山西高原植物群落多样性格局与构建机制

发布时间：2020-06-07 15:49

【摘要】：植物群落是生态系统的重要组分。在长期演化过程中,植物按照一定的发生学和生态学原则聚集在一起形成相对稳定的植物群落,其物种组成、结构和功能等会随着地域环境和人类活动的不同而发生改变。近年来,随着全球气候的变化和人类活动的加剧,植被资源开发过度,生物多样性保护面临着巨大挑战。山西高原位于黄土高原东部,区内复杂的地形地貌、多样的气候和土壤条件为自然植被的发育、生存提供了良好的条件。然而,人类活动的加剧、矿产资源的开采和土地资源的不合理利用等对植被类型的分布、组成和多样性产生了显著的影响。因此,如何全面、有效地开展山西植被的生物多样性编目考察工作,制定切实可行的植被和生物多样性保护措施是目前急需关注和解决的问题。本研究采用统一的考察方法和技术规范,按照《中国植被》的分类体系与基本原则,采用植被型组、植被型、群系组和群系四级分类单位对山西植被分类系统进行了修订和重新划分;依据植物特征及其对水分、温度的需求,结合区域气候与地理条件,运用景观格局指数对山西植物功能型的组成、分布和景观格局进行了研究;综合物种、谱系和功能α和β多样性指数,从纬度、海拔和时间等时空尺度上研究了植物群落多样性的分布格局和构建机制,主要探讨了以下科学问题:(1)在不同时空尺度下,影响植物群落多样性格局和构建机制的主要因素和过程是什么?(2)木本植物和草本植物的多样性格局和构建机制是否相同?(3)人类活动和生态恢复是如何影响植物群落组成和多样性格局的?通过此次系统的研究,希望为今后山西植物群落考察、生物资源保护与利用、生物多样性保护等工作提供科学理论依据。研究结果如下:1.山西植被可划分为8个植被型组、17个植被型、40个群系组和129个群系。在《山西植被》的基础上,增加了35个群系,其中阔叶林增加了2个群系、灌丛和灌草丛增加了8个群系、草丛增加了2个群系、草原增加了3个群系、草甸增加了5个群系、沼泽和水生植被增加了15个群系。2.山西植物功能型可划分为19类,分别为寒温性常绿针叶林、寒温性落叶针叶林、温性常绿针叶林、温性落叶阔叶林、高寒落叶灌丛、温性落叶灌丛、多年生禾草草丛、多年生禾草草原、多年生禾草草甸、多年生杂类草草丛、多年生杂类草草原、多年生杂类草草甸、多年生豆科草草原、多年生莎草草甸、一年生杂类草草甸、果园、一年一熟作物田、一年二熟作物田和二年三熟作物田。作物田占有较大比重,森林以温性常绿针叶林和温性落叶阔叶林为主,灌丛以温性落叶灌丛为主,草本群落以多年生禾草草丛为主。除作物田表现出较好的整体性和连通性外,其他植物功能型均表现出不同程度的破碎化和离散化。由于水热条件和地理环境的异质性,植物功能型(不包括作物田)在各区域表现出较大的差异。山西植物功能型整体上表现出较高的景观多样性。中部地区景观多样性和破碎化程度较高,斑块类型更趋于离散的小斑块状。北部地区表现出较强的景观优势度。3.山西油松林植物区系组成较为丰富,野外共记录植物357种,隶属于71科227属。油松林物种和谱系α和β多样性纬度格局不明显。复杂的地理条件和较高的空间异质性导致各山地油松林物种和谱系α多样性差异显著。与人工油松林相比,天然油松林具有较高的物种和谱系α多样性。影响油松林谱系多样性指数(PD)和净关联指数(NRI)最主要的因素是自然环境(其中坡度和坡位是最主要的影响因子,其次是土壤磷含量和降水),其次是林分类型和林分结构。不同地区影响PD和NRI的因素不同。吕梁山地区影响PD的主要因素是地形和土壤,而太行山地区主要是气候和土壤。林分类型和林分结构对草本植物的多样性格局具有较大的影响。随着纬度的增加,尽管木本植物和草本植物β多样性(β_(total))都呈不明显的下降趋势,但它们的组分更替(β_(repl))和丰富度差异(β_(rich))变化趋势不同。随着纬度的增加,木本植物β_(repl)上升趋势较为明显,而β_(rich)表现出明显的下降趋势。对于草本植物来说,β_(repl)和β_(rich)的变化趋势与木本植物相反。不论是木本植物还是草本植物,对其物种和谱系β多样性解释力最大的因素是地理距离,这表明在较大尺度上,特别是地形复杂的区域,扩散限制是影响群落构建最主要的因素。4.随着海拔的升高,关帝山森林群落物种丰富度指数(S)、PD和功能丰富度指数(FRic)整体上表现出上升的趋势,特别是海拔1800 m以上。随着海拔的升高,β_(total)和β_(repl)上升趋势明显,而β_(rich)则逐渐下降。不同生活型植物的物种、谱系和功能多样性海拔格局差异较大。随着海拔的升高,草本植物的S和物种多样性指数(H’)上升趋势要高于木本植物。影响草本植物S分布的主要因素是海拔和坡度,而影响木本植物S分布的最主要因素是平均谱系距离指数(MPD)和NRI。NRI表明群落中的木本植物大多表现出谱系聚集的结构,而草本植物大多表现出谱系发散的结构。随着海拔的升高,木本植物β_(total)上升趋势要比草本植物明显。木本植物和草本植物β_(repl)和β_(rich)具有不同的海拔格局。随着海拔的升高,木本植物β_(repl)和β_(rich)分别表现出单峰格局和U型格局,而草本植物β_(repl)和β_(rich)则分别表现出单调递增和单调递减的格局。环境过滤对木本植物的群落构建过程起决定性作用;而对于草本植物来说,环境过滤和扩散限制共同决定了其群落构建过程。5.长期无序的旅游开发和严重的人类活动已造成历山山地草甸严重的生态和环境问题,包括植被盖度下降、生物多样性丧失和水土流失等,特别是在严重干扰的样带1,物种组成主要以一年生植物和伴人植物为主。实施生态恢复工程后,物种和功能多样性整体上极显著增加(P0.01),特别是严重干扰区,而谱系多样性变化不显著(P0.05)。生态恢复工程实施前,由于人类活动的影响,样带间物种、谱系和功能多样性差异极显著(P0.01);生态恢复工程实施以后,这种差异有所减小甚至不显著(P0.05)。与其他干扰区相比,严重干扰区群落类型和物种组成的明显变化导致该区域较高的β多样性。随着距游径距离的增加,β多样性逐渐减小。在未干扰4区,群落在物种组成、亲缘关系和功能属性等方面皆处于相对稳定的状态。Tβ_(total)、Pβ_(total)和Fβ_(total)整体上具有相似的格局;但分解后的组分β_(repl)和β_(rich)在不同干扰区的相对作用不同。当群落受到轻微干扰时,群落间的组成差异主要由β_(repl)所致;随着干扰强度的增加,β_(repl)和β_(rich)共同作用于β_(total)。
【图文】：

分布图,样方,森林群落,植被调查

图 3.1 山西植被调查样方分布图1 Distribution of plots of vegetation investigation in Shanx

分布图,植被调查,样方,山西

图 3.1 山西植被调查样方分布图re 3.1 Distribution of plots of vegetation investigation in Shanxi, 图 3.2 森林群落样方设置（引自方精云等[183]）gure 3.2 Plot setting of forest community (From Fang et al.[183])
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q948

【参考文献】