华北区域环境梯度上阔叶林构建模式及分布成因

森林群落的构建即多样性维持机制是当今生态学研究的热点问题。然而,当前群落构建和群落多样性的研究多在间接梯度上进行,而在水、热等影响物种在区域内定植的关键且直接的环境梯度上研究群落构建和多样性模式则鲜有报道。结合环境因子,基于物种组成和谱系方法探讨不同群落的分布成因,有助于解释群落构建过程中的关键问题。该研究基于华北森林群落调查数据和环境数据,涉及7个省市区的29个以壳斗科、桦木科为优势种的群落,探讨了直接环境梯度上的群落构建和多样性模式,同时用典范对应分析研究了不同群落分布的环境解释。结果发现,相似的群落具有相似的生境偏好,相似的生境条件会形成物种组成相同或相似的群落。环境热量主导了本区域的谱系关系,在年平均气温较低的地区,群落构建主要表现为生境过滤的模式。此外,随着年降水量的增加,生境过滤作用逐渐增加。在温度梯度上,谱系多样性表现为钟形模式,而降水量的增加能导致谱系多样性的增加。     

嘉峪关草湖湿地植物谱系结构及其对不同生境的响应

植物群落中植物物种谱系结构与生境的关系是生态学研究的重要内容,对于揭示物种环境适应机制、群落构建机制等具有重要意义。为研究局域尺度上干旱区湿地、沙丘、戈壁等生境植物的环境适应机制,在嘉峪关草湖国家湿地公园内,基于物种谱系树,研究了荒漠区沼泽、盐沼、沙丘、戈壁等不同生境条件下的植物谱系结构及其变化规律。结果表明:随着生境条件的改变,土壤含水量、含盐量、容重、pH值等土壤性质发生显著变化;植物的谱系结构发生适应性的变化,沙丘的谱系多样性指数最高,盐沼次之,戈壁、沼泽的谱系多样性指数最低;不同生境的物种具有不同的谱系结构,沼泽、沙丘、戈壁生境的物种谱系结构为聚集模式,盐沼无明显谱系结构;局域尺度上,环境过滤作用是影响沼泽、沙丘、戈壁生境物种分布的主要影响因子,竞争排斥和生境过滤作用共同影响着盐沼生境物种的分布。     

山西芦芽山针叶林草本层群落谱系结构与多样性的海拔格局

物种多样性格局及其成因是生态学的经典问题之一。谱系方法将演化信息(即物种亲缘关系)整合到群落学研究中,给群落学研究带来了全新视角。该研究以山西芦芽山针叶林冠层下草本群落为研究对象,将群落物种组成数据、厘定有进化时间的谱系树与地形、土壤等生境数据相结合,运用一般线性回归、基于距离矩阵的多元回归和谱系结构主坐标分析(PCPS)等统计方法,探究了草本群落谱系结构与谱系多样性的海拔格局及其与生境因子的关系。结果表明:所有样地的谱系结构指标均落在随机置信带之内,说明中性因素对草本群落构建的影响较为强烈。同时,谱系结构与海拔梯度之间存在显著的正线性关系,暗示确定性过程的作用也不可忽略,种间竞争排斥可能促进了低海拔地区谱系结构呈发散趋势,而高海拔的生境过滤引发了谱系聚集趋势。基于最近谱系距离的beta多样性与海拔差异之间呈极显著正相关关系,同样反映了草本层物种集聚受到了生境过滤的显著影响。PCPS模型前两轴代表了55.9%的谱系-物种组成变异,海拔是引起该变异的关键因子;PCPS二维排序图显示,高海拔地区群落的谱系聚集可能由菊科、禾本科等大科所主导,低海拔则显示出较高的演化分支多样性,从而表现出谱系发散。综上所述,该研究揭示了山西芦芽山山地针叶林冠层下草本群落谱系多样性格局,并初步明晰了主要生态过程对物种集聚的影响规律。     

黄土高原腹地人工林下草本层群落构建机制

群落构建机制是生态学研究的核心论题。生态位理论和中性理论是阐明群落构建的两种主要理论, 但这两种理论分别强调的环境过滤和扩散限制对群落构建的影响尚存争议。该研究以黄土高原人工林下草本层群落为研究对象, 将群落物种组成数据与地理空间、气候、地形以及生物因子相结合, 运用随机森林模型(RF)和基于距离矩阵的多元回归方法(MRM), 探究了各个因子的重要性, 并通过邻体主坐标矩阵(PCNM)和基于距离的冗余分析(db-RDA)分别筛选显著的空间结构和环境因子, 最后结合筛选出的PCNM特征值和环境变量进行变差分解。研究结果显示: 1)林下草本层群落组成相似性随地理距离和生境差异的增加而减小。2)地理距离与生境差异共同解释了群落组成相似性变化的47.8%。其中, 空间因子和环境因子的独立解释率分别为14.1%和9.8%, 两者的联合解释率为23.9%。3)地理距离和年降水量是引起研究区内物种组成变化的关键因子, 且地理距离的重要性大于年降水量。在黄土高原腹地, 扩散限制与环境过滤共同主导了人工林下草本层群落的构建过程。     

浙江遂昌马尾松林物种和谱系β多样性驱动因子分析

生境过滤和扩散限制是影响森林群落间物种组成差异(β多样性)的主要生态过程。为了探究生境过滤和扩散限制对亚热带马尾松(Pinus massoniana)群落物种和谱系β多样性的相对贡献,该文以浙江省遂昌县37个马尾松林样地为研究对象,结合物种和谱系β多样性分析,探讨了影响群落间物种组成差异主要生态机制; 通过计算群落内物种β多样性指数(Bray-Curtis指数)和谱系β多样性指数(Dnn指数和Dpw指数),分析土壤、地形等生境因子和地理距离与物种和谱系β多样性之间的相关性,并通过方差分解分析生境因子和地理距离对物种和谱系β多样性的相对作用大小; 此外,还进行了不同径级和生长型的上述相关性分析和方差分解。结果表明:(1)Bray-Curtis指数与土壤、地形因子和地理距离均显著正相关,Dnn指数仅与地理距离显著正相关,Dpw指数与土壤因子和地理距离均显著正相关。(2)环境因子对Bray-Curtis指数和Dpw指数的解释度均高于地理距离的解释度。(3)从物种多样性角度来说,生境因子对不同生长阶段Bray-Curtis指数的解释度均高于地理距离的解释度; 从谱系多样性角度来说,地理距离对幼树阶段的Dnn指数和Dpw指数的解释度更高,生境因子则对成树阶段的Dpw指数的解释度更高。由此可以推论,生境过滤是驱动该地区马尾松林物种和谱系β多样性的主要生态机制,扩散限制仅在幼树阶段对马尾松林谱系β多样性起主导作用。     

柴达木盆地荒漠灌丛群落谱系结构研究

谱系信息是群落生态学和保育生物学研究的主要内容之一。为探究柴达木盆地荒漠灌丛群落谱系结构及其与环境因子的关系,该研究以柴达木盆地荒漠灌丛为对象,基于群落中物种存在与否的物种组成数据,使用R语言中picante软件包计算了灌丛群落谱系多样性指数和谱系结构指数,并且分析了谱系结构指数与年均温度、年均降水以及土壤含水量之间的关系,以揭示柴达木盆地灌丛群落物种之间的亲缘关系和群落生物多样性维持机制。结果表明:(1)柴达木盆地灌丛群落谱系结构与土壤含水量之间存在极显著相关性(P=2.77×10-6),随着土壤含水量的增加,群落谱系结构聚集程度逐渐降低,表现出生境过滤作用逐步减弱,生物间相互作用逐渐加强的变化趋势。(2)群落谱系结构与年均温度、年均降水之间无显著相关性。(3)典型荒漠生境灌丛和河谷(河漫滩)生境灌丛群落的谱系结构差异显著(P0.05),整体上分别表现为谱系聚集状态和谱系发散状态;河谷(河漫滩)生境灌丛群落的谱系多样性显著高于典型荒漠生境灌丛(P0.05)。(4)将群落谱系信息应用在生物多样性保护实践中,发现河谷(河漫滩)生境灌丛群落较典型荒漠生境的灌丛群落可能具有更高的保护价值。研究认为,将群落谱系研究与保育生物学理论结合将会使生物多样性保护策略更加科学有效。     

江苏阜宁不同生境鸟类群落谱系和功能多样性

生境类型对群落多样性的影响是生态学关心的重要问题。本研究对江苏阜宁县域内农田、林地、湿地和城镇等4种生境鸟类进行为期一年的调查,从物种多样性、谱系多样性、功能多样性3个层次探究不同生境对鸟类群落的影响。共记录鸟类115种,隶属15目40科。物种多样性在林地生境最高,然后依次为农田、湿地和城镇生境。谱系多样性和功能多样性与物种多样性变化模式不同,农田生境的谱系和功能多样性较其他3种生境高。比较分析生境间3种多样性指标的季节变化,发现多样性指标在季节间无显著性差异,阜宁县域内鸟类群落多样性受生境影响较大。标准化效应值分析表明,各生境群落谱系和功能多样性均呈现出聚集趋势,生境过滤主导鸟类群落的构建。本研究揭示了阜宁县域范围内鸟类资源现状,环境异质性维持较高的鸟类多样性,生境类型的多样化为保持高的鸟类群落多样性提供有力支持。     

秦岭西部森林群落相似性递减格局及其影响因素

群落间物种组成的相似性递减格局与生境过滤、空间过程密切相关,探索其成因涉及到群落构建机制等生态学核心问题。本研究以秦岭西部森林群落为研究对象,运用Mantel检验和基于距离矩阵的多元回归方法,探究了不同生态因子对群落相似性变异的贡献,并通过置换检验比较不同生活型之间相似性的空间递减率差异。结果显示:(1)3种生活型物种组成相似性与地理距离、海拔距离、局地生境异质性差异均呈显著递减趋势;(2)地理距离与生境差异作为主导因子,分别共同解释乔木、灌木和草本群落相似性变异的41.1%、59.0%和47.4%,且地理距离的单独解释率均大于生境过滤的单独解释率;(3)不同生活型相似性在空间上的递减率大小关系为:乔木灌木草本,表明物种因扩散能力的不同而对空间阻隔效应的响应存在差异。本研究初步确定扩散限制与生境过滤共同主导了秦岭西部森林群落的构建过程,且扩散限制所起作用更为显著。     

太行山北段地区荆条灌丛和三裂绣线菊灌丛群落谱系结构

灌丛是太行山地区最重要的生态系统类型之一, 灌丛群落生物多样性的维持及其生态系统服务功能对京津冀地区的生态安全具有重要作用。本研究选择太行山最具代表性的两种灌木群落——荆条(Vitex negundo var. heterophylla)灌丛和三裂绣线菊(Spiraea trilobata)灌丛为研究对象, 利用净亲缘关系指数(net relatedness index, NRI)和多元回归等方法探究了两种灌丛群落构建机制的异同及主要的环境影响因子, 同时还利用谱系结构主坐标分析(principal coordinates of phylogenetic structure, PCPS)对决定群落谱系结构的关键系统发育节点进行了探究。结果表明: 两种灌丛群落内灌木植物的物种多样性没有显著差异, 但谱系结构差异显著。三裂绣线菊群落表现出显著的谱系发散趋势, 而荆条群落谱系聚集程度高于三裂绣线菊群落, 但未表现出显著的谱系结构。三裂绣线菊灌丛群落构建的驱动机制是生态位分化, 荆条灌丛中生境过滤作用有所增加, 与生态位分化共同驱动其群落构建过程。与干旱胁迫相关的生境过滤因素增加是荆条灌丛群落谱系聚集程度增加的重要原因。PCPS二维排序结果表明: 荆条灌丛群落谱系趋向聚集与其群落内缺乏蔷薇目、壳斗目等亲缘关系较远的类群有关, 而三裂绣线菊灌丛群落内物种则包含较多的演化分支。总体而言, 环境过滤不是决定太行山地区灌丛群落构建的主要驱动因素, 但水分条件仍然是影响区域群落谱系结构的重要因素。     

太白山森林群落和林下草本物种变化的环境解释

采用典范对应分析(CCA)、Pearson相关分析、冗余分析(RDA)分别研究了不同环境因子对太白山森林群落及林下草本物种组成、多样性、功能性状等方面的影响。结果表明:(1)9种环境因子对于群落及林下草本物种的组成变化的解释程度不高,分别为23.9%和21.1%,但与海拔和土壤含水量紧密相关的CCA 1轴能大致区分高、中、低海拔样方的群落所有物种和草本植物的组成差异。(2)沿海拔梯度,群落所有物种的α多样性先增加后降低,林下草本物种α多样性沿海拔梯度有下降趋势,但二者都与坡度(Slope)及木本层盖度(WCD)无关。(3)海拔是决定森林群落及林下草本层物种功能性状值变化的主要因子,与海拔密切相关的RDA1轴能解释森林群落和林下草本物种性状值变化的71.2%和54.7%,林下草本植物与群落的最大株高(Hmax)变化模式不一致。     

华北地区主要灌丛群落物种组成及系统发育结构特征

灌丛在中国北方广泛分布, 研究其物种组成特征及构建机制对植被恢复有重要意义。群落系统发育结构能有效反映群落组成的生态过程, 对揭示群落构建机制具有重要作用。该研究利用华北地区自然植物群落资源综合考察数据库的灌丛数据, 分析了中国华北地区主要灌丛群落的分布情况、物种组成及其系统发育结构特征。同时, 结合WorldClim数据库中的气候因子利用逐步回归和一般线性模型分析了气温和降水对灌丛不同垂直结构层物种系统发育结构特征的影响。经统计, 共调查木本植物75科207属570种; 草本植物99科491属1 221种。按植被型和群系类型分类后, 共有5种植被型, 195个群系, 其中分布最多的群系类型为虎榛子(Ostryopsis davidiana)灌丛、荆条(Vitex negundo var. heterophylla)灌丛、荆条+酸枣(Ziziphus jujuba)灌丛和沙棘(Hippophae rhamnoides)灌丛。整体上, 草本层的物种丰富度高于灌木层。草本层的系统发育结构表现为发散模式, 而灌木层的系统发育结构表现为聚集模式, 且不同植被型灌丛的系统发育结构不同。气候因子的变化对灌木层和草本层系统发育结构都表现出了明显的影响, 但对灌木层的影响要强于对草本层的影响, 且气候因子和植被型、群系类型都有明显的交互作用。分析结果表明, 区域尺度上气温和降水的变化会影响灌丛群落不同结构层的系统发育结构特征, 且对不同的植被型和群系类型的影响不同。     

华北地区落叶松林的分布、群落结构和物种多样性

华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林、日本落叶松(L. kaempferi)林及太白红杉(L. chinensis)林是华北地区常见的3种落叶松林类型, 其中日本落叶松林为人工林, 华北落叶松林既有天然分布又有人工种植, 太白红杉林则主要是天然林。该研究基于野外调查数据, 对这3种落叶松林的分布、物种组成、群落结构、物种多样性及其与环境间的关系进行了分析。研究发现, 3种落叶松林的分布受年平均气温的影响较大, 随着年平均气温的增加, 落叶松林的天然分布减少而人工种植的分布增加。3种森林中落叶松的林分径级及树高均为右偏分布, 说明3种落叶松林均处于相对稳定的演替阶段。3种落叶松林均拥有较高的物种丰富度且差异显著, 其中太白红杉林的物种丰富度最大(39.3 ± 17.9), 而华北落叶松林的物种丰富度最小(人工林27.2 ± 17.7, 天然林27.5 ± 13.8)。除最大树高与经度的关系不显著以外, 落叶松林的最大胸径和最大树高及物种丰富度均随经纬度的增加而显著降低, 随着年降水量的增加而显著增加。此外, 年平均气温对落叶松林的总物种丰富度影响不大, 但是对其群落结构影响显著。随着年平均气温的升高, 落叶松林的最大胸径显著降低而最大树高却显著增加。落叶松天然林和落叶松人工林物种多样性的地理分布格局及与气候因子间的关系与落叶松林总体的基本一致, 但群落结构的格局不尽相同: 随着经纬度的增加, 落叶松人工林的最大树高增加而天然林的最大树高减小; 落叶松天然林的最大胸径和最大树高分别随年平均气温的升高和年降水量的增加而减小, 而落叶松人工林的最大胸径和最大树高分别随年平均气温的升高和年降水量的增加而增大。     

华北地区胡桃楸林分布规律及群落构建机制分析

探究植物分布规律和群落构建机制是揭示植物群落空间分布、群落物种多样性的形成、发展及其影响因素的重要途径。该文以华北地区胡桃楸(Juglans mandshurica)林为研究对象, 基于野外84个样方的调查数据, 通过径级分析、典范对应分析等方法研究了胡桃楸林的空间分布规律, 并通过亲缘关系指数计算、植物功能性状等方法研究了胡桃楸林的物种共存机制。结果表明, 华北地区胡桃楸的胸径相对较小(平均5.36 cm), 种群年龄较低; 海拔、坡度、坡位和人为干扰程度是影响华北地区胡桃楸分布的主要因子。研究区域内的胡桃楸大部分生长于山体中下部海拔较低的缓坡, 且人为干扰相对较少的区域, 各分布区域中胡桃楸林的分布规律各异。胡桃楸林物种的构建由生态位机制主导, 其中河北、陕西、天津的胡桃楸林物种共存过程主要受负密度制约的影响, 北京、山西的胡桃楸林的物种共存过程主要受环境选择驱动。     

Distribution and species diversity patterns of Vitex negundo var. heterophylla shrublands in North China

生境差异是影响植物群落及其物种多样性分布格局的重要因素。该研究基于370个荆条(Vitex negundo var. heterophylla)灌丛的野外调查样方, 结合多元回归树(MRT)、显著性分析、Pearson相关分析等技术手段, 分析了华北地区荆条灌丛及其物种多样性的空间分布格局。结果表明: 荆条灌丛的经纬度均跨越10°以上, 可分为高、中、低纬度分布区; 分布海拔则从117 m至1 248 m跨越了1 000 m以上, 也可分为高、中、低海拔分布区。所有分布区中荆条灌丛草本层的Shannon-Wiener指数、Simpson指数和均匀度指数均高于灌木层。灌木层物种多样性随着纬度的降低而降低, 随着海拔的升高而降低; 草本层相反, 物种多样性随着纬度降低而升高, 随着海拔升高而升高。灌木层和草本层的物种丰富度(Shannon-Wiener指数)与水、热、地形等环境因子显著相关, 其中灌木层物种多样性随着气温、坡位升高而显著减少, 随着降水的增加而显著增加;草本层则相反。     

漓江河岸带植物功能性状变异与关联

研究植物功能性状随环境梯度的变异和关联格局, 对于认识不同环境梯度下群落构建和植物适应型具有重要意义。该研究以漓江河岸带不同河段植物群落为研究对象, 调查了研究区内36个样方的物种组成, 测量了样方内42种木本植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)和木材密度(WD)的功能性状值, 并运用性状梯度分析法对3个功能性状进行群落内(α组分)和群落间(β组分)组分分解及相关性分析。结果表明: (1)群落平均LA表现为中游最小且和下游差异显著, 群落平均WD则表现为中上游显著高于下游, 群落平均SLA在两两河段间均差异显著。(2)不同河段的3个植物功能性状β组分差异显著且实际观测值均小于随机模拟的零模型分布, 但α组分在河岸带不同河段均差异不显著且3个功 能性状的α组分分布范围均小于β组分, 说明在河岸带不同河段的群落构建过程中环境筛选的作用要大于群落内种间的相互作用。(3)性状SLA与LA在群落间和群落内呈现出实际观测和随机模拟的相关性均较低, 暗示了LA和SLA各自代表了植物在不同生态策略上的维度; 但SLA和WD实际观测值和随机模拟值呈现出较强的负相关关系, 暗示这2个性状对于环境筛选表现出较高的整体趋同适应性, 体现了植物功能性状对群落间环境变异的依赖性大于群落内种间相互作用的依赖性。     

Scale-dependent spatial patterns of species diversity in the tropical montane rain forest in Jianfengling,Hainan Island,China

Aims Spatial distribution patterns and formation mechanisms of species diversity are fundamental issues in community ecology. The objectives of this study are to assess the species diversity patterns at the different spatial scales in Jianfengling, Hainan Island, China.
Methods Based on the dataset from the 60 hm² plot in the tropical montane rain forest in Jianfengling, Hainan Island, the spatial distribution patterns of species richness, species abundance, Shannon-Wiener, Simpson and Pielou’s evenness indices were analyzed at six spatial scales, including 5 m × 5 m, 10 m × 10 m, 20 m × 20 m, 40 m × 40 m, 100 m × 100 m, and 200 m × 200 m, respectively.Important findings
Results showed that spatial distribution patterns of species richness, species abundance and Shannon-Wiener index were much more obviously changed with the spatial scales than Simpson and Pielou’s evenness indices. Change of variance of the species richness with the increase of spatial scales was unimodal, which had the maximum value at the 20 m × 20 m scale. Variance of the species abundance showed a linear relationship with the increase of spatial scales. The positive relationship between species richness and abundance gradually decreased and even disappeared with the increase of sampling scales, which may be correlated with the increase of habitat heterogeneity. The effects of spatial scales on Shannon-Wiener, Simpson, and Pielou’s evenness indices may be also correlated with the composition of rare species in the plot.     

中国蔷薇科植物多样性格局及其资源植物保护现状

蔷薇科(Rosaceae)是在中国广泛分布并具有重要经济价值的植物类群, 但蔷薇科资源植物的物种多样性格局及其保护状况尚缺乏较系统的评估。该文旨在: 1)整理中国蔷薇科资源植物名录, 显示其物种多样性格局及热点地区, 并探究这一格局的形成机制。2)评估中国蔷薇科资源植物的保护状况, 为其保护规划提供基础数据。通过广泛收集整理《中国植物志》、省级植物志等资料中关于蔷薇科的记录, 建立了中国蔷薇科物种名录(共914种), 确定了物种的主要经济用途(包括食用植物、园林绿化植物、药用植物和水果种质资源), 并建立了每种植物的高精度分布图。在此基础上, 估算了蔷薇科全部物种及主要资源植物类别的物种多样性格局, 并利用广义线性模型和冗余分析探讨了蔷薇科物种多样性格局与环境的关系。最后将物种分布与中国国家级和省级自然保护区进行叠加分析, 评估了蔷薇科植物的保护现状。结果显示: 1)四川盆地北部、东部和西部山区以及横断山区是中国蔷薇科植物的热点地区。2)蔷薇科植物多样性主要受水分因子影响。3)横断山区、云南东南部和西藏东南部等地是保护薄弱物种集中的区域, 而悬钩子属(Rubus)等类群的保护不足。     

Relationship between functional diversity and productivity in meadow and marsh plant communities

功能多样性-生产力关系研究结果支持质量比假说和多样性假说, 但对于这两种假说的适用条件尚有争议。通过对吉林省西部草甸和沼泽植物群落的地上生物量、2个物种多样性指标(物种丰富度和Shannon-Weaver指数)、7种植物性状的两类功能多样性指标(群落权重均值和Rao二次熵), 以及土壤环境因子进行调查测量, 研究了群落功能多样性与生产力的关系。结果表明: 1)功能多样性与生产力的关系比物种多样性与生产力的关系更为密切; 2)功能群落权重均值解释生产力变异的能力好于Rao二次熵, 即优势物种对群落生产力的影响作用更大; 3)水淹条件影响着功能多样性与生产力的关系, 以群落权重均值为基础的质量比假说适于解释草甸群落功能多样性与生产力的关系, 而以Rao二次熵为基础的多样性假说适于解释有强烈环境筛(水淹)的沼泽群落功能多样性与生产力的关系。