《植物所在亚热带森林群落生物多样性维持机制中获进展》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-04-08
  • 亚热带常绿阔叶林是我国独特的森林植被类型,在我国的分布范围最广、面积最大、生物多样性最高,约占我国国土面积的1/4,对我国生态文明建设和生态安全极其重要。种间负密度依赖性(Conspecific negative density dependence,CNDD)可以为异种个体提供生存空间,进而促进群落植物物种共存。病原体对当地树木邻居的多样性具有促进作用。然而,植物同种个体间相互作用模式以及同种密度制约的形成机制并不清楚。由于对亚热带森林群落多样性维持机制缺乏足够的认识,如何保育和修复我国各类退化亚热带森林生态系统面临着核心理论“瓶颈”。

    中国科学院植物研究所马克平团队与微生物研究所等单位合作,首先对浙江省开化县古田山24公顷样地内连续9年幼苗存活监测数据进行了分析,基于邻居效应模型,发现同种密度制约的强度主要受植物菌根类型影响,丛枝菌根植物更易受到同种邻居密度限制,而外生菌根植物邻居却能够保护异种个体免受同种密度制约的影响。随后,研究人员通过选取34个物种320个植物个体,利用分子生物学技术对植物根际土壤真菌群落组成进行测定发现,在树木生长过程中,植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度在物种间存在显著差异,并呈显著负相关。进一步研究表明,植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度与同种植物幼苗密度制约强度密切相关:受同种密度制约限制较大的物种更容易累积病原真菌,而能够较快累积外生菌根真菌的植物物种不易受到同种密度制约的限制。与病原菌驱动的经典物种共存理论不同,实验证明了植物同种密度制约是由有害的病原真菌和有益的菌根真菌相互作用共同决定的,而非单一类群作用的结果。

    该研究首次揭示了不同功能型土壤真菌驱动亚热带森林群落多样性的作用模式,成功破译了亚热带森林生物多样性维持“密码”,提出了基于外生菌根真菌与病原真菌互作过程影响植物生存的物种共存新模式,颠覆了基于病原菌-植物互作的经典物种共存理论。相关研究成果于2019年10月4日在Science以Report形式发表。

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    • 群落构建是群落生态学研究长久以来的核心论题之一。目前,功能生态学的发展为生态学家提供了两种验证群落构建的方法:分别通过亲缘关系(进化历史)和功能性状来表征物种相似(异)性,探讨群落系统发育结构和功能性状的分布格局,为森林群落构建机制提供新的理论依据。 武汉植物园博士研究生张佳鑫在江明喜研究员和乔秀娟副研究员的指导下,基于湖南八大公山25公顷森林长期动态监测样地,选取162种木本植物叶片的6种功能性状为研究对象,分别研究4个样方尺度内的群落谱系发育结构、功能结构和性状的分布格局,发现八大公山样地的群落构建过程很大程度上受确定性作用的驱动,结果表明(亲缘关系或性状空间上)相似的物种在大多数尺度上呈聚集分布,也有少数性状相异的物种聚集分布;推断在样地内非生物环境可能通过激烈的竞争性排斥或严格的环境过滤,对物种的分布和共存起着重要的推动作用。性状分布和谱系发育结构的(显著)聚集或离散分布表明生态位分化等确定性过程的主导作用;同时,系统发育结构和性状分布格局随尺度变化而变化。 该研究得到中国科学院战略先导项目(XDB 31000000)、国家重点基础研究发展计划(项目编号2014CB954004)、国家自然科学基金(项目编号31670441和31270562)和中国科学院生物多样性委员会中国森林生物多样性监测网络项目(项目编号29200931131101919)的资助。相关研究结果发表在Ecology and Evolution上。
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    • 生物多样性与生态系统功能关系(简称BEF)是生态学领域的核心科学问题之一。森林是陆地生态系统的主要类型之一,相比于草地生态系统,森林具有更高的生物多样性,树种间的生态位可能更相似,树木个体寿命也更长,因此森林BEF一直处于争论中。目前关于森林BEF的研究相对较少,且多是基于天然林观测实验的结果,无法去除自然条件下与生物多样性平行的其它共变因素(如非生物因素、林龄、物种组成以及演替阶段的差异)对生态系统功能的影响。因此,通过人工控制生物多样性实验,开展长期系统性研究,对于理清森林BEF的关系及其内在机制具有重要意义。 中国科学院植物研究所研究员马克平带领的研究团队联合瑞士、德国的生态学家,于2009年至2010年在江西省新岗山共建了约为50公顷的亚热带森林开展生物多样性与生态系统功能实验(简称BEF-China)。该实验设计有6种多样性梯度,种植了多个树种超过30万棵树,是当前世界最大的野外人工生物多样性控制实验。研究人员通过连续5年的观测发现,生物多样性能促进地上初级生产力,而且生物多样性的作用随着时间的延长而显著增加。分析表明,随着时间的变化,物种间的互补效应显著增强;且互补效应与功能多样性的正相关关系也越来越显著。这表明具有不同功能策略的物种配对可能更高产。进一步研究发现,灌木多样性的结果也显示随着灌木多样性的增加,灌木与乔木间的竞争减弱。这表明森林中乔木与灌木之间也存在积极的互补效应。 该研究表明,不同生物多样性的森林在保护环境缓减气候变化中所起的作用具有明显差异,种植多物种混交林能实现生物多样性保护和减缓气候变化双赢,是比种植纯林更好的植树造林策略。该研究结果也从经济学上说明了生物多样性的重要性。估算显示,如果将实验中观察到的结果外推到世界现有森林,全世界树种多样性降低10%就会造成经济上每年200亿美元的损失。相关研究成果发表在2018年10月5日《科学》期刊。 丁陈君 摘编自http://www.cas.cn/syky/201810/t20181008_4665445.shtml 原文标题:植物所等在森林生物多样性与生态系统功能关系研究中取得进展