【摘要】：熱帶森林是世界上擁有生物多樣性最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。各種生物之間又以復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)使森林形成一個(gè)區(qū)別于其組成部分(如樹(shù)木)的整體。森林也因此成之為典型的層級(jí)系統(tǒng),每一個(gè)上層復(fù)雜組織(如森林)都由下層的發(fā)生相互作用的組成部分(如樹(shù)木)構(gòu)成,而且不同層級(jí)之間還會(huì)相互聯(lián)系與影響,如森林的上層結(jié)構(gòu)和功能(如群落物種組成和森林系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力)會(huì)受處于該層級(jí)關(guān)系下層的樹(shù)木和樹(shù)木間的相互作用的影響;而森林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的改變(如森林垂直結(jié)構(gòu)的變化改變了森林的光資源分布)也可能反過(guò)來(lái)影響樹(shù)木間的相互作用。本論文通過(guò)跨越和整合森林的不同層級(jí),以樹(shù)木間的相互作用為核心生態(tài)學(xué)過(guò)程,研究了自下而上和自上而下的過(guò)程是如何分別影響一個(gè)熱帶森林的結(jié)構(gòu)和功能。本論文利用來(lái)自巴拿馬Barro Colorado Island(BCI)的一個(gè)50 ha森林樣地的長(zhǎng)期調(diào)查數(shù)據(jù),以樹(shù)木的生長(zhǎng)和死亡動(dòng)態(tài)為研究對(duì)象,通過(guò)基于樹(shù)木個(gè)體的層次貝葉斯模型,探索了三個(gè)問(wèn)題:(1)樹(shù)木間的相互作用如何影響森林群落的物種多度格局的形成和維持;(2)樹(shù)木間的相互作用如何影響森林生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力;(3)由干旱介導(dǎo)的森林結(jié)構(gòu)和資源狀態(tài)的改變又是如何影響樹(shù)木間的相互作用。首先,本論文發(fā)現(xiàn)樹(shù)木間的相互作用與樹(shù)木間的譜系和功能性狀相異性息息相關(guān),具體表現(xiàn)為,當(dāng)鄰體樹(shù)木與目標(biāo)樹(shù)木在譜系和功能性狀上的相異性越大時(shí),目標(biāo)樹(shù)木生長(zhǎng)越快。這種正的鄰體相異性效應(yīng)還與物種在群落中的多度有顯著關(guān)系,具體表現(xiàn)為,豐富種比稀有種受到更強(qiáng)的正鄰體相異性效應(yīng)。該非對(duì)稱的正鄰體相異性效應(yīng)使處于生長(zhǎng)劣勢(shì)的稀有種在其極其稀有的情況下反而具有相對(duì)于豐富種的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),從而幫助稀有種在群落中維持。這些結(jié)果表明由功能性狀和譜系介導(dǎo)的樹(shù)木間相互作用對(duì)該森林群落中物種多度格局的形成和維持(即森林的主要結(jié)構(gòu)特征之一)有重要的影響,也表明了自下而上的過(guò)程對(duì)森林結(jié)構(gòu)的影響。其次,本論文還發(fā)現(xiàn)發(fā)生于局域水平的正鄰體相異性效應(yīng)可以上溯至生態(tài)系統(tǒng)水平并影響其初級(jí)生產(chǎn)力。當(dāng)群落的物種豐富度較高時(shí),群落的平均鄰體相異性也較高,從而平均個(gè)體生長(zhǎng)速率也較快,進(jìn)而促進(jìn)了正的物種多樣性-生產(chǎn)力關(guān)系的形成。該結(jié)果從一種新的角度(即鄰體水平的互補(bǔ)效應(yīng))為天然的熱帶森林中的多樣性-生產(chǎn)力關(guān)系提供了機(jī)制性的解釋,也說(shuō)明了由功能性狀和譜系介導(dǎo)的樹(shù)木間相互作用對(duì)森林系統(tǒng)功能的重要影響。綜合上述兩方面的結(jié)果表明,自下而上的過(guò)程(即樹(shù)木間的相互作用)是決定該熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的重要的因素。最后,本論文以發(fā)生于該森林的一次大干旱為研究對(duì)象,研究了由干旱引起的森林垂直結(jié)構(gòu)的改變及其對(duì)樹(shù)木間相互作用過(guò)程的影響。本文發(fā)現(xiàn)此次干旱引發(fā)大量的大樹(shù)死亡,從而使林下的光資源水平增加,并進(jìn)一步使由單位面積葉干重介導(dǎo)的對(duì)小樹(shù)存活的鄰體相異性效應(yīng)在干旱期很微弱,而該效應(yīng)在干旱后卻表現(xiàn)為顯著的正效應(yīng)。這部分結(jié)果表明了森林結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的改變也會(huì)影響樹(shù)木間的相互作用,即表明了自上而下過(guò)程的重要性。這部分研究還表明了干旱還可通過(guò)改變樹(shù)木間相互作用間接影響森林對(duì)干旱的響應(yīng),這對(duì)于更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)干旱和其他氣候變化事件對(duì)森林的影響有重要的意義。綜合起來(lái),本論文的研究促進(jìn)了熱帶森林中關(guān)于物種共存、稀有種形成、多樣性-生產(chǎn)力關(guān)系和氣候變化對(duì)森林的間接影響等重要的生態(tài)學(xué)問(wèn)題的理解。此外,本論文通過(guò)實(shí)例研究闡述了一種系統(tǒng)的森林生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)論:在認(rèn)識(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)時(shí),我們要用聯(lián)系的觀點(diǎn)考慮森林不同層級(jí)、及不同層級(jí)之間的關(guān)系和相互作用,即要既見(jiàn)樹(shù)木又見(jiàn)森林。最后,本論文還建議,未來(lái)的研究若能夠考慮以下兩點(diǎn)可能會(huì)極大地促進(jìn)在“樹(shù)木相互作用對(duì)森林結(jié)構(gòu)和功能的影響”相關(guān)方面的研究進(jìn)展:(1)物種內(nèi)的功能性狀變異是如何影響樹(shù)木間的相互作用,并進(jìn)一步地影響森林的結(jié)構(gòu)和功能;(2)多種種群統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)(如生長(zhǎng)、存活和更新)如何共同作用和決定森林的結(jié)構(gòu)和功能;這些過(guò)程在樹(shù)木的不同發(fā)育階段又有何差異。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S718.5

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本文編號(hào)：2354534