中国克隆植物分布格局的环境与谱系解释

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克隆性是克隆植物所具有的特殊生活史性状。克隆性使得克隆植物具有较强的适应胁迫环境的能力和资源竞争能力,促使克隆植物存在于几乎所有的生态系统中,并在许多生态系统中处于主导地位。克隆植物的地理分布如此广泛,但对于克隆植物在大尺度连续空间的分布格局及其成因解释的研究一直很缺乏。研究克隆植物的分布在大尺度连续空间的变异,不仅有助于阐明克隆植物对复杂环境的适应策略,而且有利于认识克隆植物在植被群落中的重要性及其对生态系统的组成、结构和功能的影响,为预测环境变化下植被群落结构的变化以及克隆植物在退化生态系统重建中的应用提供理论支持。  本文采用宏生态学的方法,使用中国克隆植物在545个陆地植物群落中分布的样方数据,分别从不同植被类型、不同生长型、不同谱系分支等角度,分析了中国克隆植物的分布格局及其与环境之间的关系。本研究得出以下主要结果:  1)克隆植物在多数植物群落中占有较大比例(6.70%到100%,平均为43.01%),并且与群落物种丰富度有显著关系。整体上,随着克隆植物在群落物种中比例的升高,群落的物种丰富度逐渐降低。但是,在亚热带常绿阔叶林区和暖温带落叶阔叶林区,克隆植物在群落中的比例与群落物种丰富度呈负相关关系;而在温带草原区,克隆植物在群落中的比例与群落物种丰富度呈正相关关系。  2)克隆植物在群落中的比例在各植被区中的差异显著,且其分布与地理因子的关系显著。中国北部、西部植被区如温带草原、温带荒漠以及青藏高原植被区的群落中,克隆植物比例显著高于中国中部、南部植被区如热带雨林季雨林区、亚热带常绿阔叶林区和暖温带落叶阔叶林区。随着经度的升高,克隆植物在群落中的比例先呈现逐渐下降趋势,之后呈现上升趋势。克隆植物比例随着纬度的增高而逐渐上升。克隆植物比例随着海拔的升高而上升,但到高海拔阶段,随着海拔的升高而渐渐下降。  3)克隆植物在群落中的比例随着年平均温度以及极端低温的升高而逐渐下降,随着温度季节性变量值的上升而上升。在年降水较低的情况下,克隆植物分布较多;在年降水较高(超过2500 mm)的情况下,克隆植物分布也较多。结构方程模型的结果展示了年均温和温度季节性对克隆植物分布产生了直接的负效应。年平均降水对克隆植物分布有直接的正效应。降水季节性对克隆植物分布没有直接效应,而是通过年降水,对克隆植物分布产生了间接效应。  4)木本与草本克隆植物分别展示了显著甚至相反的地理格局与气候格局。木本克隆植物分布与纬度、气候季节性成负相关,与经度、温度、降水成正相关。草本克隆植物的分布与纬度、海拔与气候季节性成正相关,与温度、降水成负相关。草本植物的克隆比例显著高于木本植物,且与气候的关系更为密切。  5)各谱系分支的克隆植物分布展示了多样甚至相反的地理与气候格局。单子叶植物类群中的克隆植物种类比例较高,且与木兰类的克隆植物分布有类似格局。蔷薇类和菊类的克隆植物分布有相似格局,且与木兰类、单子叶植物类群相异甚至相反。随着谱系分支从纲水平到目水平的细化,克隆植物的分布及其与气候的关系更加复杂多样。杜鹃花目、樟目、金虎尾目的克隆植物倾向温度较低,降水较少且气候季节性波动较大的环境;而蔷薇目、菊目、壳斗目等的克隆植物则倾向温度较高、降水较多且气候季节波动性较小的环境;而龙胆目与无患子目等的克隆植物则倾向温度、降水与气候季节性波动性都较适中的环境。  这些结果表明,克隆植物广泛分布于中国各种自然植被群落中,且影响着物种多样性的组成和结构。而且,克隆植物在中国的分布具有明显地理格局与气候格局。尤其在胁迫环境下,克隆植物更常见。这都说明了克隆植物对压力环境具有较强的适应能力。克隆植物分布与环境的关系存在着较强的生活型依赖与谱系发育依赖。这些依赖造成的克隆性与环境的关系在不同生活型以及谱系分支间的差异,可能是导致克隆植物的分布与所选环境因子之间的关系较弱的原因之一。克隆植物适应胁迫环境的特点有利于我们利用克隆植物进行退化生态系统的重建与恢复。而且,在未来的全球气候变化下,克隆植物对环境变化的响应,将改变群落物种多样性结构,并将导致生态系统结构与功能的变化。在未来的植物与环境关系的研究中,要重视对生活型以及系统进化角度的认识,更好地理解植物对环境变化的响应。
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