沼泽-沼泽化草甸-湿草甸植被带上优势植物分布格局及功能性状的驱动机制

The spatial distribution pattern of species and potential driving mechanism have been the focus of plant geography and ecology. The distribution change of wetland plant species and community underground global change and potential driving mechanisms is important focus of the current wetland science. Wetland vegetation zonation is an ideal object to study the patterns and changes. In this study, field surveys of species distribution along vegetation zonation ( from Carex lasiocarpa to C. appendiculata to C. appendiculata / Calamagrostis angustifolia ) in Sanjiang plain/small Xingan mountain were executed, and a database of functional traits of herbaceous wetland plant in northeast China will be added. On this basis, the species response curves of dominant species along the habitat moisture gradients and soil nutrient gradients and the SDMs based on topography/climate+ soil nutrient predictors will be built. The corresponding ecological niches characteristics and the relative contribution of respective environmental factor to species distribution patterns will be discussed and revealed. The impact of biotic factors (including species interaction and species biological characteristics) on species distribution pattern evidenced by functional traits will be discussed, and key functional traits will be determined. The final modes will be built by integration of the key functional traits into the established model, the distribution of plant species and community will be predicted. The project will promote the study of global change ecology and biodiversity field, and will provide a scientific basis for the restoration and protection of the wetland ecosystem in the region.

物种的地理分布格局及其驱动机制一直是植物地理学和生态学研究的核心。全球变化引起的湿地植物分布的变化及其潜在机制是当前湿地科学研究的重要内容。沼泽-沼泽化草甸-湿草甸植被带是研究上述格局和变化的理想对象，且远未得到应有的关注。本项目通过对三江平原-小兴安岭地区的典型湿地植被带（毛苔草-“草丘”苔草-小叶章）上植物分布的野外监测，以物种分布模型为手段，建立该地区湿地优势植物沿微水文地貌和土壤养分梯度的响应曲线和微水文地貌+土壤养分的物种分布模型，探讨物种在上述环境因子的生态位特征并揭示各环境因子的相对贡献；以功能性状为基础，探讨种间相互作用和物种生物学特性对物种分布格局的影响，并确立关键功能性状；将确定的关键功能性状整合到确立的模型中，预测物种分布和群落多样性的变化。本项目将推动我国植物地理学和生物多样性学科的发展，为本区湿地的恢复和保护提供科学依据。

物种的地理分布格局及其驱动机制是植物地理学和生态学研究的核心内容。本项目完成了三江平原—小兴安岭区域13块湿地70条样带（沿沼泽到湿草甸的淹水梯度）的762个样方的植被调查及326个样方的土壤样品采集和测试分析。通过物种分布模型，对21种优势植物沿淹水深度和14种植物对土壤有机质、总氮、总磷及碳氮比率梯度的分布格局进行了模拟；用相差40年的原位样方调查数据对已建立的物种分布模型的时间可转换性进行验证；收集17个优势植物七个生物及生态学特征的野外数据及从1973至2012年的优势度变化数据，通过回归分析揭示生物和生态特征对物种优势度变化的影响；通过结构方程模型对8种优势植物的优势度与功能性状的关系进行分析并确定关键性状，再将关键性状整合到物种分布模型中并对加入性状前后的物种分布模型进行比较。研究发现：20个物种显示了对淹水梯度的明显响应，包含了四种格局形式：单调增加、单调降低、偏单峰和单峰曲线。单峰增加响应曲线的物种有最深的最佳水深生态幅位置和最宽的水深生态幅，其次是有单峰曲线的物种，单调降低曲线的物种有最低的最佳水深生态幅位置和最窄的水深生态幅。水深生态幅位置和生态位宽度与物种频度显著相关。地表水深大于10cm和降低到地面以下，是禾草沼泽和沼泽化草甸转换的水位变化阈值。14个物种中，分别有5个、7个、6个及5个物种对土壤有机质、总氮、总磷及碳氮比率的拟合是成功的。跨越年代的模型验证表明内部评价和外部评价无明显差异，证实了模型时间转换的可靠性。回归分析表明最佳水深生态幅位置和叶片氮含量是物种优势度变化的最佳预测者，且前者的贡献大于后者。结构方程模型揭示株高、叶面积、根长和分株数是物种优势度的关键预测性状，大约能解释优势度变化的70%。加入上述性状前后的物种分布模型AUC评价值无明显差异，但加入后的模型AUC值更高。相关成果发表在Science of the total environment,Ecological indicators,Ecosphere等期刊上，这些成果将对区域及全球尺度上草本沼泽的保护和恢复具有重要参考价值。