遗传、物种和功能三个维度上生物多样性格局研究:以领春木群落为例

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生物多样性与生态系统生产力(功能)和生态系统稳定性密切相关。当前物种的灭绝速率大约是自然情况下(没有人类活动影响)物种灭绝速率的1000倍,生物多样性的保护面临严重挑战。确定生物多样性中心是生物多样性保护最关键和最迫切的一步。然而,有关生物多样性地理格局的研究大多是在单一维度上开展的,单一维度上生物多样性的研究制约生物多样性保护的有效性。本研究以孑遗植物领春木(Euptelea pleiospermum)及其所在的木本植物群落为对象,在中国分布区内设置20个样点,分析领春木叶片性状地理格局及成因;在不同维度上(遗传、物种和功能)探讨多样性的环境梯度格局及环境驱动机制;利用多元回归构建地理、气候和土壤因子模型并选择出最优预测模型。主要结果如下:  (1)领春木叶片性状种内变异、地理梯度格局及其种群适应策略。在中国分布区内,领春木叶片性状呈现出较高的种内变异。地理梯度上叶片性状的变化,是由局域内气候因子驱动的,且温度因子对叶片性状的影响高于降水因子。分布在高纬度区域的领春木,其叶片特征为叶柄更长、比叶面积更大和叶密度较小;领春木适应高纬度环境的策略为高的生长速率和低成本的叶片构建。  (2)领春木种群遗传多样性分布格局。领春木种群的遗传多样性格局呈单峰型变化,该结果证实中心-边缘分布假说,且遗传多样性最高的区域距离中心分布区偏北。气候-分布区模型的模拟结果显示,在末次冰期时该物种分布区轻微地向低纬度区域收缩,且冰期后向高纬度地区(北)扩张的趋势微弱;当前气候背景下,南部的地形(四川盆地)是领春木的分布障碍,而北部地形(秦巴山脉)是其适宜生境。历史上较弱的冰期影响和分布区内多变的地形是当前领春木种群遗传多样性格局形成的主要原因。  (3)领春木群落木本植物物种多样性分布格局。该研究区域内,共有388种木本植物,隶属于65科114属,其中被子植物375种,裸子植物13种;区域内中国特有木本植物205种(裸子植物8种,被子植物197种),占总调查物种比例的52.8%(占裸子植物61.5%,占被子植物52.5%)。在纬度梯度上,物种多样性也呈现中间高、两端低的分布格局;同时,在边缘分布区也存在物种丰富度很高的区域(天目山,大别山等)。在同一地区内,物种多样性的分布差异较大(如,秦岭山脉东部物种多样性远高于西部)。物种多样性的地理格局是由局域气候驱动的,年降雨量和年均温是物种多样性分布的主要影响因子,而土壤因子与物种多样性没有显著的关系。  (4)领春木群落木本植物功能多样性分布格局。在地理梯度上,不同功能多样性指数的变化格局不同。在纬度梯度上,功能丰富度(FRic)和Raos二次熵指数(FDQ)的变化格局为单峰型,中间区域高、两端低;而功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv)随纬度增大而增大。不同功能多样性指数的主要环境驱动因子不同,FRic主要受局域降水量的影响(正效应),FDiv主要受局域内年光合有效辐射的影响(负效应),而FDQ和FEve主要受土壤因子(土壤氮和土壤磷)的影响且土壤氮起正效应而土壤磷起负效应。  (5)三个维度上生物多样性地理格局的异同与关系。在纬度梯度上,遗传、物种和功能多样性格局相似,都在中纬度区域最高;在经度梯度上,遗传多样性在中间区域最高,而物种丰富度在中间区域最低,功能多样性并未明显的变化趋势。只有物种多样性与功能多样性(FRic和FDQ)间有显著的正相关关系,共同的环境驱动机制(年均降雨量是主要驱动因子)是两者间有正相关关系的主要原因。局域尺度上年均降水量和温度的差异,导致物种多样性分布的差异,而群落物种组成的差异进而导致群落功能多样性的差异。在纬度梯度上,三维度上生物多样性变化格局相似,但并不重叠。生物多样性仅物种和功能维度上有显著的相关关系,相同的环境驱动机制致使两者间有显著的相关性。在遗传和物种维度、遗传和功能维度间都没有显著的相关性,不同的环境驱动机制致使两两间并无显著相关性。  上述结果表明,领春木分布的河岸带区域物种多样性丰富且特有种比例很高,是生物多样性保护的重点区域。我们提倡在未来有关性状研究中重视种内性状的变异,并进一步阐明其机理。遗传、物种和功能维度上生物多样性的地理梯度变化格局是由环境因子驱动的。相同的环境驱动机制致使不同维度上多样性间存在显著的相关关系,反之,则不存在显著的相关性。研究不同维度上生物多样性地理格局及其环境驱动机制对于生物多样性保护以及生物多样性中心确定有重要的指导意义,在确定生物多样性中心时应该从多维度上开展调查评估。
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