干旱荒漠水盐时空格局下的植物性状变异与多样性维持机理

Sustainability of plant diversity in the arid desert area is depended mainly on the spatial and temporal variation in both soil water and salt availabilities.However, our understanding of its ecological process is still rested on the predictive relationship between the number of plant species and each of soil water and salt contents, and the quantitative evidence of ecological processes and physiological adaptation are still unknown.In this project, the spatial and temporal series for both soil water and salt will be located from the near to the distant around Ebinur lake nature reserve,Xinjiang. Then, in order to reveal the pattern of plant diversity and the characteristics of drought- and salt-tolerance for plants in response to changes of soil water and salt, plant species composition and plant functional traits associating with each of leaf, wood and seed among halophytic, psammophytic, and ephemeral vegetations along these two series will be determined. In addition,plant trait distribution will be analyzed within and among communities in the range of soil water and salt contents, to test whether there is difference between random and no-random patterns. Along with this, through analysing the diffefence of functional traits in stochastic- and non-random distribution within the community and among communities in salt and on the water spatio-temporal sequencesthe competitive patterns among common plant species to verify the effectiveness of stochastic- and no-random-based ecological processes in structuring plant diversity. The aim of this project attempts to improve our understanding of the physiological mechanism that sustains plant diversity in the arid desert region,and thus providing an applicable guideline to nurse rarely biological resources in Xinjiang.

干旱荒漠区植物多样性的维持很大程度上受到水盐资源时空变异的影响，但目前对其机制的理解仅停留在物种数量与水盐关系的模拟方面，缺乏定量的生态过程和生理适应证据。本课题选择新疆艾比湖自然保护区作为研究区，在全面调查保护区内土壤的水盐变化序列，以及盐生、沙生和短生等植被类型物种组成的基础上，通过测量常见植物的叶片、干材和种子功能性状，揭示干旱荒漠植物多样性随水盐时空序列的分布格局，以及具有不同耐旱和耐盐胁迫能力植物的适应特征。再通过分析水盐时空序列上功能性状在群落间和群落内的随机和非随机分布差异，检验中性随机和非随机的生态位过程在植物多样性维持中的作用机理。本研究旨在深化和完善干旱荒漠区植物多样性维持的生理生态适应机制，也为指导新疆干旱荒漠区重要特殊生物资源的保育实践提供科学依据。

从生态过程和生理适应角度揭示水盐资源时空变异下干旱荒漠区植物多样性的维持机制是目前尚未解决的问题。本课题选择新疆艾比湖自然保护区作为研究区，全面调查了保护区内土壤水分、盐分变化序列，土壤养分状况以及盐生、沙生和短生等植物物种组成，测定了常见植物的叶片、干材和种子功能性状，揭示了干旱荒漠植物多样性随水盐时空序列的分布格局，以及具有不同耐旱和耐盐胁迫能力植物的适应特征，进而基于物种性状数据检验了中性和生态位过程在植物多样性维持中的作用。主要获得以下重要结果：（1）根据不同物种对生境的偏好，研究区植物可划分为耐盐碱，耐旱和高磷需求三类，N和S含量对植物多样性的提高具有最大的显著影响；杜加依林中土壤水盐含量是影响群落群丛结构及多样性的主要环境因子。（2）物种水平上，深根系植物更易保持叶片功能以适应盐、旱胁迫；乔木和草本通过权衡叶片厚度与面积之间的碳投资、灌木通过丛生来适应不同胁迫环境；群落水平叶片性状的功能调节保证了资源的优化配置，间接反映了土壤水分和盐分浓度变化决定荒漠植物群落构建。（3）干旱、盐胁迫、种间竞争及系统发育结构均能促进植物不同性状的收敛，其中干旱的作用最大。（4）生态位宽度（Bi）较大的植物与其他物种的生态位重叠一般较大（Oij），但Bi较小的物种间，Oij不一定小；各优势种之间的生态位和分布具有较高的相似性，存在明显的竞争关系；群落生态位在高水高盐的环境下主要表现为升高趋势，在低水低盐环境下，主要表现为降低趋势。（5）土壤含水量是决定荒漠植物地下部生物量的关键因子，同时也是形成肥岛效应的主要驱动因素，因此对荒漠生态系统的功能性具有决定性作用。（6）功能多样性和功能冗余均可提高群落稳定性，冗余假说在干旱荒漠区的隐域性植物群落中成立，并且群落稳定性、功能多样性及功能冗余主要受土壤含水量的影响。本研究完善了干旱荒漠区植物多样性维持的生理生态适应机制，为指导新疆干旱荒漠区重要特殊生物资源的保育实践提供了科学依据。