基于功能属性变异的温带草原物种群落构建和植物分布的机制

Plant functional traits are powerful predictors of community assembly and species spatial distribution through underlying physiological and ecological processes. Therefore, traits variation can reflect the ecological strategy of plant response to environmental gradients and climatic change. In this study, grassland communities will be investigated along a water gradient consisting of four rainfall levels in Inner Mongolia grasslands. We will explore the influence of environmental filtering and competition on plant functional traits variation at five scales. We aim to illuminate the functional trait-based mechanisms of community assembly and species spatial distribution. At the regional scale, plant diversity and species spatial distribution will be identified. At site scale, the abundance and coverage of different species in communities along a rainfall gradient will be elucidated. At the plot and sub-plot scale, the traits variation will be measured to characterize the role of environmental filtering and competition in community assembly process. At individual plant scale, root, stem and leaf traits will be monitored to understand diversity of plant water-acquisition strategies. Finally, we integrate all the scales to clarify the relationship between intraspecific variation of traits and species abundance in different water environments. This study will provide important scientific bases to fully understand the mechanisms of species coexistence and plant diversity.

植物功能属性能够通过反映潜在的生理-生态学过程对群落构建和物种分布进行有效的预测。因此，其变异规律能够表征植物响应环境梯度或气候变化的生态策略。本项目以内蒙古温带草原四个降雨梯度上的自然群落为研究对象，从五个尺度上探讨环境过滤和植物竞争作用对植物功能属性变异规律的影响，进而揭示基于属性变异的群落构建机制和物种分布的地理格局。在区域尺度，阐明温带草原植被多样性及不同物种分布的地理格局；在样地尺度，定量不同水分梯度上的群落中各个物种的丰度和盖度；在样方和亚样方尺度探究不同植物种内-种间功能属性变异规律，分别表征环境过滤和植物竞争作用在群落构建中的作用；在个体尺度，细致测定植物根系-茎-叶片各个水分相关的属性及其变异规律，阐明植物多样性的水分环境适应策略；最后综合阐明不同水分环境下植物种内属性变异性与其丰度之间的相关性。本研究对深入理解物种多样性和物种共存机制具有重要的意义。

功能属性及其变异性能够影响植物种类共存和空间的分布，然而多维度的地下功能属性及其变异规律如何影响不同物种的资源获取策略和群落构建依然不清楚。本研究的目标：1）通过几个关键的地下功能属性的种间和种内变异刻画共存物种间地下资源获取策略和空间分布；2）通过不同树种根系与菌根的可塑性阐明多样性的植物觅食策略；3）通过多维度的地下功能属性重新定义资源获取策略。我们在内蒙古沿水分梯度选择了三个草原群落，共计27个不同的共存物种，每个物种测定了五个关键地下功能属性，其中包括根系直径、根系分支强度、一级侧根长度、菌根侵染率、以及根际酸性磷酸酶活性。通过地下功能属性的种间变异性分析，我们发现了不同物种间根系和菌根属性互补性的资源互补策略；通过地下功能属性的种内变异分析，我们阐明了不同植物在水分梯度上的多样性的适应策略，进而揭示了地下属性变异性与植物适应度之间的相互关系；通过对多维度的根系-菌根-分泌物属性分析，我们重新定义了不同植物的属性空间和生态位差异，阐明了其重要性。我们的研究对于深入理解物种共存及空间分布十分重要，为预测植物响应全球气候变化及物种入侵策略提供了理论基础。