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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

花匠小妙招
2025-02-04 13:43

　　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%~50%的陆地生物多样性，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 Microclimatic variation in tropical canopies: A glimpse into the processes of community assembly in epiphytic bryophyte communities 为题发表在生态学经典期刊Journal of Ecology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Alain Vanderpoorten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