环境空间异质性对暖温带—北亚热带过渡区植物群落构建的影响

【摘要】：作为群落生态学研究的核心内容,物种共存与群落构建机制的探索对促进生物多样性理论发展和实践保护均具有重要意义。近年来,围绕这一命题生态学家们开展了大量的理论研究工作,其中最引人注目的是生态位分化理论和群落中性理论,有关两者在群落构建中作用的研究也成为近年来国际生态学界的热点。但一直以来,相关研究多以单一气候带内的木本植物作为研究对象,相邻气候带间生态过渡区的此类研究则少有报道。因此,本文以暖温带—北亚热带生态过渡区625公顷样区内随机选取并建立的5个1公顷典型森林群落样地的第一次调查数据为基础,采用结构等式模型、物种-生境相关性分析、PCNM空间模型、多变量方差分解、空间点格局分析及空间分布模型拟合等方法,分析了宝天曼样地落叶阔叶林种子植物和苔藓植物两大植物类群的群落结构特征,研究了环境空间异质性对上述两大植物群落构建的影响,证明了生态位过程、中性过程均是影响本区物种多样性的重要因素。本研究首先介绍了5个1ha监测样地木本植物的基本情况,监测样地木本植物共计162种,隶属于40科79属,植物区系成分以温带性质为主,样地内小径级个体数量较多,径级结构呈倒“J”型,植物群落优势树种明显,群落和种群空间分布格局以聚集分布格局为主,但聚集强度随尺度的变化而减小。在课题组前期研究的基础上,为了深入理解物种共存和群落构建机制,分析了5个监测样地木本植物群落的垂直结构特征,研究了各样地地形生境、群落内优势种、主林层、次林层、灌木层之间的相互作用,检验了不同垂直层物种与地形生境的关联,发现了各群落内优势种不同程度影响着各垂直层多样性,地形生境对各垂直层多样性的影响存在一定差异,且分别有51.52%、22.73%和42.86%的乔木、小乔木和灌木物种与样地生境表现出显著相关性。证明了在本区优势种是影响群落垂直结构的重要因子,各垂直层物种对资源利用的差异促进了不同垂直层物种的共存,不同垂直层物种对地形存在不同生境偏好。以物种丰富度最高的锐齿槲栎样地为研究对象,运用主轴邻矩法结合多元线性回归分析了植物群落的空间结构特征,通过方差分解量化了地形变量、土壤变量、空间变量及林分密度对物种分布的贡献率。发现了植物群落结构在不同尺度上普遍存在变异性,空间变量是其普遍特征,地形变量、土壤变量和PCNM变量三者共同解释了物种分布的31.48%,林分密度引入后能解释19.49%的总方差,证明了空间变量是影响群落结构的重要因素,其对物种分布的解释比例较高,土壤变量在小尺度上是物种分布重要的决定因子,地形变量的解释度较低,负密度制约效应是本区物种分布格局形成的重要机制之一。为了探索环境空间异质性对高等植物其他类群的影响,本文首次在大样地平台上对树附生苔藓植物群落构建机制开展了研究,借助大样地丰富的空间信息量化了附生苔藓植物的空间位置,优化了多度处理方式,检验了树生苔藓植物物种与地形生境的关联,分析了地形变量和空间变量对样地中不同尺度群落类型物种分布的贡献率,发现了本区20.99%的苔藓物种对地形生境存在偏好,空间变量和地形变量共同解释了样地所有苔藓物种分布的18.69%、聚集分布物种的34.71%和随机分布物种的18.00%,对三个不同群丛的解释度范围为52.02%~20.50%。证明了以微地形变量和空间变量为代表的环境空间异质性对本区树生苔藓植物的群落构建具有影响,并且这种影响会随着外界环境条件的变化而发生变化,其中,空间变量代表的中性过程的贡献率要大于仅以微地形变量代表的生态位过程的贡献率。最后,为了探索森林群落对附生苔藓植物群落构建的影响,通过线性回归分析了附生树种、林分结构对附生苔藓植物群落多样性和物种分布的影响,发现了本区宿主树木与附生苔藓植物间关系较弱,林分结构与树生苔藓植物物种多样性、物种分布之间存在显著相关性,以密度、胸径和胸高断面积三个显著性指标代表的林分结构对树生苔藓植物物种分布的解释度达20.79%,在控制空间和环境变量之后,纯林分结构解释仍然达到12.71%。证明了林分结构对树生苔藓植物物种分布和群落构建具有重要的作用。本研究的结果表明环境空间异质性对宝天曼样地种子植物和苔藓植物物种分布和群落构建起到了重要作用,生态位理论是宝天曼样地物种共存的主要机制之一,此外,中性过程和负密度制约也对本区物种分布产生了重要影响。但各因素的贡献均不是很大,有关本区物种多样性维持机制的研究还有待进一步深入,尤其是在苔藓植物的研究方面。 【关键词】：暖温带-北亚热带生态过渡区 落叶阔叶林 环境空间异质性 群落构建 物种共存 树生苔藓植物 生态位理论 中性理论
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q948
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-16
• 第一章 文献综述16-23
• 1 植物群落构建机制研究进展16-19
• 1.1 群落生态学发展历程16-17
• 1.2 生态位理论的诞生和发展17-18
• 1.3 中性理论的兴起18
• 1.4 群落构建机制的研究趋势18-19
• 2 环境空间异质性对植物群落构建影响的研究现状19-20
• 3 宝天曼落叶阔叶林群落构建机制研究现状20-21
• 4 本研究的目的、内容与意义21-23
• 4.1 目的及意义21-22
• 4.2 研究内容22
• 4.3 创新点22-23
• 第二章 宝天曼国家级自然保护区监测样地概况23-39
• 1 引言23-26
• 1.1 宝天曼样地建立的意义23-24
• 1.2 宝天曼样地的建立24-25
• 1.2.1 样地的建立24
• 1.2.2 样方调查24-25
• 1.3 研究区域概况25-26
• 2 研究方法26-27
• 2.1 重要值26
• 2.2 径级分布26
• 2.3 空间分布格局26-27
• 3 结果与分析27-36
• 3.1 样地及其植物群落27-31
• 3.2 物种组成31-32
• 3.3 植物区系特征32
• 3.4 重要值32-33
• 3.5 径级结构33-35
• 3.5.1 群落径级结构33-34
• 3.5.2 主要物种的径级结构34-35
• 3.6 物种空间分布格局35-36
• 3.6.1 所有物种的空间分布格局35
• 3.6.2 优势种空间分布格局35-36
• 4 结论与讨论36-39
• 第三章 宝天曼自然保护区森林群落垂直结构分析39-50
• 1 引言39-40
• 2 材料与方法40-44
• 2.1 样地概况40-41
• 2.2 结构等式模型（Structural Equation Models, SEM）41-42
• 2.3 Torus-translation检验42
• 2.4 数据处理42-44
• 3 结果44-48
• 3.1 群落垂直层及地形生境的SEM拟合44-45
• 3.2 不同垂直层物种与地形生境关联45-48
• 4 讨论48-50
• 第四章 环境空间异质性对过渡区木本植物群落构建的影响50-61
• 1 引言50-51
• 2 研究区概况51
• 3 研究方法51-53
• 3.1 样地设置51-52
• 3.2 解释变量选取52
• 3.3 群落结构分析52-53
• 3.4 多变量方差分解53
• 3.5 统计分析方法53
• 4 结果与分析53-58
• 4.1 群落结构的空间特点53-54
• 4.2 物种分布的变量解释54-58
• 4.2.1 地形、土壤及PCNM对物种分布的影响54
• 4.2.2 林分密度对物种分布的影响54-58
• 5 结论与讨论58-61
• 第五章 宝天曼样地树生苔藓植物物种组成与空间分布格局61-73
• 1 引言61-62
• 2 材料与方法62-63
• 2.1 样地树生苔藓植物调查62
• 2.2 区系特征研究62
• 2.3 空间分布格局62-63
• 3 结果与分析63-71
• 3.1 物种组成63-66
• 3.2 植物区系地理成分分析66-70
• 3.2.1 区系成分构成66-70
• 3.3 空间分布格局70-71
• 3.3.1 所有树生苔藓植物总体空间分布格局70-71
• 3.3.2 部分树生苔藓植物物种空间分布格局71
• 4 结论与讨论71-73
• 4.1 温带区系性质71-72
• 4.2 空间分布格局72-73
• 第六章 环境空间异质性对宝天曼样地树生苔藓群落构建的影响73-85
• 1 引言73-74
• 2 研究方法74-76
• 2.1 树生苔藓植物物种多度的计算74-75
• 2.2 地形分类75
• 2.3 Torus-translation检验75
• 2.4 多元回归树75
• 2.5 多变量方差分解75-76
• 3 结果与分析76-83
• 3.1 物种与地形生境关联76-78
• 3.2 地形、PCNM对样地整体群落物种分布的影响78-79
• 3.3 基于地形的MRT群落数量分类79-80
• 3.4 地形、PCNM对样地三类群丛物种分布的影响80-81
• 3.5 地形、PCNM对十个优势物种分布的影响81-83
• 3.5.1 对聚集分布物种的影响81-83
• 3.5.2 对随机分布物种的影响83
• 4 结论与讨论83-85
• 第七章 宝天曼样地森林群落对树生苔藓植物群落构建的影响85-94
• 1 引言85-86
• 2 研究方法86
• 2.1 线性回归86
• 2.2 方差分解86
• 3 结果与分析86-92
• 3.1 附生树种对附生苔藓植物群落多样性的影响86
• 3.2 林分结构对附生苔藓植物群落生物多样性的影响86-91
• 3.3 林分结构对附生苔藓植物群落物种分布的影响91-92
• 3.4 林分结构对物种分布的影响92
• 4 结论与讨论92-94
• 参考文献94-105
• 附录105-140
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果140-141
• 致谢14

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