海拔梯度下植物-植食性昆虫相互作用的演变机制研究

The variation pattern of species interactions under environmental gradient is one of the central questions in basic and applied ecology, but to date, the mechanism underline the variation pattern is still not clear. In this study, in Dongling Mountain Beijing, using the dominant tree species Quercus liaotungensis along an elevational gradient, we want to evaluate the variation pattern of plant-herbivore interactions and its impact factors. At first, through observational study along the elevation gradient, we will evaluate the impacts of different factors (leaf traits, herbivores, predators, plant community characteristics and abiotic environmental factors) on leaf loss (as an indicator of herbivory). Then to explore the variation of plant defense strategies, through experimental study, we will evaluate the top-down effect of predators and the bottom-up effect of leaf traits on plant-herbivore interaction. This study will improve our understanding of the variation of plant-herbivore interaction under environmental gradient；it is also essential for the understanding of how community and ecosystem responses to current accelerating environmental change.

环境梯度变化对物种间相互作用的影响是基础与应用生态领域关注的核心问题之一，当前对于环境梯度下物种间相互作用变化的潜在机制并不清楚。本研究拟以北京东灵山地区的优势种乔木辽东栎（Quercus liaotungensis）与植食性昆虫的相互作用为研究系统，探讨海拔梯度下植物-植食性昆虫相互作用的变化格局及其主要影响因素。首先通过野外调查，分析叶片自身属性、植食性昆虫、捕食者、植物群落特性以及外界非生物生境等各种因素对叶损失（植食性昆虫对植物的破坏程度指标）的影响。同时为了探讨海拔梯度下植物防御策略的变化格局，通过控制实验，分别验证来自于捕食者的下行效应和来自于植物本身的上行效应分别对植物-植食性昆虫相互作用的影响。通过这些研究，我们对环境梯度下植物-植食性昆虫相互作用的变化机制的了解将进一步深化，同时本研究对于我们探讨群落和生态系统对日益加剧的环境变化的响应机制也具有重要意义。

本项目以东灵山地区的优势种乔木辽东栎为研究对象，探讨了海拔梯度下各种生物与非生物因素对植物-植食性昆虫相互作用的影响。结果表明，在海拔梯度上，叶片损失程度呈现先降低后上升的格局，但叶片自身属性（单宁含量，养分含量）与其他环境因素（植物群落特征，温度，土壤养分等）并不能解释这种变异。蚂蚁多度的变化是造成植物虫食率的海拔梯度变异的重要因子：蚂蚁多度越高则辽东栎叶片的损伤程度就越低。海拔梯度下，蚂蚁与蚜虫的多度之间存在着高度的耦合关系，同时控制实验的相关结果也说明蚂蚁-蚜虫的互利关系是决定林冠上植物-植食性昆虫相互作用的关键因素。这表明与竞争，捕食等对立的相互作用类似，种间互利关系同样可以影响一些关键生态过程在环境梯度下的变化格局。同时通过对本研究与其他已发表数据的整合分析，本项目在全球尺度上发现植物不同的防御策略具有等效性，植物损伤格局具有明显的南北半球不对称性，同时在物种水平上揭示了叶片寿命对于叶损伤程度的重要影响。总之本项目从多个尺度分析了植物损伤这一重要生态过程的格局特点和影响因素，为我们探讨种间相互作用随环境的变化格局提供了重要的参考。