垂直梯度微气候是附生苔藓群落β多样性格局形成的主要驱动力

发布时间：2022-10-25

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来源：科技外事处

物种共存与生物多样性维持机制一直是生态学研究的核心论题，同时也是维持生态系统稳定性、确定生物多样性优先保护的关键。林冠被称为“最后的生物学前沿”，蕴含了全球40?0?陆地生物多样性，它是生物圈中物种丰富却最鲜为人知的生境之一。林冠附生植物群落因其极高的多样性以及特有的生存策略可能为物种共存机制提供新的理论和证据。森林中的宿主树彼此独立，在功能上类似于“生境岛”，每株宿主树上形成一个相对独立的附生植物群落，而不同宿主个体上的附生植物群落共同组合形成群落集合，附生植物群落为生物多样性格局与共存机制研究提供了理想的模式系统。然而，由于缺乏有效的技术手段进入到树冠，目前关于附生群落的研究多局限于接近森林地面的树干区域或少数几株宿主树，严重低估了附生植物多样性，且缺乏对宿主特性以及林冠三维空间微气候的系统观测和模拟，制约了我们对附生植物物种共存机制的全面认识。

为此，版纳植物园恢复生态研究组科研人员与合作者，充分利用2014年建于西双版纳热带季节雨林中的林冠塔吊平台，在1.44公顷的热带雨林样地中选取了12株乔木宿主，并依次在5个垂直高度上安放了林冠小气候自动监测设备，进行了为期3年的监测，并通过随机森林建模首次模拟了热带雨林三维空间内的光照、温度和湿度的分布格局（图1）。研究人员同时调查了42颗望天树上不同垂直高度的附生苔藓群落，并应用广义不相似性模型，进一步分析了附生群落物种周转、系统发育周转与宿主特性以及微气候之间的相互关系。结果表明：垂直方向附生苔藓群落物种周转显著高于水平方向，而其物种嵌套显著低于后者（图2）。垂直梯度的微气候条件是附生苔藓群落组成和系统发育结构的主要驱动力（图3）。随着垂直高度差异增加，附生苔藓群落的构建机制由微弱的竞争作用转变为系统发育保守占主导（图4）。这项工作丰富了森林三维空间微气候研究，揭示了热带附生苔藓群落微气候生态位的保守性，预示着全球气候变化可能对附生植物的生存造成威胁。

相关研究成果以

Microclimaticvariationintropicalcanopies:Aglimpseintotheprocessesofcommunityassemblyinepiphyticbryophytecommunities

为题发表在生态学经典期刊

JournalofEcology

上，版纳植物园2018届硕士毕业生沈婷为该论文第一作者（受国家留学基金资助，目前正在比利时列日大学AlainVanderpoorten课题组攻读博士学位），恢复生态研究组组长宋亮研究员和沈婷为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家留学基金、生物多样性网版纳植物园平台林冠监测项目、云南省自然科学基金、中科院项目等支持，在此一并致谢。诚挚地感谢云南西双版纳森林生态系统国家野外科学观测研究站对野外工作和样地背景数据的支持。

图1西双版纳热带季节雨林三维空间的微气候格局

图2西双版纳热带季节雨林垂直和水平方向附生苔藓植物β多样性（周转和嵌套）比较

图3不同环境变量对垂直梯度附生苔藓群落周转格局的解释率

图4附生苔藓系统发育周转率随垂直高度差异的变化趋势

垂直梯度微气候是附生苔藓群落β多样性格局形成的主要驱动力----中国科学院西双版纳热带植物园(cas.cn)

兼性附生植物开拓林冠和岩石生境体现了化学计量的稳定性和灵活性

发布时间：2020-09-28

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来源：科技外事处

植物生态化学计量对环境变化的响应既可表现出内稳性，又可表现出灵活性。前者指生物体内元素比例相对稳定，反映了构建基本生命成分所需相对狭窄的元素比例；后者指生物体改变元素平衡以应对环境变化，反映了生物体对元素平衡的调节能力。在影响内稳性和灵活性的诸因素中，生长基质资源变化将直接作用植物养分吸收，改变其化学计量特征。因此，研究不同基质上植物化学计量特征对于揭示植物的养分利用及其对环境变化的响应与适应策略具有重要意义。

兼性附生植物能够同时生长在乔木宿主、岩石或土壤等不同基质上。它们是同一物种在不同生境中的生态型。由于规避了系统发育偏差，这类植物成为研究植物化学计量与生长基质转化的理想实验材料。然而，有关基质转化如何影响兼性附生植物化学计量的研究却鲜有报道。

版纳植物园的吴毅博士、宋亮副研究员和刘文耀研究员等基于前期野外调查，选择西双版纳石灰山热带季节性湿润林中典型的兰科、蕨类等9种兼性附生植物作为研究对象，综合运用混合效应模型、主成分分析和方差分解等方法，分析了石生种群与附生种群植物叶片9种常规元素含量、N/P、碳氮同位素δ13C和δ15N的差异及其成因。

结果显示：石生种群的δ15N和Ca含量均显著高于附生种群。反之，K、Fe和Mn三种元素含量则显著低于附生种群。N、P、S、Mg、Na，N/P以及δ13C的差异不显著。整体上，兼性附生植物的化学计量受到基质影响，表现出“有机结合元素稳定性”和“非有机结合元素灵活性”。结果暗示：随着生长基质和可用资源转化，兼性附生植物通过控制有机结合元素的稳定含量和比例，确保基本生命过程的稳定运行。同时，它们还通过灵活改变非有机结合元素含量来调控光合能力、酶活性等重要生理功能，以应对多变且严酷的林冠和石生生境。因此，通过有效权衡基本生理功能维持和最大适合度提升之间的关系，兼性附生植物实现了对林冠和岩石生境的成功拓殖。

研究结果以

Stoichiometricandisotopicflexibility:facultativeepiphytesexploitrockandbarkinterchangeably

为题发表于国际植物学期刊EnvironmentalandExperimentalBotany。

热带季节性湿润林中的兼性附生植物（左附生，右石生）

兼性附生植物叶片化学性状差异

兼性附生植物叶片化学性状主成分分析

本文作者：吴毅

热带雨林中的高海拔气候避难所

发布时间：2019-08-28

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来源：科技外事处

现存生物物种都经历了复杂的气候变化，在气候变化的历史进程中，面对不适宜气候生物类群会退缩到适宜生存的地方生存，待气候适宜时又进行扩散。气候不适宜时期保存生物多样性的地方被称之为“气候避难所”。第四纪冰期，气候避难所在气候震荡和冰川形成的过程中保留了许多的物种，第四纪气候避难所的研究层出不穷，推动了生物地理和保护生物学的发展。然而，在全球变化的背景下，尤其是全球变暖和人类活动加剧对于生物多样性的影响，使得对气候避难所的研究与探索更为重要。

版纳植物园植物系统发育与保护生物学研究组孟宏虎博士等针对缅甸若开山脉维多利亚山野外考察中发现高山栎的现象，进行深入分析研究，提出在气候持续变暖的过程中，适应高寒气候的植物将继续往高海拔或者高纬度地区退缩，高海拔地区或者高纬度地区成为这些植物类群对气候变暖响应的缓冲区；而身处低纬度的热带雨林地区，一些残余高山植物将聚集山顶成为最后的气候避难所。为此，提出热带雨林中的高海拔避难所，比如热带山地的山顶等高山植物残余地区，在未来气候持续变暖的过程中，是全球生物多样性保护的重点关注对象。

　　研究成果以

Aremountaintopsclimaterefugiaforplantsunderglobalwarming?Alessonfromhigh-mountainoaksintropicalrainforest

为题发表于瑞士植物学会会刊AlpineBotany。

高纬度地区拥有的高海拔山脉为高山植物提供气候变暖的缓冲区，亚热带地区和热带雨林地区的高海拔地区成为气候避难所

非优势树种显著提高亚热带森林附生地衣的物种多样性

发布时间：2018-12-11

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来源：科技外事处

对附生地衣类群而言，宿主树木种类是代表包括树皮特征在内众多影响其物种分布的关键因子的综合指标。地衣生态学领域的现有研究往往更聚焦于森林群落优势树种在地衣物种多样性维系中的重要作用，而非优势树种尤其是稀有树种尽管被认为可能同样发挥着不可取代的作用，但往往由于个体数量较少，无法满足群落水平上的实验取样和统计分析要求，极少能够得到关注。故而，除少量描述性文献外，非优势树种在森林群落水平上维系地衣物种生长和分布的重要性，尚无严格的统计数据给予支持和证实。

版纳植物园恢复生态研究组副研究员李苏博士及其合作者，利用哀牢山地区2种原生林和6种次生林群落树干附生地衣的分布数据，采取Beta多样性累积曲线、多维尺度变换（NMDS）和多响应置换过程（MRPP）等方法，综合分析了亚热带森林各群落内部优势树种和非优势树种在附生地衣物种多样性维系中的重要性。研究发现，不同森林群落内部，两类树木上地衣物种群落组成明显不同。优势树种仅在次生林中支持更多地衣物种和特有种的分布；非优势树种的存在显著提高了森林群落附生地衣的物种多样性，并能够同时影响优势树种和非优势树种上地衣物种的分布模式。而且，宿主树种对地衣物种分布的影响，主要由非优势树种的分布特征所决定。本研究不仅率先利用严格的统计分析确证了非优树种在附生地衣物种多样性维系中的重要性；而且还表明宿主树木随机性取样可以代替树木全取样方法，用于评估亚热带森林树木物种多样性在调控附生地衣物种分布中的作用。

相关研究结果已以

Non-dominanttreessignificantlyenhancespeciesrichnessofepiphyticlichensinsubtropicalforestsofsouthwestChina

为题发表于国际重要学术期刊

Fungalecology

上

哀牢山森林系统不同树种上的附生地衣群落

哀牢山8种森林群落中优势和非优势树种的地衣物种多样性