植物种域大小的海拔格局及其气候变异性机制

种域是物种的基本生物地理属性，反映了生物进化特征及其对环境过程的适应结果。种域大小沿海拔梯度的变化规律及其气候变异性机制是宏观生态学的核心问题和国际前沿之一。生态、地理的确定性过程与中域效应的随机作用同时影响种域大小；物种分布、生态和谱系关系信息的复杂性与不完整性，及气候变化的多维、多尺度特征也挑战着现有的种域分析框架和算法，使之成为宏观生态学的难题之一。本项目以中国中、东部不同纬度地带上多座重要山地的植物海拔分布为研究对象，结合物种属性、海拔分布和气候变化的野外调查、定位观测和数据库建设，发展生物地理中性模型，采用经验－随机格局比较研究途径，探讨海拔梯度与纬度梯度相结合的种域大小地理格局，并验证海拔梯度上气候变异性的作用机制和尺度特征。本项目的研究有望在植物种域大小地理分布规律的定量评价和植物分布对气候变化的响应预测方面提供创新性进展，并为应对全球变化下的生物多样性危机提供科学依据。

世纪尺度上的气候变化是当前中国生物多样性和生态系统的分布、结构功能与动态的主要驱动因子，也是可以利用足够高时空精度的气候数据与植被调查数据进行整合分析的科学问题。本项目以中国植被和植物物种分布的大量野外调查、大量遥感影像以及收集整理的资料数据为基础，对中国植物多样性地理分布的宏观格局及其受气候与气候变化的影响开展了以下几个方面的系列研究：1）全球以及中国在世纪尺度上气候变化格局，特别是21世纪头15年气候增温停滞现象及其区域时空异质性特征；2）中国山地森林植物群落的木本物种多样性格局及决定因素；3）水青冈林群落物种构成的地理分异及其环境成因；4）当前气候和历史气候变化对中国特有植物物种分布格局的影响；5）中国自然植被对世纪尺度气温变异性的暴露程度、敏感性和脆弱性格局；6）一种基于温湿度综合因素的植被-气候分类指标EWI及其应用，以及7）作为应对气候变化的生物燃料种植对生物多样性的影响。.上述研究主要获得以下几个方面的重要成果：1）自2005年起，全球大陆气温增温趋势出现一个统计显著停滞拐点；这一全球尺度统计拐点的区域贡献主要源自最近1999-2008年期间，北半球大陆冬季>50%面积的增温停滞，主要分布在中纬度亚洲大陆。2）中国山地森林群落木本物种丰富度展现了沿纬度和海拔显著递减的格局，北纬33度附近存在一个拐点；环境因子能解释75%的丰富度变化，其中当前气候因素66.5%与简单的区域三分64.5%可以获得近似的解释力，反映了区域环境历史和现代气候的联系。3）中国存在4种水青冈林，其分布主要取决于季风气候带来的降水季节性，并沿气温和湿度梯度产生分异；栎类是中国水青冈林稳定的伴生种，其在群落内的种群数量主要受局部地形的调控。4）在中国，植物特有度与高海拔和低的气候变化速率相关联；但当前气候比历时气候变化速率对特有种丰富度格局的影响更大，其中年降水和气温年较差最重要；年均温（而非年降水）变化速率也影响显著。地形梯度没有显著影响，可能因与气温梯度共线。5）针对中国46种自然植被类型的地理分布，运用IPCC定义的生态系统脆弱性概念，从气候变化的暴露度，植被对气候变化的敏感性和弹性三方面综合了9个指标来构建植被对气候变化的脆弱性评价体系，展现了基于指标体系的脆弱性评价优势；积温与气温年较差之比-有效温暖指数（EWI）是表现季风气候变化特征的理想指标。