气候变化对生物多样性与病害之间关系的影响

One of the fundamental issues in ecology and conservation biology is the relationship between biodiversity and infectious disease, which is also closely related to human life and activities. The need and complexity of quantifying this relationship is continuously increasing in the context of global climate change. Climate change may directly affect the infection and spread of plant disease. Most importantly, climate change may affect the mechanism of species coexistence, change the composition, structure and biodiversity of host plant communities, and thus affect the diversity and severity of plant diseases at the community level. However, to date, mechanism of species coexistence has rarely been taken into account to explain the relationship between biodiversity and plant disease in the context of climate change. With a combination of theoretical study and field control experiments, we will investigate the general relationship between biodiversity and infectious plant disease under different mechanisms of species coexistence, and take the multi host-multi foliar fungal diseases system in the alpine meadows as a model system to simulate the influence of climate change on mechanisms of species coexistence and to study the relationship between biodiversity and foliar fungal diseases. By combing theoretical and field studies, we will quantify the general relationship between biodiversity and plant disease and the underling mechanisms in the context of climate change, and then predict the emergence and spread of plant disease under certain circumstances.

生物多样性和传染性疾病的关系不仅是生态学和保护生物学的重要研究课题，也与人类的生产和生活息息相关。在全球气候变化的背景下，对上述问题的研究显得更加迫切和复杂。气候变化不仅可能直接影响病原生物对宿主植物的侵染；更重要的是，气候变化还可能会改变相应的物种共存机制、调节宿主植物群落的组成和结构以及生物多样性水平，从而改变群落水平上病害的多样性和严重度。然而到目前为止却很少把物种共存机制纳入到气候变化情景下生物多样性和病害关系的研究中来。本项目拟结合理论分析和控制实验，从理论上构建不同物种共存机制下生物多样性-病害关系的一般模式，同时以高寒草甸的多宿主、多病害的植物-叶真菌体系为模式系统，模拟研究气候变化情景下宿主植物群落物种共存机制的变化、以及生物多样性与叶真菌病害之间的关系，结合理论和实验研究理清气候变化下生物多样性-病害的关系及其内在形成机制，并对特定情境下的病害的发生和传播进行预测。

生物多样性和传染性疾病的关系不仅是生态学和保护生物学的重要研究课题，也与人类的生产和生活息息相关。在全球气候变化的背景下，对上述问题的研究显得更加迫切和复杂。气候变化不仅可能直接影响病原生物对宿主植物的侵染；更重要的是，气候变化还可能会改变宿主植物群落的组成和结构以及生物多样性水平，从而改变群落水平上病害的多样性和严重度。我们以高寒草甸的多宿主、多病害的植物-叶真菌体系为模式系统，通过模拟温度和降水格局的变化，进而研究了增温和改变降水如何影响叶真菌病害严重度。研究结果发现，在群落水平上，增温显著增加了植物群落的病原菌承载量，而降水变化对群落病原菌承载量没有显著影响。通过计算群落水平的易感度指数并结合广义线性模型和结构方程模型分析发现，增温通过直接效应，而非改变植物群落物种组成的间接效应，增加群落水平病原菌承载量。与随机物种丧失相比，施肥导致的真实物种丧失对叶真菌病害的影响更大，并且物种属性驱动了多样性-病害关系。最容易发生叶真菌病害的植物物种也最不容易在施肥下灭绝，这表明保护维持和传播真菌感染的能力较低的物种以阻止植物真菌病原体传播的重要性。相比之下，通过实验升温（或升温与施肥的结合）模拟的现实物种丧失和随机的物种丧失情景下宿主多样性-病害关系没有显著差异，这表明物种丧失对病害的影响在不同的驱动因素下可能有所不同，同时说明用随机的物种丧失可能无法准确估计生物多样性丧失对植物病害严重度的影响。理论研究还发现，无论是宿主物种分布模式还是宿主相互作用的规模都不能逆转多样性与病害的关系。宿主多样性和病害风险之间关系的方向和强度取决于宿主群落的构建方式和生活史权衡。这些研究结果表明，物种分布模式和宿主相互作用的规模不是引发稀释效应争议的原因。上述研究明确了气候变化因子对高寒草甸叶真菌病害的影响及其途径，同时突出了多样性-病害关系背后机制的复杂性。