子午岭乔木群落种间联结性研究

论文摘要

黄土高原是我国生态系统退化最严重的区域之一。水土流失、植被破坏和环境污染,频繁的旱涝、风沙等自然灾害,使黄土高原的生态系统处于崩溃的边缘,这不仅直接威胁着其自身的发展,而且也严重影响着周边地区乃至全国的可持续发展。因此,国内外很多生态学研究者就如何保护及恢复与重建该地区的生态系统进行了深入研究。种间关系是这一系列研究的基础,也是群落的主要特征之一。只有清楚地了解该地区群落内各物种的种间关系,才能为保护及恢复提供切实可行的理论依据。物种的种间相互作用导致了物种对资源的利用形式不同,而生态位(niche)则是关于物种对资源利用状况的基础理论,生态位理论在种间关系、群落结构、物种多样性等研究中已经获得了广泛应用。野外取样是各种生态学研究中最常用的基础方法之一。无论哪种形式的野外取样,都必须针对研究对象有一个合理的取样面积。本论文在综合国内外研究进展的基础上,对子午岭林区森林群落种间联结性研究中合理的取样面积作了探讨,研究了不同演替阶段群落的种间联结性及其与稳定性之间的关系,对比研究了天然油松林和人工油松林的种间联结性和生态位特征,主要结果如下:1.本文定义了一个确定种间联结(interspecific association)研究中合理的取样面积参数Na,简称为未共同出现的物种对数。前人确定取样面积往往只重视物种对共同出现或单独出现的现象,而忽视了物种对未共同出现的情况。Na针对物种对数目,量化了某一面积尺度中物种共同出现的样方数a=0时物种对的多少,可以有效地弥补过去研究中的不足。研究表明,根据Na值的变化幅度和稳定性就能直观地判断取样面积的合理性。2.以暖温带落叶阔叶林区普遍存在的辽东栎(Quercus wutaiensis)群落为研究对象,以Na值、χ~2检验、种间联结系数、Person相关系数、多物种关联指数为参数,探讨了该区主要乔木的种间联结性和取样面积的关系。Na值在面积为100m~2～200m~2、样方数为40～80时较稳定;χ~2检验和联结系数分析说明显著的种间联结关系仅出现在25m~2和50m~2两个取样面积中;相关分析说明显著的种间相关出现在取样面积25m~2～200m~2,但相关系数值的变化在25m~2～100m~2之间较稳定;多物种关联分析未能有效地区分不同取样面积中多物种关联的特性。从合理的样方面积和适当的样方数量综合考虑,样方面积在100m~2,样方数为45个,就能比较客观、稳定地反映辽东栎群落植物种间联结特性。3.在该地区森林群落演替系列中,白桦(Betula platvphylla)、油松(Pinus tabulaeformis)和辽东栎在各自群落中的优势地位明显,且两两之间关联不显著;随着群落演替,多物种种间关联值由负变为正,但均不显著;演替后期的群落中低关联值的物种对数比例增加,种间联结强度逐渐减弱,具有显著种间联结关系的物种对数及其所占比例减少,而且多数种对为正关联。演替系列各群落都具有相对的稳定性,演替顶极辽东栎群落的种间联结性最弱,稳定性最高。这些结果说明现阶段该地区森林群落在恢复演替的过程中种间关联程度逐渐降低,多物种之间的相互关系有逐渐变为正相关的趋势,但目前各群落多物种间在整体上尚不存在显著的正关联关系。因此该地区分布最广、面积最大的辽东栎群落可能尚未达到稳定状态,需要对该地区天然植被进行长期保护。4.多物种相关分析表明,人工油松林多物种间呈负相关关系,而天然油松林多物种间则呈正相关关系;天然油松林比人工油松林具有更多的关联显著的物种对,且均为显著正相关关系,说明天然油松林比人工油松林具有更高的群落稳定性。无论在人工油松林还是天然油松林中,油松与大多数物种间均呈负相关关系,说明油松与其伴生种间存在较强的竞争和排斥作用。两种油松群落中油松与辽东栎的生态位宽度(niche breadth)均较宽,且二者的生态位重叠指数也较大,表明油松和辽东栎对群落微环境具有较强的适应能力。综上所述,Na值可以为种间联结研究确定合理的取样面积提供一定的参考依据。研究黄土高原子午岭林区森林群落种间关系时取样面积为100m~2比较合理。随着群落的演替及其稳定性的提高,群落的种间关联程度逐渐降低,多物种之间的相互关系有逐渐变为正相关的趋势。现阶段天然油松林比人工油松林具有更高的群落稳定性。天然、人工油松林内的优势种与其伴生种间大多呈负关联且它们的生态位重叠指数也较高。总之,较稳定的群落种间联结程度较低,多物种间趋于正相关。在不受生态位宽度及资源限制影响的条件下,种间的正相关常常导致物种间具有较高的生态位重叠值,反之,则具有较低的生态位重叠值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 研究综述
• 1.1 种间联结研究的发展历程
• 1.2 植物种间联结研究中的理论与核心概念
• 1.2.1 引起植物种间关联的主要原因
• 1.2.2 植物种间关联的主要类型及其作用机制
• 1.3 植物群落演替及生态位理论在种间联结研究中的应用
• 1.4 研究意义和目标
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究目标
• 1.5 研究区域概况
• 第2章 辽东栎群落乔木种间联结和取样面积的研究
• 2.1 引言
• 2.2 样地设置与取样方法
• 2.3 数据处理
• 2.3.1 成对物种种间联结性分析
• 2.3.2 多物种间总体关联性检验
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 Na的变化
• 2检验显著性及联结系数 AC的变化'>2.4.2 X²检验显著性及联结系数 AC的变化
• 2.4.3 Person相关系数的变化
• 2.4.4 多物种总体关联性
• 2.5 讨论
• 2.5.1 合理的取样面积
• 2.5.2 种间联结性与取样面积
• 2.5.3 多物种总体关联性
• 2.5.4 方法讨论
• 第3章 重要值在种间关联和生态位研究中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 数据计算
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 不同群落中乔木物种及其重要值
• 3.3.2 天然、人工油松林内乔木物种及其重要值
• 第4章 乔木群落演替过程中联结性分析
• 4.1 引言
• 4.2 样地设置与取样方法
• 4.3 数据处理
• 4.3.1 重要值
• 4.3.2 种间联结性分析
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 一定相关系数和联结系数范围内物种对数的变化
• 4.4.2 不同群落中物种对的正负关联比和关联显著性
• 4.4.3 演替系列群落中多物种间的关联
• 4.5 讨论
• 4.5.1 关联显著性与群落稳定性的关系
• 4.5.2 正负关联比与多物种种间关系
• 第5章 子午岭天然、人工油松林种间联结和生态位研究
• 5.1 引言
• 5.2 样地设置与取样方法
• 5.3 数据处理
• 5.3.1 种间联结性分析
• 5.3.2 物种生态位分析
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 种间关联性分析
• 5.4.2 两种不同群落的生态位宽度和生态位重叠
• 5.5 讨论
• 第6章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 参加的科研项目