【摘要】：物種豐富度沿環(huán)境梯度變化的決定因素一直是生態(tài)學研究的重點之一,理解物種豐富度的一般性決定因素對物種保護尤為重要。影響物種豐富度的因素大體包括兩個方面:環(huán)境因素和生物因素。關于物種豐富度的環(huán)境決定因素,已有很多種假說被提出但是只有一小部分對物種豐富度有潛在的預測能力。環(huán)境異質性假說和能量假說中的生產(chǎn)力假說都是被頻繁討論的對象,但仍沒有一個共識性結論。除了被廣泛證據(jù)支持的物種豐富度與環(huán)境異質性之間的正相關關系,負相關和單峰型相關也有被報道。同樣,生產(chǎn)力對物種豐富度有著強烈的影響,但也沒有統(tǒng)一性的模式。如何理解這種多元化的物種豐富度與環(huán)境異質性關系模式,這些模式的變化是否與生產(chǎn)力水平有關?另外,環(huán)境因素對物種豐富度的影響并不一定是直接的,也可能是通過影響其它生物因素間接地改變物種豐富度,尤其是在小尺度上。這些生物因素不僅包括生物間相互作用,還包括區(qū)域物種庫組成和群落總個體數(shù)等。物種豐富度與這些生物因素到底有著怎樣的關系?物種豐富度-環(huán)境異質性關系和物種豐富度-生物因素關系,這兩種關系哪個更具有一般性?本文將從這些問題入手結合計算機模擬、野外實驗及統(tǒng)計推斷等手段探究植物群落物種豐富度沿環(huán)境梯度變化的決定因素。通過基于個體的空間顯式的競爭-拓殖權衡模型,我們發(fā)現(xiàn)物種豐富度-環(huán)境異質性關系模式取決于群落所處的生產(chǎn)力水平:在生產(chǎn)力水平很高或很低時,物種豐富度與環(huán)境異質性正相關;而在中度生產(chǎn)力水平物種豐富度與環(huán)境異質性的關系為單峰曲線。這表明生產(chǎn)力水平是影響物種豐富度-環(huán)境異質性關系模式的一個重要因子。所有的植物群落都是一個個個體組成的,我們通過對種-個體數(shù)累積曲線S=C(1-e~(-ZJ))的進一步拓展,提出一個新的公式S=C*(1-exp(-(pa*E+pb/J+pc)*J)),然后代入源于模型的數(shù)據(jù)進行多元非線性回歸以驗證其有效性。結果表明:對于空間環(huán)境均勻的群落這個公式可以有效地解釋物種豐富度的變化(P0.01,R~2=0.9464),即植物群落物種豐富度的變化可以被群落總個體數(shù)(J)、均勻度(E)和物種庫大小(C)聯(lián)合解釋。但是對于空間環(huán)境異質的群落這個公式對物種豐富度的解釋能力很低。同時,這個公式有效地解釋了物種豐富度沿坡向梯度的變化(P0.01,R~2=0.7667):物種豐富度沿陽坡-陰坡梯度的增加是由于均勻度和群落總個體數(shù)沿陽坡-陰坡梯度的上升。當生境的空間環(huán)境均勻時,物種豐富度-生物因素關系更具有一般性,即環(huán)境因素對植物群落物種豐富度的影響主要是通過群落總個體數(shù)(J)、均勻度(E)或物種庫大小(C)間接實現(xiàn)的。然而,當生境的空間環(huán)境異質時,物種豐富度與環(huán)境因素的關系更有一般性,即環(huán)境異質性對物種豐富度有直接的影響。由此可見,生物因素對物種豐富度的解釋能力取決于空間環(huán)境是否均勻。我們的研究為局域群落物種豐富度沿環(huán)境梯度的變化提供了一個新的視角。
[Abstract]:The determinants of species richness along environmental gradients have always been one of the focuses of ecological research. Understanding the general determinants of species richness is particularly important for species conservation. Various hypotheses have been proposed but only a small percentage have potential predictive power for species richness. Both the environmental heterogeneity hypothesis and the productivity hypothesis in the energy hypothesis are frequently discussed, but there is still no consensus conclusion. Negative and unimodal correlations have also been reported. Similarly, productivity has a strong impact on species richness, but there is no uniform pattern. How to understand the relationship between species richness and environmental heterogeneity, and whether the changes in these patterns are related to productivity? In addition, environmental factors have a strong impact on species richness. The impact is not necessarily direct, but may be indirect, especially at a small scale, through the impact of other biological factors, including not only the interactions between organisms, but also the composition of regional species pools and the total number of individuals in communities. Which of these two relationships is more general? This paper will explore the determinants of plant community species richness along environmental gradients by means of computer simulation, field experiments and statistical inference. Explicit competition-colonization trade-off model shows that the relationship between species richness and environmental heterogeneity depends on the productivity level of the community: species richness is positively correlated with environmental heterogeneity at high or low productivity levels; and the relationship between species richness and environmental heterogeneity at moderate productivity levels is a single peak curve. This indicates that productivity level is an important factor affecting the pattern of species richness-environmental heterogeneity. All plant communities are individual. We propose a new formula S = C* (1-exp (-(pa*E+pb/J+pc)*J) by further extending the species-individual cumulative curve S = C (1-e~(-ZJ)) and then substituting it from the model. The results showed that the formula could effectively explain the variation of species richness (P 0.01, R~2 = 0.9464) for communities with uniform spatial environment, i.e. the variation of species richness in plant communities could be explained jointly by the total number of individuals (J), evenness (E) and the size of species pool (C). At the same time, the formula effectively explained the variation of species richness along slope gradient (P 0.01, R~2 = 0.7667). The increase of species richness along sunny-shady gradient was due to the increase of evenness and the total number of individuals along sunny-shady gradient. When the spatial environment of the habitat is uniform, the relationship between species richness and biological factors is more general, that is, the influence of environmental factors on species richness of plant community is mainly realized indirectly by total community number (J), evenness (E) or species pool size (C). However, when the spatial environment of the habitat is heterogeneous, species richness and environmental factors are more common. The relationship between elements is more general, that is, environmental heterogeneity has a direct impact on species richness. Thus, the ability of biological factors to explain species richness depends on whether the spatial environment is homogeneous.
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q948

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本文編號：2216336