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

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【摘要】：物種多樣性維持機(jī)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(qiáng)調(diào)確定性過(guò)程在群落物種多樣性維持中的決定性作用,而中性理論強(qiáng)調(diào)隨機(jī)過(guò)程的重要性。在經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)期的理論和實(shí)踐研究并經(jīng)過(guò)一系列的爭(zhēng)論后,越來(lái)越多的生態(tài)學(xué)家傾向于認(rèn)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(jī)制是近年來(lái)生態(tài)學(xué)最為關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。海南島是我國(guó)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(lèi)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(lèi)型。以往針對(duì)海南島熱帶森林物種多樣性維持機(jī)制的研究往往只是針對(duì)一種植被類(lèi)型,尚缺乏對(duì)六種典型森林植被物種多樣性維持機(jī)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(duì)象,在17塊1公頃森林動(dòng)態(tài)樣地群落調(diào)查、環(huán)境因子和物種功能性狀測(cè)定的基礎(chǔ)上,運(yùn)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(jī)制在各植被類(lèi)型物種多樣性維持中的相對(duì)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(cè)最小徑級(jí)以上的所有植物為群落大小(community size,DBHmintag)。六種森林植被類(lèi)型三個(gè)DBHmintag等級(jí)(≥1cm,≥5cm,≥10cm)的物種-多度累計(jì)曲線和物種-多度等級(jí)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(gè)DBHmintag等級(jí)物種多度分布都可用中性模型很好擬合。四個(gè)非地帶性植被物種多度分布的最佳擬合模型隨著DBHmintag等級(jí)而變化,當(dāng)DBHmintag≥1cm和DBHmintag≥5cm時(shí),中性模型擬合效果優(yōu)于生態(tài)位模型,當(dāng)DBHmintag≥10cm時(shí),生態(tài)位模型為最佳擬合模型。表明了六種森林植被類(lèi)型物種多度分布最佳擬合模型不僅隨著森林植被類(lèi)型變化,而且在同一森林植被類(lèi)型隨群落大小(DBHmintag)而變化。研究結(jié)果也充分說(shuō)明一個(gè)群落的物種多樣性維持可能是由幾個(gè)機(jī)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(lèi)型中不同DBHmintag等級(jí)物種多樣性維持的主導(dǎo)過(guò)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(lèi)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(lèi)型29.7%~49.9%的物種組成變異。對(duì)于地帶性植被類(lèi)型,純空間變量對(duì)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(lèi)型,環(huán)境變量的解釋能力明顯增大。擴(kuò)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(lèi)型中擴(kuò)散限制是群落物種多樣性維持的的主導(dǎo)過(guò)程,而在非地帶性植被類(lèi)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(gè)空間點(diǎn)格局模型評(píng)估了隨機(jī)過(guò)程、生境異質(zhì)性、擴(kuò)散限制、生境異質(zhì)性與擴(kuò)散限制聯(lián)合效應(yīng)對(duì)物種空間格局形成的潛在貢獻(xiàn),結(jié)果表明,六種森林植被類(lèi)型中,均質(zhì)Thomas過(guò)程和異質(zhì)Thomas過(guò)程都較好的模擬了85%以上物種的空間分布格局,表明擴(kuò)散限制、擴(kuò)散限制和生境異質(zhì)性的聯(lián)合效應(yīng)是促進(jìn)六種森林植被類(lèi)型大多數(shù)物種空間格局形成的主要非生物過(guò)程。零模型結(jié)合物種大小-距離回歸分析檢測(cè)到六種森林植被類(lèi)型分別有37%~44%的物種受競(jìng)爭(zhēng)作用影響,9%~24%的物種受促進(jìn)作用影響。受競(jìng)爭(zhēng)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(lèi)型中最高,而受促進(jìn)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(lèi)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(lèi)型,在地帶性植被類(lèi)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(cè)值。其它四種非地帶性植被類(lèi)型除了木材密度高于零模型預(yù)測(cè)值外,其余5個(gè)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(cè)值。除了葉磷含量外,其余5個(gè)功能性狀的最近鄰體距離標(biāo)準(zhǔn)差在非地帶植被類(lèi)型中都高于地帶性植被類(lèi)型。在地帶性植被類(lèi)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(cè)值,而在非地帶性植被類(lèi)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(cè)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(lèi)似的規(guī)律。環(huán)境較為溫和的地帶性植被類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(cè)值,表明這兩種地帶性植被功能多樣性主要受隨機(jī)過(guò)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(lèi)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(shí)受隨機(jī)過(guò)程、環(huán)境篩和限制相似性的影響。另外,六種森林植被類(lèi)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(lèi)型譜系聚集的具體原因還有待進(jìn)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(lèi)型形成的物種豐富度梯度下,3D-相對(duì)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(fù)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(lèi)型都表現(xiàn)出大多數(shù)物種密集分布在少數(shù)幾個(gè)功能實(shí)體內(nèi),形成了少數(shù)功能實(shí)體的功能超冗余模式。研究還發(fā)現(xiàn),六種森林植被類(lèi)型都有一定程度的功能脆弱性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S718.5

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本文編號(hào)：1326240