横断山区高山流石滩垫状植物适应策略及协作共存机制的研究

Due to its unique climate and topography patterns, the alpine zone of Hengduan Mountain areas, ES China has the most abundant species belonging to the highly specialized life form of cushion plant. Via the studying of cushion structure in the past three years supported by the project of NSFC, we learned some important information of adaptive strategies and facilitative effects of cushion species in the study region. Based on those findings and combined with advances in the ecology of alpine plant, we will continue the research of cushion species at elevations of Hengduan Mountains and farther address (1) the relationship between eco-physiological traits of cushion species and temporal and spatial factors, such as altitude gradient and weather conditions within different period of growing season; (2) the responses of beneficiary species in aspects of survival, growth and reproduction to the facilitation produced by cushion life form; (3) the impact of the ecosystem engineering effects of cushion species on the composition and diversity patterns of microbial community.

青藏高原东南部横断山区拥有最为丰富的高山垫状植物代表类群，通过青年科学基金项目的开展，研究者对于此高度特化植物生活型的生态适应性及其与其他植物种类间的关系和在高山流石滩生态系统内的功能有了初步的认识，获取并积累了高山垫状植物分布规律及其生物学及生态学特性的原始数据。在本研究中，申请者将以青年项目的相关研究结果和结论为基础，结合野外连续观测和实验室检测及人工控制试验，对（1）高山垫状植物生存适应策略及进化驱动力（2）受助植物种类对于高山垫状植物“协作共存机制”的响应（3）高山垫状植物“协作共存机制”对于土壤微生物群落物种多样性格局的影响进行探索和研究。从不同角度和更深层面探讨和诠释以高山垫状植物为代表的横断山区高山植物种类在面临时，空方向选择压力时的生存策略，种间关系及其对于极端高海拔生态系统内物种构成和多样性特征的影响。

项目主要取得了以下几个方面的进展：（1）以区域为单位，从较大证实了垫状植物的协作共存机制对于提升横断山区高山流石滩生境内物种多样性和丰富度的重要作用；2）以种内功能性状特征适应进化角度，诠释了垫状植物个体发育进程对其协作共存机制的影响。研究证实，团状福禄草（Arenaria polytrichoides）垫状结构对于其他植物种类丰富度和生物量产量的促进提升作用随垫状结构的增大而增强。同时，垫状植物极多年生的生活史对提升植物繁殖适合度及抵御环境胁迫有显著促进作用；（3）从种间功能性状适应进化角度，对团状福禄草（A. polytrichoides）和关节萎陵菜（Potentilla articulata）两种垫状植物的协作机制进行了比较分析。结果显示，在协作作用强度方面，后者要强于前者。不同垫状植物种类对于裸地土壤营养状况改造作用的差异是造成这一异质性特点的主要原因。研究同时也从趋同进化的角度，证实改造裸地环境，提升土壤营养状况是横断山区高山垫状植物不同代表植物类群的进化特征，对植物适应高山流石滩贫瘠环境，长期占据生态位有重要的进化适应意义；（4）系统诠释了高山垫状植物团状福禄草(Arenaria polytrichoides)与垫紫草（Chionocharis hookeri）在提升土壤微生物群落多样性方面的重要作用。结果显示，在生长季节中，周围裸地土壤内真菌和细菌多样性随海拔升高而逐渐降低，但垫状植物根际土壤真菌和细菌多样性则维持一个比较稳定水平；在非生长季节中，垫状植物根际土壤真菌和细菌多样性水平呈现出种类特异性的特点。（5）从受助植物生长，繁殖等生命特征角度，诠释了团状福禄草（A. polytrichoides）垫状植物协作机制的作用方式。研究证实，着生于垫状植物表面圆穗蓼（Polygonum macrophyllum）植株生物量产量高于着生于裸地生境的圆穗蓼植株，且具有较好的生理状态和抵御胁迫环境的能力。6）其他方面，项目组对与垫状植物同一生境内的囊距紫堇（Corydalis benecincta），大萼蓝钟花（Cyananthus macrocalyx）及绵参（Eriophyton wallichii）在隐蔽性色彩，性分配格局和特化性状方面的适应机制进行了探索，取得了比较显著的科研成果和研究进展，为高山流石滩植物的进化策略提供了新的证据 。