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研究进展

花匠小妙招
2024-10-26 00:16

近日，南昌大学生命科学学院博士生詹清华在Global Ecology and Conservation上发表了题为“Geographical pattern of the deviation between taxonomic, phylogenetic, and functional diversity and its implications for the conservation of Chinese orchids”的研究论文。

研究背景

兰科是开花植物中物种数量最多的类群之一，尽管兰花植物广泛分布于全球，但绝大多数兰花物种稀缺，甚至面临灭绝的危险。我国兰花植物资源丰富，了解其多样性分布和影响因素有助于为生物多样性保护提供更好的建议。中国兰花植物多样性地理分布的研究主要集中在区域和地方尺度上。在全国范围内，兰花植物多样性研究更基于分类多样性地理分析。目前尚未从系统发育和功能多样性的角度研究中国兰花植物多样性的地理分布格局。我们整合了兰花植物的分类、系统发育和功能多样性，识别仅通过物种丰富度和分类多样性可能无法识别的生物多样性热点。

本文分析了我国兰花分布、系统发育和功能性状的大数据集，并计划解决以下问题：1）兰花的分类、系统发育和功能多样性的地理格局是什么？2）环境因素如何影响兰科植物分类多样性与系统发育多样性或功能多样性的偏差？3）兰花优先保护的重点领域在哪里？4）在比较了当前和潜在的多样性后，兰花的优先调查区域在哪里？

研究方法

本文利用中国兰科植物的分布、进化关系和功能性状数据，分析了兰科植物物种丰富度(SR)、加权地方性(WE)、系统发育多样性(PD)、系统发育地方性(PE)、功能多样性(FD)和功能地方性(FE)的地理格局。此外，我们也分析了PD(或FD)与SR (和FDdev)以及PE(或FE)与WE (PEdev和FEdev)之间的偏差。并探索了环境变量（气候变量、地形变量、土壤变量、NDVI）对多样性和偏差的地理格局的影响。最后识别了基于多样性识别的热点和基于偏差识别的热点并划定了中国兰科植物的重点保护和调查区域。

主要结果

多样性和偏差的地理格局

中国野生兰科植物的多样性和特有性分布不均匀。兰科植物SR、WE、PD、PE、FD和FE的地理格局大致相同，即西南地区和台湾岛多样性高，华北地区多样性低(图1)，特别是高特有区主要集中在中国西南边境、海南岛和台湾岛(图1def)。PDdev和FDdev表现出相似的地理格局，西南地区SR相对高于PD或FD，而中国中部和东南部SR相对低于PD或FD(图2ac)。PEdev的地理格局显示，大面积(88.21%)的PE和WE相对相等，而极小面积(小于10%)的PE或WE相对较高(图2b)。与PEdev相似，FEdev的地理格局表现为大面积(69.95%)的FE略小于WE(图2d)。

图1 中国兰科植物物种丰富度(SR)、系统发育多样性(PD)、功能多样性(FD)、加权地方性(WE)、系统发育特有(PE)和功能特有(FE)的地理格局

图2 (a) PDdev(z-归一化PD与z-归一化SR的偏差)(b) PEdev(z-归一化PE与z-归一化WE的偏差)(c) FDdev(z-归一化FD与z-归一化SR的偏差)(d) FEdev(z-归一化FE与z-归一化WE的偏差)的地理格局。

多样性和偏差与气候和环境变量的关系

SAR误差模型的结果显示,气候和环境变量对SR、PD、PE、FD、FE解释力更大, 对PDdev, PEdev，FDdev 和FEdev的解释力更小(表1)。与SAR误差模型分析结果相似，方差分区分析结果表明，所有变量对多样性(Idiv)的解释力更强(55.7%)，而对偏差(Idev)的解释力非常弱(33.6%)(图3)。

表1 在同步自回归模型（SAR)中6个多样性和地方性指标(SR、WE、PD、PE、FD和FE)和4个偏差指标(PDdev、PEdev、FDdev和FEdev)与环境变量的标准化回归系数和决定系数。

图3 将多样性指数(Idiv)和偏差指数(Idev)划分为气候、土壤、地形和NDVI四组变量。气候变量包括TPC1、TPC2、PPC1和PPC2;土壤变量包括SPC1和SPC2;地形变量包括高程和坡度。

热点、优先保护及调查地区

我们获得了中国兰科植物多样性(Idiv)和偏差(Idev)最高的前5%网格，结果表明，中国西南部、海南岛和台湾岛是多样性的热点地区(图4a)，而中国东南部是偏差的热点地区(图4b)。基于中国兰科植物自然保护区与热点地区的地理重叠，我们确定了6个尚未被大面积自然保护区覆盖的优先保护区(图4c)，即:(1)西藏东南部，包括米林、措那和墨脱;(2) 滇西，包括香格里拉、兰坪和福贡、腾冲、盈江和两河;(3)滇中地区，包括景谷、镇沅、普洱、思茅等县;(4)黔桂交界喀斯特地区;(5)粤桂交界;(6)台湾岛。通过对比中国兰科植物的实际多样性和潜在多样性，我们发现，前5%的优先调查区域主要集中在滇西和中部、贵州和广西边境地区以及云贵川边境地区，但也包括一些分散的地区，如墨脱、武夷山、海南南部和台湾(图5)。

图4 中国兰花热点。(a)多样性最高的前5%栅格(Idiv);(b)偏差最大的前5%网格(Idev);(c) 6个未被大面积自然保护区覆盖的优先保护区，即(1)西藏东南部;(2)滇西;(3)滇中;(4)黔桂交界喀斯特地区;(五)粤桂边境;(6)台湾岛。

图5 中国兰科植物重点调查地区

结论

通过对中国兰科植物的分类、系统发育和功能多样性的综合研究，绘制了兰科植物的地理分布格局。我们深入研究了物种丰富度与系统发育和功能多样性之间复杂的相互作用。我们确定了中国基于多样性识别的热点和基于偏差识别的热点。此外，我们还确定了目前被排除在保护区之外的6个优先保护区，并确定了中国兰花的几个优先调查区域。这些发现填补了中国兰科植物多样性和保护方面的重要知识空白，为未来的保护策略和研究方向提供了宝贵的见解。此外，未来的研究还应考虑根据不同生长形态的差异进行分类和优先保护工作，并解决兰花调查中存在的不足。这将使我们能够全面、准确地保护重要植物的关键区域。

原文链接

https://www./science/article/pii/S2351989424002555

排版：刘洋洋

审阅：周亚东