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基于功能性状及谱系结构的南亚热带森林物种共存机制研究

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森林群落物种共存机制是群落生态学研究的核心论题之一,它可以揭示不同物种在同一生境中如何形成稳定的群落结构,以及这些结构如何维持物种共存和多样性。南亚热带常绿阔叶林是我国生物多样性最丰富的森林类型之一,揭示其物种共存的机制有助于为森林生物多样性保护和恢复提供科学依据和技术支持,促进森林功能、生态服务、人类福祉和可持续发展的协调统一。基于功能性状和谱系结构的推断不同生态过程对群落物种共存的相对作用的分析方法,为探讨物种共存机制等科学问题提供了崭新的视角和思路。本文以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林大型固定样地为研究对象,通过野外调查、环境因子和功能性状的测定、以及构建谱系树,旨在从功能性状和谱系结构的角度探讨南亚热带常绿阔叶林群落物种共存机制。主要结果如下: (1)南亚热带森林常见种和偶见种的物种共存机制及其影响因子 将鼎湖山南亚热带常绿阔叶林群落物种细分为常见种和偶见种,探讨两者如何在群落中和谐共存。功能性状加权平均值在常见种和偶见种间差异显著,表明两者对于所处环境采取不同的适应策略,进而占据不同的生态位,维持群落物种共存机制的稳定。群落中数量较少的偶见种保持着较高比例的功能实体数量。功能冗余度与常见种和偶见种的物种数量显著正相关,功能过度冗余度与偶见种数量显著正相关,功能脆弱度与常见种和偶见种数量呈显著负相关。在地形因子方面,海拔是影响常见种功能多样性的最关键地形因子,凹凸度是影响偶见种功能多样性的最关键地形因子。在土壤因子方面,土壤含水率是影响常见种功能多样性的最关键土壤因子,速效钾是影响偶见种功能多样性的最关键环境因子。常见种和偶见种在功能多样性方面存在差异,在群落中发挥了不同的生态功能,促使两者和谐共存。研究结果表明,尽管物种丰富的热带森林具有较高的功能冗余,但其提供的保险效应不能抵消生态系统的功能脆弱性。减少具有独特功能实体和偶见种的损失是避免热带森林群落物种共存机制和生态系统功能损伤的有效和必要的方法。 (2)基于STEPCAM模型量化各生态过程对物种共存机制的相对作用 基于鼎湖山南亚热带常绿阔叶林大型固定样地大尺度的物种数据和功能性状监测数据,采用STEPCAM模型量化扩散限制、环境过滤和相似性限制对物种共存的的相对作用。研究发现鼎湖山南亚热带常绿阔叶林物种共存主要是由扩散限制过程驱动的,扩散限制过程的相对作用均值为76.7%,环境过滤过程的相对作用均值为15.4%,相似性限制过程的相对作用均值为7.9%,且三个过程相对作用存在显著差异。随着空间尺度的增大,扩散限制对群落物种共存的相对作用没有显著差异,环境过滤对群落物种共存的相对作用逐渐降低,相似性限制对群落物种共存的相对作用逐渐降低。在不同个体生长阶段上,扩散限制、环境过滤和相似性限制的相对作用存在显著差异,表现为扩散限制>环境过滤>相似性限制。扩散限制的相对作用在不同个体生长阶段间存在显著差异,随着生长阶段的增长,扩散限制对森林群落物种共存的相对作用先增大后减小。随着生长阶段的增长,生态位理论的环境过滤和相似性限制对森林群落物种共存的相对作用都逐渐变大。 (3)基于功能性状和谱系结构特征的南亚热带森林常绿阔叶林物种共存机制分析 鼎湖山南亚热带森林群落具有较高的生物多样性,本研究通过计算功能性状的系统发育信号,以及分析功能性状和谱系结构的分布格局,探究不同生态过程对群落物种共存的影响。研究表明:南亚热带常绿阔叶林群落功能性状的系统发育信号较弱,表明进化历史对于该群落物种共存的影响强度不高。同时也暗示了其功能性状和谱系结构分布格局可能存在差异,缺乏一致性。基于功能性状分布格局的结果表明,环境过滤对南亚热带常绿阔叶林群落物种共存的作用具有尺度依赖性,及随着空间尺度的增大逐渐增强。基于谱系结构的物种共存机制结果表明,环境过滤对南亚热带常绿阔叶林群落物种共存的起主导作用,但不具有尺度依赖性,即随着空间尺度的增大没有变化。通过研究南亚热带森林的功能性状和谱系结构特征,揭示在不同尺度不同生态过程对群落物种共存的作用,为该区域森林群落的多样性保护和可持续发展提供科学依据。

周景钢

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南亚热带森林 物种共存机制 功能性状 谱系结构

硕士

生态学

魏识广

2023

广西师范大学

中文

S7