中国生物多样性监测与研究网络建设及进展

Sino BON的重要成果

在“十二五”和“十三五”规划的重点支持以及中国科学院 19 个研究所的共同努力下，Sino BON 打造了以森林动态大样地为平台的生物多样性综合研究模式，建成了以近地面遥感、卫星追踪、分子生物学等先进技术为支撑的生物多样性网络监测体系，构建了覆盖我国主要生态系统类型、涵盖多种生物类群的生物多样性研究综合平台。在过去几年中，Sino BON 下启动较早的 3 个旗舰子网在森林大样地平台建设与研究、大型动物监测网络、卫星追踪鸟类迁徙等方面取得了标志性的重要成果，为我国生物多样性监测与研究工作的开展起到了示范作用。

1. 打造了森林动态大样地综合研究平台

森林是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一。我国森林覆盖面积广、类型众多，植物物种丰富。随着我国社会经济的迅速发展以及“退耕还林（草）”“天然林保护”等重大生态工程的实施，我国的森林覆盖、组成以及多样性都发生了巨大的变化。长期有效地对森林植物多样性进行监测，对于进一步解释森林物种共存及群落动态，以及预测未来森林生物多样性和生态系统功能的变化趋势有着重要意义；也为森林可持续经营及生物多样性保护提供可靠的科学依据。

森林植物多样性监测专项网（以下简称“森林网”）③自 2004 年开始建设，目前已在全国建成了18 个大型的固定监测样地，以及 50 多个 1—5 ha 的辅助样地，覆盖了寒温带针叶林、温带针阔混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林等我国主要的地带性森林类型，是全球第一个具有完整纬度梯度的森林监测研究网络。森林网长期开展模式植物群落（群落特征参数及其所在环境的部分特征参数）和植物功能性状（形态性状、生理性状、物候性状）的动态观测和研究，科学目标是在全国尺度上研究不同典型地带性森林的生物多样性维持机制及生物多样性变化效应，同时对重大生态保护工程的生物多样性保护效果进行有效性评估和验证型监测。近年来，大型动态样地已经从建立之初的以群落生态学研究为主发展为多学科交叉的生物多样性科学综合研究平台。森林网的建设极大地推动了森林生物多样性的相关研究。自 2014 年以来，共发表森林网相关成果论文约 219 篇，其中 SCI 论文 171 篇，在国内外同行中产生了非常积极的影响。其主要成果包括 3 个方面。

（1）利用功能性状、转录组和长期监测数据，从多个角度阐明了植物多样性分布格局的内在机制，支撑了生物多样性理论的发展。利用森林网长期监测数据发现，不同植被类型的群落中物种分布大部分呈聚集状态，不同纬度地带的森林中都存在普遍的密度制约现象，生态位过程和中性过程在森林的群落构建中共同发挥着重要作用，系统发育结构和功能结构都普遍显著地偏离随机结构，群落内的种间均存在较强的相互作用，且温带树种间比热带作用更强。此外，将个体水平的功能性状引入树木生长模型，结合对古田山森林动态大样地 59 个物种 822 株树的季节性生长动态监测，发现植物生长的差异主要由个体水平上的功能策略差异造成，是形成群落季节性动态的根本原因。进一步利用转录组学技术，发现与光相关的同源基因相似性对古田山 85 种木本植物幼苗存活产生显著影响，从而证明了光环境的过滤作用对群落多样性格局形成的重要性。以上工作突破了传统研究方法的局限性，推进了新方法和新技术在生物多样性研究方面的应用，并促进了学术界对我国森林生物多样性形成和维持机制的理解。

（2）揭示了森林群落中植物与微生物的互作机理，开启了多类群交互关系研究的新阶段。微生物与植物的相互作用是森林多样性研究中不可或缺且亟待加强的部分。Gao 等通过对古田山亚热带山地森林土壤真菌群落的研究发现，不同地形条件下土壤真菌和植物间的关联存在明显分异：山脊生境中，微生物多样性与植物多样性、土壤养分和湿度显著相关；而在山谷生境中，微生物多样性与生境凸度及植物大小显著相关。此外，谱系相关性是形成植物和微生物互惠共生网络的重要原因，植物及其丛枝菌根菌共生体的谱系保守性是亚热带常绿阔叶林群落构建机制之一。以上研究凸显了不同生物类群的交互作用是维持生物多样性的重要机制，多物种、多营养级互作关系的研究也是森林大样地未来工作的重点之一。

（3）发展了近地面遥感与森林网实测数据相结合的研究体系，为森林生物多样性监测与研究方面发挥了示范作用。近年来，随着无人机在生态学中应用的快速发展，使得森林生物多样性的研究实现了从点到面的拓展。由森林网主办的“激光雷达森林生态应用培训班”自 2015 年已经成功举办 5 届，来自中国科学院、北京大学、国家林业科学院等 100 余家院校和科研单位的参会人员达 1 000 名，促进了激光雷达在森林生物多样性监测领域的发展和应用。在鼎湖山亚热带森林动态样地，通过无人机搭载相机拍摄高分辨率影像获取林冠参数（林窗和林冠高度），并将其与地面森林网实测数据结合，更好地解析了森林植物多样性的空间分布格局。当前激光雷达（LiDAR）、高光谱和多光谱等设备在森林动态样地及更大范围的应用，使得森林三维可视化与更多功能性状数据的自动获取成为可能，是未来研究森林群落构建机制的全新方向。