山东植物群落及其物种多样性分布格局与形成机制

发布时间：2017-12-23 02:16

  本文关键词：山东植物群落及其物种多样性分布格局与形成机制　出处：《山东大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：植物群落是不同植物在长期环境变化中相互作用、相互适应而形成的集合。植物群落为人类的生存和发展提供主要的物质资源,为其他生物的生存提供食物和栖息地,维持着地球生态系统的服务功能。近年来由于人口数量迅速增长,人类经济社会活动不断加剧,植被资源被过度开发与利用,最终导致植被资源大幅度减少,生物多样性丧失。因此,进行全面系统的植物群落调查,充分了解植被资源现状,预测生物多样性对全球变化的响应,制定切实可行的植被立地保护措施和可持续利用方案变得刻不容缓。山东省植物群落开发历史悠久,人为和自然干扰尤为严重。山东省现有哪些植物群落类型,其物种组成及分布如何,物种多样性的分布格局及机制如何,植物群落的有效保护应如何开展等诸多的科学问题都有待于我们回答。本研究采用统一、标准的方法体系和技术规范,对山东省主要自然植物群落开展全面和系统的野外调查,分析了山东植被的区系分布特征,典型植物群落的物种组成、物种多样性及群落结构特征,掌握了山东植被资源的现状,建立了山东植被资源共享数据库；分析了山东森林植物群落物种多样性的水平和垂直分布格局,揭示了物种多样性分布格局的形成机制,为今后山东植物多样性保护和森林生态系统科学管理和利用提供了科学依据。本研究的主要结论如下：山东植物区系成分较为复杂,中国植物属的15个区系分布区类型在山东省均有分布。温带分布是山东植物区系的主要组成部分,其中北温带成分占绝对优势,另外热带成分也占有较大比例,具有一定的热带和亚热带区系的过渡性。对比鲁中南山地丘陵区、鲁东丘陵区和鲁西鲁北平原区植物区系的地理组成发现鲁西鲁北平原区的热带成分比例最高,这主要是由于平原地区热量条件比山区更好。另外,鲁东丘陵区分布的特有种最多,这主要与该区所处的特殊地理位置及历史形成过程有关,植物区系发展相对独立,孕育出较多的特有种。采用统一、标准的方法体系和技术规范,对山东省森林、灌丛、草甸群落展开全面系统的野外调查,总计调查1107个植物群落样方,245个主要植物群落类型。山东常见的针叶林有赤松林、油松林、侧柏林、黑松林等,常见的阔叶林有麻栎林、栓皮栎林、刺槐林等,山东森林群落主要分布在鲁中南山地丘陵区及鲁东丘陵区。山东省境内的灌丛群落多为零散分布,山地丘陵区最为常见的灌丛群落有荆条灌丛、胡枝子灌丛、酸枣灌丛、花木兰灌丛等,黄河三角洲常分布有原生的柽柳灌丛。山东草甸群落类型丰富,山地草甸多分布于山顶、山坡空地、森林边缘区域,常见有白茅草甸、结缕草草甸、黄背草草甸等；平原草甸主要分布于河滩、湖泊附近,常见有狗牙根草甸、芦苇草甸、双穗雀稗草甸等；盐生草甸主要分布在山东的滨海盐碱地,常见有獐茅草甸、盐地碱蓬草甸、二色补血草草甸等。对比山东主要几种植物群落的物种多样性,发现麻栎林和栓皮栎林由于林冠层郁闭度较大,且林下枯枝落叶层较厚,林下草本物种丰富度相对较低。柽柳灌丛、盐地碱蓬草甸由于常分布于生境较恶劣的盐碱地,导致群落生物多样性较低。山东省境内麻栎、栓皮栎、刺槐和黑松树种更新资源充沛,群落正处于良好的生长发育阶段。而侧柏和日本落叶松的更新情况较差,群落有衰退趋势,山东植被正向顶级的阔叶落叶林演替。研究影响山东植物群落物种组成的影响因素,发现海拔、温度和降水为控制山东植物群落物种组成的主要的影响因素。结合谱系多样性分析方法,研究了山东森林植物群落多样性分布的垂直分布格局,揭示了山东森林植物物种多样性海拔分布格局的形成机制。发现植物总物种多样性随海拔升高呈现单调递减的模式,乔木物种多样性都呈现单峰模式,而灌木和草本物种多样性的海拔模式在不同的山地呈现不同海拔模式。植物群落在海拔1250m以上的区域呈现明显的谱系聚集,表明在高海拔地区生境过滤是植物群落的构建机制。在低海拔区域,植物群落的构建受多种因素的影响,未呈现出一致的谱系结构。另外,林下的灌木和草本植物对微环境的影响更加敏感。物种的p多样性与谱系p多样性随海拔距离的加大呈现一致的单增海拔模式,但物种多样性的海拔模式并不能完全反应谱系多样性的海拔模式。因此,保护区域的选定仅简单地依据物种多样性是不够的,还应该注意尽量最大化保留谱系多样性,以提高植物群落应对气候变化的多样性分化潜力。通过对比本地植物和外来植物多样性的海拔模式,揭示了外来植物在山地森林中的入侵机制。发现本地植物多样性在不同地区呈现不同的海拔模式,而外来植物在不同地区随海拔的上升呈现一致的递减趋势,这表明本地植物和外来植物多样性的驱动机制是不同的。本地植物在高海拔地区有很多特有种,沿海拔梯度植物群落组成有明显的变化,而外来植物的组成沿海拔梯度并没有明显的变化,分布在高海拔的外来植物也存在于低海拔地区。以上结果表明外来植物在山地森林的入侵模式是大部分外来植物由干扰较强的低海拔地区引入定植后,逐渐向高海拔地区传播,随着气候越来越恶劣,繁殖体压力越来越小,只有少部分低海拔的外来物种传入高海拔地区,直接的生态过滤过程是外来植物在山地森林生态系统中的入侵机制。研究山东森林植物群落物种多样性水平分布格局发现,物种多样性总体上沿纬度梯度呈“U型”分布,最低的物种丰富度出现在北纬36.5°左右。这一模式的出现主要是由山东所处的特殊地理位置决定的。山东省北纬36.5°以上的山地大部分位于胶东半岛区域,胶东半岛气候温和湿润物种多样性较高,纬度和地理位置共同作用导致了山东森林群落物种多样性的“U型”纬度模式。山东省森林植物多样性从东到西呈现单调递增的经度模式,也说明了胶东半岛具有较高的物种丰富度。山东森林植物群落的β多样性随地理距离和环境距离的增加呈现一致单增趋势。β多样性与环境距离和地理距离都呈显著的相关关系,但环境距离对β多样性影响更加显著。生境过滤作用(生态位)和空间过程(中性作用)共同影响山东森林植物群落的构建,但生境过滤起主导作用。本研究首次采用统一的方法体系和技术规范,对山东省植物群落进行全面定位、定量的野外调查,掌握了山东植物群落的现状,建立了山东植被资源共享数据库,为山东省植物资源的保护和利用提供了必要的本底资料。探索了山东外来植物在山地森林系统中的入侵机制,为山东外来植物的控制及有效管理措施的制定提供了科学依据。探索了山东森林群落物种多样性的的分布格局,揭示了现今山东植物物种多样性分布格局的形成机制及植物群落构建机制,填补了本区域此研究领域的空缺,为今后山东植物多样性保护及植被的恢复与重建提供科学依据。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q948.1
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本文编号：1322009