高寒草甸坡向梯度植物功能性状与系统发育对群落结构的影响

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生物多样性在维持自然平衡的同时,也为人们供应药品、食品等物质,是人类生存发展的前提条件。现如今,生物多样性丧失严重,维护生物多样性刻不待时。探究群落构建过程有助于深刻理解群落内物种的共存方式以及维系物种多样性,因而群落构建一向是生态学关注的焦点。本文以高寒草甸植被为研究对象,选取5个坡向的样地,通过野外群落学调查与室内实验相结合,测定了各坡向环境因子(土壤水分含量SWC、酸碱度pH、有机碳SOC、全氮STN、全磷STP、氮磷比N:P、速效氮SAN、速效磷SAP)和植物叶片功能性状(比叶面积SLA、叶片相对水分含量LWC、叶干物质含量LDMC、叶片全氮LNC、全磷LPC、全钾LKC、有机碳LCC、叶绿素SPAD)。计算了各坡向上植物群落的最近亲缘关系指数(nearest taxon index,NTI)和净亲缘关系指数(net relatedness index,NRI)。基于Angiosperm Phylogeny Group(APG)III和中国植物志构建了植物群落系统发育树。本研究试图运用群落系统发育的方法并结合植物种群的叶片功能性状,探究高寒草甸群落在坡向梯度上群落构建过程。结果表明:(1)土壤理化性质在5个坡向上差异显著。土壤水分含量在南北坡上的变化范围是0.38 g·g-10.16 g·g-1,SWC从北坡到南坡依次递减。土壤全氮、土壤有机碳、土壤氮磷比变化趋势相同,即从北坡到南坡,先下降,在东坡达到最小值,随后又上升,总体呈“V”型。土壤速效磷含量在5个坡向间差异不明显,但北坡(0.135g·kg-1)略高于南坡(0.125g·kg-1)。各坡向土壤pH变化幅度较小,但总体上南坡较北坡偏碱性。土壤全磷、土壤速效氮含量在北坡均明显大于其他坡,其含量在东坡和东南坡相对较低。(2)坡向对植物叶片性状影响显著。其中叶片水分含量与比叶面积变化规律一致,从北坡到南坡,叶片SLA和LWC逐渐缩减。而5个坡向上相对叶绿素含量依次增大(从北到南),SPAD与SLA、LWC的变化规律相反。叶干物质含量除北坡略高于东北坡外,从南到北依次递减。叶片氮、碳含量在5个坡向间差异不明显。叶片磷含量、钾含量在各坡向有差异,无明显变化规律,但整体上东北坡含量最高,东南坡最低。5个坡向样方群落的优势功能群不同。其中北坡以蔷薇科和报春花科物种为主,东北坡以莎草科为代表,东坡以菊科物种为代表,禾本科植物是南坡与东南坡的优势种。(3)群落的PD指数和谱系结构随坡向转变呈现出一定的规律性。从北坡到南坡,PD指数逐渐减小,种群的谱系结构的聚集程度逐渐缩减,由聚集到发散。北坡的亲缘指数大于零(NRI=0.6432,NTI=0.2515),谱系结构聚集,南坡、东南坡以及东坡系统发育结构发散。东北坡NTI指数表明系统发育聚集,NRI指数接近于零但大于零,表明系统发育结构处于聚集与随机之间。(4)综合研究环境因子和叶性状、群落组成及其系统发育结构,发现坡向梯度上土壤养分、水分等环境因子对南坡和东南坡的植被的影响最强,对东坡与东北坡影响次之,对北坡植株生长发育影响相对较弱。北坡群落系统发育结构聚集,该坡向种群构建过程中的首要作用力是种间竞争。南坡、东南坡以及东坡系统发育结构发散,生境过滤作用是其种群构建的关键驱动因素,东北坡最近亲缘关系指数表明系统发育聚集,净亲缘关系指数表明系统发育结构处于聚集与随机之间,其构建过程比较复杂,可能包含多种生态作用,是几种生态作用共同导致的。
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