沉水植物群落功能多样性格局与群落构建的尺度效应

The diversity patterns and assembly mechanisms are the key issues for the restoration and reconstruction of submerged macrophyte community, which is affected mostly by the ecological scales of studies. Trait-based approaches help largely us linking ecological processes across scales, such as individual behaviors, species strategies, community assembly and ecosystem functions. The present study will build a framework integrating the relationships among functional trait distribution, ecological filter and functional diversity pattern. Through a series field surveys on submerged macrophyte communities in studied lakes, this study will determine the parameters of community structures and environment, examine the functional traits characterizing individual morphology, physiology and reproduction, and then calculate functional diversity index across ecological scales (i.e., quadrat, plot, transect, lake, region). This study will specify the changes of functional diversity pattern and relationships of functional alpha-beta diversity across the five ecological scales, and then clarify the responses of functional diversity to the major environmental factors at different ecological scales. Applying the methods of null model, we will disentangle the relative importance of niche and neutral processes in the community assembly of submerged macrophyte across the five ecological scales, and elucidate the mechanisms of scale transformation for the niche and neutral processes. Furthermore, this study will firstly reveal the scaling effects on diversity pattern and assembly of submerged macrophyte community from the perspective of functional diversity.

沉水植被群落多样性格局与群落构建机制是进行湖泊沉水植被恢复与重建的核心问题，而生态尺度是影响生态学过程的关键因素。基于功能性状的生态学研究手段能有效链接各尺度的生态学过程，如个体行为、物种策略、群落构建以及生态系统功能。本研究以功能性状的分布-生态筛-功能多样性格局为基本框架，通过野外湖泊植被调查获取沉水植物群落结构特征、环境因子等参数，测定沉水植物个体尺度表征形态、生理和繁殖的功能性状值，计算各生态尺度（样点、样方、样带、湖泊、区域）的功能多样性；分析沉水植被群落功能多样性格局、功能α-β多样性关系在不同生态尺度间的变化规律；研究沉水植被群落功能多样性对不同生态尺度主要环境梯度的响应模式；结合零模型分析方法，辨析生态位过程和中性过程在不同生态尺度沉水植被群落构建过程中的相对重要性及尺度转换机制。本研究首次从功能多样性的角度阐述沉水植被群落多样性格局与群落构建的尺度效应。

通过分层嵌套抽样调查采样方案，对长江中下游地区、云贵高原地区、藏南地区30余个湖泊的沉水植物群落进行了调查，现场采集了沉水植物样地近2000个，记录每个样地内出现的所有物种和各物种生物量。获取植物样品5000余份，测定了50余种水生植物的11个主要功能性状（生长型、生活史、花期、花物候期、株高、比叶面积、叶干物质比重、茎直径、茎干物质比重、叶氮含量、叶磷含量）。重点分析了沉水植被群落功能多样性格局、功能α-β多样性不同生态尺度间的变化规律；探讨了沉水植被群落功能多样性对不同生态尺度主要环境梯度的响应模式；结合功能生态学基本理论与零模型分析方法，辨析了生态位过程和中性过程在不同生态尺度沉水植被构建过程中的相对重要性及尺度转换机制。.研究结果表明，1）沉水植物群落功能α/β多样性在所有生态尺度和环境梯度呈非随机的聚集形式，亦即确定性过程而非中性过程在所有生态尺度均是影响沉水植物群落构建的主要生态过程；2）不同生态尺度对沉水植物群落功能α/β多样性格局的影响具有显著差异，样方尺度对功能α多样性的影响最大，而湖泊尺度对功能β多样性的影响最大；3）在区域尺度，群落内的物种在3个功能维度（叶干物质比重、茎干物质比重和花期）上比其他小尺度更加相似；而几乎在所有功能维度上群落之间比其他小尺度具体更低的功能更替；4）环境梯度影响功能α/β多样性的强度与方向取决于功能性状的选择；值得注意的是，而小尺度的环境因子如水深沿梯度形成了两种完全相反的格局，并取决于功能性状的选择；5）局域和区域过程对沉水植物群落的物种和功能β多样性及其两个主要组成成分均有显著影响；6）随空间尺度增加（从样带尺度到湖泊尺度），物种和功能β多样性均成显著下降趋势，在所有空间尺度上，更替性格局构成了群落物种结构的主要变化，而嵌套性格局构成了群落功能结构的主要变化；7）在区域尺度，海拔（或温度）是影响沉水植物群落功能β多样性的主要驱动因子，而在局域尺度，总磷（或富营养化）是影响沉水植物群落功能beta多样性的主要驱动因子。.本研究首次从功能多样性的角度阐述沉水植被群落多样性格局与群落构建的尺度效应。