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中科院版纳植物园森林塔吊观测系统投入使用,

发布时间:2019-07-14 06:44编辑:科学浏览(147)

    人们对于热带和亚热带森林中林冠层和林下层的节肢动物是否具有普遍的分层现象并没有一致的结论,同时也不清楚这种群落分层程度是否随着纬度和海拔的改变而改变。通过对采集来自不同大陆、不同森林类型、不同气候、不同纬度和不同海拔的具有不同生物地理历史的区域的蛾类进行分析,澳大利亚格里菲斯大学的Louise Ashton博士和中国科学院西双版纳热带植物园森林群落结构、功能与动态研究组副研究员Akihiro Nakamura 连同其他研究机构的科研人员调查了大尺度的蛾类垂直分层模式。

    气候变化和生物入侵是影响群落结构、功能和动态的两个重要过程。大量证据表明,极端天气事件造成的干扰提高了生物入侵的成功率。随着气候变化的加剧,极端天气事件的强度和频度都有增加的趋势。因此研究外来入侵物种如何利用气候诱发的干扰事件入侵当地生态系统对了解入侵过程和制定相应保护策略极为重要。

    地衣作为菌藻共生的特殊生物类群,是森林林冠亚系统的重要组成成分,在森林系统中发挥着重要的生态功能。由于受其个体微小、物种鉴定困难以及进入林冠调查采样技术手段等方面的限制,地衣尤其是林冠附生地衣的生态学研究远远滞后于其他学科。在森林保护与管理中,地衣类群也未得到相关的重视。并且,相对于其水平分布研究而言,附生地衣垂直分布的研究资料更加匮乏。科学家对于不同森林系统内附生地衣的物种分布是否存在空间垂直分布模式的科学问题,迄今尚无法回答。

    中科院版纳植物园森林塔吊观测系统投入使用

    蛾类采集地点位于澳大利亚东部的热带和亚热带森林;中国云南的热带、亚热带和亚高山森林;巴拿马、越南、文莱和巴布亚新几内亚的热带森林。分别从森林的林冠层和林下层对夜间飞行的蛾类进行采集,由此共生成了64个数据集,运用稀释分析、群落结构和标准化的beta多样性,研究者量化了以物种丰富度为基础的蛾类垂直分层现象。基于平均温度直减率,将不同地点的纬度转换成海拔高度,为每个地点创建了一个“更正”的海拔,进而分析它与分层程度的关系。

    2015年1月哀牢山地区发生严重雪灾,曾经郁闭的林冠破损严重,林下光环境显著改变,中国科学院西双版纳热带植物园森林群落结构、功能与动态研究组在哀牢山20公顷样地开展实验的过程中监测到林下出现了大量入侵植物紫茎泽兰(Ageratina adenophora)的幼苗。该研究组研究生宋晓阳在研究员曹敏和副研究员杨洁的指导下,对紫茎泽兰的入侵过程进行了分析,并补充了室内萌发实验。

    中国科学院西双版纳热带植物园恢复生态组李苏等在研究员刘文耀的指导下,采取新近倒木调查和攀爬采样相结合的方法,对云南哀牢山地区亚热带森林系统5种森林群落类型内部附生地衣物种组成、多样性及空间垂直分布模式进行了分析研究,以期探讨附生地衣的物种丰富度和垂直分布模式及对森林类型和宿主特征的响应。研究发现,附生地衣的物种数量、组成及盖度在不同类型森林和宿主间均存在明显差异,而树木胸径与树高对附生地衣的物种分布也有一定影响。附生地衣的物种分布存在明显的垂直分层,且明显偏好分布于森林中层区域。壳状地衣、蓝藻地衣、枝状地衣、阔叶地衣和狭叶地衣等五类地衣功能群显示出多样化的垂直分层模式。并且,它们的垂直分层模式受森林类型显著影响,这可能反映出某些地衣种类的生长对光照、湿度等微生境条件的特定需求。该研究结果可为预测亚热带森林环境的变化和山地森林资源的保护和管理提供科学依据。

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    分析结果显示沿更正的海拔梯度大部分雨林蛾类群落具有一致的林冠和林下分层现象,但以物种丰富度为基础的垂直分层程度并未随更正的海拔升高变化。北半球林冠和林下层蛾类群落结构的不同随着更正海拔的增加而增加,然而南半球却发现了相反的趋势,但趋势较弱。

    研究表明,在20公顷样地中,紫茎泽兰的密度和林冠开放程度显著正相关;室内萌发实验也表明,紫茎泽兰的萌发数量和遮光程度显著负相关。这说明光照条件是紫茎泽兰入侵的重要因素;林冠的开放促进了紫茎泽兰入侵森林生态系统的过程。空间分析表明,紫茎泽兰的密度呈现显著的空间自相关,说明紫茎泽兰在林内存在一定的扩散限制。

    相关研究结果以Species richness and vertical stratification of epiphytic lichens in subtropical primary and secondary forests in southwest China 为题发表于国际真菌学学术期刊Fungal Ecology(2015,17:30–40)。

    ▲科研人员观察枕果榕传粉榕小蜂。

    无论纬度和海拔如何变化,蛾类群落林冠和林下分层现象都十分明显,然而蛾类群落分层的程度与海拔和纬度并无一致的关联。南北半球蛾类群落分层程度的不一致性可能一方面反映了研究地点之间长时间的生物地理差异,另一方面反映了所研究蛾类群落在不同地点之间资源可利用性的不同。

    该研究组之前的研究表明,异质性成分物种(指森林生态系统的外来成分,它们不是这个生态系统的正常组成成分,是来自这个生态系统之外的物种成分,其实际上包括了地理尺度上和生态系统尺度上的外来种)的入侵过程往往先进入其入侵对象的土壤种子库,当外部条件适宜时萌发成幼苗,然后再完成其生活史并扩大其种群。森林群落中,虽然地上植被没有明显变化,但其土壤种子库结构已发生变化,大量外来成分进入当地土壤种子库(Linet al.2006; Lin & Cao 2009)中。本次发现也是这一理论的重要支持。

    该研究得到国家自然科学基金项目(31400384,U1133605, 41471050)、中科院“西部之光”及中科院“135”专项资助。

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    该研究以Vertical stratification of moths across elevation and latitude 为题在线发表于Journal of Biogeography。此研究得到了中国科学院-昆士兰州生物技术合作计划的支持。

    相关研究结果以Snow damage to the canopy facilitates alien weed invasion in a subtropical montane primary forest in southwestern China 为题发表在Forest Ecology and Management上。该研究得到了国家自然科学基金(31400362、31670442)、国家重大科学研究计划(2014CB954104)、“西部之光”人才计划、中科院青年促进会基金以及云南省应用基础研究计划(2014GA003)的资助,同时中科院哀牢山亚热带森林生态系统研究站在数据采集和文章发表过程中给予了大力支持。

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    利用森林塔吊布设马来氏网。

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    近日,中国科学院西双版纳热带植物园研究生王朝雅在导师彭艳琼研究员指导下,开始利用森林塔吊观测系统开展“西双版纳热带雨林林冠、林下重要植物的传粉昆虫多样性及传粉网络研究”。

    哀牢山雪灾后的林冠开放情况和紫茎泽兰在样地内的分布格局

    野外调查

    有花植物通常有固着生长的习性,其花粉传递依赖于一定的媒介,除去部分依靠风媒、水媒传递花粉的植物外,多数植物依赖动物传粉,且绝大多数为昆虫。

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    森林冠层,特别是热带雨林的冠层中昆虫物种非常丰富,存在着大量未得到描述的或人类知之甚少的昆虫物种,被喻为“生物的处女地”,它对森林生态系统中生态过程的维持和生物多样性保护具有重要的作用。但是,热带雨林树种普遍比较高大,很难接近林冠层,制约了林冠层昆虫群落的研究。

    五类地衣功能群的垂直模式

    中国科学院西双版纳热带植物园建成的森林塔吊观测系统,使研究林冠开花植物与传粉昆虫相互作用成为了可能,并结合林下丰富的开花植物及其传粉昆虫,从群落水平和垂直空间上开展传粉昆虫多样性及传粉网络的研究。

    据悉,王朝雅和彭艳琼的研究将依托森林塔吊1公顷样地,在塔吊覆盖区1公顷样地中,选择分布于不同垂直层上有代表性的优势、濒危或重要植物种类,遴选出8种有代表性的植物,系统观测开花、结果物候,掌握蜜粉源植物情况;并在花期全面调查传粉昆虫物种多样性,筛选有效传粉昆虫和优势传粉昆虫,构建传粉网络,研究其随季节和空间垂直高度的变化格局;再用优势传粉昆虫开展授粉控制试验,比较传粉、结实率,评价其传粉服务功能。

    王朝雅介绍道,目前本研究已完成马来氏网、简易蜂巢野外布置,并已开始观测物候数据,采集传粉昆虫调查传粉昆虫多养性,野外观察昆虫访花种类、访花行为和访花频次等。野外试验预计开展一年时间,将持续到2019年2月。该研究结果最终将为物种多样性有效保护和群落稳定性维持提供科学依据。

    《中国科学报》 (2018-05-07 第5版 创新周刊)

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