《成都生物所在探索影响大熊猫栖息地森林生态系统植物多样性因素间耦合作用研究中获进展》

  • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: changjiang
  • 发布时间:2019-12-19
  • 在自然条件下,环境因素,生物因素及空间因素三者是相互关联或共同变化的。植物群落物种多样性受外部因素 (空间地理、土地覆盖和环境因素) 和内部因素 (生物特征,如生活史、功能特征) 双重控制。目前,大部分研究普遍认为当地环境因素及气候变化是了解群落物种多样性变化的关键,他们认为环境过滤等确定性过程将比随机过程更为重要。然而,至今大家仍不清楚物种/群落功能性状、空间限制在多大程度上影响植物多样性,以及驱动生物多样性变化各因素的相对重要性,和其耦合关系,特别是地形复杂多变的山地生态系统。

    四川大熊猫栖息地分布于川西高原东部的的岷山、邛崃山、大相岭、小相岭、凉山以及秦岭狭长地带,横跨川、陕、甘三省境内,整个栖息地面积超过2万平方公里,主要分布在卧龙、白水江、佛坪等46个自然保护区。该地区是全球所有温带区域(除热带雨林以外)中植物较丰富的区域,被保护国际(CI)选定为全球36个生物多样性热点地区之一,被世界自然基金会(WWF)确定为全球200个生态区之一。大熊猫栖息地既是地球历史与地质特征研究的典型区域,陆地生态系统和生物过程研究的重点区域,也是长江黄河上游生态屏障的重要组分,对维系我国生态安全起到举足轻重的作用。

    为了提高我们对影响大熊猫栖息地植物多样性的环境、空间限制及植物功能性状的直接、间接作用,及影响作用间相对重要性的理解,中国科学院成都生物研究所生物多样性与生态系统服务领域地表过程与生态系统管理项目组罗鹏研究员、李婷、熊勤犁等基于2017年大熊猫栖息地植被、环境影响因素、空间因素及植物形态功能特征——生理因素 (functional traits)等多因素耦合分析,利用结构方程模型探讨:1)外在环境影响因素、空间因素、植物内在生理形态在多大程度上影响植物物种多样性的变化,及各单个影响因素的相对重要性;2)各因素之间的耦合关系 (直接和间接),以及这种直接/间接影响对植物群落物种多样性变化的贡献率。该研究为理解和预测各影响因素如何直接和间接驱动山地森林生态系统植物多样性变化做出贡献,同时为探索植物物种组成空间变异的潜在原因提供更多的视角。

    研究结果显示,影响栖息地植物多样性的主要影响因素有年均温,年降水量,纬度、空间距离、海拔高度、叶干物质浓度,乔木冠幅盖度。其中,通过结构方程模型分析显示纬度、年均温与年降水量不仅对植物多样性有非常强的直接作用,还通过叶干物质浓度与乔木冠幅间接影响群落物种多样性,且其对植物多样性的直接作用比间接作用更强烈。说明单一物种模型可以预测这些群落中气候因素的影响,因而可以利用气候变化、乔木冠幅、植物多样性三者之间的耦合关系,通过乔木冠幅变化间接预测气候变化对植物多样性的影响。

    该研究得到重要物种栖息地监测与保护示范(2016YFC0503305)等课题支持。近日以“Direct and indirect effects of environmental factors, spatial constraints, and functional traits on shaping the plant diversity of montane forests”为题发表于Ecology and Evolution上。

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    • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
    • 编译者:陈方
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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
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:xxw
    • 发布时间:2019-07-16
    • 全球变化(包括气候变化、土地利用和地表覆盖变化)和人类活动等导致了生物多样性的加速丧失,进而影响了生态系统的服务功能。近年来,生物多样性对生态系统功能的影响机制受到广泛关注,是生物多样性和生态学研究领域的热点问题。大量关于生物多样性与生态系统功能关系的研究表明,生物多样性是生态系统功能的主要驱动力,但以往的研究主要集中在草地生态系统。森林作为陆表最重要的生态系统,在调节全球碳循环、减缓气候变化、维持生态系统服务功能中发挥着不可或缺的作用。在自然森林群落中,群落结构远比草地生态系统复杂。除了乔木树种外,林下的灌木和草本具有高的物种多样性和重要的生态系统功能,但是,还缺乏将森林群落的乔木、灌木和草本多个层次的整合研究。森林群落中配置于不同垂直层的物种在进化历史、功能策略等方面存在较大差异,导致群落的构建机制可能不同。同时,将空间尺度纳入其中综合考虑时,多维(multi-dimension)生物多样性,包括物种多样性、系统发育多样性和功能多样性与生态系统功能之间的关系尚不清楚,其潜在的驱动机制也有待深入研究。 云南西北部地处我国三大河流(怒江、澜沧江和金沙江)的上游,区域内有三江并流世界自然遗产地和众多的自然保护区。由于其复杂的地质、气候历史和多样的地形地貌,造就了其富有特色的生物多样性。该地区位于全球生物多样性的热点地区“中国西南山地”的核心区域,是气候变化最为敏感和脆弱的地区之一。玉龙雪山沿海拔梯度存在多种气候类型,植物种类繁多,呈现出较为完整的山地植物垂直带谱,是滇西北植物多样性的缩影,也是我国重要的生态安全屏障,具有重要的生态系统服务功能。区域内的森林群落垂直结构明显,林下拥有丰富的植物多样性,为研究森林生态系统功能提供了天然的场所。中国科学院昆明植物研究所植物多样性演化和生态适应团队高连明研究组和植物多样性与基因组学团队李德铢研究组依托丽江森林生态系统定位研究站,于2013年开始,在丽江玉龙雪山建立了沿海拔梯度的森林群落样带,旨在开展全球变化生态学和群落生态学研究,以期揭示自然状态下真实的森林生物多样性与生态系统功能的关系。 最近,该团队与加拿大多伦多大学教授Marc Cadotte、美国哥伦布大学教授Kevin Burgess合作,以玉龙雪山沿海拔梯度样带为平台,综合多维生物多样性(物种多样性、系统发育多样性和功能多样性)和森林垂直结构(乔木、灌木和草本)研究了不同空间尺度(邻体尺度和样方尺度)下生物多样性对生态系统功能(地上生物量)的影响。研究发现,乔木的地上生物量与群落性状组成(高度和叶片磷含量)和功能多样性(比叶面积)呈正相关关系,暗示选择效应和生态位互补效应均为主导因素。乔木的地上生物量并未显着降低林下植物的地上生物量,而灌木的生物量与种子大小的多样性或多性状综合的功能多样性相关联;草本植物的地上生物量则主要受系统发育多样性和物种多样性的影响,表明互补效应在林下的群落中扮演重要角色。海拔梯度主要通过物种多样性、系统发育多样性和功能多样性对生物量产生间接影响。在全球变化背景下,该研究结果有助于科学支撑森林生物多样性的保护和管理。随着空间尺度的增大,多样性与生态系统功能之间的相关性呈上升的趋势,暗示在更大的空间尺度上,生物多样性与生态系统功能之间的关系可能更为紧密。因此,在山地森林生态系统实施天然林保护或者人工林建设中,不仅要考虑乔木树种的多样性,林下的灌木和草本作为独特的系统也需要纳入生态系统服务功能的考量中。该研究对于森林生态系统修复和天然林保护具有重要的指导意义。 研究成果以Greater than the sum of the parts: how the species composition in different forest strata influence ecosystem function 为题在国际生态学期刊Ecology Letters 在线发表。在站博士后罗亚皇为论文第一作者,合作导师高连明和李德铢为共同通讯作者。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项 (XDB31000000)、国家自然科学基金(31800354)、国家博士后基金(2017M623082)、云南省科技领军人才项目(2017HA014)和云南省博士后定向培养项目的资助。该研究同时得到中西南野生生物种质资源库分子生物学平台的支持。