国水生植物分类和系统发育多样性 的地理格局和环境相关性

第十四届全国生物多样性科学与保护研讨会GeographicpatternsandenvironmentalcorrelatesoftaxonomicandphylogeneticdiversityofaquaticplantsinChina南昌大学生命科学学院2022年12月12日报告目录中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性报告目录中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性引言海丰荇菜荇菜属/睡菜科Zhouetal.,Phytotaxa,2014中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性引言•方法：沿着青藏高原南部低海拔到高海拔调查了150多个水体的水生植物，记录了水生植物的物种种类、水体理化因子等；查阅资料，获得了水生植物的各项功能性状指标；•结果：分类、系统发育和功能多样性随着海拔上升而下降；净种间亲缘关系指数（NRI）呈现单峰模型；净种间功能关系指数（NFRI）没有明显的格局•结论：水生植物群落的系统发育结构和功能结构在海拔梯度上表现出不同的模式：相比系统发育结构，环境变量能更好地解释功能结构的海拔梯度。Zhouetal.,FreshwaterBiology,2022a引言•方法：利用中国东部152个样点的实地调查数据，分析了217种水生植物物种的α-和β-多样性的纬度梯度，还探讨了多样性与两种气候变量（能源和水相关变量）之间的关系；•结果：水生植物α-多样性的纬度梯度呈驼峰状，在45°N处最高。水生植物的净相关度指数与年平均温度和年降水量呈负相关，这与“热带生态位保守性”假设的预测一致，β多样性在中纬度暖温带最低。另外，研究显示水生植物α-和β-多样性的纬度模式在不同类型水生植物之间是不同的。Zhouetal.,EcologicalIndicatiors,2022b引言•一定地理区域的物种集合是历史和生态过程相互作用的结果（Ricklefs，2004），理解物种集合在地理上的变化原因是宏观生态学的基本目标之一•大量的研究探索了陆生植物多样性在局域、国家或全球尺度的变化，揭示了一系列非常有价值的生态学规律•而对于淡水生态系统中的水生植物多样性地理格局研究得还不多（Iversenetal.,2019;Alahuhtaetal.,2020）引言•水生植物生活在水里或水边，对水和水环境的依赖强于陆生植物，另外水生植物通常比陆地植物的分布范围更广（Santamaría,2002因此水生植物的地理格局可能不同于基于陆地植物所揭示的一些普遍规律（Alahuhtaetal.,2021）•例如，水生植物多样性在中高纬度地区最高（Chappuisetal.,2012;Alahuhtaetal.,2020,2021），其海拔模式可能不明显（Fernández-Aláezetal.,2018），与经度也不具有显著的相关性（Tianetal.,2020）引言•大尺度的水生植物多样性地理格局研究在北美和欧洲都有开展（Chappuisetal.,2012;Alahuhtaetal.,2020,2021），但在东亚类似的研究还较为缺乏•中国幅员辽阔，具有巨大的纬度、经度和海拔差异，江河、湖泊和各种类型的湿地众多，水生植物非常丰富（Chenetal.,2012;Wangetal.,2021），为研究水生植物多样性地理格局提供了良好条件•本研究基于文献、志书、标本、网站和实地调查等手段，综合研究了中国水生植物多样性地理格局及其环境解释，为理解中国水生植物多样性和湿地生态保护提供理论依据报告目录中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性研究方法•研究思路物种多样性物种多样性名录和地理分布物多样性地理格局及其环境解释功能多样性功能多样性环境变量环境变量地形水域变量地形水域变量研究方法•参考的主要与中国水生植物相关的书籍中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性研究方法•参考的主要与中国水生植物相关的在线数据库中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性研究方法•不同研究人员对水生植物判断标准不一，导致不同文献和专著记录的水生植物有差异，经过我们对相关文献的汇总，标本核查和野外观测等手段，我们总结了中国水生被子植物名录及其地理分布•我们统计的原则有：①中国原产植物，排除外来水生植物；②至少在各个水生植物专著中作为“水生植物”记录过一次；③为了研究方便排除了海生植物和木本植物；④不考虑种下单位研究方法•物种的分布信息主要来自以下一些资源Luetal.,Nature,2018《中国植物志》、《FloraofChina》以及各个地方植物志记录的分布信息各种水生植物专著记录的水生植物分布信息CVH、NSII和GBIF等网站上的标本资源中科院武汉植物园等单位于2010-2019年开展的全国水生植物调查研究方法•研究区域为中国大陆及其两个主要岛屿100km×100km网格化去除边界面积不足75%的网格后，总共使用了903个网格单元•环境变量主要来自以下网站水环境：ChinaNationalEnvironmentalMonitoringCentre(/)气候：WorldClimdatabase()地形：CIAT-CSISRTMwebsite()水域：NationalGeomaticsCenterofChina(NGCC,/)研究方法lTopography（包括水域）：包括海拔（Altitude）、坡度（Slope）、地形起伏度（RDLS）、水域面积（WA）、水陆面积比（RWL）、水岸线长度（SL）、水岸线发育指数（SDI）lWater：包括盐度（Salinity）、溶氧量（DO）、pH、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3N）lClimate：19个气候因子报告目录中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性研究结果——中国有多少水生被子植物？•中国水生被子植物889种，隶属于71科224属最大的10个科和10个属中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性研究结果——中国水生被子植物的分布格局如何？•依据对水环境的依赖程度，我们将水生植物分为主要的两大类：生长在水岸边部分依赖水环境的Helophytes（沼生和挺水）和生长在水中非常依赖水环境的Hydrophytes（沉水、浮叶和漂浮）。Helophytes一共738种，Hydrophytes一共151种•我们分析了全部水生植物以及两大类水生植物的多样性地理格局研究结果——中国水生被子植物的分布格局如何？•中国所有水生被子植物、Helophytes和Hydrophytes的分类和系统发育多样性的地理格局大致相同，即中国东南部多样性较高，西北部较低•Helophytes和Hydrophytes的地理格局也有差别，Hydrophytes更集中在中国东部中国水生被子植物系统发育多样性地理格局中国水生被子植物分类多样性地理格局中国水生被子植物系统发育多样性地理格局中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性Zhouetal.,JSE,2022中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性研究结果——中国水生被子植物的经度、纬度和海拔格局•中国水生植物系统发育结构在东南部随机或发散，西北部保守•Helophytes和Hydrophytes的地理格局也有差别ZhouZhouetal.,JSE,2022研究结果——中国水生被子植物的环境变量解释•气候和水环境因素是中国水生植物多样性的主要驱动因素•然而，不同因素的影响在Helophytes和Hydrophytes之间有所不同•水环境因素对Hydrophytes的PDses和MPDs的影响大于对Helophytes的影响。ZhouZhouetal.,JSE,2022报告目录中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性结论•中国水生被子植物、Helophytes和Hydrophytes的物种多样性的地理格局大致相同，即中国东部多样性较高，西部较低，尤其是青藏高原中部。尽管水生植物在中国被子植物总量中的比例很小，但这一类群与中国所有被子植物物种多样性的地理格局基本一致Zhouetal.,JSE,2022Luetal.,Nature,2018结论•中国水生被子植物多样性随经度增加而增加，随海拔增加而降低，随纬度增加先降低后增加，呈现V形格局，在纬度30-40°N最低，这和北美及欧洲水生植物格局不一致•Hydrophytes和Helophytes的比值具有纬度格局，及随着纬度增加而增加Alahuhtaetal.,Zhouetal.,JSE,Zhouetal.,JSE,2022结论•环境变量对Helophytes的解释力强于对Hydrophytes的解释力，这说明部分依赖水的类群Helophytes和陆生植物类似，更多地受到环境因素的影响•对于Helophytes来说，气候比地形和水环境变量更能够单独解释中国水生被子植物的地理格局；但，对于Hydrophytes来说，气候和水环境单独解释力相当。也就是说，水环境对生长在完全生长在水中的植物影响比对部分依赖水环境的植物影响更大——这符合我们的预期假设，即水生植物易受到水环境的制约Zhouetal.,JSE,2022报告目录中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性展望及其他研究•中国水生被子植物的β多样性地理格局•环境变量对水生和陆生被子植物影响的差异•中国水生被子植物功能多样性•气候变化对水生被子植物多样性的影响展望及其他研究•中国水生被子植物的β多样性地理格局中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性展望及其他研究•环境变量对水生和陆生被子植物影响的差异中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性中国水生植物分类和系统发育多样性的地理格局和环境相关性主要参考文献•RicklefsRE.2004.Acomprehensiveframeworkforglobalpatternsinbiodiversity.EcologyLetters7:1–15.•IversenLL,etal.2019.Catchmentpropertiesandthephotosynthetictraitcompositionoffreshwaterplantcommunities.Science,366:878–881.•AlahuhtaJ,etal.2020.CurrentclimateoverrideshistoricaleffectsonspeciesrichnessandrangesizeoffreshwaterplantsinEuropeandNorthAmerica.JournalofEcology,108:1262–1275.•SantamaríaL.2002.Whyaremostaquaticplantswidelydistributed?Dispersal,clonalgrowthandsmall-scaleheterogeneityinastressfulenvironment.ActaOecologica-InternationalJournalofEcology23:137–154.•Alahuhta,J.etal.,2021.Macroecologyofmacrophytesinthefreshwaterrealm:Patterns,mechanismsandimplications.AquaticBotany168:103325.•Fernández-AláezC,etal.2018.Environmentaldriversofaquaticmacrophyteassemblagesinpondsalonganaltitudinalgradient.Hydrobiologia812:79–98.•TianY-Q,etal.2020.Biogeographicpattern,maincommunitytypes,andtheinfluencingfactorsofaquaticmacrophytesintheHexiCorridorofNorthwestChina.ActaEcologySinica40(1):202–212.•ChenY-D,etal.2012.TheChineseaquaticplants.Zhengzhou:HenanScienceandTechnologyPress.•WangQ-F,etal.2021