寻求水生植物多样性格局的形成机制—以西北干旱区水生植物为例

Geographic patterns of species diversity and their underlying mechanisms have long been the focus of macro-ecology and biogeography. Although the need to understand large - scale patterns is well recognized, most studies in this field of research concern terrestrial vertebrates and higher plants and marine realms, whereas aquatic ecosystem has far received considerly less attention. In this study, we will document quantitatively latitude, longitude and elevational distribution of diversity for the aquatic macrophytes in the arid zone of northwest China by field investigation, "3S" technology, fractal theory and CCA, DCA mathematical methods and try to explain main factors which determine phytogeographical patterns in various kinds of scales. Also, we will try to analyze quantitatively the relative effects of biogeographic regions and contemporary climate and random factors on the patterns of aquatic macrophytes richness and clarify mechanisms of diversity pattern of aquatic macrophytes in northwest China by testing, comparing and reconciling historical hypothesis, contemporary hypothesis and mid-domain effect hypothesis. The results of this study will provide important information for aquatic macrophytes diversity conservation in northwest China. Furthmore, the results will also help in assessing the generality of geographical patterns, testing ecological theories and advancing phytogeographical research.

物种多样性地理格局及其形成机制研究一直是生物地理学和宏观生态学研究的核心问题之一，其研究对生物多样性保育和可持续利用有着重要意义；但相关研究大多数集中在陆生和海洋生物类群上，对淡水生态系统中水生生物类群物种多样性格局及形成机制的研究极为缺乏。本研究以西北干旱区水生植物为研究对象，运用野外生态学、实验生态学和"3S"技术等研究手段，结合数学分析方法，研究不同尺度水生植物水平和垂直分布格局，揭示决定其多样性格局的关键环境因子；分析、验证、比较、整合现有的历史假说、现代环境假说和随机假说，定量分析各种因素包括历史因素、现代环境因素和随机因素对西北干旱区水生植物多样性格局的相对贡献；阐明水生植物多样性格局的形成机制。本研究将有益于深化我们对水生植物物种多样性格局形成机制的了解，研究结果必将进一步丰富植物地理学的理论成果；同时也为西北干旱区水生植物物种多样性保护提供重要参考和依据。

物种多样性地理格局及其形成机制研究是生物地理学研究的核心问题之一，其研究对生物多样性保育和可持续利用具有重要意义。但水生植物多样性格局及形成机制的研究极为缺乏。本研究以西北干旱区水生植物为研究对象，研究了该区域水生植物α-和β-多样性格局水平、垂直分布格局及影响因素，验证了多样性格局的主要假说；探讨该区域浮毛茛叶的C、N化学计量学特征和δ13C的地理格局与影响因素；阐明了西沉水植物种子重量的地理格局及环境影响等。同时，为了更加全面认识水生植物多样性及影响，在基金资助下，野外进行长江中下游主要湖泊、河流进行了水生植物多样性及影响因素研究；室内进行了全球变化对水生植物间相互作用和生殖影响、不同营养含量对水生植物残体降解影响的研究，主要结果如下：. 1）西北干旱区水生植物在水平和垂直格局上均呈现“∩”单峰格局。几何限制假说，水分-能量动态假说和种-面积关系共同解释了97.7%，独立解释分别为27.3%，5.4% 和2.7%，协同解释了其物种丰富度格局的89.3%，63.1% 和 44.6%。几何限制（中域效应）假说对西北干旱区水生植物空间格局解释率最强，面积效应和水分-能量是对西北干旱区水生植物空间格局解释的重要补充机制，水分-能量动态假说对不同生活型物种解释力存在较大的差异。. 2）西北干旱区水生植物-多样性在纬向上由南向北物种相似性增加，物种替代速率呈现先升后降格局；经向上自东向西物种相似性增加，物种替代速率明显下降。气候变量对-多样性格局影响最大，水质变量和空间变量对该格局解释比率相对较低，但各变量共同解释力较高。除了气候变量、海拔变量、水质变量和空间变量外，其他的环境因子可能对该区域水生植物-多样性格局具有一定的影响。. 3）不同区域浮毛茛叶N%，C:N和δ13C间存在显著差异，叶N%和C:N与海拔、经度和纬度相关性不显著，而δ13C与海拔呈正相关。. 4）不同地理位置收获的种子在重量、发芽起始时间和总萌发率上均存在显著差异。种子重量与海拔呈显著负相关，而与水温和年均温呈显著正相关。种子重量显著影响萌发起始时间和总萌发率。.