基于功能重建的生态修复-内蒙古寒旱区本土和外埠物种集成的人工群落功能多样性格局及服务功能研究

Recent studies have showed that restoration of community function on the basis of species diversity is the core of ecological restoration. Artificial community based on assembly of functional diversity would run sustainably. Artificial communities, which is composed of indigenous species which play an important role in restoration together with those exotic species which have aesthetic and economic values, have to face intensive cold and drought filtering in arid area of North China. Our current study derives from our long-term evaluation on cold- and drought-resistance of plants in Inner Mongolia. The artificial assembly in our study is designed including highly drought tolerant indigenous and exotic species, strips and nature imitating planting and focusing on the differential assembly in species diversity, life form, habits of growth and breeding, flowering phenology. We expect to explore the pattern of functional diversity in our artificial communities involving functional diversity, evenness and divergence and service function involving productivity, target chemicals and soil improvement through the investigation on community and matrix calculation by statistic software. Furthermore, to describe quantitatively the function differences in niche complementary and competitive disparity as well as invasion risk. All of results are supposed to achieve a scientific support for functional assembly for artificial assistance rehabilitation in our practice.

近年研究表明以物种多样性为前提的群落功能恢复是生态修复的核心，基于功能多样性集成的人工群落才能健康演替并发挥服务功能。在寒旱区生态修复起重要作用的本土物种连同具有景观和经济效能的外埠物种共同组成的人工群落都必然经历干旱过滤。当前项目基于申请人在内蒙古寒旱区抗逆物种筛选构建的人工物种库，以具有突出抗性的本土和外埠物种为组分、以条带和近自然为建植模式，以物种、生活型、繁育习性、花期物候的多样性梯度设计为出发点构建人工群落。通过地上和地下生长、花期等时空功能特征及目标产物及土壤改良等服务功能的数据分析，揭示环境过滤和生物过滤下的两种建植模式中，由本土和外埠物种组成的人工群落在功能特征格局（丰富度、均匀度、离散度）和服务功能（产量、目标产物含量和土壤改良）上的差异，分析物种多样性对功能多样性、生态位互补性和竞争性差异的影响、评价生物入侵风险，为寒旱区植被修复功能性人工群落的科学构建提供详实依据。

芳香植物因花色独特和丰富的次生代谢产物而具经济和景观价值。将其用于寒旱矿区生态修复是实现生态修复可持续发展的全新尝试。研究团队依托既往工作进行了（1）多功能型群落组装及表型对物种多样性增加的响应模式研究。在功能分类前提下进行了近自然和条带群落组装，而叶片同化物决定芳香植物的精油经济收益和观赏性。初步结果可见在物种多样性梯度增加时组装物种的叶片增厚。在竞争强度增加时一年生短命物种比多年生物种有更强的叶片同化物获取增量。花前积温低的多年生物种比积温要求高者有更高的叶片同化物获取。在物种数量从1增至4时，株高、分支数等性状均呈正响应。初步推论物种多样性所带来的竞争压力增强时，叶片同化产物积累会应激性增强；短命物种同化产物竞争能力强于多年生物种；早花期物种比晚花期物种有更强的同化产物竞争力。研究结果将用于指导芳香群落组装时的多样性配置，形成较为理想的群落盖度和用于精油提取的地上收获物。（2）环境过滤和生物过滤下本土及引种物种的响应研究。在2021年较长低温后土壤种子库中的本土杂草占据了早期萌发优势，对功能型群落构成了强烈的竞争和生物过滤。与猫薄荷和柠檬荆芥等精油作物相比，藿香能较快形成冠层占据基本生态位，以较快高生长和较多分支数占据中上层空间生态位。与本土杂草竞争时无论处于生态位优势或劣势，芳香植物的精油获得率都有升高，主要功能成分的构成并未发生显著变化。可推断旱区多物种复合型的群落组装可能带来经济和景观双重收益。（3）缓冲区木本建群种丁香次生代谢产物分析及花香形成机制研究。文献分析发现丁香属叶片和花部次生代谢产物来自甲戊二羟酸途径、脱氧木酮糖磷酸酯途径以及莽草酸途径，并具有系统保守性。保守性在苯丙素类和环/裂环烯醚萜类的表达最为明显。丁香花香在136个基因的调控下生成，分属于TPS-a和TPS-b家族。研究结果对于木本芳香群落建群种的功能性产物形成机制提供了基因组和转录组水平的理解。