秦岭和黄土高原辽东栎林群落构建机制研究

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群落构建机制是生态学的焦点论题,其揭示了群落多样性维持和物种共存的内在过程。尽管群落构建理论经过了近百年的发展,但群落构建的主要机制仍然不甚明了。近年来,基于谱系的方法和基于功能性状的方法分别从进化角度和物种功能适应角度提供了研究群落构建机制的新视野,提高了群落多样性维持和物种共存的认识。秦岭和黄土高原地区由于人类活动的频繁影响,植被破坏严重,因此秦岭地区物种多样性保护和黄土高原地区植被恢复建设必须予以高度重视。研究森林植被群落构建机制是植被保护,恢复及其重建的基础。因此,本研究以秦岭和黄土高原地区最稳定的群落——辽东栎(Quercus wataishanica)林为研究对象,结合基于谱系和功能性状的方法分析了秦岭辽东栎林和黄土高原辽东栎林的群落构建机制。主要结果如下:(1)秦岭和黄土高原辽东栎林叶片和非叶片器官的功能性状关联验证了植物叶片与茎、根存在明显的相关。同时,叶片功能性状也与种子质量、植株高度显著相关,表明植株不同器官及组织的功能性状互相协调,共同维持植物的生活史。秦岭辽东栎林和黄土高原辽东栎林由于环境条件的不同,导致两地功能性状及其α组分、β组分存在差异,两地辽东栎林性状间及与环境的关联也存在差异,这些结果都反映出秦岭辽东栎林和黄土高原辽东栎林采取的生活史策略不同,秦岭辽东栎林采取快速生长策略,黄土高原辽东栎林采取耐受策略。(2)秦岭辽东栎林谱系结构趋于聚集,表明环境过滤对该地区辽东栎林群落构建起主导作用,土壤p H和土壤硝氮含量显著影响着秦岭辽东栎林谱系结构,但是相似性限制的作用仍然是不可忽视的;同时,秦岭辽东栎林谱系多样性与多个环境因子显著相关,再次证明环境过滤主导了秦岭辽东栎林谱系构建过程。秦岭辽东栎林不同功能性状表现出的功能结构存在差异,环境过滤对植物群落大部分功能性状构建起主导作用;秦岭辽东栎林中功能丰富度指数FRic与土壤速效磷含量显著相关,说明土壤速效磷含量是影响功能多样性的主要环境因素。秦岭辽东栎林乔木层受环境过滤驱动的谱系聚集程度显著低于灌木层;秦岭辽东栎林乔木层谱系α多样性和谱系β多样性均显著低于灌木层;乔木层和灌木层部分功能性状结构模式不同;乔木层功能丰富度指数(FRic)显著高于灌木层,秦岭辽东栎林两种生活型功能离散度指数(FDiv、FDis、Rao Q)也存在显著差异;这些结果都表明秦岭辽东栎林乔木层和灌木层由于竞争能力等差异采取不同的生活史策略。(3)黄土高原辽东栎林的谱系结构更加趋于聚集,说明环境过滤主导了黄土高原辽东栎林的谱系构建,土壤p H显著影响黄土高原辽东栎林谱系结构。黄土高原辽东栎林谱系β多样性与土壤含水量、土壤硝氮含量均呈显著正相关,与土壤氨氮含量呈显著负相关,这同样证明环境过滤驱动了黄土高原辽东栎林的谱系构建。黄土高原辽东栎林不同功能性状的功能结构不同,大部分表现出聚集模式。功能多样性方面,黄土高原辽东栎林功能均匀度(FEve)与土壤含水量显著正相关。黄土高原辽东栎林乔木层和灌木层谱系都是聚集的,虽然两者的谱系结构没有显著差异,但是不同的环境因子作用于两种生活型群落的谱系结构,其中乔木层谱系结构与土壤p H显著负相关,而灌木层谱系结构则与土壤硝氮含量呈显著负相关。黄土高原辽东栎林乔木层谱系β多样性显著低于灌木层,说明灌木层谱系构建受环境过滤的影响更加明显。黄土高原辽东栎林灌木层比乔木层功能结构发散的性状数量更多,同时乔木层功能分散度(FDis)和Rao二次熵(Rao Q)显著小于灌木层,这都表明黄土高原辽东栎林灌木层竞争比乔木层更为剧烈。(4)对比秦岭辽东栎林和黄土高原辽东栎林群落谱系结构,结果发现黄土高原辽东栎林群落的谱系聚集程度显著高于秦岭辽东栎林群落,这意味着环境过滤对黄土高原地区群落谱系构建的驱动程度更加明显。黄土高原辽东栎林群落谱系α多样性和谱系β多样性都显著低于秦岭辽东栎林,这可能体现了两地辽东栎林物种多样性差异。秦岭辽东栎林和黄土高原辽东栎林群落中不同的功能性状能够表现出不同的群落构建机制,并且两种气候区上的辽东栎林在功能多样性指数上存在差异,其中秦岭辽东栎林功能丰富度(FRic)显著小于黄土高原辽东栎林,而秦岭辽东栎林功能均匀度(FEve)则显著高于黄土高原辽东栎林。群落演替时间、环境因子等因素都可能影响秦岭辽东栎林和黄土高原辽东栎林基于谱系和功能性状的群落构建。综上所述,环境过滤主导了温带地区秦岭和黄土高原辽东栎林的群落构建,并且这种作用在环境条件相对严酷的黄土高原辽东栎林中更加显著。进行秦岭和黄土高原辽东栎林群落构建机制的研究,有助于更加全面的理解了本研究区域辽东栎林群落多样性维持和物种共存机制,同时也为秦岭和黄土高原地区生态建设提供科学依据。
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