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生境破碎化与植物多样性的关系是理论生态学的研究热点,生境破碎化与植物多样性关系与尺度相关,尽管在斑块和景观尺度已有研究,但是仍有重要问题尚未解决。近十年在斑块尺度开展的生境破碎化与植物多样性的关系研究要么缺失与未破碎生境的比较,要么是单独的斑块样本,在景观尺度开展的生境破碎化与植物多样性的关系研究要么仅有一个破碎景观,要么一个破碎景观和一个连续景观做比较。因此不足以对生境破碎化对植物多样性的影响下定论,不同程度的生境破碎化如何影响植物多样性尚未解决。
本研究为确定斑块和景观尺度生境破碎化影响植物多样性的阈值,以草地破碎形成的沙丘生态系统和草地生态系统为研究对象,按破碎化梯度选取6个不同破碎程度的500m×500m的样地,采用GPS测量斑块面积,采用斑块密度、斑块面积比例和分离度共同衡量生境破碎化程度,构建生境破碎化程度指数,采用网格取样法每10瑚设置一个1m×1m样方,调查物种丰富度、多度、频度,植物多样性指标选取物种丰富度、植物功能型和稀有物种共同衡量。结果如下:
在斑块尺度,1)生境破碎化对物种丰富度的影响存在阈值。面积<6ha时,生境破碎化降低总物种丰富度,面积>6ha时,生境破碎化增加总物种丰富度。2)生境破碎化增加植物功能型数量,不同功能型植物对生境破碎化的响应不同。生境破碎化对草甸植物物种丰富度、频度的影响存在阈值;生境破碎化增加草甸植物相对多度;生境破碎化降低草原植物物种丰富度和频度;生境破碎化对草原植物相对多度影响不显著;生境破碎化降低沙生植物丰富度,生境破碎化增加沙生植物频度和相对多度;生境破碎化对一年生植物物种丰富度的影响存在阈值,但对一年生草本植物频度和相对多度的影响不显著;生境破碎化对一、二年生草本植物物种丰富度和相对多度的影响不显著,生境破碎化对一、二年生草本植物频度的(频度)存在阈值;生境破碎化降低二年生草本物种丰富度,但对二年生草本植物频度和相对多度的影响不显著;生境破碎化降低多年生植物物种丰富度、频度和相对多度;生境破碎化增加半灌木的物种丰富度,降低半灌木的频度,但对半灌木相对多度的影响不显著;生境破碎化降低灌木物种丰富度,但对灌木频度和相对多度的影响不显著。3)生境破碎化对稀有物种丰富度的影响存在阈值,但增加稀有物种的灭绝风险,在生境严重破碎时,不仅使稀有种种群减小,普遍种也同样面临灭绝风险。4)在累加面积相等的情况下,总物种数表现为中岛组合>组合岛>大岛组合>小岛组合;沙生植物总物种数表现为组合岛>中岛组和>大岛组合>小岛组合;草甸植物总物种数表现为中岛组合>组合岛>大岛组合>小岛组合:草原植物总物种数表现为组合岛>中岛组合>大岛组合>小岛组合。5)物种对生境破碎化程度的敏感性不同,对乌丹蒿、芦苇、野豌豆进行保护时,应重点保护小面积岛屿;对胡枝子、画眉进行保护时,应重点保护大面积岛屿;对刺藜、苦参进行保护时,应重点保护中面积岛屿;对黄柳进行保护时,大岛、中岛、小岛均可。6)土壤水分与破碎斑块面积关系显著,土壤水分与植被特征存在显著相关关系。
在景观尺度,1)生境破碎化对物种丰富度的影响存在阈值,当生境破碎化程度在15%时,总物种丰富度达到最高值。2)生境破碎化后,植物功能型组成更复杂,不同功能型植物对生境破碎化的响应不同,在景观尺度,生境破碎化对各植物功能型的物种丰富度和频度的影响是非线性的。3)生境破碎化对稀有物种丰富度的影响是非线性的,增加稀有物种的本地灭绝风险,在生境严重破碎时,普遍种也同样面临灭绝风险。4)四种沙生植物的空间分布格局的分析表明四种物种均呈聚集分布,但聚集程度不同。
结果表明:在斑块尺度,生境破碎化对物种丰富度的影响存在阈值。不同生态群、不同生活型植物对生境破碎化程度的响应不同。生境破碎化对稀有物种丰富度的影响存在阈值;生境破碎化增加物种灭绝风险。在景观尺度,生境破碎化对物种丰富度的影响存在阈值。不同功能群植物对不同程度生境破碎化的响应不同。生境破碎化对稀有物种丰富度的影响存在阈值;生境破碎化增加稀有物种灭绝风险。尽管生境破碎化造成了某些物种的生境丧失,但也可能为其他物种提供了新生境,因此生境破碎化并不一定降低植物多样性。
本研究丰富了生境破碎化与植物多样性关系理论,生境破碎化程度与植物多样性关系的确定为生物多样性保护提供依据。