研究揭示地質過程與當代環境對山地植物、微生物多樣性與生態系統功能的影響

  生物多樣性和生態系統功能一直是生態學的核心問題。生物多樣性和生態系統功能由氣候、生物和非生物屬性等當代環境因子驅動,也可能通過地質過程等長期驅動因素塑造。長期驅動因素對當代環境具有持久的影響,這種影響在山區表現十分明顯。最近有研究表明侵蝕和土壤異質性對陸地四足動物多樣性具有重要影響,并揭示了地質過程和生物群落之間的密切聯系。然而,地質過程對植物、微生物群落和生態系統功能的影響尚未得到廣泛評估。同時,地質學與當代環境的相互作用對植物、微生物群落和生態系統功能的影響鮮有報道。
  近期,中國科學院高寒生態重點實驗室、青藏高原研究所生態格局與過程團隊研究員張更新等在中國西藏墨脫縣的嘎隆拉山跨越3000米的海拔梯度(圖1c),通過對植物、細菌群落生物多樣性和生態系統功能的研究與分析,探討了地質過程和當代環境對生態系統生物多樣性的影響。
  該研究主要基于嘎隆拉山700-3760m 六個垂直植被帶(從熱帶季雨林到寒冷灌木草甸)18個樣點的植被調查和土壤細菌16S rRNA基因高通量測序數據,首先,運用分段線性回歸、去趨勢對應分析、梯度森林等方法研究了生物多樣性和生態系統功能的海拔分布模式。研究發現,生物群落多樣性和生態系統功能均在海拔2000-2800米范圍內有海拔斷點(圖2a,b,c),該斷點與雅魯藏布江-印度河斷層帶(圖1b)分布是一致的。其次,通過多模型平均分析發現年均溫、土壤pH值和土壤濕度是決定生態系統功能和生物多樣性最重要的因素(圖2d,e,f)。但是,當把地質過程加入模型中,發現母巖和風化作用在內的地質作用對植物群落和細菌群落變異的解釋率分別提高了67.9%和35.9%,對生態系統功能的變異的解釋率增加了27.6%(圖2 g,h,i)。另外,通過結構方程模型分析發現,當包含母巖、風化等地質過程時,其對生物多樣性和生態系統多功能性的解釋量也分別提高了8.7%和1.5%(圖3)。因此,地質過程對生態系統特性具有非常重要的作用,母巖和風化對生物多樣性有相當大的直接影響,并且通過與生物多樣性和當代環境的相互作用,間接影響生態系統功能。
  該研究量化了地質過程對植物、微生物群落和生態系統功能的相對貢獻,并表明植物、微生物多樣性和生態系統功能受到地質過程和當代環境共同驅動。因此,綜合分析地質過程與當代環境狀況對生態系統的影響可以提升人們對生物多樣性的理解,深入認識不同氣候帶生態系統功能。
  該研究成果以Mountain biodiversity and ecosystem functions: interplay between geology and contemporary environments 為題在International Society for Microbial EcologyThe ISME Journal)發表。
  文章鏈接
圖1 生物群落和生態系統功能的假設機制及采樣圖
圖2 植物、細菌和生態系統功能的海拔分布模式及當代環境與地質作用對其影響

圖3 生物多樣性與生態系統功能的結構方程模型

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