群落物种间的个体数量关系研究(SAD，species abundance distribution)，是理论生态学，甚至是整个生态学中，最重要的核心议题之一。目前，学界内普遍认为，理解SAD及其构成是认识群落结构与功能的基础，也是生物多样性保护与恢复的前提。这不仅对构建完整的生态学理论体系，具有不可或缺的学术价值；而且对促进人与自然和谐发展，也具有难以估量的实际意义。自然群落一般由多个物种组成(species richness, S)，每个物种都有其特定的个体数量(abundance, A)。SAD则是描述群落中不同物种间个体数量关系的定量方法。已有研究表明，各种生物群落的 SAD 都遵循着一种非常相似组成模式，即生物群落往往由为数不多的优势种和种类繁多的稀有种所构成。过去几十年间，提出了大量研究SAD的数学模型和生态理论，但各国学者对 SAD及其构成机制的完整解释，始终未能达成一致意见。
中国科学院大学（简称“国科大”）硕士生导师苏强课题组，在前期研究中运用分形理论(Fractal Theory)，建立了一种符合自然群落的SAD分形模型，并且首次发现了群落物种多样性的理论最大值应该为1：1/2：1/3...。相关成果发表后，得到同行专家的广泛关注和较高评价。一方面，分形模型的建立，为SAD理论研究贡献了一种新颖的模型工具；另一方面，理论最大值的提出，也为生物多样性理论研究开辟了一个全新的领域。为确立群落物种多样性的理论最大值，苏强课题组从温度-多样性关系研究、营养-多样性关系研究以及分形参数统计分析三个方面，进行了较为系统的检验与论证。研究结果显示：（1）温度-多样性关系表明, 三种不同海洋生物类群的物种多样性，都随着温度升高而增加, 并且逐渐趋近于理论最大值（图1）；（2）营养-多样性关系同样表明，甲藻包囊的物种多样性随营养物质（PO4和NO3）的降低而增加, 并且最终也趋近于理论最大值（图2）；（3）对两万余个群落样本分形参数的统计分析发现，分形参数的平均值和中值都接近于1，并且在1附近出现了集中分布。当分形参数等于1时，自然群落的SAD为1：1/2：1/3...（图3）。
上述研究成果发表于理论生态学和海洋生态学的多个主流期刊，Frontiers in Marine Science，Journal of Theoretical Biology，PeerJ和Ecology and Evolution。国科大硕士生导师苏强为该项研究的通讯作者，上述研究工作得到了国家自然科学基金委面上项目的资助。
全文链接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.1069276/full
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.1089331/full
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ece3.9584
https://peerj.com/articles/5928/
http://dx.doi.org/10.1016/j.jtbi.2015.12.010
图1. 有孔虫(BFD)、颗石藻(DEV)、甲藻包囊(DIN)三个生物类群的样本分布(左侧三图)，以及分形参数p与海洋平均温度数据（SST）的相关分析(右侧三图)。在右侧三图内，每个圆点代表5×5个经纬度内p与SST的平均值。蓝色虚线是分形模型预测的理论最小值1。p与SST的相关分析显示，随着温度升高，p值逐渐降低，并不断趋近于1 (请见红线与灰色阴影所表示的拟合趋势线和置信区间)。
图2. 由六项独立研究汇编而成的甲藻包囊群落物种多样性数据库(DCS)，观测样本地理分布覆盖全球各大洋(如上图所示)。蓝色虚线是分形模型预测的理论最小值1。下面两图的圆点为，两种营养物质(PO4和NO3)分别50等分后，每段内DCS参数p的平均值。p与PO4和NO3的相关分析均表明，随营养物质下降(横坐标从左到右方向)，p值逐渐降低，并不断趋近于理论最小值1 (请见红线与灰色阴影代表的拟合趋势线和置信区间)。
图3. 对两万余个自然群落样本p值的统计分析表明，频数分布的高值区在1附近，并且p的平均值(1.142±0.440)和中值(1.064)均接近于1。这些数据资料主要包括了: 美国林业局的森林植物(FIA)，淡水流域的硅藻(DIATOM)和鱼类(FISH)，北美洲的鸟类(BBS、CBC)和蝴蝶(NABC)，以及全球各个区域的哺乳动物(MCDB)、丛林植物(GENTRY)和有孔虫(BFD) 等。p值的频数分析说明，无论在什么位置、开展哪种类群的调查研究，自然群落物种多样性SAD最容易出现的结果是1: 1/2: 1/3 …。
