海岛植物群落构建机制研究：以庙岛群岛为例

The structure and species composition of a biological community is thought to be the result of multiple ecological and evolutionary processes. The problem of how community is assembled is a central theme of ecology; and inferring and detangling the interplay among these community assembly mechanisms constitutes a major challenge. Insular environment is the best choice for studying community assembly rules, because of their well-defined geological records and discrete nature. In this project, we choose a true insular environment – Miaodao archipelago as our study area. By analyzing the structure and species composition of plant community, regional plant species pool is estimated and the role of Miaodao archipelago in regional floras is assessed. Meanwhile, based on phylogeny and functional traits, the relative importance of geological events, migration and dispersal of species, habitat filtering and biological interactions in community assembly is also assessed. During community phylogenetic structure, we choose the mature DNA barcoding technology to construct the regional phylogenetic tree so an accurate phylogenetic structure index can be estimated. Applying The DNA barcoding technology for the regional phylogenetic tree construction was the novelty of this project. The ultimate objective of this project is to reveal all plant community assembly mechanisms on offshore islands. The project is of great significance, because it can not only enrich the theory of community assembly, but also improve the hypothesis of species pool in biogeography.

群落结构与物种组成是不同尺度生态和进化过程共同作用的结果，群落构建机制则是群落生态学研究的核心论题。推断并区分不同机制在群落构建中的作用是生态学研究的重要挑战之一。岛屿型生境具有地史过程清晰和空间离散的特点，是研究群落构建机制的理想场所。本项目以典型的岛屿生境—庙岛群岛为研究区，研究海岛植物群落的结构及物种组成，从而确定庙岛群岛区域植物物种库及其在植物区系分区中地位。同时，利用谱系结构与功能性状的研究方法，在区域和局域尺度上确定地史过程、扩散迁移、生境过滤以及物种相互作用在海岛植物群落构建中的作用，全面揭示海岛植物群落构建的过程和机制。在谱系结构分析中，为了得到植物群落谱系结构指数的准确数值，本项目将采用成熟的DNA条形码技术构建庙岛群岛区域植物系统发育树，具有一定的创新性。本项目的实施既有助于丰富和发展植物群落构建机制理论，也有助于完善生物地理学的理论假说，具有非常重要的科学意义。

本项目以我国北方典型海岛群—庙岛群岛为研究区，研究了庙岛群岛植物群落结构及物种组成，并从岛屿生物地理学的角度研究了区域植物群落的构建机制。基于研究区植物群落调查数据，并参考文献资料，确定了庙岛群岛的区域物种库；计算了庙岛群岛与相邻的辽东半岛和山东半岛的种属相似度，确定庙岛群岛在植物区系分区中地位；以样地为单位，分析了庙岛群岛植物物种多样性格局，综合物种多样性格局分析和谱系结构分析，推断出岛屿生境异质性显著影响植物物种的空间分布；以样地为单位，研究了岛屿植物群落的空间分布特征，从环境异质性和空间自相关性的角度，解释了区域尺度上植物群落物种组成的空间变异；以海陆梯度显著的小钦岛为代表性研究区，分析了小钦岛植物谱系结构、功能性状以及环境因子的相互关系，识别局域尺度上海岛植物群落构建的驱动因子及其相对作用。首先，通过科、属、种区系成分分析表明，庙岛群岛种子植物区系属温带性质，又与热带植物区系有一定的亲缘；总体而言，庙岛群岛属于山东半岛植物小区与辽东半岛植物小区的过渡地带。其次，通过植物物种和谱系多样性格局分析，揭示生境异质性在庙岛群岛植物群落构成中的作用更显著。最后，小钦岛的研究结果表明，在岛屿海陆梯度明显的研究区内，环境梯度相对于物种相互作用在植物群落构建中的作用更显著。此外，本项目系统评估了庙岛群岛生态系统脆弱性及服务功能，评估结果可为长岛海洋生态文明综合试验区生态保护提供科学依据。