扩散率与beta多样性对局域和区域生态功能时间稳定性的交叉影响

Losses and gains in species diversity affect ecological stability and the sustainability of ecosystem functions and services. With habitat fragmentation, climate warming and biodiversity loss happening in large spatial scale, there is an urgent need to extend existing knowledge mostly based on local scale to larger spatial scales to match the scale of management and conservation. Dispersal and β-diversity, which act as spatial process and represent diversity heterogeneity among local communities respectively, are two important factors affecting biodiversity and ecological functions across scales. In this project, I plan to use ciliate-microcosms, combining metacommunity theory to creating multiple spatial scales: local, among local and regional scales in experiment systems, then conduct continuous observation experiments after a heat plus disturbance, with manipulation dispersal rates and γ, β diversity (only base on species richness) at the start. In doing so, I simulate the interactive effects of dispersal rates and β-diversity on the temporal stability of ecological function (community biomass) across scales with different regional species pools. This work will provide insights and reference for related theory developing and field experiments in other systems, and collectively may contribute to the understanding of this issue and development of more effective biology conservation strategies in practice.

物种多样性变化对生态系统稳定性的影响关系到生态系统功能与服务的可持续性。随着大尺度上生境破碎化、全球变暖及生物多样性丧失等现象的日益严重，这亟需我们将对该问题的认知从局域拓展到更大的空间尺度，从而满足对生物保护及生态功能可持续性预测的需求。扩散和β多样性是从局域到区域尺度上驱动与影响生物多样性与生态功能稳定性关系动态的重要因子。因此本项目拟使用纤毛虫作为模式生物，并利用集合群落理论，在实验室内构建可以连接局域和区域两个尺度的集合群落-微宇宙系统，进而利用微宇宙系统设计多水平β、γ物种多样性和扩散率，最后通过对热胁迫干扰后的实验系统中群落生物量进行连续观察与统计，以此来模拟研究区域物种多样性不同的系统中扩散率与β多样性对局域和区域生态功能时间稳定性的交叉影响。本研究将从生态过程及机制的视角增强我们对多尺度上生物多样性-生态功能稳定性关系的理解，并为其他控制实验和野外观测研究提供参考与见解。

微生物-微宇宙系统方法是模拟研究普遍性的生态学问题和检测理论假设的重要工具，而纤毛虫原生动物是其中重要的模式生物之一。该方法有较为悠久的使用历史。然而该方法仍存在很多争议，且也很少为国内生态学者所熟知和应用。因此本项目主要围绕该方法展开，主要包括对微生物-微宇宙方法和纤毛虫-模式生物进行文献综述，利用野外微宇宙的方法基于物种多度分布格局探讨人为管理尺度与程度对马赛克式景观模式中的生物多样性的交叉影响，以及纤毛虫模式物种种库的建立和模式物种热胁迫响应差异的研究。具体来讲，首先，我系统综述了原生动物作为生态学模式生物的定义、优势与局限，以模式的选择原则。之后综合讨论微生物微宇宙方法的概念，研究问题的范畴与原理，优势、局限与争议，以及可解决微宇宙实验设计的维度方法；其次，利用富集周丛生纤毛虫的载玻片-微宇宙模拟马赛克景观中的栖息地斑块，在区域和局域尺度上分别采用景观生态学中离散和连续化的概念，模拟对景观整体尺度上的尺度与斑块内的程度的调控，研究两者对生物多样性交叉效应，并发现景观中栖息地的覆盖率~20%为关键阈值，这与其他实证研究10-30%的结果相吻合；最后，通过野外水体采样、实验室内培养分离的方法，在实验室内建立稳定培养的种系50多种，在此基础上根据物种的系统发育关系、体型大小等性状，选出15种模式生物，并研究其其对热胁迫的响应的差异，为探究基于性状研究生物多样性与生态功能稳定性关系提供基础。通过这三部分的工作，我系统地梳理了微生物-微宇宙方法的相关的概念、争议、理论依据与技术方法，同时构建种库和筛选了模式物种，不仅为我个人进一步研究打下基础，同时也希望可以促进生态学家，特别是国内的学者，对纤毛虫等模式生物和微宇宙方法在普遍生态学研究中的应用。

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