区域与局域过程对中国亚热带和热带森林乔木层植物多样性维持的相对贡献

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:soy_chen
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生物多样性的分布格局及其维持机制是生态学和生物地理学研究的核心问题。学者们针对不同尺度的生态与进化过程如何构建植物群落多样性已开展了很多研究,但区域过程对局域群落构建的影响常被忽略。综合考虑区域和局域过程的共同作用对深入理解群落生物多样性维持机制具有重要意义。为厘清区域和局域过程在植物群落构建中的重要性,本研究以我国亚热带和热带植被数据集为基础,以2960个森林群落乔木层的3307个木本植物物种为研究对象,从多尺度(区域尺度和局域尺度)、多维度(物种多样性、谱系多样性和功能多样性)和多测度(基于物种出现与否和物种多度)的角度,深入分析区域与局域过程对我国亚热带和热带森林乔木层植物多样性格局的相对贡献。主要结果如下:(1)区域和局域过程对群落物种多样性格局影响的分析表明,物种丰富度与辛普森指数沿纬度由南向北递减,而物种稀有性则表现出由西向东递减的格局。单独量化区域因子对物种多样性格局的影响发现,区域物种库是物种丰富度和辛普森指数的最佳解释变量(分别占总解释方差的32.9%和32.3%),而人类活动对物种稀有性格局的贡献最大(30.3%)。结构方程模型结果表明,区域和局域过程共同决定群落物种多样性格局,区域过程通过区域物种库直接或间接影响局域群落物种多样性格局。对于物种丰富度和辛普森指数,区域环境变量的贡献大于局域环境变量的影响。而局域环境变量,尤其是气候季节性变量,对物种稀有性格局影响更大。这些结果表明区域物种库、历史环境和人类活动对理解局域物种多样性格局的变异及其驱动力具有重要作用。(2)区域和局域过程对群落谱系和功能多样性格局影响的分析表明,所有植物功能性状均表现出显著的谱系信号(P<0.05),说明谱系进化历史显著影响着植物群落的功能性状多样性及其变异。谱系和功能多样性格局具有空间不一致性:谱系多样性与纬度或经度显著负相关,支持了热带生态位保守假说(tropical niche conservatism hypothesis);而功能多样性与纬度显著正相关,表明分布区北部占据着更大的功能空间,而且生态位分化程度更高。区域物种库和当前气候主要影响谱系多样性,而群落的谱系结构主要受历史气候和区域环境异质性的影响。对功能多样性而言,功能丰富度主要受历史气候的影响,而当前气候主要影响功能离散度。当代区域温度(路径系数为0.298***)和局域温度季节性(路径系数为0.217***)对于基于物种出现的功能离散度的贡献最大,而对于基于物种多度的功能离散度来说,局域温度季节性(路径系数为0.155***)和土壤pH(路径系数为0.164***)的影响大于区域环境变量的影响。这些结果表明生态位过程和历史过程共同决定着该区群落谱系和功能多样性的格局。(3)当代和历史环境因子对植物群落功能组成影响的分析表明,植物功能性状的空间格局可分为两类:最大树高、木材密度、比叶面积、叶片氮、磷含量随纬度升高而增加,种子质量和叶片干物质含量则呈下降趋势。多元空间自回归误差模型的结果表明,当代和历史环境因子共同决定了局域植物群落功能性状组成的空间格局,且当代因子的影响大于历史因子。区域温度和地形异质性显著影响了种子质量与叶相关性状,区域历史气候稳定性与最大树高、木材密度、种子质量和叶面积呈显著正相关。局域土壤pH和温度季节性对植物功能性状的影响都是正向的,而地形因子(坡度和地形位置指数)对群落水平上植物功能性状的影响主要为负效应。上述结果表明,区域尺度的当代和历史的环境过滤和局域尺度的环境因子共同影响植物群落功能性状组成的空间格局。综上所述,区域与局域过程共同作用于我国亚热带和热带森林群落乔木层植物多样性的空间格局。除当代气候和生境异质性外,亚热带和热带森林植物群落多样性也受区域的历史气候稳定性和局域的气候季节性的影响,说明即使该区受第四纪冰期的影响较小,但古气候稳定性依然影响该区植物多样性格局。本研究也表明整合物种出现与多度数据的生物多样性度量方法,可以为更好地理解生物多样性维持机制提供新视角。
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