本文關(guān)鍵詞：海南島熱帶天然老齡林物種多樣性維持機制研究　出處：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：物種多樣性維持機制一直是群落生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。當(dāng)前解釋群落內(nèi)物種多樣性維持的理論主要有生態(tài)位理論和中性理論,生態(tài)位理論強調(diào)確定性過程在群落物種多樣性維持中的決定性作用,而中性理論強調(diào)隨機過程的重要性。在經(jīng)歷了較長時期的理論和實踐研究并經(jīng)過一系列的爭論后,越來越多的生態(tài)學(xué)家傾向于認同生態(tài)位理論和中性理論共同作用于群落物種多樣性的維持。熱帶森林是物種最豐富、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一,在生物多樣性維持和調(diào)節(jié)全球氣候等方面具有不可替代的作用。熱帶森林的物種共存與生物多樣性維持機制是近年來生態(tài)學(xué)最為關(guān)注的焦點問題之一。海南島是我國最重要的熱帶森林分布區(qū)之一,主要分布著六種典型的森林植被類型,包括,熱帶山地雨林、熱帶低地雨林、熱帶針葉林、熱帶落葉季雨林、熱帶山地常綠林和熱帶山頂矮林,其中熱帶山地雨林和熱帶低地雨林是地帶性植被,其它四種為非地帶性植被類型。以往針對海南島熱帶森林物種多樣性維持機制的研究往往只是針對一種植被類型,尚缺乏對六種典型森林植被物種多樣性維持機制的系統(tǒng)分析。本文以海南島霸王嶺六種典型的熱帶天然老齡林為對象,在17塊1公頃森林動態(tài)樣地群落調(diào)查、環(huán)境因子和物種功能性狀測定的基礎(chǔ)上,運用模型模擬、定量分析和零假設(shè)模型等方法,分別從物種多度分布模型、環(huán)境/空間變化、空間格局、功能性狀、功能多樣性、功能冗余和功能超冗余等方面系統(tǒng)比較并分析了不同機制在各植被類型物種多樣性維持中的相對作用。主要研究結(jié)果如下:1.基于物種-多度分布模型擬合表明:我們定義起測最小徑級以上的所有植物為群落大小(community size,DBHmintag)。六種森林植被類型三個DBHmintag等級(≥1cm,≥5cm,≥10cm)的物種-多度累計曲線和物種-多度等級曲線都表現(xiàn)出地帶性植被物種豐富度明顯高于其它四種非地帶性植被。地帶性植被三個DBHmintag等級物種多度分布都可用中性模型很好擬合。四個非地帶性植被物種多度分布的最佳擬合模型隨著DBHmintag等級而變化,當(dāng)DBHmintag≥1cm和DBHmintag≥5cm時,中性模型擬合效果優(yōu)于生態(tài)位模型,當(dāng)DBHmintag≥10cm時,生態(tài)位模型為最佳擬合模型。表明了六種森林植被類型物種多度分布最佳擬合模型不僅隨著森林植被類型變化,而且在同一森林植被類型隨群落大小(DBHmintag)而變化。研究結(jié)果也充分說明一個群落的物種多樣性維持可能是由幾個機制共同作用的結(jié)果。環(huán)境異質(zhì)性可能與影響六種森林植被類型中不同DBHmintag等級物種多樣性維持的主導(dǎo)過程有關(guān)。2.基于環(huán)境與空間的分析表明:六種森林植被類型物種組成差異顯著。環(huán)境變量和空間變量共同解釋了六種森林植被類型29.7%~49.9%的物種組成變異。對于地帶性植被類型,純空間變量對物種組成變異均具有顯著的解釋能力,并且解釋能力明顯高于環(huán)境變量。其它四種非地帶性植被類型,環(huán)境變量的解釋能力明顯增大。擴散限制和環(huán)境篩共同維持了不同群落的物種多樣性,在地帶性植被類型中擴散限制是群落物種多樣性維持的的主導(dǎo)過程,而在非地帶性植被類型中環(huán)境篩作用則更為明顯。3.基于空間格局的分析表明:應(yīng)用四個空間點格局模型評估了隨機過程、生境異質(zhì)性、擴散限制、生境異質(zhì)性與擴散限制聯(lián)合效應(yīng)對物種空間格局形成的潛在貢獻,結(jié)果表明,六種森林植被類型中,均質(zhì)Thomas過程和異質(zhì)Thomas過程都較好的模擬了85%以上物種的空間分布格局,表明擴散限制、擴散限制和生境異質(zhì)性的聯(lián)合效應(yīng)是促進六種森林植被類型大多數(shù)物種空間格局形成的主要非生物過程。零模型結(jié)合物種大小-距離回歸分析檢測到六種森林植被類型分別有37%~44%的物種受競爭作用影響,9%~24%的物種受促進作用影響。受競爭作用影響的物種比例在環(huán)境條件較適宜的兩種地帶性植被類型中最高,而受促進作用影響的物種比例在環(huán)境脅迫大的熱帶山頂矮林中最高。4.基于功能性狀分布的的分析表明:地帶性植被類型中大多數(shù)物種功能性狀的分布范圍大于非地帶性植被類型,在地帶性植被類型中比葉面積、葉片干物質(zhì)含量和葉磷含量總體要高于零模型預(yù)測值。其它四種非地帶性植被類型除了木材密度高于零模型預(yù)測值外,其余5個功能性狀(比葉面積、葉片干物質(zhì)含量、葉片氮含量、葉片磷含量和潛在最大高度)總體小于零模型預(yù)測值。除了葉磷含量外,其余5個功能性狀的最近鄰體距離標(biāo)準(zhǔn)差在非地帶植被類型中都高于地帶性植被類型。在地帶性植被類型中比葉面積、葉片干物質(zhì)含量、葉片氮含量、植物潛在最大高度總體上小于零模型預(yù)測值,而在非地帶性植被類型中比葉面積、木材密度、植物潛在最大高度都高于零模型預(yù)測值。植物功能性狀分布峰度值表現(xiàn)出與功能性狀最近鄰體距離標(biāo)準(zhǔn)差相類似的規(guī)律。環(huán)境較為溫和的地帶性植被類型中物種受限制相似性作用的影響顯著高于非地帶性植被類型,而在環(huán)境脅迫較大的非地帶性植被中物種受環(huán)境篩影響更為明顯。5.基于功能多樣性的分析表明:熱帶山地雨林功能豐富度顯著高于其它植被類型。熱帶山地雨林和熱帶低地雨林的功能均勻度指數(shù)顯著高于其它四種森林植被類型。熱帶落葉季雨林的功能分散度指數(shù)顯著高于其它森林植被類型。功能離散度指數(shù)和Rao’s二次熵都表現(xiàn)出熱帶落葉季雨林和熱帶山頂矮林顯著高于其它植被類型。熱帶山地雨林和熱帶低地雨林的功能豐富度、功能均勻度和功能分散度與零模型預(yù)期值差異不顯著,而功能離散度和Rao’s二次熵顯著低于零模型預(yù)測值,表明這兩種地帶性植被功能多樣性主要受隨機過程的影響,但也不能完全排除環(huán)境篩的作用。熱帶針葉林、熱帶山地常綠林和熱帶山頂矮林的功能多樣性指數(shù)顯著低于零模型預(yù)期值,表明這三種森林植被類型的功能多樣性主要受環(huán)境篩影響。熱帶落葉季雨林的功能豐富度和功能均勻度顯著低于零模型預(yù)期值,功能分散度顯著高于零模型預(yù)期值,功能離散度和Rao’s二次熵差異不顯著,表明熱帶落葉季雨林功能多樣性同時受隨機過程、環(huán)境篩和限制相似性的影響。另外,六種森林植被類型系統(tǒng)發(fā)育都表現(xiàn)為譜系聚集,表明環(huán)境篩作用明顯,導(dǎo)致研究區(qū)六種森林植被類型譜系聚集的具體原因還有待進一步的研究。6.基于功能冗余與功能超冗余的分析表明:在六種森林植被類型形成的物種豐富度梯度下,3D-相對功能豐富度平均只有19.1%的差距。功能冗余和功能超冗余與物種豐富度呈顯著正相關(guān),功能脆弱性與物種豐富度呈顯著負相關(guān),表明物種豐富度能夠提高群落的功能和穩(wěn)定性。六種森林植被類型都表現(xiàn)出大多數(shù)物種密集分布在少數(shù)幾個功能實體內(nèi),形成了少數(shù)功能實體的功能超冗余模式。研究還發(fā)現(xiàn),六種森林植被類型都有一定程度的功能脆弱性。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S718.5

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