论文部分内容阅读
以种子形式进行的个体更新是植物群落动态过程和物种多样性维持的核心。从种子(即植物生命周期的起点)预测群落结构是生态学者主要的科学目标之一。本研究结合自然光照处理,试图在群落水平上研究种子及幼苗相关性状(例如种子大小、萌发、幼苗生物量分配和存活率)以及性状之间相互关系的影响。本论文主要包括两个野外实验:1)在三种自然光处理下(高光处理:100%自然光;中光处理:36%自然光;低光处理:2.9%自然光),观察来自青藏高原东部的695种被子植物种子的一年萌发;2)在一个光梯度上(4%自然光,36%自然光,67%自然光,和100%自然光),观察青藏高原东部植物群落305种植物的一年幼苗存活率。具体要解决的问题及其相应的主要结果和结论如下:1)青藏高原东部萌发行为的多样性群落中的物种往往表现出多样的萌发行为,而这些萌发行为以及其在群落中的多样性又可以随着环境的变动而变化。本部分的目的是了解青藏高原东部草地群落萌发行为的多样性以及萌发行为是否随光照梯度而发生改变。我们发现了多样的萌发行为,从快速萌发、高的萌发率到不同步的、低的萌发,以及几种中间类型。光照处理改变了特定萌发行为的频率。低光处理下,萌发行为倾向于两极分化—更快的、没有休眠的萌发或者推迟的萌发和高的休眠(推迟萌发到下一生长季,即这一结论基于两个以上个生长季)。群落中多样萌发行为的维持可能部分地归结为相互联系的选择压力同时作用在萌发和其它生活史性状上,即种子重量或单次结实修饰萌发面临的选择压力。萌发表现出很强的谱系信号,即亲缘关系近的物种表现出相似的萌发行为和萌发光可塑性。这说明萌发可以影响相互作用的物种间的系统发育联系的模式,即萌发过程可能影响群落的谱系结构。2)光,种子重量和时间生态位分化萌发时间可以决定植物的表现和成功。同一群落中不同的物种可以不同的时间萌发,以减弱竞争并且获得季节环境中不同方面的优势(时间生态位分化)。物种怎样通过萌发时间来划分时间生态位空间可以依赖于物种间的竞争相互关系。然而,我们对非生物和生物因子怎样综合影响萌发时间的理解很少。这一部分,我们阐述这样一个假设:非生物和生物竞争因子综合影响萌发时间并最终可以影响群落结构。两个光照处理下,种子重量和萌发时间都呈显著正相关。低光条件相对高光条件,小种子(早萌发的种子)倾向于推迟萌发,而大种子(晚萌发的种子)倾向于提前萌发(这一结论基于一个生长季)。我们发现低光处理可以通过增加大小种子的萌发时间重叠来降低时间生态位的分化。进而,时间生态位分化的减少可能会加强群落构建中竞争等决定因子的作用。鉴于萌发时间,萌发时间变化(对不同光处理的响应)和种子重量所表现出的很强的谱系信号,光与这些性状的相互关系可能会最终影响到群落的谱系结构。3)光,萌发时间和生命周期萌发开始时间是植物生活史的重要转变点之一。它不仅可以关联后续的生活史性状,例如植物高度和开花时间,而且还可以通过接受母体环境的影响来关联前面的世代。环境因子可能可以修饰关联,而这一过程的结果可能会影响物种更新和扩散。然而,关于环境因子如何修饰这些重要的关联,我们知之甚少。我们的结果得出在高光处理而不是低光处理,萌发时间与水分母体生境和光照母体生境显著相关。然而,在低光处理而不是在高光处理下,萌发时间与植物高度、开花时间和海拔显著相关。总之,萌发时间与后续生活史性状和母体生境的关联具有光依赖性。这可能会影响自然群落物种的分布、多度和扩散。4)光,种子大小和幼苗存活种子大小和幼苗存活率的正相关是关于生活史策略的重要生态学理论假设。然而,在不同的环境下,这种正相关是不确定的。另外,种子大小可能通过影响出苗时间,比叶面积,资源分配或者生物量积累来影响幼苗成活率,我们对此的实验证据很少。我们只在低光处理下发现种子大小和存活率的正相关性。然而,这种相关关系是种子大小通过生物量积累的间接作用。种子大小对存活率的直接影响是负的。种子大小与生物量积累正相关;生物量积累与存活率正相关。这两种相关都随着光照下降逐渐加强。在很大程度上,光照影响了幼苗更新;具体来说,它不仅影响幼苗出土时间,比叶面积,根冠比,生物量积累和幼苗存活率,而且改变这些性状之间的联系。总之,在光胁迫环境中,大种子通过对生物量积累的正的影响,提高了幼苗存活优势。另外,大种子也给幼苗带来一定的风险。光照改变了幼苗更新的许多方面。