Sino BON的重要成果

在“十二五”和“十三五”規(guī)劃的重點支持以及中國科學(xué)院?19?個研究所的共同努力下，Sino BON?打造了以森林動態(tài)大樣地為平臺的生物多樣性綜合研究模式，建成了以近地面遙感、衛(wèi)星追蹤、分子生物學(xué)等先進技術(shù)為支撐的生物多樣性網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測體系，構(gòu)建了覆蓋我國主要生態(tài)系統(tǒng)類型、涵蓋多種生物類群的生物多樣性研究綜合平臺。在過去幾年中，Sino BON?下啟動較早的?3?個旗艦子網(wǎng)在森林大樣地平臺建設(shè)與研究、大型動物監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星追蹤鳥類遷徙等方面取得了標志性的重要成果，為我國生物多樣性監(jiān)測與研究工作的開展起到了示范作用。

1. 打造了森林動態(tài)大樣地綜合研究平臺

森林是地球上生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一。我國森林覆蓋面積廣、類型眾多，植物物種豐富。隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及“退耕還林（草）”“天然林保護”等重大生態(tài)工程的實施，我國的森林覆蓋、組成以及多樣性都發(fā)生了巨大的變化。長期有效地對森林植物多樣性進行監(jiān)測，對于進一步解釋森林物種共存及群落動態(tài)，以及預(yù)測未來森林生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的變化趨勢有著重要意義；也為森林可持續(xù)經(jīng)營及生物多樣性保護提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

森林植物多樣性監(jiān)測專項網(wǎng)（以下簡稱“森林網(wǎng)”）③自?2004?年開始建設(shè)，目前已在全國建成了18?個大型的固定監(jiān)測樣地，以及?50?多個?1—5?ha?的輔助樣地，覆蓋了寒溫帶針葉林、溫帶針闊混交林、暖溫帶落葉闊葉林、亞熱帶常綠闊葉林、熱帶雨林等我國主要的地帶性森林類型，是全球第一個具有完整緯度梯度的森林監(jiān)測研究網(wǎng)絡(luò)。森林網(wǎng)長期開展模式植物群落（群落特征參數(shù)及其所在環(huán)境的部分特征參數(shù)）和植物功能性狀（形態(tài)性狀、生理性狀、物候性狀）的動態(tài)觀測和研究，科學(xué)目標是在全國尺度上研究不同典型地帶性森林的生物多樣性維持機制及生物多樣性變化效應(yīng)，同時對重大生態(tài)保護工程的生物多樣性保護效果進行有效性評估和驗證型監(jiān)測。近年來，大型動態(tài)樣地已經(jīng)從建立之初的以群落生態(tài)學(xué)研究為主發(fā)展為多學(xué)科交叉的生物多樣性科學(xué)綜合研究平臺。森林網(wǎng)的建設(shè)極大地推動了森林生物多樣性的相關(guān)研究。自?2014?年以來，共發(fā)表森林網(wǎng)相關(guān)成果論文約?219?篇，其中?SCI?論文?171?篇，在國內(nèi)外同行中產(chǎn)生了非常積極的影響。其主要成果包括?3?個方面。

（1）利用功能性狀、轉(zhuǎn)錄組和長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，從多個角度闡明了植物多樣性分布格局的內(nèi)在機制，支撐了生物多樣性理論的發(fā)展。利用森林網(wǎng)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同植被類型的群落中物種分布大部分呈聚集狀態(tài)，不同緯度地帶的森林中都存在普遍的密度制約現(xiàn)象，生態(tài)位過程和中性過程在森林的群落構(gòu)建中共同發(fā)揮著重要作用，系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)都普遍顯著地偏離隨機結(jié)構(gòu)，群落內(nèi)的種間均存在較強的相互作用，且溫帶樹種間比熱帶作用更強。此外，將個體水平的功能性狀引入樹木生長模型，結(jié)合對古田山森林動態(tài)大樣地?59?個物種?822?株樹的季節(jié)性生長動態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)植物生長的差異主要由個體水平上的功能策略差異造成，是形成群落季節(jié)性動態(tài)的根本原因。進一步利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)與光相關(guān)的同源基因相似性對古田山?85?種木本植物幼苗存活產(chǎn)生顯著影響，從而證明了光環(huán)境的過濾作用對群落多樣性格局形成的重要性。以上工作突破了傳統(tǒng)研究方法的局限性，推進了新方法和新技術(shù)在生物多樣性研究方面的應(yīng)用，并促進了學(xué)術(shù)界對我國森林生物多樣性形成和維持機制的理解。

（2）揭示了森林群落中植物與微生物的互作機理，開啟了多類群交互關(guān)系研究的新階段。微生物與植物的相互作用是森林多樣性研究中不可或缺且亟待加強的部分。Gao?等通過對古田山亞熱帶山地森林土壤真菌群落的研究發(fā)現(xiàn)，不同地形條件下土壤真菌和植物間的關(guān)聯(lián)存在明顯分異：山脊生境中，微生物多樣性與植物多樣性、土壤養(yǎng)分和濕度顯著相關(guān)；而在山谷生境中，微生物多樣性與生境凸度及植物大小顯著相關(guān)。此外，譜系相關(guān)性是形成植物和微生物互惠共生網(wǎng)絡(luò)的重要原因，植物及其叢枝菌根菌共生體的譜系保守性是亞熱帶常綠闊葉林群落構(gòu)建機制之一。以上研究凸顯了不同生物類群的交互作用是維持生物多樣性的重要機制，多物種、多營養(yǎng)級互作關(guān)系的研究也是森林大樣地未來工作的重點之一。

（3）發(fā)展了近地面遙感與森林網(wǎng)實測數(shù)據(jù)相結(jié)合的研究體系，為森林生物多樣性監(jiān)測與研究方面發(fā)揮了示范作用。近年來，隨著無人機在生態(tài)學(xué)中應(yīng)用的快速發(fā)展，使得森林生物多樣性的研究實現(xiàn)了從點到面的拓展。由森林網(wǎng)主辦的“激光雷達森林生態(tài)應(yīng)用培訓(xùn)班”自?2015?年已經(jīng)成功舉辦?5?屆，來自中國科學(xué)院、北京大學(xué)、國家林業(yè)科學(xué)院等?100?余家院校和科研單位的參會人員達?1?000?名，促進了激光雷達在森林生物多樣性監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。在鼎湖山亞熱帶森林動態(tài)樣地，通過無人機搭載相機拍攝高分辨率影像獲取林冠參數(shù)（林窗和林冠高度），并將其與地面森林網(wǎng)實測數(shù)據(jù)結(jié)合，更好地解析了森林植物多樣性的空間分布格局。當前激光雷達（LiDAR）、高光譜和多光譜等設(shè)備在森林動態(tài)樣地及更大范圍的應(yīng)用，使得森林三維可視化與更多功能性狀數(shù)據(jù)的自動獲取成為可能，是未來研究森林群落構(gòu)建機制的全新方向。