沿纬度和海拔梯度的中亚热带常绿阔叶林群落系统发育β多样性研究

Comparison of the similarity of phylogenetic information, analyses of community phylogenetic β diversity could provide an excellent chance to test the effect of ecological process (environmental filtering) and evolutionary process (species dispersal) on community assembly. Despite phylogenetic frameworks having been developed in tropical and temperate forests, few studies have focused on subtropical community. Phylogenetic trees reconstructed by DNA barcoding data have the ability to provide high topological resolution which improved the power of the phylogenetic based mechanistic theories. For the improvement of the phylogenetic topogical resolution of closely related species, the nuclear DNA barcoding regions should be included into studies of tropical or subtropical forests. In this study, we focus on woody assemblages distributed along altitude and elevation gradients in three subtropical evergreen broad-leaved forests. Based on phylogenetic tree with high resolution using nuclear DNA barcoding, we analyze the pattern of the community phylogenetic β diversity and the relationship between phylogenetic β diversity and different environmental factors and spacer distance. We expect to clarify the contribution of environmental filtering and species dispersal in shaping subtropical evergreen broad-leaved forests.

群落系统发育β多样性通过对群落间系统发育相似性的分析，能评估生态过程（环境异质性）和进化过程（物种扩散）对群落生物多样性构建的影响，阐明群落构建机制。大部分群落系统发育β多样性研究集中在热带和温带森林中，亚热带研究较少，群落构建机制尚不清楚。在热带或亚热带地区，由于存在大量复杂的类群，利用DNA条形码技术构建群落系统发育树时很有必要增加核基因序列，可为分支末端分类单元提供更准确的系统发育关系。本项研究计划以沿海拔和纬度梯度变化的中亚热带常绿阔叶林木本植物群落为研究对象，并利用基于核基因片段组合DNA条形码构建高精确度的群落系统发育树，分析群落系统发育β多样性变化规律以及与环境因子和地理空间距离的关联，揭示亚热带常绿阔叶林群落构建机制。本项目的实施对常绿阔叶林的生物多样性保护和植被恢复具有重要意义。

群落系统发育β多样性是通过分析群落间类群系统发育关系的相似性，评估生态学过程对群落构建的影响，从而阐述群落构建机制。亚热带常绿阔叶林是中国东部地区典型森林类型，但是在区域尺度下其群落构建机制尚不清楚。本项目以我国中亚热带常绿阔叶林沿着纬度梯度分布的三个自然保护区（九连山、井冈山和官山）为研究对象，选用DNA条形码（rbcL + matK +ITS）序列构建群落系统发育结构，并分析计算样方间的群落系统发育β多样性(S.E.S.Dnn和S.E.S.Dpw)，探讨β多样性在亚热带常绿阔叶林沿着纬度和海拔梯度的变化格局，并分析其与气候因子、土壤因子、海拔因子和空间距离的相关性，最后基于变差分解分析方法阐明亚热带常绿阔叶林的群落构建机制。本研究发现：（1）基于DNA条形码数据，尤其是增加核基因ITS序列，所构建的群落系统发育结构具有高精度高分辨率的特点，为群落系统发育多样性的准确计算提供有力保障；（2）群落系统发育β多样性在亚热带常绿阔叶林中是非随机分布，存在一定的生态过程影响其变化；（3）亚热带常绿阔叶林中，群落系统发育β多样性随着纬度的增加存在递减趋势，九连山β多样性显著高于官山和井冈山，但是官山和井冈山的变化不明显；（4）亚热带常绿阔叶林中，群落系统发育β多样性在海拔梯度上没有发现显著的变化趋势；（5）气候因子、环境因子和空间距离在一定程度上能解释群落系统发育β多样性的变化格局，从而说明环境异质性和空间扩散作用影响着常绿阔叶林群落构建和物种共存，但是同时也指出部分群落系统发育β多样性差异尚未被解释，可能存在其他的生态学过程影响群落共建。本项目建议，在亚热带常绿阔叶林生物多样性保护中，应注重植被和生境的恢复，对于一些珍稀濒危物种或狭域分布的物种应加大力度引种扩繁。此外，九连山自然保护区的β多样性显著高于周边地区，应扩大其保护面积以囊括物种变化梯度。