中国不同气候区四种森林植被木本植物的功能生态位及其地理分异规律

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:my_lyb
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生态位指物种在生态系统中的位置和作用,实际上是其所有生存条件的总和。植物功能性状是植物在生长发育过程中与环境长期相互作用而产生的有利于其生存适合度的性状。由于难以全面获取物种的生境梯度参数,严格按照定义进行生态位研究几乎不可能,因此,现实中的生态位分析多采用间接的方法。近年来,通过功能性状构建多维功能生态位是探讨植物生态适应与潜在分布的全新途径。功能生态位指物种在多维功能空间中的相对位置。类似于化学元素周期表,生态位周期表指生物群落中不同物种之间的生态位关系位序表。因为生态位具有多维空间属性,所以不能完全用二维元素周期表的模式来理解生态位周期表。分析不同气候区森林植被植物功能生态位及其周期性,对于揭示森林植被的群落组配机制、演替动态和地理分异具有重要理论意义。本研究以我国不同气候区的四种森林植被中的木本植物为对象,在对各区域已建立的多个森林动态样地【2018年4月至2019年7月,在热带雨林(海南霸王岭)、亚热带常绿落叶阔叶混交林(湖北木林子和星斗山)、温带针叶阔叶混交林(甘肃小陇山)和寒温带针叶林(新疆喀纳斯)中各建立50个20 m×20 m森林动态样地】群落调查、木本植物功能性状和环境因子测定,以及已有数据库信息挖掘的基础上,探索不同区域基于功能性状的木本植物功能生态位及其周期性,辨识功能生态位的主导功能维度,阐明影响不同气候区森林植被木本植物功能生态位超体积地理分异的非生物(气候、土壤)与生物(群落结构特征、谱系特征)因素,以期拓展功能生物地理学理论,为不同气候区森林植被的保育与恢复提供科学依据。主要研究结果如下:(1)在四种森林植被木本植物功能生态位空间中,叶经济是木本植物功能生态位的主导功能维度,比机械支撑和繁殖物候更重要。在叶经济维度上,比叶面积是热带雨林、亚热带常绿落叶阔叶混交林和寒温带针叶林的主要功能梯度,叶干物质含量是温带针叶阔叶混交林的主要功能梯度。在机械支撑维度上,茎组织密度是热带雨林、亚热带常绿落叶阔叶混交林和温带针叶阔叶混交林的主要功能梯度,植株大小是寒温带针叶林的主要功能梯度。在热带、亚热带、温带森林木本植物的功能生态位空间中,不同科的远亲缘物种具有相似的功能性状组合,不断出现在同一功能生态位附近,体现了木本植物功能生态位具有周期性。(2)不同气候区森林植被木本植物的功能生态位地理分异规律表现为,随着纬度逐渐升高,从热带雨林至寒温带针叶林,木本植物比叶面积逐渐增大,茎组织密度逐渐降低,叶面积和植株大小逐渐减小,体现了不同植被木本植物的资源利用策略从保守型转向获取型。热带雨林、亚热带常绿落叶阔叶混交林、温带针叶阔叶混交林、寒温带针叶林的木本植物各自占据其相应的功能生态位空间,其中有部分亚热带森林木本植物的功能生态位向温带和热带森林木本植物趋同。(3)不同气候区森林植被木本植物的功能生态位超体积及其重叠程度的地理分异规律表现为,由热带雨林至寒温带针叶林,不同植被木本植物的功能生态位超体积总体呈缩减趋势。随着纬度跨度增加,不同植被木本植物的功能生态位超体积重叠程度逐渐降低,表明不同植被木本植物功能差异增大。亚热带常绿落叶阔叶混交林与温带针叶阔叶混交林木本植物的功能生态位超体积重叠程度最高,重叠指数为0.67,热带雨林与寒温带针叶林木本植物的功能生态位超体积重叠程度最低,重叠指数为0.19。(4)气候、土壤两类环境因素对不同气候区森林植被木本植物的功能生态位超体积分异的总解释力为50%,气候因素的单独解释力(28%)高于土壤因素(16%)。不同植被木本植物的功能生态位超体积与年平均温度和年降水量正相关,与土壤p H值、土壤有机质含量、土壤全氮和全磷含量负相关。影响不同植被木本植物功能生态位超体积地理分异的关键环境因素为:年平均温度、土壤p H值和土壤全氮含量。(5)在物种丰富度、个体多度、潜在最大株高和胸径面积四个群落结构指标中,仅物种丰富度对不同气候区森林植被木本植物的功能生态位超体积地理分异有显著影响。不同森林植被木本植物的功能生态位超体积与群落物种丰富度为正相关关系。(6)不同气候区森林植被木本植物的功能生态位超体积与群落谱系距离(平均最近谱系距离MNTD和平均谱系距离MPD)的关系呈单峰型变化趋势:在热带雨林、亚热带常绿落叶阔叶混交林及温带针叶阔叶混交林中呈逐渐上升趋势,而在寒温带针叶林中呈逐渐下降趋势。
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