人。地球的第六次大灭绝已经到来了吗?自然471， 51-57(2011)。
皮姆，S. L.等。物种的生物多样性及其灭绝率、分布和保护。科学344， 1246752-1246752(2014)。
普里马克，R. B.等人。生物多样性的收益?关于物种丰富度在局部和全球尺度上变化的争论。医学杂志。Conserv。219， a1-a3(2018)。
生物多样性保护的悖论。点。科学。105， 94(2017)。
B. J.卡迪纳尔，A.冈萨雷斯，阿林顿，G. R. H.和M.洛罗，当地生物多样性是否在下降?物种丰富度时间趋势分析的争论综述。医学杂志。Conserv。219， 175-183(2018)。
蔡斯，J. M.等。物种丰富度在空间尺度上的变化。Oikos128， 1079-1091(2019)。
艾力斯，安提尔，艾力斯，克雷夫特，一切都不是损失:人类世的植物生物多样性。《公共科学图书馆•综合》7， e30535(2012)。
希勒布兰德，H.等人。生物多样性的变化与物种丰富度趋势脱钩:对保护和监测的后果。j:。生态。55(2018)。
Staude, i.r.等。在欧洲温带森林生物群系中，小范围物种被大范围物种取代的规模达到了多样性丧失的程度。Nat,生态。另一个星球。4， 802-808(2020)。
齐薇格等人。森林小气候动力学驱动植物对变暖的响应。科学368， 772-775(2020)。
T. Finderup Nielsen, K. Sand‐Jensen, Dornelas, M. & Bruun, h.h.多即是少:物种丰富度的净增加，但140年来的生物均质化。生态。列托人。22， 1650-1657(2019)。
艾臣伯格等人。60年来中欧植物多样性普遍下降。水珠。改变医学杂志。27， 1097-1110(2021)。
贝克J. J.，拉吉特B.和沃勒D. M.幻影物种:对伪更替的定殖和灭绝的调整估计。Oikos127， 1605-1618(2018)。
斑点——全球植被分析的新工具。j .蔬菜。科学。30.， 161-186(2019)。
Avolio, M. L.等。利用秩丰度曲线分析群落动态的综合方法。生态球10， e02881(2019)。
迪克曼等人。西欧和中欧不同类型的半天然草地植被的长期变化模式不同。j .蔬菜。科学。30.， 187-202(2019)。
Newbold, T.等人。广泛的赢家和狭窄范围的输家:土地使用使世界各地的生物多样性同质化。公共科学图书馆杂志。16， e2006841(2018)。
基尼，c，我是一个社会阶级的人，一个富人的集中地。经济学家Giornale degli3827-83(1909)。
Rumpf, S. B.等。山地植物的范围动态随海拔升高而减小。美国国家科学院学报。美国115， 1848-1853(2018)。
冈萨雷斯，A.等人。估算当地生物多样性的变化:对声称当地生物多样性没有净损失的论文的评论。生态97， 1949-1960(2016)。
Hundt, R。Ökologisch‐地球植物的自然环境和自然环境Berücksichtigung ihres Wasserhaushaltes和ihrer Veränderung durch die enhvbewirtschaftung(Wehry-Druck OHG, 2001)。
Newbold, T.等人。土地利用对当地陆地生物多样性的全球影响。自然520， 45-50(2015)。
Jansen, F, Bonn, A, Bowler, D. E, Bruelheide, H. & Eichenberg, D.中等普通的植物具有最高的相对损失。Conserv。列托人。13， e12674(2020)。
布鲁尔海德等人。利用来自栖息地测绘计划的不完全区系监测数据来探测物种趋势。潜水员。Distrib。26， 782-794(2020)。
气候变化加剧了黑森林沼泽物种的灭绝(德国)。潜水员。Distrib。27， 282-295(2020)。
生物同质化:在下一次大灭绝中，少数赢家取代许多输家。生态发展趋势。另一个星球。14， 450-453(1999)。
Timmermann, A.， Damgaard, C.， Strandberg, m.t. & Svenning, j . C.。21世纪初，丹麦半自然生态系统中普遍存在的植被变化:输家多于赢家，向竞争性、高生长物种的转变。j:。生态。52， 21-30(2015)。
Milligan, G.， Rose, R. J. & Marrs, R. H. Moor House NNR植被变化长期研究的赢家和输家:放牧及其对英国高地植被的影响。生态。印度的。68， 89-101(2016)。
变化世界中的赢家和输家。生物科学48， 788-792(1998)。
佩雷拉，H. M.，纳瓦罗，L. M.和马丁斯，i.s.全球生物多样性变化:坏的，好的，和未知的。为基础。启包围。Resour。37， 25-50(2012)。
生境专家和通才推动了温带森林植物群落在区域尺度上的同质化和分化。医学杂志。Conserv。143， 848-855(2010)。
50年来石灰岩上两种对比山毛榉林群落草本层组成的生物均质化。达成。蔬菜。科学。20.， 271-281(2017)。
雷内克，G.， G.和Heinken, T.温带营养缺乏的苏格兰松林45年后植被变化和物种组成的均质化。j .蔬菜。科学。25， 113-121(2014)。
等。德国植物名录Blütenpflanzen (Trachaeophyta)(Landwirtschaftsverlag, 2018)。
Poschlod, P。Geschichte der Kulturlandschaft(乌尔姆,2017)。
苏kopp, H. ' Rote list ' der der der bundesrepublic of germany gefährdeten Arten von Farn- und Blütenpflanzen。(1。Fassung)。Landsch Nat。49， 315-322(1974)。
Kuussaari, M.等。灭绝债务:生物多样性保护的挑战。生态发展趋势。另一个星球。24， 564-571(2009)。
多内拉斯等人。生物时代:人类世生物多样性时间序列数据库。水珠。生态。Biogeogr。27， 760-786(2018)。
Jandt, U.， von Wehrden, H. & Bruelheide, H.探索大型植被数据库，以检测物种发生的时间趋势。j .蔬菜。科学。22， 957-972(2011)。
群落的优势结构在快速的环境变化期间受到调节。医学杂志。列托人。14， 20180187(2018)。
Chytrý，刘志刚，刘志刚，刘志刚，刘志刚。利用植被小区数据库评估植被变化:一件危险的事情。达成。蔬菜。科学。1732-41(2014)。
Jandt, U.等。德国复兴:德国过去一百年的植被分布图时间序列。科学。数据，https://doi.org/10.1038/s41597-022-01688-6(2022)
Bohn, U. & Schniotalle, S。Hochmoor-， Grünland- und Waldrenaturierung im Naturschutzgebiet ' Rotes Moor ' /Hohe Rhön 1981-2001(Landwirtschaftsverlag, 2008)。
罗森塔尔，G. Erhaltung和复兴von Feuchtwiesen。Vegetationsökologische Untersuchungen auf Dauerflächen。迪斯。机器人．182， 1-283(1992)。
Schwabe, A. & Kratochwil, A. Pflanzensoziologische Dauerflächen-Untersuchungen im Bannwald ' Flüh ' (Südschwarzwald) under besonderer Berücksichtigung der Weidfeld-Sukzession。Standort瓦尔德49， 5-49(2015)。
波斯克洛德，施赖伯，K.-F。，Mitlacher, K., Römermann, C. & Bernhardt-Römermann, M. inLandschaftspflege und Naturschutz im Extensivgrünland。30 Jahre Offenhaltungsversuche Baden-Württemberg第97卷(第一版)施赖伯K.-F。243-288(2009)。
s.m.， Hennekens & Schaminée, j.h.j. TURBOVEG，植被数据综合数据库管理系统。j .蔬菜。科学。12， 589-591(2001)。
Chytrý， M.等。EUNIS生境分类:专家系统、特征物种组合和欧洲生境分布图。达成。蔬菜。科学。23， 648-675(2020)。
吕海德(音译)，Tichý， L, Chytrý， M.，杨森(音译)。在统计计算环境中实现植被分类专家系统(ESy)的形式化语言。达成。蔬菜。科学。12， e12562(2021)。
杨森，F.和Dengler, J.德国植物分类学报(英文版)für植物分类数据库。Tuexenia28， 239-253(2008)。
R.维斯科钦& H.豪普勒标准列表der Farn-und Blütenpflanzen Deutschlands(乌尔姆,1998)。
植物数据库中的植物名称——一个被忽视的偏倚来源。j .蔬菜。科学。21， 1179-1186(2010)。
韦格纳，U. Vegetationswandel des Berggrünlands nach Untersuchungen von 1954 bis 2016-Wege zur Erhaltung der Bergwiesen(山地草原植被变化后的研究从1954年到2016 -保存山地草甸的方法)。Abh。Berichte Aus Dem Mus。海涅。11， 35-101(2018)。
Makowski, D.， Ben-Shachar, M. & Lüdecke, D. bayester:在贝叶斯框架内描述效应及其不确定性、存在性和意义。J.开源软件。41541(2019)。
植物种群中大小等级的意义和测量。环境科学61， 334-336(1984)。
Signorell, A.等。DescTools:描述性统计工具。R版本0.99.32https://CRAN.R-project.org/package=DescTools(2020)。
作为植物入侵生态学研究工具的植物性状数据库biolflora。潜水员。Distrib。10， 363-365(2004)。
激发。D2.8.III.18生境和生物栖息地数据规范技术指南https://inspire.ec.europa.eu/documents/Data_Specifications/INSPIRE_DataSpecification_HB_v3.0rc2.pdf(2013)。
德国植被参考数据库(GVRD)。Biodivers。生态。4， 355-355(2012)。
索卡尔，R. R.罗芙，F. J。生物统计学(弗里曼,1995)。
Chytrý， M, Tichý， L.， Holt J. & Botta‐Dukát, Z.诊断种的统计保真度测定。j .蔬菜。科学。13， 79-90(2002)。
物种共现模式的零模型分析。生态81， 2606-2621(2000)。
佩勒，V. D.，萨巴提尼，F. M.，詹特，U.，卡米斯，S.和布鲁尔海德，H.揭示与社区装配中隐藏的环境因素相关的功能特征。j .蔬菜。科学。32， e12976(2021)。
Sabatini, F. M.， Jiménez‐Alfaro, B.， Burrascano, S.， Lora, A.和Chytrý， M.中欧森林的贝塔多样性由于当地群落聚集过程的变化而沿海拔梯度递减。描述生态学41， 1038-1048(2018)。
关于物种的相对丰度。点。Nat。94， 25-36(1960)。
普拉多，米兰达，m.d.和查洛姆，A.萨德:物种丰度分布的极大似然模型。R版本0.4.2。https://CRAN.R-project.org/package=sads(2018)。
库恩，G.，海因茨，S. &梅尔，F. Grünlandmonitoring拜仁。Ersterhebung der Vegetation 2002-2008。Schriftenreihe LfL拜耳。Landesanst。毛皮Landwirtsch。3.， 1-161(2011)。
确认
我们非常感谢在野外记录植被并提供这些数据的测量员。我们感谢向我们提供数据或帮助记录这些数据的数据贡献者:T. Dittmann, A. Erfmeier, B. Gerken, K. Günther, S. Heinz, W. Hakes, H. Heklau, A. Henrichfreise, E. Hüllbusch, A. Huwer, A. Immoor, S. l Kühn, B. Krause, S. Leonhardt, J. Reinecke, U. Scheidel, I. Vollmer和E. Wagner。我们感谢D. Bowler对空间代表性的分析;V. Hahn和S. Bernhard对无花果的建议。2而且3.；和T. Muer, Regensburgische Botanische Gesellschaft和Haupt Verlag申请使用来自Floraweb.de的无花果照片。4．我们感谢德国哈雷耶拿莱比锡生物多样性综合研究中心(iDiv)对战略项目sMon的支持，该项目由德国研究基金会(DFG-FZT 118, 202548816)资助。
作者信息
作者和隶属关系
贡献
u.j和H.B.构思了这个项目的想法。所有的作者都参与了收集数据集，发展概念框架和解释结果。H.B.进行了统计分析并开发了零模型。u.j和H.B.撰写了手稿的初稿。所有作者都对最终版本的手稿发表了意见并表示赞同。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有竞争利益。
同行评审
同行评审信息
自然感谢匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。
扩展的数据图和表
图1本研究纳入的92个项目的时间覆盖范围。
彩色的线表示项目的开始和结束，黑色的菱形表示进行调查的年份。重新调查类型指的是在一个地点的特定社区内重复进行的研究，而没有试图匹配地块(群落比较)，或者在匹配地块上进行的研究，这些地块要么被永久标记，要么从确切的描述中重新定位(半永久性)。下面的图表显示了某一年被包含在任何时间序列中的次数。
图2观测间隔长度对植物多样性变化的影响。
样地记录物种丰富度(SR)的时间变化(a-c)和物种平均覆盖度变化(d-f)分别表现为短(≤2年)、中(> 2和≤10年)和长(> 10年)观测间隔。黑色虚线表示零变化，而a) -c)中的红色实线表示丰富度的平均变化，d) -f)中的物种覆盖变化的中值百分比。根据混合效应模型估计的平均总体效应大小为a) +0.025 (p = 3.9 x 10−9df = 4142), b) + 0.007 (p = 0.093, df = 3903)和c)−0.150 (p < 2 x 10−16， df = 8,612)。在d) -f)图中，在开始年和结束年的Y1和Y2时间点之间，每物种所有覆盖度变化的平均值的间隔比较显示在带符号*平方根变换的轴上。根据精确二项检验，估计覆盖变化的总体中位数在d) 0(95%置信区间0和0.007)、e)−0.02 (CI−0.02和0)和f)−0.26 (CI−0.53和0.002)之间。
图3每十年植物丰富度的时间变化。
(2)群落记录中物种丰富度(SR)的区间比较，分别为起始年和结束年的Y1和Y2时间点，并除以间隔时间((Y2-Y1)*10) (n = 13,987)。根据混合效应模型，估计总体效应大小为+0.062 (p = 1.8 x 10−7)， 95%置信区间在+0.039 ~ +0.086之间。
图4小区表面积对植物多样性变化的影响。
小区记录的物种丰富度(SR)的时间变化(a-c)和物种平均覆盖变化(d-f)分别为小(> 25 m)2)，中型(25米)2)和大型地块(约25米)2)．黑色虚线表示零变化，而a) -c)中的红色实线表示丰富度的平均变化，d) -f)中的物种覆盖变化的中值百分比。根据混合效应模型估计的平均总体效应大小为a)−0.03 (p = 0.064, df = 487)， b)−0.031 (p = 1.55 x 10)−13， df = 4,204)和c)−0.095 (p < 2 x 10−16， df = 9,124)。在d) -f)图中，在开始年和结束年的Y1和Y2时间点之间，每物种所有覆盖度变化的平均值的间隔比较显示在带符号*平方根变换的轴上。根据精确二项检验，估计覆盖变化的总体中位数为d)−0.017(95%置信区间−0.065和−0.001)、e)−0.019 (CI−0.043和−0.006)和f)−0.26 (CI−0.134和−0.050)。
图5植物多样性时间变化的不同测度。
直方图分别显示了开始年和结束年的时间点Y1和Y2之间的plot记录的间隔比较。黑色虚线表示零变化，而红色实线表示混合效应模型预测的平均变化。a) Shannon多样性指数的变化(H)。H−0.055的估计平均效应大小(p = 2.2 x 10 .−16， df = 5,462, 95%置信区间−0.064和−0.047)。b) Pielou均匀度指数的变化(E)。E−0.019的估计平均效应大小(p = 2.6 x 10−16， 95%置信区间−0.024和−0.015)。c)秩丰度曲线下面积的差异。估计平均差值−0.143 (p = 0.00211, 95%置信区间−0.194和−0.091)。d)保险损益数量的差异。估计平均差值−0.407 (p = 7.9 x 10−7， 95%置信区间−0.569和−0.246)。e)同一地块内所有物种的平均盖度变化(以被盖度百分比表示)。平均覆盖度+0.025的估计平均效应大小(p = 1.0 x 10−10， 95%置信区间+0.018和+0.033)。f)同一地块内所有物种的盖度中值变化(占被盖度的百分比)。中位数覆盖度的估计平均效应量−0.007 (p = 0.2984, 95%置信区间−0.021和+0.007)。
图6各物种平均盖度变化的时间变化。
每个物种的所有覆盖变化的平均值的间隔比较，分别在开始年和结束年的时间点Y1和Y2之间，显示在带符号*平方根变换的轴上。黑色虚线表示零变化，而红色实线表示所有物种覆盖率变化的中值。数据集中的所有物种都被包括在内(n = 1794)。根据精确二项检验，估计覆盖变化的总体中位数为- 0.0625(95%置信区间- 0.089和- 0.035)，与零有显著差异(p < 0.001)。
图7各项目各地块地块位置图。
总共n = 23,641个地块记录中的一个或多个记录汇总在同一个地块重新勘测ID (n = 7,738)下。请注意，巴伐利亚更完整的覆盖是由于包括了从2002年开始的巴伐利亚草原监测75．该地图是使用rnaturalearthdata (naturalearthdata.com上的自由矢量和栅格地图数据)制作的。
权利与权限
自然或其许可方(例如，社会或其他合作伙伴)根据与作者或其他权利所有人签订的出版协议，对本文享有专有权;作者对本文已接受的手稿版本的自我存档完全受此类出版协议条款和适用法律的约束。
关于本文
引用本文
简森，美国大学，布鲁尔海德，H。et al。德国植物生物多样性的变化在一个世纪中失大于得。自然(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05320-w
收到了：
接受：
发表：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05320-w
这篇文章被引用
德国复兴:德国过去一百年的植被分布图时间序列
科学数据(2022)
