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苔藓植物是森林生态系统的重要组成部分,苔藓植物物种多样性形成和维持机制的研究对进一步加强苔藓植物多样性保护和维持区域森林生态系统稳定具有重要意义。本研究以白云山国家森林公园4个1hm2不同人为干扰强度永久监测样地为平台,以苔藓植物组成、谱系结构、功能性状和系统发育信号为研究对象,采用经典形态分类和DNA条形码技术相结合的方法对采集的苔藓植物标本进行了分类鉴定,构建了样地内苔藓植物群落系统发育树,比较了不同人为干扰强度森林苔藓植物群落谱系结构的差异,探索了苔藓植物群落功能性状的谱系信号,研究了环境空间异质性和森林生态系统的生境分化对苔藓植物多样性的影响。具体研究结论如下:
(1)经过野外调查和标本鉴定,4hm2不同人为干扰强度样地内苔藓植物共计71种,隶属于25科45属,其中藓类21科41属66种,苔类4科4属5种;单一DNA条形码片段时,rps4的综合成功率最高(95.81%),其次是trnL-F(85,53%)和rbcL(67.8%),组合DNA条形码片段的综合成功率均在76.16%以上。采用DNA条形码片段构建的苔藓植物系统发育进化关系树显示:苔类和藓类形成2大分支,支持率高达98%。
(2)不同人为干扰强度林内苔藓植物物种丰富度、香农指数和均匀度指数的差异显著,不同种类的苔藓植物在不同群落类型中有不同的特异性偏好。Torus-translation检验表明,与特定群落相关的苔藓植物物种有41种(57.7%)。不同人为干扰强度林内苔藓植物物种多样性与不同的环境因子的相关性存在差异,地形因子和空间变量是影响苔藓植物物种多样性的主要环境因子。
(3)不同人为干扰强度和不同空间尺度下苔藓群落谱系结构存在差异。人工林样地、择伐林样地和老龄林样地在20m×20m和10m×10m研究尺度上苔藓群落谱系结构均呈聚集分布,而皆伐林样地在20m×20m研究尺度上苔藓群落谱系结构均呈发散分布。多重分析比较表明,在20m研究尺度上,人工林、老龄林和皆伐林苔藓植物群落谱系结构变化显著;在10m研究尺度上,择伐林和皆伐林苔藓群落谱系结构变化显著。
(4)人工林样地和老龄林样地中苔藓植物株高、叶面积、叶长宽比、叶中部细胞长、叶中部细胞宽、蒴柄长、孢子直径和孢子外壁厚度8个功能性状指标均被检测出了显著的谱系信号(P<0.05),择伐林样地中苔藓植物株高、叶面积、叶长宽比、叶中部细胞长、叶中部细胞宽和蒴柄长6个功能性状均检测出了显著的谱系信号,皆伐林样地中叶中部细胞长、叶中部细胞宽和叶面积3个功能性状检测出显著的谱系信号,表明该研究区域苔藓植物系统发育历史显著地影响这些功能性状。
综上,本研究基于白云山国家森林公园4个1hm2不同人为干扰强度永久监测样地,研究了苔藓植物物种组成、谱系结构、功能性状和系统发育信号,发现了不同人为干扰强度样地内苔藓植物物种组成和群落结构均存在显著差异;构建了基于DNA条形码片段的苔藓植物系统发育进化关系树,探究了不同人为干扰强度样地内苔藓植物群落谱系结构差异;揭示了微生境分化对苔藓植物群落多样性具有重要影响;证明了苔藓植物功能性状在其历史发育过程中作用明显。研究结果有助于该区域内苔藓植物多样性的保护,为白云山国家森林公园苔藓植物物种多样性保护和系统生态学提供科学依据。
(1)经过野外调查和标本鉴定,4hm2不同人为干扰强度样地内苔藓植物共计71种,隶属于25科45属,其中藓类21科41属66种,苔类4科4属5种;单一DNA条形码片段时,rps4的综合成功率最高(95.81%),其次是trnL-F(85,53%)和rbcL(67.8%),组合DNA条形码片段的综合成功率均在76.16%以上。采用DNA条形码片段构建的苔藓植物系统发育进化关系树显示:苔类和藓类形成2大分支,支持率高达98%。
(2)不同人为干扰强度林内苔藓植物物种丰富度、香农指数和均匀度指数的差异显著,不同种类的苔藓植物在不同群落类型中有不同的特异性偏好。Torus-translation检验表明,与特定群落相关的苔藓植物物种有41种(57.7%)。不同人为干扰强度林内苔藓植物物种多样性与不同的环境因子的相关性存在差异,地形因子和空间变量是影响苔藓植物物种多样性的主要环境因子。
(3)不同人为干扰强度和不同空间尺度下苔藓群落谱系结构存在差异。人工林样地、择伐林样地和老龄林样地在20m×20m和10m×10m研究尺度上苔藓群落谱系结构均呈聚集分布,而皆伐林样地在20m×20m研究尺度上苔藓群落谱系结构均呈发散分布。多重分析比较表明,在20m研究尺度上,人工林、老龄林和皆伐林苔藓植物群落谱系结构变化显著;在10m研究尺度上,择伐林和皆伐林苔藓群落谱系结构变化显著。
(4)人工林样地和老龄林样地中苔藓植物株高、叶面积、叶长宽比、叶中部细胞长、叶中部细胞宽、蒴柄长、孢子直径和孢子外壁厚度8个功能性状指标均被检测出了显著的谱系信号(P<0.05),择伐林样地中苔藓植物株高、叶面积、叶长宽比、叶中部细胞长、叶中部细胞宽和蒴柄长6个功能性状均检测出了显著的谱系信号,皆伐林样地中叶中部细胞长、叶中部细胞宽和叶面积3个功能性状检测出显著的谱系信号,表明该研究区域苔藓植物系统发育历史显著地影响这些功能性状。
综上,本研究基于白云山国家森林公园4个1hm2不同人为干扰强度永久监测样地,研究了苔藓植物物种组成、谱系结构、功能性状和系统发育信号,发现了不同人为干扰强度样地内苔藓植物物种组成和群落结构均存在显著差异;构建了基于DNA条形码片段的苔藓植物系统发育进化关系树,探究了不同人为干扰强度样地内苔藓植物群落谱系结构差异;揭示了微生境分化对苔藓植物群落多样性具有重要影响;证明了苔藓植物功能性状在其历史发育过程中作用明显。研究结果有助于该区域内苔藓植物多样性的保护,为白云山国家森林公园苔藓植物物种多样性保护和系统生态学提供科学依据。