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昆明植物所發表喜馬拉雅山地植物多樣性時空維持機制的綜述

  生物多樣性在全球范圍內呈現出極不均衡的分布格局,約占1/4陸地面積的山地,承載著絕大多數的植物多樣性。“為什么山地有如此高的生物多樣性”的疑問歷久彌堅,自1807年德國科學家亞歷山大·馮·洪堡(Alexander von Humboldt)發表《Essay on the Geography of Plants》以來,一直吸引著無數學者的目光。喜馬拉雅山地具有極高環境異質性、物種多樣性和特有性,是地球上最典型的山地生態系統,是研究植物區系演變、多樣化和時空分布的天然實驗室。隨著全球氣候變化及與日俱增的人為干擾,該地區生物多樣性研究的重要性和緊迫性日趨凸顯,然而人們目前對喜馬拉雅山地植物多樣性的時空維持機制尚缺乏系統的整合總結。

  中國科學院昆明植物研究所高連明團隊和李德銖團隊長期致力于中國西南山地及毗連區植物多樣性起源演化研究,先后開展了以紅豆杉屬、杜鵑屬、報春花屬、筱竹亞族(高山竹類)多個類群的系列研究(如Liu et al. 2013, 2018; Poudel et al. 2014; Yan et al. 2015; Ye et al. 2019; Zhou et al. 2020; Fu et al. 2021,并提出構建第三極跨境生態環境保護體系的設想(Liu et al. 2018)。最近,研究團隊聯合國際同行,通過對地質、氣候和生物演化等相關文獻的系統梳理綜合分析,較全面地綜述喜馬拉雅地區植物多樣性的時空維持機制的研究歷史和最新進展,并展望了未來的研究方向。文章指出喜馬拉雅擁有約10000余種維管植物,其中31.6%是特有的,早期的植物區系成分有多源遷入,但橫斷山的貢獻最大;中新世晚期以來地質運動和亞洲季風氣候的變化驅動了植物就地多樣化,并造就了地區較高的特有性;地形與氣候耦合形成了多個地理或生態的隔離障礙,但它們對基因流的制約效應在各物種中不一而足;海拔梯度上植物多樣性格局在不同類群(苔蘚、蕨類、種子植物)中呈單峰、雙峰等樣式。歷史和未來氣候變化對物種分布范圍的影響在不同類群中迥異,潛在分布范圍存在擴張、收縮和穩定三種模式,未來氣候變化將導致物種向高海拔遷移。在將來的研究中,需明確界定喜馬拉雅的地理范圍,進而基于整合分類學的思想,厘清物種的多樣性及其格局,進而在全區域取樣,開展多學科、多類群的整合生物地理分析;可通過景觀基因組學研究來解析物種遺傳格局的決定要素;應基于海拔梯度上的固定樣方調查監測探討植物多樣性的格局及動態,要特別關注海拔梯度生態物種形成機制的研究;在考慮人類活動影響的研究中,遺傳、物種和系統發育多樣性在氣候變化情景下的動態及保護是一個重要的問題,但自然野火對植物多樣性的影響也應予以考慮。文章提議未來喜馬拉雅生物多樣性保護需要基于多學科證據構建跨境的生態保護體系,并聚焦海拔梯度上生物多樣性的保護,同時考慮擴散廊道和人工輔助遷移。 

  該研究成果以“Spatiotemporal maintenance of flora in the Himalaya biodiversity hotspot: Current knowledge and future perspectives”為題,以綜述文章發表在國際期刊Ecology and Evolution上。肯尼亞籍博士后Moses Wambulwa為論文第一作者,李德銖究員劉杰副研究為共同通訊作者。此外,大團隊成員吳增源副研究員等以及英國學者Richard Milne博士等參與了該工作。該研究得到了中國科學院從“01”原始創新項目(ZDBS-LY-7001)、中國科學院戰略性先導科技專項(XDB31000000)、國家自然科學基金(4197107131770367)和中國博士后國際人才引進計劃等項目的資助 

  論文鏈接 

喜馬拉雅山的地理和氣候特征。喜馬拉雅山的范圍(a),年均溫和降水的分布(b),區域的亞洲季風格局(c) 

 

圖2 喜馬拉雅山南北坡(a, b, c)和局域環境異質性(d) 

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