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。     

芦芽山寒温性针叶林冠层下植被beta多样性格局及其成因

群落构建机制是生态学的中心议题之一。对山地植被beta多样性格局及其成因的探究有助于加深对此问题的认识。以芦芽山寒温性针叶林群落冠层下植被为研究对象,结合野外调查与室内实验获取的详细数据,运用Mantel检验、普通最小二乘回归和典范对应分析(CCA)等统计方法,探讨了林下植被的beta多样性格局及其成因,结果显示:(1)沿海拔梯度相邻群落间草本层物种周转率呈现递减格局,而灌木层变化规律不明显;(2)灌、草层beta多样性与海拔差异、地理距离呈显著正相关关系,而与局地环境异质性关系不显著。控制海拔作用后发现,灌、草层beta多样性与地理距离关系依然显著,而当消除地理距离的线性影响后,beta多样性与海拔关系也变得不显著(3)CCA模型中,环境因子共解释了物种组成变异的74.4%,其中,海拔、坡度、凋落物厚度、乔木密度与总干面积对林下灌、草植被物种组成具有显著影响,但土壤因子的作用未见显著。综上,生境筛滤与扩散限制共同主导了芦芽山寒温性针叶林冠层下群落构建过程,但扩散限制的影响强于生境筛滤作用。     

环境和扩散对草地群落构建的影响

植物群落构建机制是生态学研究的热点之一.长久以来这个难题并没有得到很好的解释,且争议较多.生态位理论或中性理论,或是二者的共同作用,这样的结论在不同的研究中都有印证.以黄土高原子午岭地区的草地群落为例,对3种不同的草地群落(5a的弃耕地、阴坡和阳坡的草地)进行了野外群落学调查,采用Mantel test和主轴邻距法(PCNM)分析方法,研究了空间地理距离和环境资源差异对于草本植物群落分布的影响,结果表明:地理距离和环境差异共同解释了群落组成相似性的79.3％,剔除环境因子的影响,地理距离解释了群落组成相似性的33.8％;而剔除地理距离的影响,环境因子解释了群落组成相似性的14.2％.无论是生态位理论还是中性理论,其在黄土高原草本群落构建过程中都有作用,但中性理论扮演了更为重要的角色.     

黄土高原油松和辽东栎林下植物β多样性差异及影响因素

β多样性是生态学研究的热点论题,相同的β多样性格局可能由不同的生态过程所决定。该文通过构建零假说模型和典范变异分解的方法,比较了黄土高原油松人工林(Form.Pinus tabulaeformis)和辽东栎天然林(Form.Quercus wutaishanica)林下植物群落β多样性,确定了环境过滤和扩散限制在β多样性形成过程中的相对重要性。结果表明:(1)油松人工林和辽东栎天然林的林下群落均具有相似的β多样性大小,均呈现明显的种内聚集过程。(2)环境和空间共同解释了两种林型林下物种组成的较大变化(草本层[E+S]为33%~45%;灌木层[E+S]为21%~35%),且主要以环境解释量为主(包括纯环境变量[E|S]和空间化的环境变量[E∩S])。(3)油松人工林和辽东栎天然林林下群落β多样性形成的不同过程主要体现在生境异质性差异以及特定的环境因子间,例如,海拔梯度、枯落物厚度以及土壤养分(速效氮和速效钾)是引起两种林型林下物种差异的显著环境因子。综上结果认为,黄土高原的油松人工林和辽东栎天然林的群落构建均由确定性的环境过滤为主导,但两种林型的环境过滤过程并不一样,主要表现为生境异质性的差异和不同的环境限制因子。对于黄土高原区域生态环境建设,首先应该保证不同群落的生境异质性,同时不能忽视扩散限制及其与生境异质性二者交互作用对β多样性的影响。     

基于PGGB途径优化桫椤组织培养繁殖体系研究

该研究以龙溪-虹口国家级自然保护区内11个典型地震滑坡体为研究对象,采用非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)初步探讨了β多样性海拔格局,并运用Mantel检验和基于距离矩阵的多元回归方法(MRM)进一步分析不同生态因子对群落β多样性变异的贡献,以揭示地震干扰后滑坡体植物群落β多样性的响应机制及生物多样性形成和维持机制。结果表明：(1)随着海拔的升高,木本植物β多样性表现出单调递减格局,而草本植物β多样性则表现出“U”形变化格局,滑坡体植物群落组成和结构在海拔梯度上存在显著的差异(P< 0.001)。(2)草本植物和木本植物β多样性与地理距离、海拔距离、局地生境差异均呈显著递增趋势(P< 0.001),地理距离和海拔距离是引起群落物种组成变化的关键因子,且海拔距离的重要性均大于地理距离。(3)地理距离和生境差异作为主导因子,分别共同解释了木本和草本β多样性变异的61.52%和40.91%,且环境差异单独解释率均大于地理距离单独解释率。(4)环境差异和地理距离对木本植物β多样性的作用均强于草本植物。研究认为,生境过滤和扩散限制共同影响着地震滑坡体植物群落的β多样性格局,且生境过滤所起作用更为显著。     

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。     

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。     

环境筛选和扩散限制对长江流域湖北段湿地植物群落构建的共同影响

湿地植物群落构建机制的研究可为湿地生态系统管理和受损湿地生态恢复与重建提供重要理论依据。地处长江流域的湖北省是我国湿地资源最为丰富的地区之一,通过野外调查研究了长江流域湖北段内不同类型湿地中的主要湿地植物群落类型,分析了研究区内湿地植物群落物种β多样性格局;利用相关性检验(Mantel test)方法和基于相似或相异度矩阵的多元回归模型(MRM)分析了环境差异和地理距离与湿地植物群落的物种相异性的相关性,及其对该区域湿地植物群落构建的相对贡献率。结果表明长江流域湖北段8个不同类型湿地内的湿地植物群落物种相异性指数差异显著,群落间物种相异性指数与地理距离和环境距离均呈显著正相关关系;MRM分析表明环境筛选和扩散限制共同解释了研究区内群落物种变异指数的54.72%;其中,环境距离独立解释率为22.03%,地理距离独立解释率为9.98%,二者联合解释率为22.71%。结果表明环境筛选和扩散限制共同影响了长江流域湖北段湿地植物群落构建过程,且环境筛选贡献更大。建议除了考虑空间尺度、环境因子、植被类型外,未来需进一步研究时间尺度及人类干扰等因子对该区域湿地植物群落构建的影响。     

地理距离及环境差异对云南元江干热河谷植物群落beta多样性的影响

beta多样性反映了群落间物种组成的差异, 是生物多样性研究的热点之一。本研究通过对云南元江干热河谷41个植物群落样方进行调查, 用Jaccard相异系数表征物种beta多样性, 用样方之间的最近谱系距离(mean nearest taxon distance, MNTD)及平均谱系距离(mean pairwise distance, MPD)表征谱系beta多样性, 采用基于距离矩阵的多元回归和方差分解方法, 探讨了该区域干热河谷典型植物群落的物种beta多样性和谱系beta多样性与样方间环境差异(主要是气候)及地理距离之间的关系。结果表明: (1)群落间的地理距离和年平均温度差异对干热河谷植物群落的物种beta多样性和谱系beta多样性有显著影响; (2)地理距离对物种beta多样性和MNTD的影响最大; 地理距离和年平均温度差异对MPD的影响均较大; (3)样方间年平均温度与年平均降水量的差异和地理距离能够解释群落间beta多样性及谱系beta多样性11-13%的变异。以上结果表明, 生态位分化和扩散限制对该地区植物群落的beta多样性均有显著影响, 其中扩散限制的影响可能更大。此外, 人类活动等其他因素也很可能对元江干热河谷的群落组成具有非常重要的影响。     

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。     

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。     

Environment versus dispersal in the assembly of western Amazonian palm communities

Aim It is a central issue in ecology and biogeography to understand what governs community assembly and the maintenance of biodiversity in tropical rain forest ecosystems. A key question is the relative importance of environmental species sorting (niche assembly) and dispersal limitation (dispersal assembly), which we investigate using a large dataset from diverse palm communities. Location Lowland rain forest, western Amazon River Basin, Peru. Methods We inventoried palm communities, registering all palm individuals and recording environmental conditions in 149 transects of 5 m × 500 m. We used ordination, Mantel tests and indicator species analysis (ISA) to assess compositional patterns, species responses to geographical location and environmental factors. Mantel tests were used to assess the relative importance of geographical distance (as a proxy for dispersal limitation) and environmental differences as possible drivers of dissimilarity in palm species composition. We repeated the Mantel tests for subsets of species that differ in traits of likely importance for habitat specialization and dispersal (height and range size). Results We found a strong relationship between compositional dissimilarity and environmental distance and a weaker but also significant relationship between compositional dissimilarity and geographical distance. Consistent with expectations, relationships with environmental and geographical distance were stronger for understorey species than for canopy species. Geographical distance had a higher correlation with compositional dissimilarity for small‐ranged species compared with large‐ranged species, whereas the opposite was true for environmental distance. The main environmental correlates were inundation and soil nutrient levels. Main conclusions The assembly of palm communities in the western Amazon appears to be driven primarily by species sorting according to hydrology and soil, but with dispersal limitation also playing an important role. The importance of environmental characteristics and geographical distance varies depending on plant height and geographical range size in agreement with functional predictions, increasing our confidence in the inferred assembly mechanisms.     

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。     

片段化森林群落构建的生态过程及其检验方法

鉴于全球森林均呈现片段化(破碎化)的分布状态, 理解片段化森林群落构建的过程很有必要。该文通过综述群落构建的主要生态过程如生态漂变、扩散、选择和物种形成等在片段化森林群落构建中的相对作用, 发现因片段化森林形成方式的不同, 重构群落(片段化生境中通过次生演替重新形成的森林群落)和解构群落(原有森林被片段化后形成的森林群落)在不同演替阶段所受到的主要生态过程的相对作用有所不同。虽然利用基于群落内物种分布格局推测构建过程(如物种多度分布、零模型结合β多样性的方法、功能特征的收敛和发散等)、人工控制实验、群落结构动态分析等方法对片段化森林中群落构建的过程进行了有效的检验, 但是针对片段化森林群落构建过程的实验性研究仍然不足。未来有待在理论模型、群落构建过程的检验以及理论与物种保护相结合等方面继续开展深入的研究。     

Distinguishing the importance between habitat specialization and dispersal limitation on species turnover

Understanding what governs community assembly and the maintenance of biodiversity is a central issue in ecology, but has been a continuing debate. A key question is the relative importance of habitat specialization (niche assembly) and dispersal limitation (dispersal assembly). In the middle of the Loess Plateau, northwestern China, we examined how species turnover in Liaodong oak (Quercus wutaishanica) forests differed between observed and randomized assemblies, and how this difference was affected by habitat specialization and dispersal limitation using variation partitioning. Results showed that expected species turnover based on individual randomization was significantly lower than the observed value (P < 0.01). The turnover deviation significantly depended on the environmental and geographical distances (P < 0.05). Environmental and spatial variables significantly explained approximately 40% of the species composition variation at all the three layers (P < 0.05). However, their contributions varied among forest layers; the herb and shrub layers were dominated by environmental factors, whereas the canopy layer was dominated by spatial factors. Our results underscore the importance of synthetic models that integrate effects of both dispersal and niche assembly for understanding the community assembly. However, habitat specialization (niche assembly) may not always be the dominant process in community assembly, even under harsh environments. Community assembly may be in a trait‐dependent manner (e.g., forest layers in this study). Thus, taking more species traits into account would strengthen our confidence in the inferred assembly mechanisms.     

Soil‐based habitat partitioning in understorey palms in lower montane tropical forests

Aim Dispersal assembly and niche assembly are two competing theories proposed to explain the maintenance of species diversity in tropical forests. Dispersal theory emphasizes the role of chance colonization events and distance‐limited seed dispersal in explaining species abundance and distribution, whereas niche theory emphasizes differences among species in requirements for potentially limiting resources. Species distribution patterns in tropical forests often correlate with geology and topography, but tests of the relative importance of dispersal and niche partitioning have been hampered by an inadequate characterization of resource availability. The aim of this study was to explore how soil chemical and physical properties, climate, and geographic distance affect understorey palm communities in lower montane forests. Location Fortuna Forest Reserve, Chiriqui Province, and Palo Seco Forest Reserve, Bocas del Toro Province, in western Panama. Methods Understorey palms and soil nutrient concentrations were surveyed within 10 sites on different soil types across a 13‐km transect. Variation in palm community composition was examined in relation to spatial and environmental variables. Results The 25 understorey palm species recorded in the study were non‐randomly distributed among forests differing in soil nutrient availability. In support of dispersal theory, floristic similarity decreased predictably with increasing geographic distance. However, environmental and soil variables were also correlated with geographic distance. Floristic similarity was also highly associated with a subset of environmental variables. Variation in palm community similarity was most strongly correlated with inorganic nitrogen availability and cation concentration. A subset of soil variables had a stronger relationship with floristic similarity when geographic distance was controlled for than did geographic distance when differences in soils were controlled for. Main conclusions Both dispersal and niche processes affect palm species distribution patterns. Although spatially limited dispersal may influence species distribution patterns, soil‐based habitat associations, particularly with respect to soil nitrogen, cation availability and aluminium concentrations, remain important factors influencing palm community composition at the mesoscale level in this tropical montane forest.