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2019年3月29日赴新岗山BEF-China样地有感 精选

已有 2756 次阅读 2019-3-30 17:04 |个人分类:物种互作|系统分类:科研笔记

由中国国家自然科学基金委员会和德国科学基金会联合资助的项目 “ 中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究(Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China, 简称BEF-China)” 于2008-2010年在江西德兴市新岗山镇建立。该实验样地是目前相关研究中包含树种最多、涉及多样性水平最高, 且建于地形复杂林区的长期基础科研实验平台。实验样地包括三个部分: 古田山国家级自然保护区天然林的比较实验样地、与古田山毗邻的新岗山预实验样地和新岗山主实验样地。除了关注物种丧失对生态系统功能影响的机制外, 扩大造林树种的选择也是其重要目标。BEF-China并不只有生态系统生产力方向,还涉及个体生长、功能形状、遗传多样性、氮循环、土壤、微生物、植物与昆虫、枯死木分解等。随着时间的延长,BEF-China吸引了越来越多的青年人才,参与到不同的研究方向中。BEF-China实验最初于2006年2月在德国Halle开始讨论和筹备, 2008年正式开展野外工作。BEF-China平台运行自2017年起,已经从德国团队移交到了中国的团队。在过去10年中,主要资助方德国科学基金会投入的建设和运行资金超过了1000万欧元。该实验平台的中方奠基人是中国科学院植物研究所马克平研究员。马老师一直认为并为之倾注了心血:科研能力的建设,平台建设不可或缺。他希望:70年、80年,甚至100年之后,这个平台仍然能够运行。

2019327-28日参加完中德国际研究生林地项目培训班,我实验室多位成员(Michael Orr、刘思培、郭鹏飞、李逸、贾千驹等)和德方专家一起到达新岗山,开始今年TreeDi项目树对的标示和采样工作。同时,李逸还将继续原来王明强执行的BEF-China项目中植食性昆虫和植物相互关系的取样工作,郭鹏飞微调了巢管系统的研究方案。4月初,研究组吴清涛还将带领新入组学生,开车带着马来氏网到新岗山架设,并取回2018年的样品。

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在两期德国-中国-瑞士三国生物多样性生态服务功能国际合作项目(BEF-China执行期即将结束之际,中方首席马克平研究员大力协调,组织人力和财力,并建立了国内科研合作管理机制,及时把项目平台从德方平稳转移到中方。很多日常的管理工作都由马老师团队费心完成。于此同时,德国方面提出了基于该研究平台,申请德国基金会资助国际研究生培训班项目,命名为TreeDi(林地)。该项目已原来BEF-China两期项目的部分中德合作学者为主要班底,德方由Helge Bruelheide教授牵头,中方由王艳芬教授组织,并由Stefan Trogisch和薛凯全面协调。

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BEF-China项目第一期运行末尾,动物研究所周红章研究员联系我,并帮助我和德国Alexandra Klein教授开展了进一步接触和交流。她当时是德国Leuphana University Lüneburg的教授,是BEF-China项目中课题9(植物和昆虫互作)的负责人。当时已是傍晚,Alexandra Klein教授和她的博士研究生Michael Staab来到动物研究所。我们临时到A601会议室,听Alex介绍BEF-China项目以及巢管系统物种互作工作。由于部分独栖蜜蜂物种有利用芦苇、竹子等空管筑巢的生物学习性,昆虫分类学工作者也制作巢管采集蜜蜂标本。另外,一些果农也会用废报纸或者塑料制作巢管,招引壁蜂等物种筑巢,以提高早春果树授粉效率。再加上2007年,我投入了一部分精力研究油茶传粉,和黄敦元等同学研读了Alexandra等用巢管研究咖啡授粉效率的论文。因此,我们对巢管部分的内容比较熟悉。但对其它BEF-China项目的设计理念、工作流程、巢管如何用于传粉功能研究等方面的内容,一下子也没有吸收。

BEF-China项目管理的角度,Alexandra希望邀请我作为她的合作方(Co-PI)加入,并参与新岗山样地工作。另外一方面,BEF-China的主要工作地点在江西新岗山,属于亚热带地区。她的团队急需要包括蜜蜂在内膜翅目物种鉴定的分类学支持。Michael Staab对蚂蚁的分类比较熟悉,也希望找到一个国内的合作方。另外,有一部分巢管和其它技术采集到的昆虫标本,需要开展DNA条形码的测定,难以携带出关到德国开展。因此,尽管根据德国基金会的规定,该项目经费不能拨付到中方,实验室的经费也不是特别充足,但我考虑到这是一个昆虫分类学和生态学队伍协作的合适机遇,就应允了下来。后来,Alexandra多次来访,都对她们不能拨付经费,资助我方研究这部分内容而颇有歉意。但,当时她们来访,确实给我实验室后续在昆虫多样性、昆虫与植物之间物种互作打开了一扇明亮的窗口。

当时,我实验室小蜂分类有张彦周博士和我,实蝇分类有陈小琳博士。分类之外的主要力量和精力聚焦在昆虫物种界定方面。罗阿蓉已经分别与20102011年发表了单基因位点物种界定的工作;Douglas Chesters博士完成了多基因位点数据半自动整合流程并开始主攻大数据库昆虫物种界定问题(20152017)。实验室参加的北方食心虫防控项目的害虫和寄生蜂界定工作也基本接近尾声。我个人也在思考在实验室保留一支精干的昆虫分类学小组的同时,如何拓展学科方向。多年以来,我和肖治术博士经常交流。肖治术师从张知彬研究员,十几年如一日在都江堰样地蹲点。他博士学位期间主攻小型哺乳动物,特别是鼠类在森林植物种子传播中的生态学作用。由于长期在野外,他对都江堰样地内鸟类、鼠类、昆虫都有非常细致的观察,并收集了大量一手数据。以昆虫为例,他采集了很多当地木本植物的种子,并对其中的昆虫幼虫进行了饲养,获得很多象甲标本。这些类群的分类学难题,也成为他思考并计划研究的一些生态学问题的障碍。同时,宏观生态学在数据量化和统计分析方面的优势,也促使我不断思考昆虫系统学的创新思路。

和肖治术博士一起讨论这些问题,给我也带来很多分类学的思考,同时也带给我一些关于物种互作的兴趣。我把Alexandra的邀请,也和治术进行了讨论。最早BEF-China选址就在都江堰他所在的样地。可惜后续由于汶川大地震,中德双方才移师古田山,并进一步进驻新岗山样地。因此,治术对该项目的基础理念和思路,都比较了解,也非常欣赏。我也从他那里加深了对BEF-China的认识:从统计出发,设计样地;样地内所有的树木个体都逐一编号;样地的基础信息,如非生物因子都得到系统而长期的监测。这极大地调动了我个人的兴趣和好奇心,从而进一步研读了一些文献(见http://www.bef-china.de/index.php/en/publications)。

038B36A5-4766-42FF-9333-6477AA797F3C.jpegAlexandra邀请我参加了多次项目会议,如婺源研讨会、德国项目中期会议。每次,我都和参与的前期中德专家访问新岗山样地。这些专家中,就有我博士生期间就见过的生物多样性专家植物研究所马克平研究员、浙江大学的于明坚教授、微生物研究所郭良栋研究员、德国Helge教授、Nico教授和Thomas教授等。当然,这其中,还有许多参与项目的中国和德国的博士后和研究生们,如杨雪飞博士(现为昆明植物研究所研究员),Alexandra的博士生Michael Staab(现在德国弗赖堡大学博士后),分类学者Assman的博士生Andreas Schult(现为哥廷根大学教授)等。不同方向,不同国家的专家和研究生,聚焦树种多样性和生态服务功能,带着不同的科学子问题,在BEF-China样地共同开展工作。大家相互影响,相互促进,在完成项目工作的同时,多方面都得到很好的提升。另外,来自不同文化的大家,也能够互相适应,互相帮助,建立了合作基础上的个人友谊。这些中德博士,在新岗山样地得到了良好的学术培育,并成为很多后来者学习的榜样。

杨雪飞博士2009-2011年师从于马克平研究员和Helge教授,成为项目博士后和协调员。她当时的主要的工作就是在新岗山A、B样地建设600多个1亩地样方。每个样方有0-26个物种组合,形成树种多样性梯度。样地从规划、清理、采集种子、育苗、种植和管理,各个环节都浸润了雪飞博士的汗水和智慧:她需要带领100多位当地村民,在三年之内完成800亩地样地的建设。从杨博士发表在Methods in Ecology and Evolution上的论文,我能读到BEF-China的设计理念和精妙的统计方案;从我参加了多次的项目研讨会和各位PI的介绍,我能听出他们的自豪,并惊叹马克平研究员、Helge教授和Bernhard教授的远见卓识;从样地实地考察,看到树苗一天天长高,我感佩杨雪飞博士和其他协调员对样地建设和养护作出的巨大贡献!尽管后续,她由于工作的原因,离开了BEF-China项目,我相信她仍然在关心着新岗山样地的发展。

Michael Orr对蚂蚁分类学颇有研究,对博物学也非常有见地。他研究巢管系统中的捕食者(蛛蜂等)、传粉者(切叶蜂等)、寄生者(小蜂等),并发现了一个非常有趣的现象:捕食者蜂类为保护她的后代幼虫不受寄生,杀死一些蚂蚁放在最外侧的巢室中。当然,该项工作用到昆虫分类学、化学生态学、行为生态学等多学科手段,讲述了这个故事。可惜第一轮审稿人从控制实验的角度,提出了是否可以通过去除外侧巢室中的蚂蚁,比较去除前后寄生率。由于蜂类搜寻巢室并定居的行为还是随机为主,我们认为尽管审稿人的意见是科学合理的,但还是决定尽快把这一有趣的科学故事发表出来。这篇论文发表后,受到国外大量媒体的关注。很快我收到美国George TechDavid Hu博士来信。他对我们研究的蚂蚁非常感兴趣,希望和我实验室交流。由于我需要支持Douglas Chesters博士申请PIFI项目,就建议他和葛斯琴博士合作。

Andreas Schult则是另外一个BEF-China项目中最高产的传奇才俊。一般在德国的科技评价体系内,只有本国的博士和博士后经历,青年人很难获得固定的科研职位,特别是教授岗位。他通过参与BEF-China项目两期工作,完成了博士论文和博士后工作,并在Ecology LettersNature Communication等杂志上发表了系列物种互作生态学论文,并于2018年获得了德国哥廷根大学的教授职位。尽管他是德国人,德国啤酒品质很高,但他不喝啤酒,倒是喜欢偶尔尝尝中国的白酒。我们和外国同行总是戏称中国白酒是Chinese Water29日我们晚上8点半抵达新岗山样地,当地姜记厨房的老板还一直在等我们,并给我们准备了丰盛的当地风味的晚餐。Nico也参加了,并和AndreasMichael Orr等喝了两瓶四川产的北京二锅头。很有意思,我们确实在全国不同地方可以买到二锅头,但这些二锅头很少有产于北京。我想这些可能都是北京二锅头的工艺,在外地进行了生产。更加令我惊讶的是,Nico喝了2口杯多白酒,而Andreas则喝了5杯(差不多1斤)!原来今天Andreas作为第一作者,和Nico等合作的又一篇论文今天发表于Nature Communication。委实值得祝贺!

通过访问新岗山样地、古田山样地,参加系列研讨会,研读该项目团队发表的大量学术论文,我被该样地的设计和实施深深震撼和吸引。但是囿于经费和学生资源的限制,我在BEF-China二期开始的时候,基本处于学习和提高的阶段。好在,云南农业大学李强教授、陈国华教授帮助我在他们学校招了一名硕士研究生,郭鹏飞。他在完成一年级课业之后,就入驻了新岗山。应该说,鹏飞的昆虫学和生态学基础都比较薄弱。因此,我们见面之初,就约定他的工作主要在新岗山开展:每年4月中旬到10月底,他都需要守在样地。夏季,中德各个课题的科研人员和研究生都来到新岗山,一片活跃的学术氛围。但过了旺季,鹏飞同学往往总是一个人守在这里。我们在几年的交流中,他也曾经因为过于孤独想退却过。还好,最终他坚持了下来,并继续攻读云南农业大学的博士学位,继续新岗山的巢管工作。

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随着鹏飞的蹲守,实验室和当地雇用的师傅们关系越来越紧密,数据和信息也不断增加。我和实验室成员对新岗山的了解也在与日俱增。武春生研究员当年的硕士研究生,王明强同学完成了他的硕士论文,又继续考取了博士研究生。我和武老师商量,能否考虑请王明强加入到新岗山植食性昆虫多样性和生态功能的研究工作中。显然,明强需要尽快深入了解BEF-China的科学问题和整体设计。通过翻译、研读BEF-China团队发表在Methods in Ecology and Evolution杂志上的论文,我鼓励他给实验室全体成员讲讲他的理解。开始用中文,后来就过渡到英文讲解;开始以讲一篇论文为主,后来过渡到把多篇论文串起来理解;开始讲别人的论文为主,后来过渡到提出自己的思路和方案。博士生第一年,他就带着一些想法,进入了样地,开始摸索如何用振布法采集蛾类幼虫。遇到问题,他就和Andreas写信。刚开始,他的邮件英文词不达意,但每次我修改后,他就能够吸收改进。后来他和AndreasDouglas的邮件交流越来越通畅,研究方法改进也很大。

2017年,他带着李逸同学等开展了高强度的野外采样和室内DNA条形码测定工作。应该说,他在测序、序列分析、物种界定和生态学分析等方面遇到了一系列挑战。好在,我们实验室在前三个方面有较好的积累;BEF-China团队交流非常顺畅。他在这些环节都有非常大的进步。同时,他们在室内和室外,还能就遇到的一些困难,提出一些自己的解决方案,找到一些新的学术问题。比如,由于大批量标准DNA条形码测序比较昂贵,宏条形码技术可以节约很多经费,也就可以测更多的样品。李逸同学就从功能性状工作中,暂时调整出来,测定他们样品DNA中的微生物多样性,并取得了一些进展。现在王明强已经去Andreas实验室访学,提升物种互作生态学方面的数据分析能力。

巢管系统中捕食者、传粉者、寄生者关系明晰、样品数量也比较容易统计。同时,这些类群都具有不同的生活史阶段。因此,尽管罗阿蓉博士主攻数据模拟为主的分子系统学理论与方法,我也鼓励她去新岗山实地考察巢管系统,试验测定一些昆虫不同生活史阶段转录组。在组学水平研究巢管系统中物种互作的进化生物学。2017年,曹焕喜博士去访问Alexandra实验室。她研究姬小蜂科分类,而巢管中就常见一类啮姬小蜂昆虫。去年年底,擅长Micro-CT的刘思培博士从Jena大学毕业,到我组做博士后。我也鼓励她和鹏飞合作,用三位重构和扫描电子显微镜等技术,研究巢管内不同功能昆虫群的形状序列。可以预期,在不久的将来,鹏飞坚守的巢管系统会有不同角度的研究数据和成果涌现出来。

我研究组进入BEF-China团队,不仅获得了已有的一些思路和方案,也加入了我们的一些元素。从2007年开始,我就在不同的生态环境试验马来氏网的应用,并把得到的经验和体会通过报告和博客和同行分享。通过科学院和农业部的项目,马来氏网在更大的范围得到应用,并由此提升了昆虫多样性监测的效率。在马克平研究员的支持下,我开始逐步推动昆虫多样性监测网的建设。马来氏网可以很快在不同区域铺开,但也带来了一些问题:大量的标本,难以段时间按照类群完成分类工作,也就很难获得较好的多样性数据。因此,宏条形码技术就成为马来氏网样品数据化优先需要建立的环节。因此,我实验室也开展了一些这方面的探索工作。因此,在2018年,我们在BEF-ChinaB样地,按照树种多样性梯度,设置了马来氏网。计划通过2年时间,用宏条形码技术获得足够的代表样品的多样性数据。

BEF-China的前期设计、数据积累、合作机制,TreeDi项目(德国资助)和先导专项(中国科学院资助)的支持,该平台可以探索的课题会越来越多,越来越深入,也必将能够促进双方科研人员,特别是年轻人整合植物学、动物学、生态学等跨学科交流、密切合作和高效成长。

注:北京到景德镇飞行途中草就。

 




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4 蒋敏强 赵克勤 阮启超 黄智勇

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