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生态位趋同与生物地理历史共同塑造了高黎贡山森林群落构建
作者: 更新时间: 2024-05-28
生物多样性沿环境梯度的分布格局及其维持机制是生态学和生物地理学研究中的重要议题。自十九世纪初亚历山大·冯·洪堡（Alexander von Humboldt）等人首次揭示海拔梯度生物多样性分布格局以来，由于山地剧烈的垂直环境变化和丰富的生物多样性，越来越多的学者认识到山地是研究生物多样性格局及其维持机制的天然实验室。“热带生态位保守”(tropical-niche-conservatism,TNC)和“走出热带”(out-of-the-tropics,OTT)是解释山地植物多样性来源的两个重要假说，且大多数热带山地的研究支持OTT假说。我国是一个山地大国，山地面积占陆地国土总面积的33.33%，其中有不少山地跨越热带、亚热带地区。相比于历史气候条件更加稳定的热带地区，亚热带山地可能受到更多区域环境历史过程（如避难所、冰期-间冰期震荡等）的影响。因此，在深入研究局域尺度生态过程（环境过滤、物种间相互等）的基础上，聚焦区域生物地理过程可能将更有效地揭示我国亚热带山地森林群落的来源。
高黎贡山地处我国西南横断山区南段，是我国西南地区第一道、也是最重要的生态安全屏障。因其丰富的生物多样性，高黎贡山被誉为“世界物种基因库”。据报道，该区域有野生种子植物218科1245属4938种及变种，森林覆盖率高达93.01%。高黎贡山拥有我国乃至世界最自然、原真和最连续完整的亚热带常绿阔叶林。同时，由于板块运动和地表过程塑造的南北走向的山体，高黎贡山可能在历史生物地理过程中扮演了关键的生物扩散廊道角色，是研究亚热带常绿阔叶林海拔梯度群落构建和维持机制的理想场所。中国科学院昆明植物研究所高连明团队和李德铢团队自2013年起，在高黎贡山国家级自然保护区保山管护局及相关分局的大力支持下，在高黎贡山南段东西坡向（百花岭-林家铺一线）建立了海拔梯度森林群落样带（简称高黎贡山样带，GMT），旨在开展基于长期监测的群落生态学研究，以期揭示亚热带山地海拔梯度生物多样性和生态系统功能格局及变化机制。
最近，该团队与德国德累斯顿工业大学Sebastian Seibold教授、加拿大多伦多大学Marc Cadotte教授和高黎贡山国家级自然保护区保山管护局等单位合作，以GMT样带为平台，基于木本植物群落的物种多样性、功能多样性、系统发育多样性、区系组成、平均支系年龄以及环境数据，讨论了OTT和TNC假说在亚热带森林海拔梯度群落构建中的相对重要性，揭示局域生态位过程和区域生物地理过程在群落构建中的作用，并进一步探讨了影响海拔梯度多样性格局的关键环境因子。研究结果表明，物种丰富度随着海拔的升高而减少，物种组成在不同坡向和海拔之间呈现出明显的周转。系统发育多样性与功能多样性沿海拔梯度分别呈现增加与降低的相反趋势，有力地支持了走出热带（OTT）假说。同时，低海拔的群落主要由热带属组成，而高海拔群落则呈现热带属和温带属共存模式，暗示在OTT塑造亚热带森林海拔梯度群落格局的基础上，更高纬度温带地区的物种迁入可能进一步重塑了中高海拔的植物群落物种组成。大多数性状在整个海拔梯度上都表现出趋同的模式，这可能反映了亚热带森林低海拔的层级竞争和高海拔的环境过滤作用。除温度外，土壤养分特别是磷含量，显著地影响了海拔梯度生物多样性分布格局。由于亚热带地区普遍存在土壤磷限制，植物对不同形式磷的利用可能解释了磷限制条件下亚热带森林中高的生物多样性。研究结果证实了热带与温带物种在高海拔的生态位趋同以及生物地理历史过程共同塑造了亚热带森林海拔梯度多样性格局，为亚热带森林海拔群落维持机制的研究提供了新的实证。
目前，该研究成果以Niche convergence and biogeographic history shape elevational tree community assembly in a subtropical mountain forest为题在国际环境科学和生态学领域期刊Science of the Total Environment上发表。博士研究生马梁梁为论文第一作者，高连明研究员、刘杰副研究员和罗亚皇副研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目(32071541)、科技部基础调查专项项目(2023YFF0805802，2021FY100200)、中国科学院青促会 (2021392)、中国科学院国际合作伙伴项目 (151853KYSB20190027)、云南省兴滇英才支持计划‘青年人才’项目 (XDYC-QNRC-2022-0026;YNWR-QNBJ-2018-146)、中国科学院前沿科学重点研究计划 (ZDBS-LY-7001)等项目的支持。项目实施过程中，高黎贡山国家级自然保护区保山管护局及所属隆阳分局和腾冲分局对本研究提供了长期支持。
Fig. 1 高黎贡山样带及研究检验的假说和结果。
高黎贡山样带（GMT）的样地布局 (A)； 基于“热带生态位保守” (tropical-niche-conservatism, TNC) 和“走出热带”（out-of-the-tropics (OTT) 的假说预测 (B)；基于样地数据的实际观测到的系统发育多样性、功能多样性、平均分支年龄和区系组分在东西坡的海拔梯度格局 (C)。