长白山垂直自然带等节跳生物多样性格局及其群落构建机制

来源 :中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:chester116
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山地生物多样性格局是多种生态过程和进化过程共同作用的结果,将系统发育(进化历史)信息和功能性状整合到群落生态学研究中,为探讨群落构建机制等科学问题提供了崭新的视角和思路。土壤动物作为地下生态系统的重要组成部分,其海拔梯度格局及群落构建机制的研究有助于理解全球变化背景下土壤生态过程变化趋势。本研究以温带地区生物多样性最为丰富且具备典型植被垂直自然带的山地——长白山为研究区域,选择研究土壤动物地理分布的理想材料——等节跳类群为研究对象,从生物多样性的三个维度(物种多样性、系统发育多样性和功能多样性)和两个测度(物种多度和物种有无),借助α和β多样性的研究手段,整合环境因子和空间因子,深入分析进化过程和生态过程对等节跳海拔梯度格局的影响。主要结果如下:(1)物种多样性沿海拔梯度的分布格局本研究共采集等节跳3595头,隶属于13属29种,其中新物种3种(Tetracanthella wui、Semicerura bryophila和S.draconis),采集到的等节跳占全国已知属的一半(截至2009年,中国已知等节跳26属,近70种)。物种丰富度、Shannon-Weiner指数、Simpson指数和Margalef多样性等沿海拔梯度均呈明显的单峰分布模式。环境(p H、土壤温度)和空间变量显著影响等节跳的丰富度和物种组成,且空间变量的影响大于环境因子。无论多度加权与否,β多样性随海拔距离的增加均呈显著上升趋势,β多样性分解结果显示驱动β多样性的主要组分为物种丰富度差异组分(物种的丧失或增加),环境距离(土壤温度)显著影响物种替换组分,空间距离显著影响物种丰富度差异组分。(2)系统发育多样性沿海拔梯度分布格局基于线粒体基因组数据重建等节跳科内部主要类群的系统发育关系,比较主要支序的分歧时间与长白山隆升时间,结果表明除个别物种外(Isotoma pinnata和Desoria choi等),大多数等节跳是在长白山隆升之前形成的,说明成种过程对长白山等节跳群落构建的影响较弱。等节跳群落系统发育多样性沿海拔梯度呈单峰分布模式,环境(土壤温度)和空间变量对群落系统发育多样性沿海拔梯度的变化具有显著影响,且空间变量对其变异的贡献大于环境因子。在大部分海拔,群落的系统发育结构(净种间亲缘关系指数和净最近种间亲缘关系指数)呈聚集分布趋势。无论多度加权与否,系统发育β多样性随海拔距离的增加均呈现显著增加的趋势,β多样性分解结果显示驱动系统发育β多样性的主要组分为系统发育信息差异组分(系统发育关系的丧失或增加),环境距离(土壤温度和碳氮比)主要影响系统发育替换组分,空间距离主要影响系统发育信息差异组分。上述结果表明,环境过滤和扩散限制共同调控等节跳系统发育多样性沿海拔梯度分布格局,而长白山等节跳谱系较为古老,成种过程对其群落构建的影响较弱。(3)功能多样性沿海拔梯度分布格局等节跳的体长、弹器发育程度、眼睛数量和体色都表现出较强的系统发育信号。群落功能多样性指数与物种丰富度显著正相关,沿海拔梯度呈单峰分布格局。等节跳的功能β多样性及其分解组分随海拔距离的增加呈现显著增加趋势,但多度加权后其分解组分沿海拔梯度增加趋势不再显著。等节跳群落的功能多样性、功能结构和功能β多样性的变异主要被系统发育多样性所解释,说明谱系进化历史显著影响着长白山等节跳群落功能性状多样性及其变异,而系统发育多样性与环境和空间变量显著相关。上述结果表明,生态过程和进化过程共同调控等节跳群落的功能多样性格局。综上所述,长白山等节跳群落的海拔梯度格局是生态过程和进化过程共同作用的结果,其中环境过滤(选择过程)和扩散限制是主要驱动因子,成种过程作用较弱。本研究也表明综合系统发育和功能性状方法、考虑物种多度加权与否、借助α和β多样性的研究手段,有助于更加深入地理解生物多样性沿海拔梯度的分布格局及其群落构建机制,为长白山土壤动物多样性资源保护提供重要的科学依据和数据支撑,为地下生物多样性研究提供了新的视角。
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