生科院徐驰副教授植被高度的不连续分布表明森林生态系统具有多稳态特征研究进展

  复杂动力学系统往往表现出多稳态(Alternative Stable States)特征。理论研究表明,诸多类型的生态系统都可能具有多种稳定状态,并推测现实中生态系统发生突变(如水质的急剧恶化、干旱区植被的快速退化、珊瑚礁生态系统的崩溃等)是稳态转换的结果。但由于受到观测时空尺度的限制与环境扰动的影响,生态系统多稳态特征的直接证据极为有限。多稳态及稳态转换的检测是理解生态系统突变的发生机制,以及人类进行生态系统科学管理的关键,近年来成为生态学研究热点。

  最近,生命科学学院徐驰副教授与荷兰、英国、德国的国际研究团队开展合作,通过分析全球植物属性和物种数据库,发现木本植物高度的不连续分布特征是森林生态系统具有多种稳定状态的证据,并在全球植被高度激光雷达数据和全球树木盖度遥感数据的支持下,进一步证明温带森林在景观水平上的高度和盖度分布都具有明显的双稳态特征。研究人员提出进化博弈机制可以解释为何植物倾向以相对较高和较低的高度作为稳定性状,而中等高度则为次优性状。该研究结果对于深入理解生态系统本质具有重要理论意义,其推论也具有明确的现实启示:随着气候变化和人为干扰逐渐增强到一定程度,森林生态系统很可能将急剧退化而并不以渐变的方式产生响应,从而对气候系统和人类福祉产生重要反馈。相关研究成果以“Why trees and shrubs but rarely trubs?” (Trends Ecol Evol. 2014 Aug;29(8):433-4. doi: 10.1016/j.tree.2014.06.001.)和“Temperate forest and open landscapes are distinct alternative states as reflected in canopy height and tree cover”Trends Ecol Evol. 2015 Jul 22. pii: S0169-5347(15)00169-X. doi: 10.1016/j.tree.2015.07.002.)为题发表在生态学顶级期刊Trends in Ecology & Evolutions上.

  此项工作得到国家自然科学基金及国家留学基金委资助。

图1. (A)全球温带植被高度的频度分布,(B)基于星载激光雷达数据GLAS/ICESat的植被高度与基于MODIS VCF的林地盖度关系

生命科学学院 徐驰  科学技术处