青藏高原东缘植物群落构建机制研究 ——生态位和中性过程的相对重要性

论文摘要

群落中物种多样性的形成及维持机制,即群落构建机制,是一个世纪以来生态学的核心论题。生态位理论和中性理论是群落构建机制中两类基于不同假设、却又不互相排斥的理论。生态位理论强调：只有当物种的生态位有足够的分化,物种才可能长期共存；群落结构主要决定于环境因子和物种的生态位分化。生态位理论预测群落的空间格局应与环境异质性密切联系,具有相似环境条件的局域群落其物种组成也相似,群落相似性将随着环境距离（环境差异性）的增加而降低。而中性理论假定同一营养级内所有个体是功能等值的,其出生、死亡、扩散、物种形成的几率是等同的；强调随机扩散过程在局域群落形成中的重要性,以及物种形成-灭绝事件在大尺度集合群落形成中的作用。中性理论预测：由于扩散限制的空间效应,群落相似性随着地理距离的增加而下降,而与任何环境因子无关。由于物种特异的扩散能力、对环境的响应、物种多度以及空间尺度的效应,生态位和中性过程在群落构建中的相对重要性仍然是一个充满争议的话题。本文通过考虑种子扩散模式和物种多度,在沿坡向梯度的不同空间尺度（样圆大约0.3 m的尺度,样地大约8 m的尺度）上,研究了生态位和中性过程对青藏高原东缘高寒草甸群落组成和物种转换的相对重要性。我们检验了整个植物群落和四个以种子扩散模式和物种多度划分的物种类群中生态位（环境因子）和中性（空间）过程的相对重要性,并分析了空间尺度（样圆和样地）对其平衡的效应。数据分析方法为群落组分方差分解和距离矩阵多重回归分析。样圆和样地空间结构用Moran特征向量图来模拟。本文得到如下结论：空间过程（扩散限制）和环境因子都是群落组成和物种转换的重要决定因素。在样圆尺度上,该地高寒草甸的群落组成由具有空间结构的环境（17.6%）、独立于环境的空间（18.0%）和独立于空间的环境（4.4%）共同决定。在样地尺度上这三者分别决定了21.8%、9.9%和13.9%。环境因子对高寒草甸β-多样性的重要性随着尺度的增加而增加。而对不同的物种类群,空间过程的效应在不同尺度上不变或者下降,这依赖于所研究类群中物种的种子扩散模式和物种多度。空间过程对物种转换的纯粹效应随着尺度的增加而增加,环境因子的纯粹效应则下降。这一差别表明β-多样性和物种转换由空间过程和环境因子共同决定；且这些过程的相对重要性随着空间尺度发生变化；二者在不同空间尺度的平衡,决定了坡向梯度上的群落结构。这些结果揭示了群落构建机制研究中考虑组成群落的物种特异的扩散能力、物种多度,以及合适的空间尺度的重要性。今后,群落构建机制研究需要着重于：1)不同生态系统的群落在生态位-中性连续统中的位置；2)通过植物的功能性状、群落谱系结构,对群落进行恰当的解构,比较不同的类群间生态位和中性过程的相对重要性；3)空间尺度（范围、取样间隔和粒度）对群落构建中生态位和中性过程的影响,及其在不同类型群落中的比较。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 生态位理论与中性理论
• 1.1.1 生态位构建机制
• 1.1.2 中性/扩散构建机制
• 1.1.3 确定性和随机性
• 1.2 生态位与中性理论在群落构建中的重要性
• 1.2.1 对生态位理论的支持
• 1.2.2 对中性理论的支持
• 1.2.3 生态位和中性过程共同作用
• 1.2.4 对生态位和/或中性理论的否证
• 1.3 影响生态位和中性理论二者重要性的因素
• 1.3.1 扩散模式
• 1.3.2 空间尺度
• 1.3.3 生境异质性、斑块和环境梯度
• 1.3.4 常见种和稀有种
• 1.4 生态位、中性理论与群落空间格局分析
• 1.4.1 群落组成方差分解
• 1.4.2 基于距离矩阵的回归分析
• 1.4.3 原数据法和距离法的争议
• 1.5 群落解构与亚群落
• 1.6 研究内容和总体框架
• 第二章 研究区概况与实验设计及分析
• 2.1 研究区概况
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 样地选择与样圆布置
• 2.2.2 群落调查
• 2.2.3 室内分析
• 2.3 统计分析
• 2.3.1 植物类群的划分
• 2.3.2 环境因子的处理与转换
• 2.3.3 物种丰富度与土壤因子的关系
• 2.3.4 群落组成分析方法
• 第三章 结果与分析
• 3.1 土壤理化性质
• 3.2 物种丰富度与土壤因子的关系
• 3.3 植物类群的划分
• 3.4 Moran特征向量
• 3.5 环境和空间变量的选择
• 3.6 群落组成的方差分解
• 3.7 空间尺度对群落组成方差分解的影响
• 3.8 不同尺度群落差异性与地理距离和环境距离的关系
• 3.9 不同尺度地理距离和环境距离对物种转换的绝对效应
• 第四章 讨论
• 4.1 坡向对环境因子和物种丰富度的影响
• 4.2 环境和空间共同决定物种组成
• 4.3 生态位和中性过程在决定植物群落物种组成中的相对重要性在不同空间尺度的变化
• 4.4 环境和空间共同决定物种转换
• 4.5 生态位和中性过程在决定物种转换中的相对重要性与种子扩散模式和物种多度的关系
• 4.6 群落解构对生态位和中性过程的相对重要性的影响
• 4.7 原数据法和距离法比较
• 4.8 群落构建机制中生态位和中性过程相对重要性研究的现实意义—生物多样性保护
• 第五章 主要结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢