藏在「東經101度」的生物多樣性秘密

東經101度森林樣帶

林露湘（左一）帶隊進行克拉地峽樣地考察建設  中科院版納植物園供圖

　　來源：中國科學報

　　在過去將近40年的時間裡，全球27個國家的科學家聯合起來「編織」了一張「網」。

　　他們在生物多樣性高度密集的地區建立了67個森林動態監測樣地，共監測超過600萬棵樹和1.2萬個物種的生存狀態。

　　這張「網」就是「全球森林動態樣地監測網路」，由美國熱帶森林研究中心（CTFS）於上個世紀80年代初發起建立。

　　中國於2004年加入，第一批在吉林長白山、浙江古田山、廣東鼎湖山和雲南西雙版納建立了4個森林動態監測樣地，把「網」的覆蓋面從過去的熱帶地區，拓展到了亞熱帶和溫帶地區。

　　「全球組網」為認識生物多樣性的空間分布，了解物種的變化規律及其對環境變化的響應，群落中物種共存機制等提供翔實的科學數據。

　　「科學家們已經揭示了單個樣地上物種及其與環境之間的聯繫和相互作用，但是在全球尺度上，隨著緯度從熱帶到溫帶、海拔由低到高的連續性梯度變化，生物多樣性又是怎麼改變的，目前仍存在較大爭議。」中科院西雙版納熱帶植物園（以下簡稱版納植物園）熱帶森林生態學重點實驗室研究員曹敏告訴《中國科學報》，主要原因是缺乏大尺度、連續性、跨生態區的科學監測數據。

　　於是，他把目光鎖定在了「東經101度」上。

　　從全球尺度認識生物多樣性

　　為什麼熱帶地區是雨林，而到溫帶就變成了針葉林？

　　有「擎天樹」之稱的望天樹來源於亞洲赤道熱帶地區，可如今卻成了只在中國雲南及周邊地區才分布的特產珍稀樹種，原因何在？

　　物種多樣性由赤道向兩極的變化，是環境驅動還是個體進化使然？

　　這些充滿不確定和爭議但卻意義重大的問題，時至今日，依然困擾著生態學家們。

　　態系統複雜多樣，科學家只能通過建立有代表性的「樣地」認識一個地區的生物多樣性格局和過程。

　　已有研究表明，生物多樣性在空間分布上呈現一定的規律性，且物種的分布和演化與緯度梯度和垂直梯度的變化有著密切聯繫。

　　然而，以往的研究多是基於單個樣地或者一個氣候帶。尺度小，對理解生物多樣性及其機制不免有些「盲人摸象」。

　　《自然—氣候變化》一項最新研究表明，在全球35個天然野生動植物最多樣化和豐富的地區中，氣候變化對近8萬種動植物產生影響。

　　全球變化，尤其是氣候變化正對生物多樣性產生深刻影響。

　　「在更大尺度的區域範圍內揭示生物多樣性的分布格局、形成機制，及其對環境變化的響應大有裨益，尤其有利於保護生物多樣性和資源的可持續利用。」版納植物園熱帶森林生態學重點實驗室研究員林露湘告訴《中國科學報》。

　　另一方面，即使結合多個樣地的數據對比分析得到了規律，但由於生物區系和環境梯度具有「不連續」性，其代表性仍難以服眾。

　　「一些更重要的科學問題需要大尺度、連續性的『樣帶』來回答。」曹敏說。

　　幾年前，他與澳大利亞科學家合作，主持完成了雲南省境內與澳大利亞東海岸共6個森林生物多樣性監測樣地的建設與研究。

　　看著世界地圖，曹敏驚喜地發現，中間這段恰是東南亞熱帶雨林分布的核心區。

　　如果將中國西南山區內的樣地向南延伸，將形成一條縱跨喜馬拉雅東南緣、穿越中南半島、直抵熱帶亞洲核心區的生態學樣帶，「這條樣帶堪稱『完美』，在全球範圍內都具有不可替代性。」

　　「東經101度」有多重要

　　曹敏提到的樣帶大致處在東經101度線上。為什麼這條樣帶「完美」且不可替代？

　　2000年，國際環保組織在全球確定了34個物種最豐富且受到威脅最大的生物多樣性熱點地區。它們占陸地面積的3.4%，卻容納了超過60%的陸生物種。

　　中國西南地區和中南半島就在其中。「這是沿青藏高原—橫斷山區—熱帶北緣—熱帶核心區森林分布的連續完整區域，在全球獨一無二。」曹敏再次強調。

　　他繼續解釋，由於喜馬拉雅的抬升，這一區域緯度梯度變化與垂直梯度變化兩種效應相互疊加，其蘊含的科學問題更加誘人。

　　此外，這裡幾乎涵蓋了全部最有代表性的植被類型，從典型的熱帶雨林到熱帶雨林北緣的季節雨林，再到亞熱帶常綠闊葉林、亞高山針葉林、高山灌叢、草地、流石灘等。

　　「全球變化對熱帶核心地區的生態系統產生怎樣的影響；各維度不同物種為什麼能共存，以及對其生境的響應機制又是如何，這條樣帶將會提供一個很好的數據支撐。」林露湘補充道。

　　它的重要性不止於此，事實上，這一地區早已為國際社會所廣泛關注。

　　在一次生物多樣性國際研討會上，有國外學者提出疑問：中國「一帶一路」建設對當地的生態環境和生物多樣性會產生什麼影響？

　　曹敏坦陳，這的確非常難回答，這時候更需要科學數據來支撐。為了說服國際社會，建立這樣的科學研究平台、開展監測研究，將發揮關鍵性的作用。

　　2014年，曹敏及其團隊與泰國Huai Kha Khaeng、Khao Chong（隸屬CTFS）2個樣地展開合作，「東經101度森林樣帶」的設想正式落地。

　　隨後，該項目獲得中科院東南亞生物多樣性研究中心國際合作項目和版納植物園「一三五」戰略重大突破專項的支持。

　　「國際上很重視，但是他們沒有條件在這裡開展研究，我們有著得天獨厚的條件。」但曹敏有時也很無奈，基於各種因素，很多研究人員都在做「短平快」的工作，對這種耗時長、難度大，且短期內難以出成果的研究並不感興趣。但從長遠來看，這個研究是極為重要的。

　　他呼籲，希望有更多中國科學家的目光聚焦於此，抓住時機。

　　「中國科學家應該試圖建立獨具特色的科學構想，在該區域作出引領性的重大科學布局和貢獻，而非跟蹤和低水平的重複。」曹敏說。

　　基礎平台 挖掘更深刻的科學問題

　　2017年6月，林露湘一行人前往泰國，與泰國Kasetsart大學林學院、泰國國家公園與野生動植物保護部（DNP）相關人員就共建「克拉地峽20公頃熱帶森林動態樣地」簽下最後一份合作諒解備忘錄。

　　至此，「東經101度森林樣帶」研究平台已初步建成。

　　這是由包括中國雲南省4個、泰國5個以及馬來西亞1個共10個大型森林動態樣地組成的，一條跨越熱帶亞洲核心區至青藏高原/橫斷山區腹地的森林樣帶。

　　目前，版納植物園共有13個課題組以地上的木本植物、鳥類和昆蟲，地下的土壤動物和微生物等森林生態系統中不同營養級關鍵生物物種為研究對象，從基因、功能性狀、系統發育等角度，利用衛星遙感、近地面遙感和地面觀測等各種觀測手段的研究工作正在進行。

　　林露湘告訴記者，目前有三個主要研究方向正在推進，包括基於樹種關鍵功能性狀和淺層基因組度量共存物種間的生態分異，跨營養級食物網結構解析驅動不同營養級間物種共存的生態過程，以及驅動跨營養級物種共存格局形成的生態系統過程的作用。「每個方向根據自己的研究需求，在不同樣地上取樣、採集數據，共同整合在一個數據平台之上，項目層負責將產生的多源異構數據集進行融合分析。」

　　林露湘介紹，除泰國克拉地峽森林樣地外，境外的5個樣地都是數十年前美國或日本出資建設的，由當地科研機構具體負責。

　　「由於他們經費有限，這些樣地目前只能基本維持現狀，我們通過簽署合作協議引入科研項目，共建共享樣地和數據。」林露湘說，但合作過程因文化、認知等差異，有時並不順利。「未來我們更傾向於自己過去建樣地，擁有更大自主權。在這條樣帶中，我們來發揮主導作用。」

　　曹敏還設想，除了生態學，從事植物學、動物學、微生物學，甚至包括環境科學，水文、地理地質等相關的科學家都可以來到此地作研究，與生態學數據兼容，可能會有意想不到的更重大的新發現。

　　「東經101度森林樣帶」是一個生物多樣性研究的區域性平台。「目前，大部分研究還處在數據採集等早期階段。」曹敏期待，平台搭建完成後，能吸引全球更多更優秀的科學家到此地開展研究工作，協同發掘和探索更深刻、更重要的科學問題。

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