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物种和群落沿环境梯度的分布一直以来都是植被生态学研究的热点。而物种的分布又和资源的分布紧密相关。植物对资源的选择利用决定于它具有的功能策略。因而预测和分析这些功能策略沿环境梯度的分布,也逐渐成为了植被生态学研究的核心问题。已经有很多大尺度上的研究证明,由于植物对结构组织和生长死亡率的资源配给有一定的平衡,使得植物功能性状沿一定的环境梯度分布。而这些大尺度上发现的性状-环境规律应该是局域或小尺度上相似规律的累积。此外,也有很多的研究利用植物性状来探讨决定森林中群落物种共存的机制,但是多数的工作都集中在分析性状相似性和生境过滤的作用,少有研究同时将环境因子、扩散限制、谱系进化关系和群落植物性状分布联系在一起,特别是在物种多样性高的亚热带森林中。
基于上述研究背景,我们提出在群落尺度上,植物性状也应该沿一定的土壤梯度分布。由此,我们预测:1)在肥沃且酸度低的土壤上生长的个体具有的植物性状,应该与高的资源获取能力和高的生长速率紧密相关;2)环境过滤作用、扩散限制带米的空间作用以及谱系相似性共同作用形成了群落物种共存。
利用来自巴拿马BarroColoradoIsland(BCI)50公顷样地和浙江古田山24公顷样地中的群落调查数据、物种分布数据、植物性状数据(比叶面积、叶面积、种子重量、树木密度、最大树高)、环境数据(地形和土壤)以及利用分子技术得到的谱系进化树开展下列研究:1)验证在局域尺度内的物种水平和群落水平上发现的性状-土壤关系是否和大尺度上预测的一致,并且对热带和亚热带森林中发现的结果进行对比分析;2)利用基于平均成对性状距离和平均邻体最近距离的零模型来量化古田山群落中的性状分布格局,然后通过方差分解的方法,验证由环境因子、空间因子、谱系因子及它们两两作用或共同作用各自解释的方差比例,由此判定决定物种共存的内在机理。
尽管在古田山样地中发现,无论在物种水平还是群落水平上,叶面积和树木密度与土壤之间的关系和大尺度上发现的是一致的,但两个样地中的其它关系和我们预测的结果间都有很大的差异。特别是在物种水平上,性状-土壤间的关系较弱,这也一定程度上弱化了群落水平上的结果。而BCI样地中较弱的土壤-性状关系也可能是由于样地内生境异质性较小带来的结果。综合两个样地的性状-土壤关系可以得出,土壤因予只能解释群落巾性状分布与环境关系的一部分,未来的研究需要结合光资源以及其它非生物因子的作用。
对古田山样地五种性状空间分布的研究结果发现,大部分的性状受到非随机过滤作用的影响,呈现聚集分布。而方差分解的结果进一步验证了生境过滤作用在形成群落中的重要性。除环境因子之外,空间因子在解释性状分布中的次重要性也证明了扩散限制也是古田山物种共存的重要决定因子。而谱系进化关系在性状分布中未能起到显著作用,说明只利用谱系结构无法解释古田山样地中基于性状分析的群落物种共存,同时也警示我们不能利用系统发育信息来完全替代性状信息。除以上三者之外,植物性状空间分布中还有大量未被解释的方差,其原因可能是由随机过程或是性状和环境因子选择的偏差造成,这将是我们下一步研究的问题。