东北温带森林群落不同空间尺度下β多样性及群落构建机制

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z123098281
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群落构建机制一直以来都是生态学研究的核心问题。近年来,通过分析不同群落的β多样性差异,解释为什么有的群落物种组成变化大有的群落物种组成变化小,生态学家们已对影响群落构建的生态机制有了较为全面的认识,认为局域群落结构是生态位过程和中性过程共同作用的结果,同时还受到物种库大小的限制。但是,尽管尺度效应对β多样性及其构建机制影响的重要性越发凸显,仍有许多悬而未决的重要论题亟待解决:一方面,生态位过程和中性过程对局域尺度群落构建影响的相对重要性仍存在争议,且二者随取样尺度的变化规律还不清楚,从物种和样方分别对β多样性的贡献这两个角度分析森林群落β多样性格局影响因素的研究尚未有之;另一方面,分析大范围环境梯度下β多样性变化规律的研究中,定量分析多尺度生态过程具体作用大小的研究尚未见报道,区域生态过程和局域生态过程对其影响的相对重要性尚未得到验证。本研究基于中国东北地区温带森林大样地和地理网格样地数据,以点、面结合,从局域和区域尺度全面分析了影响温带森林群落β多样性格局的生态机制,比较了不同生态机制的相对作用大小,讨论了温带森林群落β多样性格局及其影响机制的尺度依赖性,研究将为补充和完善生态理论框架中生物多样性的产生和维持机制提供重要的事实和理论依据。研究主要结果概括如下:1.通过比较局域尺度上零模型模拟的随机群落与实际群落物种组成结构差异,发现实际群落的物种组成相似性显著低于随机群落,表明实际群落中的物种在空间上呈聚集分布,这种聚集分布格局是以环境过滤为主的生态位过程和以扩散限制为主的中性过程共同作用的结果,两种作用机制中,中性过程的作用大于生态位过程。2.在局域尺度上,设计4种不同大小的取样单元,计算β多样性,通过方差分解量化环境过滤和扩散限制过程分别对群落物种组成结构的影响。结果发现局域群落的β多样性及其构建机制均有尺度依赖性,具体表现为:随着取样尺度不断增大,群落β多样性值逐渐降低,环境过滤的作用逐渐增加,扩散限制的作用没有明显的变化趋势;环境过滤和扩散限制作用的相对重要性随取样尺度发生明显变化:取样尺度较大时,环境过滤的影响更大,取样尺度较小时,扩散限制的作用更强。3.通过将局域群落β多样性分解为样方和物种分别对β多样性的贡献(即LCBD和SCBD),分别衡量了样方的物种组成独特性和物种对β多样性贡献的相对重要性,分析了LCBD与物种丰富度、多度和环境条件的相关性,以及SCBD与物种多度、生理和生态特征的相关性。结果发现LCBD与物种丰富度显著负相关,与丰富度的二次项显著正相关,与样方中的个体多度显著正相关,与海拔和坡度显著正相关,这些相关关系在实际群落中表现为物种组成独特的样方通常物种丰富度较低,个体数较多,主要分布在海拔较高和坡度较大的地方。SCBD与物种多度显著正相关,与生态位位置显著负相关,与生长型显著相关,表明对β多样性有显著贡献的物种通常个体数较多,在不同样方之间表现出很大的数量差异,其生理和生态位特征对SCBD有显著影响。4.温带森林群落β多样性在区域尺度上随纬度增加而降低,通过在多个空间尺度上构建与环境异质性相关的随机群落,比较其与实际群落物种组成结构差异,将影响局域群落构建的生态过程定量分解为区域-地带、地带-区、区-小区、小区-样地尺度的环境过滤作用和样地内尺度的空间聚集作用,比较各尺度生态过程的相对作用大小并分析其在纬度梯度的变化格局。结果发现β多样性纬度梯度格局的形成是多尺度环境过滤和空间聚集共同作用的结果:首先,环境过滤通过从大尺度到小尺度的不同空间层次的环境因素,逐步从区域物种库中筛选出最适应局域环境条件的物种,然后,空间聚集过程最终决定了所选物种在群落内的空间分布。其中,区域-地带、小区-样地和样地内尺度过程起主导作用。区域-地带尺度的环境过滤主要与气温、降水、风速、海拔、土壤深度等环境因子相关,作用大小随纬度增加而增强;小区-样地尺度的环境过滤主要与气温、降水、坡度、坡向、凋落物厚度等环境因子相关,作用大小随纬度增加而减弱;样地内尺度的空间聚集过程作用大小随纬度增加而减弱。5.乔木、灌木和草本植物的β多样性在区域尺度上均随纬度增加而降低。通过比较零模型模拟的随机群落与实际群落物种组成结构差异,将影响群落构建的生态过程定量分解为区域和局域生态过程作用,比较二者的相对作用大小并分析其在纬度梯度的变化格局。结果发现区域和局域过程对β多样性纬度梯度格局的相对作用大小在乔木、灌木和草本3个生活型中不同。对乔木而言,区域和局域过程对纬度梯度上β多样性的变化均有显著影响,区域过程作用大小随纬度增加而增加,局域过程作用大小随纬度增加而降低,且区域过程的影响远强于局域过程。对于灌木而言,区域过程作用大小随纬度增加而增加,局域过程作用不随纬度梯度变化,且区域过程的作用大于局域过程。对草本而言,区域过程作用大小随纬度增加而增加,局域过程作用不随纬度梯度变化,且区域过程与局域过程作用大小相近。
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