基于功能性状的云南喀斯特天坑植物群落构建机制研究

Tiankeng, a new member in the karst topography family named in the early 21th century, is a karst grand negative landform. Restricted by accessibility, its unique resource value of underground forest, natural habitat protection and scientific value should be further excavated. Selecting a series of karst tiankengs with different trapping degrees as the study area, and their eco-environments and plant communities as the study object, we deploy a multidisciplinary approach including geomorphology investigation, biodiversity survey, environmental monitoring and sampling measurement to multidimensionally explore the convergence and divergence characteristics of plant functional traits and their distribution patterns in different environmental gradients and succession sequence from individuals, species and community levels. The study identifies the environment driving factors and functional markers for karst tiankeng's plant community; explains and analyzes the environmental filtering, niche differentiation, diffusion restriction and their drivers in a series of plant communities of the original and degraded tiankengs under the different trapping environment; multidisciplinarily quantifies and verifies the relative contribution of niche deterministic factors and neutral stochastic effects in the tiankeng's plant community assembly. Finally, the mechanisms of karst tiankengs' plant community assembly can be systematically revealed. Further, the research could provide a scientific basis for karst tiankeng’s plant refugia protection, plant diversity and ecological restoration and the international comparative study.

宏大圈闭的负地形世界奇观——喀斯特天坑是21世纪初命名的喀斯特地貌家族“新成员”，受可进入性限制，其独特的地下森林资源价值、珍稀的自然栖息地保护价值及重要科学价值亟待深入挖掘。本研究选取云南沾益不同圈闭化程度的系列天坑生境和植物群落为研究对象，基于植物功能性状视角，运用地貌考察、生物多样性调查、环境监测、采样测定等方法手段，从个体、种群、功能群和群落层次，多维度探查天坑植物功能性状在不同环境梯度、尺度和演替序列上的趋同、趋异特征和空间分布规律，识别喀斯特天坑植物避难所的环境驱动因子及功能标记物，解析“原生—退化”系列天坑植物群落在不同圈闭化环境中的环境过滤、生态位分化和扩散限制作用及其驱动力，多维度量化与验证生态位确定性因素和中性随机作用对天坑植物群落构建的贡献大小，系统揭示喀斯特天坑植物群落构建机制，为喀斯特天坑植物避难所保护、天坑内外生态恢复和国际对比研究提供科学依据。

在当前全球自然栖息地不断锐减和生物多样性保护十分紧迫的背景下，喀斯特天坑作为一类负地形世界奇观、隐域生境和独特生态系统，其植物多样性的科学价值尚未被充分发现、认知和重视。项目以云南沾益天坑群的地下森林植物群落为主要研究对象，通过地理考察、多尺度观测、环境监测、生物多样性调查和采样测定等方法手段，全面调查了天坑植物群落和微生物群落的物种多样性与结构特征，多维度探查天坑植物功能性状的变异特征、空间分布规律及环境驱动因子，将植物功能性状与系统发育相结合，揭示了云南喀斯特天坑植物群落的构建机制。项目主要取得了以下成果：①建立了云南喀斯特天坑植物资源、土壤微生物、植物功能性状以及天坑环境因子数据库，为在该地区拓展相关研究提供了基础数据支撑；②以立地调查采样为核心，辅以“天空地”观测与监测，对天坑的生物多样性宝库、植物避难所、植物功能性状变异特征、宏微观生境等提供了系列新证据、新发现和更全面认识；③系统揭示了天坑植物功能性状在不同环境梯度、尺度和演替序列上的趋同趋异特征、空间分布规律和环境驱动因子；④系统量化了生态位作用与中性作用在不同圈闭化天坑植物群落构建中的相对贡献大小，总体验证发现天坑的植物群落构建由生态位理论的竞争排斥和环境过滤作用主导，中性随机作用不强；⑤圈闭化程度较低的天坑植物群落构建主要由环境过滤主导，圈闭化程度较高的天坑则由竞争排斥主导，随着圈闭化程度提高，天坑植物群落构建的主导作用由环境过滤逐渐转为竞争排斥作用；⑥天坑内不同梯度与微生境的植物群落构建过程是由环境过滤、竞争排斥或两者共同作用的结果，从样方增大到区域尺度，天坑植物群落构建由生态位分化、竞争排斥转向生境过滤作用主导。项目成果可为喀斯特天坑植物避难所保护、天坑内外生态恢复和国际对比研究提供科学依据。