【摘要】：植物功能性狀是指影響植物存活、生長(zhǎng)、繁殖和死亡的生物特征,如最大高度、木材密度、比葉面積、光合能力、固氮能力、葉片養(yǎng)分含量、果實(shí)類(lèi)型、種子大小和散布方式等植物形態(tài)、生理和物候等特征,這些特征能夠反映植物對(duì)外部環(huán)境的響應(yīng),并且能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。功能性群落結(jié)構(gòu)(functional community structure)是指群落中不同物種在多維功能性狀空間中的分布和相對(duì)多度。基于功能性狀的功能性群落結(jié)構(gòu)分析可將植被的基本特性與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有效的聯(lián)系起來(lái),已成為現(xiàn)代群落生態(tài)學(xué)中一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。亞熱帶常綠闊葉林是我國(guó)亞熱帶地區(qū)最具代表性的植被類(lèi)型,是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、生物多樣性最豐富的地帶性植被類(lèi)型之一,對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和全球碳平衡等都具有極重要的作用。地帶性的亞熱帶常綠闊葉林在緯度偏北或海拔偏高處,往往會(huì)由于適應(yīng)低溫環(huán)境而出現(xiàn)不同程度的落葉成分,從而形成亞熱帶常綠落葉闊葉混交林。有關(guān)亞熱帶常綠落葉闊葉混交林及其生態(tài)服務(wù)功能的研究還不多,而對(duì)其功能性群落結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)的研究還沒(méi)有開(kāi)展過(guò)。本論文以鄂西南兩個(gè)自然保護(hù)區(qū)(星斗山保護(hù)區(qū)和木林子保護(hù)區(qū))內(nèi)典型的亞熱帶常綠落葉闊葉混交林為對(duì)象,在系列固定樣地建立和群落與環(huán)境特征調(diào)查測(cè)定的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了亞熱帶常綠落葉闊葉混交林的類(lèi)型及其群落結(jié)構(gòu)與物種多樣性特征。以木林子自然保護(hù)區(qū)內(nèi)皆伐后處于不同恢復(fù)階段(20年,35年和老齡林)的林分為對(duì)象,在測(cè)定環(huán)境因子與植物功能性狀的基礎(chǔ)上,探討了亞熱帶常綠落葉闊葉混交林物種多樣性、植物功能性狀、功能多樣性及譜系多樣性的自然恢復(fù)規(guī)律,以期為區(qū)域森林植被保育及其生態(tài)服務(wù)功能恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)應(yīng)用TWINSPAN分類(lèi)系統(tǒng)并結(jié)合DCA排序,將鄂西南星斗山自然保護(hù)區(qū)和木林子自然保護(hù)區(qū)的亞熱帶常綠落葉闊葉混交林劃分為5個(gè)群落類(lèi)型。多元回歸分析結(jié)果表明海拔、坡向、土壤全氮、土壤全磷、土壤速效氮、土壤速效磷是影響群落分布的主要環(huán)境因子,同時(shí),人為干擾也對(duì)群落類(lèi)型的變化產(chǎn)生影響。與熱帶部分地區(qū)樹(shù)種因土壤水分虧缺而出現(xiàn)旱季落葉的情況不同,亞熱帶常綠落葉闊葉混交林的形成更多地是受到海拔升高而形成的低溫脅迫的影響。(2)5個(gè)群落類(lèi)型內(nèi)常綠和落葉物種的比例不同。人為活動(dòng)的干擾會(huì)增加落葉物種在群落中的比例,而常綠物種更易受土壤養(yǎng)分的影響。在多數(shù)群落類(lèi)型中小徑內(nèi)常綠物種的多度、胸高斷面積和重要值均大于落葉物種,而大徑級(jí)內(nèi)落葉物種的物種豐富度、多度、胸高斷面積和重要值均大于常綠物種。(3)以木林子自然保護(hù)區(qū)皆伐后三個(gè)不同恢復(fù)階段(20年,35年和老齡林)的亞熱帶常綠落葉闊葉混交林群落為對(duì)象,分析了環(huán)境因子和物種多樣性特征的自然恢復(fù)規(guī)律。隨著恢復(fù)時(shí)間的增加,物種多樣性表現(xiàn)出單峰型的變化趨勢(shì),符合中度干擾假說(shuō)。在自然恢復(fù)的過(guò)程中,常綠物種豐富度、多度、胸高斷面積逐漸增加,而落葉物種豐富度和多度逐漸下降,但胸高斷面積也在逐漸增加。土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷等養(yǎng)分含量隨著恢復(fù)時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先下降再升高的趨勢(shì),20年次生林和老齡林無(wú)顯著差異,但是恢復(fù)35年的土壤養(yǎng)分與老齡林差異顯著。林冠開(kāi)闊度隨著恢復(fù)時(shí)間的增加而逐漸降低。20年次生林物種分布主要受土壤ph值、全磷及林冠開(kāi)闊度的影響,常綠物種主要受土壤ph值的影響,而落葉物種主要受到土壤ph值和林冠開(kāi)闊度的影響。35年次生林物種分布主要受土壤速效鉀、全磷和林冠開(kāi)闊度的影響,常綠物種主要受土壤速效鉀和林冠開(kāi)闊度的影響,而落葉物種則主要受土壤速效鉀的影響。影響老齡林常綠和落葉物種分布的主要環(huán)境因子是土壤ph值、速效氮和全磷。此外,老齡林的落葉物種還受到土壤速效鉀的影響。(4)隨著恢復(fù)時(shí)間的增加,植物功能性狀發(fā)生了顯著的變化。群落水平的比葉面積、葉片氮含量、葉片磷含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),而比莖密度和葉厚度呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)不同恢復(fù)階段常綠和落葉物種功能性狀平均值的分析發(fā)現(xiàn),各個(gè)恢復(fù)階段常綠物種的平均比葉面積、葉氮含量和葉磷含量均顯著小于落葉物種,而落葉物種的平均比莖密度和葉片厚度均顯著小于常綠物種。不同恢復(fù)階段植物功能性狀的變化反映了群落逐漸由生長(zhǎng)迅速而對(duì)資源快速獲取的開(kāi)拓性的落葉物種被生長(zhǎng)緩慢而對(duì)資源利用更為保守的常綠物種替代的變化過(guò)程。不同恢復(fù)階段群落水平植物功能性狀受光照和土壤養(yǎng)分影響的程度不同,恢復(fù)早期和中期的次生林主要受林冠開(kāi)闊度的影響,而老齡林主要受土壤養(yǎng)分的影響。(5)功能多樣性各指標(biāo)隨著恢復(fù)時(shí)間的增加而發(fā)生顯著的變化。功能豐富度和功能均勻度均呈現(xiàn)單峰型分布的趨勢(shì)。功能分離度表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì),但各個(gè)恢復(fù)階段之間差異都不顯著。功能離散度也表現(xiàn)為恢復(fù)中期最高的趨勢(shì),老齡林的功能離散度顯著小于2個(gè)次生林。物種豐富度與功能多樣性表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。在20年次生林中,群落功能多樣性主要受林冠開(kāi)闊度、土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的影響。35年次生林的功能多樣性主要受林冠開(kāi)闊度和全磷的影響。而老齡林的功能多樣性主要受全磷和速效氮的影響。(6)隨著恢復(fù)時(shí)間的增加,群落內(nèi)植物凈譜系親緣關(guān)系指數(shù)(NRI)和凈最近種間親緣關(guān)系指數(shù)(NTI)先下降再升高。在群落恢復(fù)過(guò)程中,群落譜系結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出由聚集轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)散結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)。群落譜系多樣性(PD)隨恢復(fù)時(shí)間的增加呈現(xiàn)出單峰型分布的趨勢(shì)。恢復(fù)早期群落的譜系結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)聚集的特征,反映了環(huán)境(主要是光照和土壤因子)篩具有重要的作用。而恢復(fù)晚期群落的譜系結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)發(fā)散的特征,說(shuō)明環(huán)境篩的作用在逐漸減少,而物種間的相互作用在逐漸增加。
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【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S718.5
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本文編號(hào)：2442056