湿地景观破碎化对生物多样性的影响及基于性状的植被重构

It is widely recognized that natural factors and anthropogenic activities such as intensified logging of trees and over exploitation of wetland resources, have caused fragmentation in the wetland landscapes. Habitat fragmentation per se is widely regarded as a central driver of biodiversity loss. Yet the specific mechanisms underlying the responses of biodiversity to wetland fragmentation at multiple spatio-temporal scales and effective approach for reconstructing fragmented wetland vegetation still remain poorly characterized. In this project, plant survey based on a stratified random sampling design will be performed in the Saihanba National Nature Reserve. The habitat conditions, species compositions, plant functional traits, and spectral features of plant communities will be recorded during the survey. The statistical analysis, spatial analysis technologies in conjunction with predictive models will be applied in this study. The characteristics of wetland landscape pattern and its spatio-temporal changes will be assessed. The thresholds of landscape fragmentation and its driving mechanism will be determined. We will examine variations and correlations of functional traits or functional diversity at multiple spatio-temporal scales and account for their scale dependence. By analyzing the coupling relationships between environmental filtering (or landscape structure) and biodiversity using direct or indirect trait-based approaches, the key functional traits and functional groups susceptible to landscape fragmentation will be disclosed and the response strategies of biodiversity to wetland landscape fragmentation at multiple scales will be revealed. The distribution patterns of major functional traits will be predicted and potential vegetation distribution will be reconstructed using trait-based habitat distribution model. This study may contribute to a better understanding of mechanisms driving biodiversity patterns at multiple scales and may provide a basis for effective conservation of biodiversity, wise management of natural resources, and rational restoration of function in a fragmented wetland landscape.

人为活动和自然因素的原因造成了湿地景观破碎化，破碎化给生物多样性造成了深远的影响，而基于多尺度生物多样性对湿地景观破碎化的响应机制及有效的湿地植被重构途径尚未明确。本项目以破碎化湿地植被景观为研究对象，通过调查并测定其生境、物种组成、植物功能性状和植物群落光谱特征，采用统计、空间分析、模型模拟等方法，了解景观破碎化的总体特征，确定景观破碎化阈值和内在驱动机制；分析不同时空尺度功能性状及功能多样性变异格局和相关性，研究主要功能性状和功能多样性指标的尺度依赖性；利用直接和间接功能性状途径探讨生物多样性随景观结构和环境条件的变化规律，辨识受湿地景观破碎化反应敏感的关键功能性状及性状组合，阐明多尺度生物多样性对湿地景观破碎化的响应机制；揭示主要功能性状的适宜分布格局，重构基于功能性状的潜在植被分布。通过本项目的研究，将为有效保护、合理恢复与可持续经营受损湿地景观提供科学依据。

人为活动和自然因素造成了植被景观破碎化，破碎化给生物多样性造成了深远的影响，目前有关景观破碎化对生物多样性的影响研究已经成为保护生物学的一个核心问题。了解不同尺度生物多样性对湿地景观破碎化的响应机制有助于阐明破碎化景观生物多样性的维持机制。本项目以河北省塞罕坝破碎化植被景观为研究对象，通过调查并测定环境因子、物种组成、功能性状等，研究景观破碎化的总体特征，分析不同尺度多样性和功能性状的变异格局，研究主要功能性状和物种多样性指标的尺度依赖性，并预测主要功能群和功能性状的适宜分布格局。通过4年的研究工作，取得以下重要结果：（1）1989—2013年间，研究区植被景观变化的主要特征是灌木林的迅速减少和人工林的持续增加，草地和天然次生林变化不明显；社会活动主导了研究区的植被景观动态，而自然因素在一定程度上决定了植被类型的分布格局。（2）在时间尺度上面积斑块分形指数、斑块密度、景观形状指数以及聚集度指数具有明显的尺度依赖性，在空间尺度下，斑块类型指数具有尺度依赖性，而其他的景观指数在不同的时空尺度下敏感性较低。（3）在研究区C3植物适宜分布较广，适宜分布在冷凉湿润的环境中，而C4植物分布相对分散，适宜生长在高温及干燥的环境中。景观指数如斑块面积和毗邻斑块植被构成也限制了C3、C4草本植物的分布。（4）植物功能群的物种丰富度对景观破碎化的响应机制存在斑块尺度与样方尺度的差异。在斑块尺度主要受景观结构因子的影响; 在样方尺度主要受斑块类型与土壤因子的共同作用。（5）研究区草本植物物种多样性和功能多样性变化相互独立，物种多样性可能主要是由资源可利用程度决定，而功能多样性可能是生态位分化即环境筛选和物种间相互作用共同决定。（6）主要植物功能性状对景观破碎化的响应，因空间尺度和组织水平而异，反映了植物的适应机制和尺度依赖性。通过本项目的研究，将为受损植被景观生物多样性保育和天然资源经营提供科学依据。