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3 · 第2學期生態學族群生態學

超族群

Metapopulation

難度 3 · 進階ecology

集合族群理論(Metapopulation Theory)統整空間生態學與保育生物學,描述空間上分離但由遷徙連結的多族群系統。

Levins 模型的擴展

經典 Levins: dp/dt = cp(1−p) − ep。將殖民速率設為依斑塊隔離度衰減(spatially explicit)後,擴展為入侵率模型 dp_i/dt = C_i(1−p_i) − E_i·p_i,其中 C_i = Σ_j β·exp(−αd_{ij})·p_j·A_j(Hanski 1994, J Anim Ecol)。此「Incidence Function Model(IFM)」以斑塊面積 A_i 與距離 d_{ij} 為參數,可由快照式佔據資料反推 c、e。Hanski 等人用 IFM 分析芬蘭 Glanville fritillary 蝴蝶的 1600 個草原斑塊,成為集合族群實證基石(Hanski 1999, Metapopulation Ecology)。

滅絕閾值與集合族群容量

集合族群存續條件為 c/e > 1/(1−D),D 為可用斑塊損失比例。若棲地破碎化使 D 超過閾值,即使單一斑塊仍可承載局部族群,集合族群仍會整體崩潰——這稱為「滅絕負債(extinction debt, Tilman et al. 1994, Nature 371:65)」:棲地破壞後,物種仍會在數十年內持續滅絕。

Source-Sink 動態與匯斑塊的演化含義

Pulliam(1988, Am Nat 132:652)指出 sink 斑塊可長期維持族群存在並誤導保育判斷。Holt(1985)進一步指出 sink 存在可影響棲位演化——若 sink 與 source 環境選擇壓力不同,sink 可能反過來拖慢 source 的適應

Rescue Effect 與 Propagule Rain

Brown & Kodric-Brown(1977, Ecology 58:445)在亞利桑那花蜜蟎觀察到:近大陸的島嶼滅絕率較低——因為持續的個體雨(propagule rain)降低局部滅絕機率。這是傳統 Levins 模型未納入的。

遺傳集合族群與 Fst

空間結構影響遺傳變異分布。Wright 的 island model 預測 Fst = 1/(1 + 4Nm),N 為局部族群大小、m 為遷徙率。Nm < 1 時族群分化強。集合族群中局部滅絕-再殖民(Slatkin 1977)會導致 Fst 比平衡島嶼模型預測更高或更低,取決於殖民者模式(propagule pool vs migrant pool)。

保育應用

集合族群理論已成為物種分布模型(SDM)、保護區網絡設計、生態廊道規劃的理論基礎。Hanski 的 IFM 被用於估算 Minimum Viable Metapopulation Size(MVM)。石虎保育的「淺山廊道連通性」政策直接根植於此。

文獻

Hanski I. 1999. Metapopulation Ecology. Oxford.
Tilman D et al. 1994. Nature 371:65-66.
Pulliam HR. 1988. Am Nat 132:652-661.

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