揭多維生物多樣性對森林生態系統功能的影響機制研究取得進展
                  時間 : 2019-07-09     

                  全球變化(包括氣候變化、土地利用和地表覆蓋變化)和人類活動等導致了生物多樣性的加速喪失,進而影響了生態系統的服務功能。近年來,生物多樣性對生態系統功能的影響機制受到廣泛關注,是生物多樣性和生態學研究領域的熱點問題。大量關于生物多樣性與生態系統功能關系的研究表明,生物多樣性是生態系統功能的主要驅動力,但以往的研究主要集中在草地生態系統。森林作為陸表最重要的生態系統,在調節全球碳循環、減緩氣候變化、維持生態系統服務功能中發揮著不可或缺的作用。在自然森林群落中,群落結構遠比草地生態系統復雜。除了喬木樹種外,林下的灌木和草本具有高的物種多樣性和重要的生態系統功能,但是,還缺乏將森林群落的喬木、灌木和草本多個層次的整合研究。森林群落中配置于不同垂直層的物種在進化歷史、功能策略等方面存在較大差異,導致群落的構建機制可能不同。同時,將空間尺度納入其中綜合考慮時,多維(multi-dimension)生物多樣性,包括物種多樣性、系統發育多樣性和功能多樣性與生態系統功能之間的關系尚不清楚,其潛在的驅動機制也有待深入研究。  

                  云南西北部地處我國三大河流(怒江、瀾滄江和金沙江)的上游,區域內有三江并流世界自然遺產地和眾多的自然保護區。由于其復雜的地質、氣候歷史和多樣的地形地貌,造就了其富有特色的生物多樣性。該地區位于全球生物多樣性的熱點地區“中國西南山地”的核心區域,是氣候變化最為敏感和脆弱的地區之一。玉龍雪山沿海拔梯度存在多種氣候類型,植物種類繁多,呈現出較為完整的山地植物垂直帶譜,是滇西北植物多樣性的縮影,也是我國重要的生態安全屏障,具有重要的生態系統服務功能。區域內的森林群落垂直結構明顯,林下擁有豐富的植物多樣性,為研究森林生態系統功能提供了天然的場所。中國科學院昆明植物研究所植物多樣性演化和生態適應團隊高連明研究組和種質庫植物多樣性與基因組學團隊李德銖研究組依托麗江森林生態系統定位研究站,于2013年開始,在麗江玉龍雪山建立了沿海拔梯度的森林群落樣帶,旨在開展全球變化生態學和群落生態學研究,以期揭示自然狀態下真實的森林生物多樣性與生態系統功能的關系。  

                  最近,該團隊與加拿大多倫多大學Marc Cadotte教授、美國哥倫布大學Kevin Burgess教授合作,以玉龍雪山沿海拔梯度樣帶為平臺,綜合多維生物多樣性(物種多樣性、系統發育多樣性和功能多樣性)和森林垂直結構(喬木、灌木和草本)研究了不同空間尺度(鄰體尺度和樣方尺度)下生物多樣性對生態系統功能(地上生物量)的影響。研究發現,喬木的地上生物量與群落性狀組成(高度和葉片磷含量)和功能多樣性(比葉面積)呈正相關關系,暗示選擇效應和生態位互補效應均為主導因素。喬木的地上生物量并未顯著降低林下植物的地上生物量,而灌木的生物量與種子大小的多樣性或多性狀綜合的功能多樣性相關聯;草本植物的地上生物量則主要受系統發育多樣性和物種多樣性的影響,表明互補效應在林下的群落中扮演重要角色。海拔梯度主要通過物種多樣性、系統發育多樣性和功能多樣性對生物量產生間接影響。在全球變化背景下,該研究結果有助于科學支撐森林生物多樣性的保護和管理。隨著空間尺度的增大,多樣性與生態系統功能之間的相關性呈上升的趨勢,暗示在更大的空間尺度上,生物多樣性與生態系統功能之間的關系可能更為緊密。因此,在山地森林生態系統實施天然林保護或者人工林建設中,不僅要考慮喬木樹種的多樣性,林下的灌木和草本作為獨特的系統也需要納入生態系統服務功能的考量中。該研究對于森林生態系統修復和天然林保護具有重要的指導意義。  

                  目前,研究成果以“Greater than the sum of the parts: how the species composition in different forest strata influence ecosystem function”為題在國際生態學領域頂級期刊Ecology Letters在線發表。在站博士后羅亞皇為論文第一作者,合作導師高連明研究員和李德銖研究員為共同通訊作者。該研究得到中國科學院戰略性先導科技專項 (XDB31000000)、國家自然科學基金(31800354)、國家博士后基金(2017M623082)、云南省科技領軍人才項目(2017HA014)和云南省博士后定向培養項目的資助。該研究同時得到中西南野生生物種質資源庫分子生物學平臺的支持。  
                   

                    
                  圖1 玉龍雪山沿海拔梯度的植被分布及森林群落樣方設置示意圖

                     
                  圖2 尺度依賴的森林群落不同垂直層多樣性與生態系統功能關系示意圖