甘南草地物种多样性与生产力的关系以及物种多样性维持机制研究

论文摘要

甘南藏族自治州是甘肃省的重要牧区,主要草地类型为高寒草甸、亚高寒草甸和沼泽化草甸等。近几十年来,由于人类的干扰和自然因素的作用,导致该地区草地退化,主要表现为草地群落的物种多样性和生产力下降,部分草地出现沙化的现象。本文研究了α、β多样性与生产力之间的关系,施肥（（NH4）2HPO4）对物种多样性、生产力以及群落物种组成的影响,空间结构和土壤因子对群落物种组成的影响三个部分。研究内容主要围绕以下几个方面的问题：（1）甘南（亚）高寒草甸α、β多样性与生产力之间是否存在特定的关系,在不同的空间尺度上,这些关系如何变化。（2）施肥（（NH4）2HPO4）对群落的物种多样性和生产力有何种影响；群落的物种组成发生何种变化；形成诸多变化的机制何在。（3）甘南高寒草甸的植物群落,pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷、土壤有机质、Ca、K、Mg、Na等十种土壤因子,哪些因子与物种组成之间的关系重要；生态位理论和中性理论对物种组成能否做出合理解释。实验的研究对象为甘南高寒草甸（玛曲分站、玛曲县欧拉乡）和亚高寒草甸（合作分站）。通过野外实验和样方调查,结合实验室内土壤养分分析,运用OriginPro 7.5、Canoco 4.5等软件分析,获得主要研究结果如下：（1）在局域空间尺度上,三个站点中仅有两个站点的α多样性与生产力之间表现为线性正相关关系,但扩大空间尺度到景观尺度后,三个站点的α多样性与生产力之间均表现为显著的线性正相关关系。（2）在局域空间尺度上,三个站点中仅有两个站点的β多样性与生产力之间表现为线性负相关关系,但扩大空间尺度到景观尺度后,三个站点的β多样性与生产力之间均表现为显著的线性负相关关系。（3）施肥提高了甘南草地植物群落的生产力,但施肥量与生产力之间并不是线性正相关关系,而是呈钟形曲线关系,随着施肥量的增加,生产力逐渐增加,当施肥量达到43.2gNm-2（48gPm-2）的时候,生产力达到最高,如果再继续加大施肥量,生产力反而会持续地下降。（4）施肥明显降低了甘南草地植物群落的物种多样性,施肥量与物种多样性之间表现为明显的线性负相关关系,施肥量越高,造成物种多样性的损失就越大;而施肥与物种分布的均匀性之间呈钟形曲线关系,随着施肥量的增加,物种分布的均匀性逐渐增加,当施肥量达到14.4gNm-2（16gPm-2）的时候,物种分布的均匀性达到最高,如果再继续加大施肥量,物种分布的均匀性反而会持续地降低。禾本科（Gramineae）和莎草科（Cyperaceae）植物随着施肥量的增加在群落中越来越占优势。（5）坡地0-20 cm土层,影响物种组成的主要土壤因子有：Ca, PI（有效P）、Mg、C（有机质）、Na,显著性顺序为：Ca>P1（有效P）>Mg>C（有机质）>Na；坡地20-40 cm土层,主要因子是：P1（有效P）；坡地40-60 cm土层,主要因子有：P（全P）、Ca、pH,显著性顺序为：P（全P）>Ca>pH;滩地0-20 cm土层,主要因子有：Na、pH、K、P、C、Mg,显著性顺序为：Na>pH>K>P＞C＞Mg;滩地20-40 cm土层,主要因子有：N1（有效氮）、pH,显著性：N1（有效氮）>pH;滩地40-60 cm土层,主要因子有：Na、P（全P）,显著性：Na≈P（全P）。无论坡地还是滩地,都是0-20 cm土层的主要土壤因子的数量最多,而各层主要土壤因子的组成也不同。（6）土壤因子对群落物种组成的影响：坡地的土壤因子对群落物种组成的解释程度为14.62%,滩地的土壤因子对群落物种组成的解释程度为18.67%。空间扩散对群落物种组成的影响：坡地的随机扩散作用对群落物种组成的解释程度为13.53%,滩地的随机扩散作用对群落物种组成的解释程度为14.01%。由此可知,生态位理论和中性理论,都能对甘南高寒草甸群落物种组成做出相应的解释。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 物种多样性与生产力的关系
• 1.1.1 生物多样性与生产力
• 1.1.2 物种多样性与生产力关系的研究进展
• 1.2 物种多样性维持机制的研究
• 1.2.1 资源添加对群落特征的影响
• 1.2.2 关于群落物种组成机制的研究
• 1.3 本文的研究思路
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验地点
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 物种多样性与生产力野外调查实验
• 2.2.2 施肥处理
• 2.2.3 中小空间尺度土壤因子及样方调查实验
• 2.3 数据分析
• 2.3.1 指标计算
• 2.3.2 统计分析
• 第三章 结果与分析
• 3.1 物种多样性与生产力关系的结果与分析
• 3.1.1 局域尺度上物种多样性与生产力的关系
• 3.1.2 扩大空间尺度后物种多样性与生产力的关系
• 3.2 不同施肥处理下物种多样性、生产力及群落物种组成的变化
• 3.2.1 不同施肥处理下物种多样性和生产力的变化
• 3.2.2 不同施肥处理下群落物种组成的变化
• 3.3 中小空间尺度土壤因子及样方调查实验的结果与分析
• 3.3.1 坡地不同土层土壤因子与群落物种组成的CCA分析结果
• 3.3.2 滩地不同土层土壤因子与群落物种组成的CCA分析结果
• 3.3.3 空间结构、土壤因子与群落物种组成的偏CCA分析结果
• 第四章 讨论
• 4.1 物种多样性与生产力的关系探讨
• 4.1.1 不同空间尺度上α多样性与生产力的关系
• 4.1.2 不同空间尺度上β多样性与生产力的关系
• 4.2 施肥对物种多样性、生产力及群落物种组成的影响
• 4.2.1 不同施肥处理下物种多样性和生产力的反应机制探讨
• 4.2.2 不同施肥处理下群落物种组成的变化
• 4.3 空间距离、土壤因子与群落物种组成的关系
• 4.3.1 群落物种组成与不同土层土壤因子的关系
• 4.3.2 空间距离与土境因子对群落物种组成的影响
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢