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太白山主要植物群落数量分类及其物种组成和丰富度的环境解释

作　者: 任学敏
导　师: 杨改河; 王得祥
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 植物资源学
关键词: 植物群落 物种组成 物种丰富度 环境变量 太白山
分类号: Q948
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


了解植被、物种组成和多样性的分布格局及其与环境变量的关系对于发展和优化物种多样性保护策略、可持续管理和利用植物资源具有重要的指导意义。本研究基于野外调查和实验数据，采用种－面积曲线拟合法分析了太白山8种典型植物群落的最小取样面积；用聚类分析、DCA排序及指示种分析法对太白山南坡和北坡植被分别进行了分类，并对各群落物种组成进行了描述；分别用DCCA和RDA排序法分析了南坡和北坡整体物种组成和单个群落物种组成与环境变量的关系，偏DCCA和偏RDA评估了各个环境变量的相对重要程度，GLM和GAM拟合了物种丰富度对各个环境变量的响应，主要结果如下：（1）太白山8种主要植物群落乔木、灌木及草本层最小取样面积均随研究精度增高而增大，乔木、灌木和草本层分别取125–228m~2、18–170m~2、7–91m~2时，可满足精度80%的研究要求；分别取203–508m~2、62–296m~2、29–150m~2时，可满足精度90%的研究要求。本研究中的所有植物群落的取样面积均达到了精度90%的研究要求。（2）聚类分析和DCA排序把太白山南坡和北坡植被各自区分为8种群落类型，这些群落沿海拔呈带状分布，但在中部海拔（约2250–3350m），不同群落所占据的海拔区间比两端有更多的重叠。不同群落物种组成差异巨大，这种差异在南、北两坡的同一种群落中依然存在。（3）发现了3种尚未被报道过的植物群落，分别是太白深灰槭群落、刺叶高山栎群落和大毛状薹草群落。（4）南坡和北坡的总物种组成分别受13个和11个环境变量的显著影响。南坡，海拔的影响强度最大，其次为年均温，郁闭度、土壤厚度、岩石盖度、土壤有机质含量、全氮含量、碳氮比、全钾含量、坡向、土壤pH值、凋落物厚度和碱解氮含量的影响依次降低；北坡，环境变量影响强度大小次序为年均温、海拔、郁闭度、坡向、全钾含量、有效钾含量、土壤厚度、岩石盖度、土壤pH值、全磷含量和凋落物厚度。南坡和北坡乔木、灌木和草本物种组成与环境变量关系呈现出与各自总物种相似的特征。（5）能够显著影响太白山南坡和北坡总物种丰富度的环境变量及总物种丰富度对各环境变量的响应曲线存在一定不同。南坡，总物种丰富度与海拔、年均温、土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量和郁闭度呈显著的单峰关系，而与凋落物厚度、土壤碳氮比和有效钾含量呈显著的线性关系；北坡，总物种丰富度与海拔、年均温和土壤厚度呈显著单峰关系，与土壤全氮含量、碱解氮含量和全钾含量呈显著倒单峰关系，与坡向和土壤pH值呈显著线性关系，而与土壤有效磷含量和郁闭度的关系较为复杂，均表现为倒“S”形的变化格局。不同生活型物种丰富度与环境变量的关系与总物种丰富度存在相似特征，即南坡和北坡能够显著解释同一生活型物种丰富度的环境变量不同，其响应曲线亦不同，但总体上可概括为六种关系：线性增加、线性减小、单峰、倒单峰、倒“S”形和无明显关系。（6）分别对5种植物群落物种组成和丰富度与环境变量关系的分析表明，锐齿槲栎群落的物种组成主要受海拔、坡度、年均温和郁闭度影响，其影响强度为年均温>海拔>郁闭度>坡度。物种丰富度主要受海拔、坡向、年均温、土壤厚度、土壤pH值和全钾含量的影响，物种丰富度与海拔存在显著倒单峰关系，随坡向由冷湿向暖干方向线性增加，随年均温和土壤厚度增加线性减小，而随土壤pH值和全钾含量的变化较为复杂。影响红桦群落物种组成的主要是年均温、土壤厚度、碳氮比、全钾含量和郁闭度，其影响强度为土壤碳氮比>土壤厚度>郁闭度>全钾含量>年均温。没有发现显著影响红桦群落物种丰富度的环境变量。糙皮桦群落的物种组成主要受土壤pH值和郁闭度影响，影响强度为郁闭度>土壤pH值。物种丰富度主要受土壤碳氮比和全磷含量影响，物种丰富度与前者存在显著倒单峰关系，但随后者增加显著地线性增加。影响巴山冷杉群落物种组成的最主要环境因子是坡向，其次为岩石盖度，土壤有效磷含量、海拔、土壤有效钾含量、凋落物厚度和郁闭度的影响依次降低。巴山冷杉群落物种丰富度与海拔呈显著倒单峰关系，与凋落物厚度和土壤全氮含量呈显著单峰关系，与土壤有机质含量和碳氮比呈显著线性关系，随二者减小而减小，随郁闭度增加而增加，但郁闭度达到60%后，物种丰富度基本不再变化。头花杜鹃-杯腺柳-大毛状薹草群落物种组成主要受坡向、土壤有机质含量和郁闭度影响，影响强度为郁闭度>坡向>土壤有机质含量。其物种丰富度主要受海拔、年均温、凋落物厚度、土壤有机质含量、全氮含量、土壤碳氮比、碱解氮含量、全磷含量和郁闭度影响。物种丰富度随海拔、土壤全氮含量、碱解氮含量和全磷含量的增加线性降低，随年均温和郁闭度的增加线性增加，而与凋落物厚度、土壤有机质含量和土壤碳氮比存在显著倒单峰关系。太白山植被、物种组成及物种丰富度是多种环境变量共同作用的结果。但分别从太白山南坡和北坡的整体考虑，地形和气候变量影响最大，对于单个植物群落，土壤变量则更为重要，而植被变量（郁闭度）无论对整体还是单个群落都有重要影响。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章 引言  15-38
  1.1 研究背景  15-17
  1.2 本研究目的和意义  17
  1.3 植被分类及植被与环境关系研究概况  17-36
    1.3.1 植被分类  18-21
      1.3.1.1 世界各地植被分类研究概况  18-19
      1.3.1.2 植被数量分类方法概述  19-21
    1.3.2 植物群落物种组成和多样性与环境关系  21-28
      1.3.2.1 气候因子对物种组成及多样性的影响  21-22
      1.3.2.2 地形因子对物种组成及多样性的影响  22-24
      1.3.2.3 土壤因子对物种组成及多样性的影响  24-27
      1.3.2.4 植被因子对物种组成及多样性的影响  27-28
    1.3.3 物种多样性形成机制研究概况  28-32
      1.3.3.1 能量假说  28-29
      1.3.3.2 生产力假说  29
      1.3.3.3 生态位分化假说  29-30
      1.3.3.4 中域效应假说  30
      1.3.3.5 地史成因假说  30-32
      1.3.3.6 其它物种多样性假说  32
    1.3.4 太白山植被分类及植被与环境关系研究概况  32-36
      1.3.4.1 太白山植被分类研究概况  32-34
      1.3.4.2 太白山植被－环境关系研究概况  34-36
  1.4 研究内容  36
  1.5 研究方法及技术路线  36-38
    1.5.1 研究方法  36-37
    1.5.2 技术路线  37-38
第二章 研究区概况  38-44
  2.1 研究区自然环境概况  39-42
    2.1.1 研究区气候概况  39-40
    2.1.2 研究区地貌及水文概况  40-41
    2.1.3 研究区土壤概况  41-42
  2.2 研究区植被概况  42-44
    2.2.1 科、属、种组成  42
    2.2.2 植物区系特征  42
    2.2.3 植被垂直带谱  42-44
第三章 太白山几种主要植物群落的最小取样面积研究  44-54
  3.1 研究方法  44-48
    3.1.1 取样方法及数据收集  44-46
    3.1.2 群落最小面积确定方法  46-48
      3.1.2.1 群落总物种数的估计  46
      3.1.2.2 群落最小面积确定方法  46-48
  3.2 结果与分析  48-51
    3.2.1 各群落种－面积曲线的拟合  48
    3.2.2 群落的最小面积  48-51
      3.2.2.1 各群落乔木、灌木和草本层总物种数的估计  48-50
      3.2.2.2 群落的最小面积  50-51
    3.2.3 不同群落乔木、灌木及草本层最小取样面积的比较  51
  3.3 讨论  51-53
  3.4 小结  53-54
第四章 太白山植被的数量分类及物种组成研究  54-76
  4.1 研究方法  54-56
    4.1.1 取样方法及数据收集  54-55
    4.1.2 数据分析  55-56
  4.2 结果与分析  56-73
    4.2.1 太白山南坡的植物群落及物种组成  56-65
      4.2.1.1 太白山南坡植物群落分类及物种组成  56-64
      4.2.1.2 太白山南坡不同群落植物生活型  64-65
    4.2.2 太白山北坡植物群落及物种组成  65-73
      4.2.2.1 太白山北坡植物群落分类及物种组成  65-72
      4.2.2.2 太白山北坡不同群落植物生活型  72-73
  4.3 讨论  73-75
    4.3.1 植物群落类型和物种组成  73-74
    4.3.2 不同群落植物生活型  74-75
  4.4 小结  75-76
第五章 太白山植物群落及物种组成的环境解释  76-103
  5.1 研究方法  76-79
    5.1.1 取样方法及数据收集  76-77
      5.1.1.1 植被取样  76
      5.1.1.2 环境变量取样  76-77
    5.1.2 数据分析  77-79
  5.2 结果与分析  79-99
    5.2.1 太白山南坡植物群落及物种组成与环境变量的关系  79-89
      5.2.1.1 太白山南坡环境变量与 DCCA 排序轴的相关  79-80
      5.2.1.2 太白山南坡植物群落与环境变量的关系  80-83
      5.2.1.3 太白山南坡物种组成与环境变量的关系  83-89
    5.2.2 太白山北坡植物群落及物种组成与环境变量的关系  89-99
      5.2.2.1 太白山北坡环境变量与 DCCA 排序轴的相关  89-90
      5.2.2.2 太白山北坡植物群落与环境变量的关系  90-91
      5.2.2.3 太白山北坡物种组成与环境变量的关系  91-99
  5.3 讨论  99-102
    5.3.1 地形和气候变量对物种组成的影响  99-100
    5.3.2 土壤变量对物种组成的影响  100-101
    5.3.3 植被变量对物种组成的影响  101
    5.3.4 环境变量的相对重要性  101-102
  5.4 小结  102-103
第六章 太白山植物物种丰富度的环境解释  103-131
  6.1 研究方法  104
    6.1.1 取样方法及数据收集  104
    6.1.2 数据分析  104
  6.2 结果与分析  104-125
    6.2.1 物种丰富度与环境变量关系  104-118
      6.2.1.1 总物种丰富度与环境变量关系  104-105
      6.2.1.2 高位芽植物丰富度与环境变量的关系  105-106
      6.2.1.3 地上芽植物丰富度与环境变量的关系  106-107
      6.2.1.4 地面芽植物丰富度与环境变量的关系  107-108
      6.2.1.5 地下芽植物丰富度与环境变量的关系  108-115
      6.2.1.6 一年生植物丰富度与环境变量的关系  115-118
    6.2.3 空间自相关  118-125
      6.2.3.1 总物种丰富度及其与环境变量回归剩余偏差的空间自相关  118-120
      6.2.3.2 高位芽植物丰富度及其与环境变量回归剩余偏差的空间自相关  120-121
      6.2.3.3 地上芽植物丰富度及其与环境变量回归剩余偏差的空间自相关  121-122
      6.2.3.4 地面芽植物丰富度及其与环境变量回归剩余偏差的空间自相关  122
      6.2.3.5 地下芽植物丰富度及其与环境变量回归剩余偏差的空间自相关  122-123
      6.2.3.6 一年生植物丰富度及其与环境变量回归剩余偏差的空间自相关  123-125
  6.3 讨论  125-130
  6.4 小结  130-131
第七章 环境变量对太白山几种主要植物群落物种组成及丰富度的影响  131-153
  7.1 研究方法  131-133
    7.1.1 取样方法及数据收集  131
    7.1.2 数据分析  131-133
  7.2 结果与分析  133-149
    7.2.1 锐齿槲栎群落  133-135
      7.2.1.1 锐齿槲栎群落环境变量与 RDA 排序轴的相关  133-135
      7.2.1.2 环境变量对锐齿槲栎群落物种组成的影响  135
      7.2.1.3 环境变量对锐齿槲栎群落物种丰富度的影响  135
    7.2.2 红桦群落  135-139
      7.2.2.1 红桦群落环境变量与 RDA 排序轴的相关  137
      7.2.2.2 环境变量对红桦群落物种组成的影响  137-139
      7.2.2.3 环境变量对红桦群落物种组成的影响  139
    7.2.3 糙皮桦群落  139-142
      7.2.3.1 糙皮桦群落环境变量与 RDA 排序轴的相关  139-141
      7.2.3.2 环境变量对糙皮桦群落物种组成的影响  141
      7.2.3.3 环境变量对糙皮桦群落物种丰富度的影响  141-142
    7.2.4 巴山冷杉群落  142-145
      7.2.4.1 巴山冷杉群落环境变量与 RDA 排序轴的相关  142
      7.2.4.2 环境变量对巴山冷杉群落物种组成的影响  142-144
      7.2.4.3 环境变量对巴山冷杉群落物种丰富度的影响  144-145
    7.2.5 头花杜鹃-杯腺柳-大毛状薹草群落  145-149
      7.2.5.1 头花杜鹃-杯腺柳-大毛状薹草群落环境变量与 RDA 排序轴的相关  145
      7.2.5.2 环境变量对头花杜鹃-杯腺柳-大毛状薹草群落物种组成的影响  145-146
      7.2.5.3 环境变量对头花杜鹃-杯腺柳-大毛状薹草群落物种丰富度的影响  146-149
  7.3 讨论  149-151
  7.4 小结  151-153
第八章 讨论与结论  153-159
  8.1 讨论  153-156
    8.1.1 植物群落的最小取样面积  153
    8.1.2 植被分类  153-154
    8.1.3 环境因子对物种组成的影响  154-155
    8.1.4 环境因子对物种丰富度的影响  155
    8.1.5 其它可能对物种组成和丰富度有重要影响的环境因子  155-156
  8.2 结论  156-157
  8.3 研究亮点及展望  157-159
    8.3.1 研究亮点  157
    8.3.2 展望  157-159
参考文献  159-189
致谢  189-191
作者简介  191

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生态学和植物地理学
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