其中线性沙丘类型分布最为广泛,该研究结果对于深入理解生态系统本质具有重要理论意义

最近,生命科学学院徐驰副教授与荷兰、英国、德国的国际研究团队开展合作,通过分析全球植物属性和物种数据库,发现木本植物高度的不连续分布特征是森林生态系统具有多种稳定状态的证据,并在全球植被高度激光雷达数据和全球树木盖度遥感数据的支持下,进一步证明温带森林在景观水平上的高度和盖度分布都具有明显的双稳态特征。研究人员提出进化博弈机制可以解释为何植物倾向以相对较高和较低的高度作为稳定性状,而中等高度则为次优性状。该研究结果对于深入理解生态系统本质具有重要理论意义,其推论也具有明确的现实启示:随着气候变化和人为干扰逐渐增强到一定程度,森林生态系统很可能将急剧退化而并不以渐变的方式产生响应,从而对气候系统和人类福祉产生重要反馈。相关研究成果以“Why
trees and shrubs but rarely trubs?” (Trends Ecol Evol. 2014
Aug;29:433-4. doi: 10.1016/j.tree.2014.06.001.)和“Temperate forest and
open landscapes are distinct alternative states as reflected in canopy
height and tree cover”Trends Ecol Evol. 2015 Jul 22. pii:
S0169-534700169-X. doi:
10.1016/j.tree.2015.07.002.)为题发表在生态学顶级期刊Trends in Ecology &
Evolutions上.

该项研究由中科院地理资源所、中科院植物研究所、中国科学院大学、北京大学、中国林业科学研究院、中国气象科学研究院、中国农业科学研究院、东北师范大学草地研究所、美国加州大学洛杉矶分校、华东师范大学等单位合作完成。第一作者为何念鹏,通讯作者为于贵瑞。该项研究得到国家重大基础研究项目、基金委重大项目等资助。

沙丘是世界各种气候条件下存在的现代沙漠的主要形态,其中线性沙丘类型分布最为广泛。根据植被盖度和沙丘表面稳定性情况,沙丘可分为固定、半固定及流动沙丘3种类型。固定和半固定沙丘前身多为流动沙丘,随着植物种类和覆盖度的增加,其表面稳定性逐渐增加,发育成为固定沙丘。因此,荒漠植被的存在对荒漠生态系统稳定性维持和功能发挥具有极其重要的意义。

生命科学学院 徐驰 科学技术处

文章提出了生态系统性状(Ecosystem traits)原创性新概念“Here, ecosystem
traits are traits or quantitative characteristics of organisms (plants,
animals, and microbes) at the community level expressed as the intensity
(or density) normalized per unit land area
”,阐述生态系统性状的内涵、方法学体系及未来发展愿景,并应用大量实测数据给出了如何将传统的植物功能性状应用到解决区域生态环境问题的示范性案例。该研究论文创新性地构建了一个联系传统植物功能性状与宏观生态学研究的新桥梁,将传统植物性状研究推向了服务于解决典型生态系统、流域生态系统、区域乃至全球尺度的生态和资源环境问题的新层面。

研究结果阐释了高大、陡峭的沙丘与低缓沙丘不同植物群落格局的成因,由此导致了两种类型沙丘地表稳定状态迥异,低缓沙丘的发育更有利于提高草本植物丰富度及分布范围,从而促进整个荒漠生态系统的稳定。

图1.
全球温带植被高度的频度分布,基于星载激光雷达数据GLAS/ICESat的植被高度与基于MODIS
VCF的林地盖度关系

其中线性沙丘类型分布最为广泛,该研究结果对于深入理解生态系统本质具有重要理论意义。图1:生态系统及其单位土地面积标准化生态系统性状模式图

相关研究成果以Dune-scale distribution pattern of herbaceous plants and
their relationship with environmental factors in a saline–alkali desert
in Central Asia
为题发表于Science of the Total Environment

此项工作得到国家自然科学基金及国家留学基金委资助。

论文链接

中国科学院新疆生态与地理研究所张元明研究团队以中亚典型温带荒漠古尔班通古特沙漠为研究区,通过典型样地法,调查了线性沙丘不同经向样带共214个样方内的植物密度、盖度、生物量及环境因子,分析了草本植物层片在典型沙丘上的空间分布格局及其影响因素。研究发现,草本植物密度、盖度及生物量在沙丘上表现为显著聚集分布、中等空间依赖及经向带状分布特征。植物密度和盖度空间变异的变程接近于调查样带宽度,而生物量的变程则接近于沙丘宽度。相关性分析及NMDS多元分析均证实,沙丘草本植物群落分布主要受控于沙丘形态(坡位、凸性及相对高度)、土壤养分含量及深根系灌木。此外,地表广泛分布的生物土壤结皮通过直接影响土壤养分含量,从而对草本植物群落的分布格局产生显著影响。

复杂动力学系统往往表现出多稳态(Alternative Stable
States)特征。理论研究表明,诸多类型的生态系统都可能具有多种稳定状态,并推测现实中生态系统发生突变(如水质的急剧恶化、干旱区植被的快速退化、珊瑚礁生态系统的崩溃等)是稳态转换的结果。但由于受到观测时空尺度的限制与环境扰动的影响,生态系统多稳态特征的直接证据极为有限。多稳态及稳态转换的检测是理解生态系统突变的发生机制,以及人类进行生态系统科学管理的关键,近年来成为生态学研究热点。

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12月5日,国际生态学期刊Trends in Ecology and Evolution
在线刊登了中国科学院地理科学与资源研究所研究员何念鹏、于贵瑞等题为Ecosystem
Traits Linking Traditional Traits to Macroecology
的学术论文。

论文信息:He NP, Liu CC, Piao SL, Sack L, Xu L, Luo YQ, He JS, Han XG,
Zhou GS, Zhou XH, Lin Y, Yu Q, Liu SR, Sun W, Niu SL, Li SG, Zhang JH,
Yu GR*. Ecosystem traits linking functional traits to macroecology.
Trends in Ecology and Evolution, doi: 10.1016/j.tree.2018.11.004.

美高梅手机登录 ,植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional
trait)是指易于观测或者度量的植物学特征,可一定程度上反映物种在长期进化过程中适应不同环境条件的能力、适合度或生产力。近年来,植物性状的时间和空间变异、性状与功能间的关系、性状与资源环境变化及适应机制等成为生态学研究的热点话题。然而,由于受传统的植物性状概念体系及测定技术和方法的限制,相关研究长期被局限于植物器官、个体和物种水平上。如何将器官或个体水平测定的植物性状拓展到植物群落或生态系统水平,如何建立植物群落和生态系统尺度的性状与生态系统过程、生态系统功能的理论联系,成为该领域未被解决的科学难题,也是全球变化生态学和区域可持续发展领域亟须解决的重要科学问题。

图2:生态系统性状将成为联结传统性状与宏观生态学研究的桥梁

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