横断山区水生植物集合群落功能多样性的空间格局及驱动机制

The Hengduan Mountain region (HDMR) is one of the hotspots of biodiversity in the world, and the key area for biodiversity conservation in China. The diversity patterns and maintaining mechanisms of aquatic macrophytes community is the major research program for conservation biology in HDMR. The spatially dispersal limitation caused by geographical barriers, the vertical zonal difference in regional climate and the local habitat heterogeneity are important factors affecting the distribution of aquatic macrophytes communities in HDMR. Through a series field surveys on aquatic macrophytes communities in studied lakes, this study will determine the parameters of community structures, environmental and spatial factor in HDMR, and examine the functional traits characterizing individual morphology, physiology, reproduction and dispersion. Based on the perspective of metacommunity, this study will analyze the responses of functional diversity pattern to regional and local processes, and then clarify the relationships between functional diversity and environmental gradients at different regions. We will examine the relative importance of local environmental gradients, regional climate variables and spatial factors in determining the functional diversity patterns of aquatic macrophytes, and thus disentangle the relative role of space-based dispersal limitation and trait-based habitat filtering influencing community functional composition in HDMR. Furthermore, this study will firstly reveal the patterns and mechanisms driving spatial distribution of aquatic macrophytes in HDMR from the perspective of metacommunity functional diversity.

横断山区是全球生物多样性的热点地区之一，是我国生物多样性优先保护的关键地区，该区域的水生植物群落多样性格局及驱动机制是当前保护生物学的重要研究内容。横断山区因地理阻隔产生的空间扩散限制、区域的垂直地带性气候差异和局域的生境异质性是影响水生植物群落分布的重要因素。本研究拟采用湖泊生态学和功能生态学研究方法，获取横断山区水生植物群落结构特征、环境因子、空间地理坐标等参数，测定表征水生植物形态、生理、繁殖和扩散的功能性状。从集合群落的角度，分析水生植物群落功能多样性对区域和局域生态过程的响应；阐明“功能多样性-环境梯度”关系在不同区域气候带间的变化规律；解析空间、局域及区域变量对水生植物集合群落功能多样性的相对影响，检验基于空间的扩散限制和基于功能性状的生境过滤作用影响水生植物群落功能结构的相对重要性。本研究首次从集合群落功能多样性的角度阐述横断山区水生植物群落分布的空间格局及驱动机制。

通过分层嵌套抽样调查采样方案，对横断山区湖泊及湿地的沉水植物群落进行了调查，现场采集了沉水植物样地近1042个，获取植物样品3000余份，测定了50余种水生植物的17个主要功能性状。重点分析了横断山区水生植物群落功能多样性的空间格局；评价了环境梯度与横断山区水生植物群落功能多样性的关系；阐明了扩散限制和生境过滤影响横断山区水生植物集合群落功能多样性格局的相对作用。.结果表明，1）应用集合群落结构元素（EMS）分析框架，本研究鉴别了横断山区48个集合群落的结构类型，它们之间的α，β和γ多样性均具有显著差异。物种更替占总β多样性的74%，且大多数集合群落间的差异由物种更替主导；纬度和海拔是影响水生植物集合群落α多样性最主要的关键因子，而地理空间距离是影响水生植物集合群落β多样性关键因子。.2）根据EMS分析框架，我们检测出7种集合群落结构类型： Clementsian（n =12）， Gleasonian（n =6）， Evenly spaced（n =1）， Nested（n =1）， Q-Clementsian（n =8）， Q-Gleasonian（n =17）和 Q-Nested（n =3）型。Gleasonian型集合群落分布在高海拔、高纬度区域，Clementsian和Q-Clementsian型集合群落则分布在中纬度和海拔区域，Q-Gleasonian型分布在低海拔区域，Q-Nested型分布在低纬度区域；.3）局域过程在沉水植物群落构建中起到主要作用，其效应随湖泊营养水平升高而加强；而区域过程仅在个体尺度能检测出；研究指出生态位重叠与生态位分化过程能同时发生在不同的功能性状亦即生态位维度上，均能促进局域物种多样性，这为沉水植物群落构建过程提出了新的观点，种内功能性状变异对于沉水植物从局域到区域尺度的群落构建过程均局域不可忽视的影响，因此从物种到个体尺度的研究转变对于沉水植物研究具有重要意义。.4）在局域尺度，影响物种更替的最重要因子为海拔高程、其次为地理空间距离；但在区域尺度，地理距离为最关键因子。.因此，保护横断山区水生植物潜在的物种库以及集合群落的多样性，以及促进横断山区淡水生态系统的生境多样性与连通性等相关政策应该被有关部门列为优先考虑的措施。