喀斯特峰丛洼地灌木功能性状适应退化异质生境的权衡机制

The response of plant traits to spatial heterogeneity of degradation habitat, which is critical for community succession research and vegetation restoration in karst region of Southwestern China, however, has been lacked in previous studies and may limit the further work on relief of stone desertification. In order to solve this scientific question, based on the trade-off of plant traits, we will select middle succession stage (shrubs forest) as research samples and measure the community structure, species distribution, plant traits related on resource (light, soil nutrients and water) utilized efficiently, habitat characteristics and phylogenetic trees using field data collection, laboratory analysis, and ecological models. The aim of study is 1) to explore the trade-off and variation of shrub traits in individual, population and community scale by using variance, clustering and redundancy analysis, 2) to uncover the phylogenetic structure and distribution of plant traits by the zero model of the average paired traits distance and average neighborhood, 3) to assess the relationship between plant traits, habitat heterogeneity and phylogenetic factors by using variance decomposition and structural equation model. This study will reveal the trade-off mechanism of shrub traits adapt to degraded and heterogeneous habitat in karst peak cluster depression, and provide a scientific basis for vegetation restoration or reconstruction of degraded ecosystem in karst region of Southwestern China.

植物功能性状对喀斯特退化异质生境的适应性对于揭示群落演替机理及制定具体的调控措施都极为关键，但前人对此缺乏系统研究，制约了石漠化生态治理的深入开展。针对这一关键科学问题，以峰丛洼地灌木功能性状的权衡为切入点，通过监测样地构建、野外调查/室内测试、谱系技术和生态模型相结合的方法，获取群落结构、物种分布、资源（光照、养分和水分）高效利用相关的重要功能性状、环境（土壤和地形）及谱系进化树数据。利用方差/聚类/冗余分析方法，明确灌木个体、物种和群落间的功能性状差异及其权衡关系；通过平均成对性状距离和平均邻体最近的零模型，分析功能性状的谱系结构和分布；运用方差分解和结构方程模型，评价环境因子、空间因子、谱系因子及其相互作用对功能性状权衡的解释作用，阐明功能性状-环境因子-物种类别之间的相互关系，揭示退化生境条件下灌木功能性状的权衡机制，为促进喀斯特植被快速恢复和生态重建提供科学依据。

植物功能性状对喀斯特退化异质生境的适应性对于揭示群落演替机理及制定具体的调控措施都极为关键，但前人对此缺乏系统研究，制约了石漠化生态治理的深入开展。针对这一关键科学问题，以峰丛洼地灌木功能性状的权衡为切入点，基于样地设置、调查及室内分析，测定了24种喀斯特典型灌木的地径、胸径、分支数、叶面积、叶厚度、叶干物质量、比叶面积、叶总有机碳含量等10个结构和化学功能性状及地形和土壤养分。研究结果如下：叶和根系结构功能性状的种间与种内变异分析表明，地径、胸径、分支数、叶面积、叶厚度、叶干物质量和比叶面积均表现出显著的种间差异。在种内, 胸径、冠幅、分支数等差异显著, 其他性状差异不显著；叶片和根的化学功能性状分析表明，不同灌木种类叶片C、N、P含量与根系不同，且叶片和植株各器官的化学计量特征也不同；喀斯特灌木绝大多数叶和枝性状间显著相关, 叶宽、茎叶根生物量与叶长宽比显著负相关, 地径、胸径、分支数与生物量显著正相关，灌丛叶和根的化学计量特征之间存在显著的正相关或负相关；因子方差分析表明，物种差异对灌木叶和根的结构功能性状和化学功能性状都有较高的解释能力。与同纬度非喀斯特地区植物相比, 喀斯特地区植物具有一系列有利于减小蒸腾和储存养分的功能性状组合, 这可能是其适应干旱贫瘠的喀斯特环境的主要生态策略。同时，我们的研究结果显示，喀斯特峰丛洼地灌木功能性状的变化主要受物种控制，同时也受地形、土壤因子的影响。因子，在喀斯特峰丛洼地人工植被恢复时优先选择适应能力强的灌木（如红背山麻杆、黄荆等）进行先锋物种构建，以加速植被的正向演替进程。此外，通过项目开展，在Forest Ecology and Management、Forests发表SCI论文2篇，在审SCI论文2篇，培养研究生5名。