物种—功能—面积关系及其生态过程

作     者：谢一鸣 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎恩荣

授予年度：2013年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：物种多样性 功能多样性 功能面积关系 生态位过程 生境过滤 极限相似性 中性随机过程 

摘      要：种面积关系或者种面积曲线定量的表达了物种丰富度随取样面积不断增大的变化趋势。对这种趋势的研究至今已有超过百年的历史,而其重要性也一直被生物地理学,种群生态学和保护生物学等多学科所高度关注,但这种趋势关系的内在机理却始终没有被充分理解。近年来植物功能性状因其定量精确、响应敏锐等特点而倍受生态学界关注。研究功能多样性可为我们提供强有力的研究手段,并与物种多样性形成互补,有望解释群落物种共存与多样性维持等长期以来困扰生态学家们的问题。 本论文在浙江天童20ha常绿阔叶林动态样地内建立5ha固定样地作为植物功能性状研究样地。以样地内的胸径≥1cm的木本植物为研究对象,抽样测定和分析植物的3种叶功能性状。通过空间取样,计算不同取样面积内物种层次上的物种多样性与功能多样性指数。并随机模拟点格局分布并重新计算响应指数,旨在回答以下科学问题：1)多样性指数在不同尺度上究竟是受哪种生态学机制所影响;2)两组成对指数间（物种-功能丰富度指数、物种-功能均匀度指数）在不同尺度上的变化趋势是否有异同点：3)群落构建机制究竟是如何维持的。 研究表明： 1)物种与功能丰富度指数都受环境筛选作用影响,与中性随机群落形成显著的差异,跨面积尺度呈现出由小到大的增长趋势,但功能性状受“极限最大表现面积的限制,相比物种丰富度在中等以上尺度更早趋于稳定。 2)物种均匀度指数在小尺度上较高,大尺度上较低,跨尺度由均匀到类似于著名的“二八分布（20%的物种占据群落80%的生物量或个体数）的格局,通过与随机群落的对比,发现这一趋势上的平稳过渡是由于小尺度上微弱的不均匀性不断递增放大而造成的,这为物种“二八分布格局的理解提供了有力的借鉴,而同时功能均匀度（又称性状的最近邻体指数的方差）则在尺度由小增大的过程中,不断的向更均匀的方向发展,体现了物种间较强的生态位分化特性。同时,小尺度上相比随机群落,极限相似性对功能均匀度有一定的分化扩张影响,其趋势明显存在,但显著性较弱。最后,物种与功能均匀度间存在权衡关系,可能对多样性维持机制具有潜在意义。 3)物种与功能综合离散度指数（Rao二次熵）相比于方差能够更好的解释生态位的两个机制——环境筛选与极限相似性的对抗性,从与随机群落的对照来看,该指数在各尺度受环境筛选的作用更强,而极限相似性影响非常微弱。同时随着物种丰富度的不断增加,离散度指数先升高后下降,说明了物种的增加即可能增加功能多样性,也可能导致功能的冗余重叠产生,而当后者产生时,离散度指数在尺度增加的过程中反而不断的下降。 综上,本文通过对物种与功能多样性在跨面积尺度上分布格局与成因的分析,发现生态位过程相对中性随机过程在物种-功能-面积关系中扮演了更确定的角色,其中环境过滤和极限相似性是群落多样性维持的重要机制。