全球气候变化背景下物种间相互作用对高山生态系统群落结构与功能的影响

Alpine ecosystem is the important supplier of ecosystem services within the global range, which has distinct value from the perspectives of resource and environment. Alpine ecosystem is one of the ecosystem types that are most sensitive to the global climate change. Under the context of global climate change, the correct understanding and evaluation on species interactions, especially the positive interaction are important for the protection and restoration of alpine ecosystem’s species diversity and functioning.. This study focuses on the alpine ecosystems among different areas in western China. With the combination of ecological methods such as field plot investigation and removal experiment, molecular biology tools such as high-throughput sequencing and quantitative PCR, and data analyzing and predicting skills such as statistical model and computational simulation model, we systematically 1) explore the type and range of species interactions, especially the positive interaction, and the relationship between species interactions and species functional traits as well as phylogenetic traits; 2) through the combination of species interactions data, climate data, soil physic-chemical property data and soil microbes data, we will synthetically evaluate the mechanism and contribution of alpine species interactions to community structure and function; 3) we will build a model to predicate the impact of global climate change on alpine ecosystem. Finally, this research will scientifically direct our endeavor on alpine ecosystem’s bio-diversity protection, ecological restoration and sustainable development.

高山生态系统是全球范围内生态系统服务的重要提供者，具有重要的资源价值与环境意义。高山生态系统是对全球气候变化最为敏感的生态系统之一，在全球气候变化背景下，对高山生态系统物种多样性与功能的保护与恢复离不开对物种间相互作用，特别是正相互作用的正确认识与评估。本研究以中国西部不同地区高山生态系统为对象，采用野外样方调查、移除实验等生态学方法，以及高通量测序、定量PCR等分子生物学手段，结合统计学模型、计算机模拟模型等数据分析与预测技术，系统研究1）种间相互作用，特别是正相互作用在类型与强度上的差异，以及种间作用与物种功能特性和系统发育特性之间的关系；2）将种间相互作用的数据与气候，土壤理化性质，土壤微生物等数据相整合，综合评估高山物种间作用对群落结构与功能的影响机制与贡献程度；3）建立全球气候变化对高山生态系统影响的预测模型，最终为高山生态系统的生物多样性保护，生态恢复与可持续性发展提供科学指导

高山生态系统是全球范围内生态系统服务的重要提供者，具有重要的资源价值与环境意义。高山生态系统是对全球气候变化最为敏感的生态系统之一，在全球气候变化背景下，对高山生态系统物种多样性与功能的保护与恢复离不开对物种间相互作用，特别是对正相互作用的正确认识与评估。本研究以中国西部不同地区的高山生态系统为对象，采用野外样方调查、移除实验等生态学方法，以及高通量测序等分子生物学手段，结合统计学模型、计算机模拟模型等数据分析与预测技术，解析了高山生态系统种间相互作用尤其是正相互作用对群落结构与功能的影响，特别是运用了结构方程模型(SEM)来探究优势植物是如何通过分类多样性和功能多样性直接和间接驱动群落结构与功能的。我们的研究结果表明：1)随着胁迫梯度的增加，保育植物的正相互作用呈现出先增加后逐渐降低的趋势。高海拔地区植物为了适应高寒环境叶片发生了变异，表现为叶面积变小但干物质含量增大。灌木是改变土壤理化性质的主要因子，而垫状植物对土壤理化性质的影响强度则低于大尺度上的空间差异。2)对地上群落而言，草食动物调节的间接作用提高了群落生产力、丰富度、高度范围和群落加权平均值以及比叶面积。尽管直接作用也增加了群落生产力、高度范围和群落加权平均值以及比叶面积，但直接促进作用的强度普遍弱于草食动物调节的间接作用。更重要的是，我们发现灌木主要是通过扩大性状范围来促进灌木下物种的生产力。3)对地下生物群落的研究发现，灌木和类禾草植物对线虫群落的丰富度的影响主要通过改变地上植物和土壤微生物的丰富度和多样性实现的；而灌木和类禾草植物对线虫群落的生物量的影响主要通过改变土壤理化性质实现的。我们的结果明确了在物种水平上探讨种间相互作用的必要性，强调了优势植物自身功能性状对种间相互作用的重要性，区分了不同的优势植物种类与邻域物种间相互作用机制上的差异，也为生物多样性保护、生态环境建设和可持续发展提供了一定的理论依据。本项目所支持的文章多篇已在相关SCI期刊发表(包括SCI一区文章2篇，SCI二区文章4篇)，其中不乏相关领域的权威杂志，达到了相关研究的国际水平，受到了一定的关注。