山地湿性常绿阔叶林附生叶状地衣对环境变化的形态和生理响应机制

How natural forest ecosystems respond to climate change becomes a hotspot of research in global ecology and conservation biology. Epiphytic lichens are a significant component of forest structure and play a vital role in environment monitoring in subtropical montane forests in China. However, very little is known about the ecophysiological mechanism influencing the diversity distribution and environment indication of epiphytic lichens in these subtropical forests. Based our previous work, the morphological and physiological responses of six epiphytic foliose lichens to environment change will be studied in montane moist evergreen broad-leaved forests in the Ailao Mountains, Yunnan Province, southwest China. The morphological and physiological characteristics of epiphytic lichens will be determined and compared in individual-investigation, in situ and reciprocal transplantation experiments in natural habitats and in short- and long-term controlled-experiments in simulated habitats. The adaptation strategies of epiphytic lichens in response to changing light, humidity and temperature will be revealed in this study. Our information can provide a reasonable explanation for the species distribution pattern and environment indication of epiphytic lichens in the subtropical forests. This research can also provide supporting data and scientific basis for studying the response of epiphytes to global change and developing the application of epiphytic lichens as an early warning indicator of environment change in the subtropical forest ecosystems.

自然森林生态系统如何响应全球气候变化是当今生态学与保护生物学研究的一个热点。附生地衣是我国亚热带山地森林的重要组成部分，同时也是灵敏监测亚热带森林环境变化的理想生物类群。然而，有关亚热带森林中附生地衣的物种分布格局及其对环境变化指示和响应的内在生理生态学机制，迄今尚不清楚。本研究在前期的工作基础上，以云南哀牢山地区山地湿性常绿阔叶林中能够指示环境变化的6种附生叶状地衣为研究对象，采用自然生境（个体调查、原位移植和交互移植实验）和人工控制生境（短期处理和长期控制实验）实验相结合的方法，测定其个体生长的形态特征和生理参数，探讨附生地衣个体生长对环境光照、湿度和温度变化的适应策略和响应机制，解析亚热带森林生态系统中附生地衣物种分布格局和指示环境变化的内在成因，为进一步开展森林系统附生植物如何应对全球变化的科学研究，完善利用附生地衣进行森林环境变化早期预警和指示监测的技术，提供数据支持和理论基础。

按照项目计划，我们已开展了相关的原位实验和移植实验，测定了附生地衣个体形态和生理特征对环境改变的适应性变化。研究结果显示，亚热带森林系统中，附生地衣物种和生物量的垂直分布格局受到群落类型变化所导致的光照和水分等垂直变化的综合影响。在保证水分的条件下，附生地衣并无明显的光抑制发生；同一物种不同生境间的光响应曲线变化趋势差异不明显，但物种间差异较大。附生地衣的最大净光合速率常在中等光照生境内最高；而暗呼吸速率、光饱和点和光补偿点多表现出随着光照增强而显著增加的趋势，且物种间存在较大差异。研究还表明，不同地衣功能群的持水力和失水速率均存在明显差异。过高或过低的水分含量均会不同程度地抑制地衣光合作用的发生。绿藻地衣的最大持水量普遍显著低于蓝藻地衣，表明后者具有更好的水分保持能力。蓝藻地衣光合发生的最适水分含量相对较高，解释了它们偏好生长于潮湿生境的现象。同时，这一类群的光补偿点较低而光饱和点且较高，反映出它们具有较宽的光照强度适应范围，解释了蓝藻地衣偏好生长于弱光环境而又可见于强光生境的现象。枝状地衣光合发生的最适水分含量较低，表明它们能够适应较为干旱的环境。枝状、阔叶和狭叶地衣的光补偿点均较高，解释了它们广泛分布于高光生境的现象。而且，多数附生地衣物种的旱季失水速率慢于雨季，且部分物种在旱季的持水能力也高于雨季，表明地衣能够对由季节性变化或生境光照变强引起的干旱产生一定程度的生理适应性。此外，地衣的最大光化学效率（Fv/Fm）、叶绿素含量、个体生物量、个体边缘和最大厚度的年际变化非常明显，但种间差异显著，并且对生境变化的响应非常明显。如这些形态和生理特征在林外—林缘、林外—林内之间的差异均非常显著，但林内和林缘间差异并不明显。基于本项目的开展，已培养青年科技骨干多名，发表研究论文8篇，其中SCI论文6篇。