广西喀斯特与非喀斯特森林群落系统发育模式和机理的比较研究

Karst is one kind of widespread and special landscape, which possesses relatively isolated flora, showing high diversity and remarkable endemism. So far, the previous studies on karst plants mainly focused on flora surveys and systematics and evolution of a few representative karst plant groups, and it still remains unknown for the process of the formation of karst plant community and mechanism of the coexistence of different compositional species, which badly merit further broader-scale studies on the karst plant groups as a whole. In the present study, we prepare to use the approaches from both evolution and ecology to comparatively study the representative karst versus non-Karst forest tree communities within Guangxi, the typical and most famous karst region, and aim to explore: 1) the taxonomic and phylogenetic diversities of the karst versus non-karst forest tree communities and the correlations between them; 2) the origin and spatiotemporal evolution and mechanism of coexistence of the tree species in a community; 3) the effect of evolutionary history and environmental factors, particularly the landscape and edaphic characters on shaping the communities. This study will not only test the generality of the basic rules and hypotheses proposed in the disciplines of ecology and evolution to karst forest tree community, but also will provide a first-hand DNA barcode data being benefit to identifying the forest tree species from Guangxi, and playing a pivotal guiding role on biodiversity conservation and sustainable utilization in such a botanically undersampling and ecologically susceptible and vulnerable area.

喀斯特是一类广泛而特殊的地貌，其植物形成相对独立的区系，具有较高多样性和显著特有性。目前，对喀斯特植物的研究主要集中在区系调查和个别代表类群的系统演化研究等方面，对喀斯特植物群落的形成过程和物种共存机制等方面仍不清楚，急需把喀斯特植物作为整体在更加宏观的尺度上开展研究。本项目拟综合运用系统演化与生态学的原理和方法，以喀斯特地貌著名的广西为研究范围，以喀斯特与非喀斯特代表性森林群落树种为研究对象开展比较研究，探讨两类群落树种的分类多样性与系统发育多样性及其关联性；群落的起源和时空演化过程、树种共存机制；进化因素和各类环境因素，特别是地貌基质的差异对群落建成的作用和影响。本研究不仅将检验进化生物学和生态学一些基本理论和假说对喀斯特森林群落的普适性，而且将为广西森林树种的物种DNA 条形码鉴定提供第一手数据，对这一植物学研究薄弱和生态敏感脆弱地区的生物多样性保护和可持续利用有重要的指导作用。

本研究运用植物群落生态学调查和群落系统发育分析方法对广西6个国家级自然保护区的喀斯特与非喀斯特代表性森林群落进行比较研究，探讨这2类森林群落树种的分类多样性和系统发育多样性，群落构建过程和物种共存机制，以及环境因素的差异对群落建成的影响等。取得的主要研究结果和数据如下：1）喀斯特森林1ha样方的树种种数为88.2±22.7，属数为73.8±16.9，科数为37.6±7.3；非喀斯特森林1ha样方树种种数为95.3±19.2，属数为67.6±14.1，科数为35.8±5.6；喀斯特与非喀斯特森林树木种、属、科的分类多样性差异不显著(P>0.05)，但这2类群落的物种组成变化明显，常见树种差异较大。2）基于叶绿体基因rbcL和psbA-trnH片段序列进行系统发育多样性分析表明，喀斯特森林群落Faith系统发育多样性指数显著高于非喀斯特森林群落(P<0.05)；而基于matK片段序列的分析结果显示二者没有显著的差异(P>0.05)。3）喀斯特森林群落净关系指数和最近关系指数(NTI)高于非喀斯特，多数样方表现为系统发育结构随机，但喀斯特森林有部分样方表现为系统发育结构聚集，无样方表现为系统发育结构发散，非喀斯特森林则反之，暗示生境过滤作用对喀斯特群落构建的影响不可忽视，而竞争排斥作用对非喀斯特群落构建的影响更为明显。4）喀斯特濒危裸子植物群落特征与地形因子密切相关，主要表现为树木总基面积与凹凸度显著正相关，濒危裸子植物基面积与坡度显著正相关，双子叶树木NTI与相对海拔显著正相关、与坡度和坡向显著负相关；该结果有助于理解喀斯特濒危裸子植物对山顶区域的、地势陡峭且接近正北坡向的生境的依赖现象。本研究为广西生物多样性保护优先区域划定、广西森林资源和喀斯特生态系统优化管理提供了重要决策依据，为濒危物种保护和恢复实践提供了重要理论指导，促进了区域生物多样性保护和生物资源可持续利用。