黑河上游沙棘杂交带杂种与亲本种种群结构及格局分布
作者单位：西北师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：孙坤
授予年度：2018年
摘 要：黑河上游是黑河流域主要的产流区以及重要的水源涵养区,而森林系统具有重要的涵养水源的功能。在黑河上游祁连段,沙棘属植物是河滩、坡地森林系统的重要建群种,对于涵养水源、保持水土、维系生物多样性、改善生态环境的功能发挥了重要的生态作用。同时,黑河上游是中国沙棘(Hippophae rhamnoides ***)和肋果沙棘(***)交错分布的区域,它们通过不断的基因交流双向杂交形成杂种棱果沙棘(***)。本文在初步调查黑河上游沙棘杂交带上沙棘灌丛群落组成的基础上,通过对黑河上游沙棘杂交带杂种与亲本种种群结构和空间格局的研究,揭示了杂种与亲本种的种群特征和空间生存动态,探讨了杂种与亲本种间以及各类群雌雄植株间和不同龄级个体间的空间关联,以期深化对杂交带维持机制的认知,并为黑河上游植被保护以及生态恢复提供一定的理论依据。结论总结如下:(1)黑河上游沙棘灌丛主要是由杂交种棱果沙棘及其亲本种中国沙棘、肋果沙棘,以及高山柳、青海云杉、杨树等伴生种组成。其中日旭村沙棘灌丛主要是由中国沙棘、肋果沙棘、棱果沙棘、高山柳等组成,群落建群种为中国沙棘和肋果沙棘,群落中各灌木物种的平均年龄普遍较低。八宝河滩沙棘灌丛主要是由中国沙棘、棱果沙棘、肋果沙棘、高山柳、青海云杉以及杨树等组成,以中国沙棘和棱果沙棘为建群种,群落中各优势种的平均年龄普遍较高。日旭村沙棘灌丛群落物种丰富度比八宝河滩沙棘灌丛更高。(2)采用DNA条形码技术,将核基因组ITS2序列和叶绿体基因psb A-trn H序列作为组合序列,构建沙棘属植物系统发育树可以对黑河上游沙棘灌丛调查样地中存疑沙棘个体进行准确的分子鉴定。ITS2序列和psb A-trn H序列的有效比对长度分别为225 bp和317 bp。ITS2序列中保守位点(C)为189个,变异位点为34个,占序列长度的15.11%;psb A-trn H序列中保守位点(C)为298个,变异位点为18个,占序列长度的5.68%。ITS2序列中C+G%为53.9%,psb A-trn H序列中C+G%为25.6%。(3)通过野外调查,研究了黑河上游两个不同演替阶段沙棘灌丛中杂种棱果沙棘与其亲本种的种群结构,通过建立该区域杂交带中三种沙棘树龄(y)与胸径(x)关系模型并将胸径数据转换为树龄数据分析了杂种和亲本种群的年龄结构。结果表明,祁连日旭村河滩沙棘灌丛中,3种沙棘种群的平均年龄基本一致,其中中国沙棘、肋果沙棘和杂种棱果沙棘种群的平均年龄分别为40年、45年和40年,但中国沙棘和棱果沙棘的平均株高和冠幅均明显大于肋果沙棘。杂种与亲本种种群性别比例均为雄株多于雌株,存活曲线均呈现为凹形,属于Ⅲ型存活曲线,种群均属于增长型种群。八宝河滩沙棘灌丛中,中国沙棘种群和棱果沙棘种群的平均年龄较高,分别为110年、100年,肋果沙棘种群的平均年龄相对较低,为70年,中国沙棘和棱果沙棘的平均株高和冠幅均明显大于肋果沙棘,杂种与亲本种种群的性别比例均为雄株多于雌株,存活曲线均呈现为凸形,属于Ⅰ型存活曲线,杂种与亲本种种群均属于衰退型种群。从种群结构角度分析,在黑河上游沙棘杂交带群落演替前中期,杂种与其亲本种能保持种群的相对稳定,但在群落演替后期,拥有生长优势的中国沙棘和棱果沙棘成为沙棘灌丛的建群种。(4)运用点格局分析方法对黑河上游自然杂交带两个不同演替阶段沙棘灌丛种的杂种与亲本种种群格局进行研究,结果表明,杂种与亲本种种群的空间分布在处于群落演替中期的日旭村沙棘灌丛中均表现为明显的聚集分布,但在处于群落演替后期阶段的八宝河滩沙棘灌丛中则更多的表现为随机分布。杂种与其亲本种之间的空间关联性在处于群落演替中期阶段的日旭村沙棘灌丛中表现为在不同的空间尺度下,杂种分别与亲本种之间均表现为显著的空间负关联,两亲本种之间在大尺度上表现为无关联,小尺度出现一定的负关联。在处于群落演替后期阶段的八宝河滩沙棘灌丛中,杂种与其亲本种在不同的空间尺度下更多的表现为空间无关联,而肋果沙棘分别与中国沙棘、棱果沙棘在一定小尺度上存在空间负关联。(5)对黑河上游沙棘灌丛的建群种中国沙棘不同性别、不同龄级个体的空间分布和空间关联性进行了研究,发现随着尺度的增大,中国沙棘雌、雄个体的空间分布类型均表现为由聚集分布逐渐趋向于随机分布,其空间关联表现为无关联→正关联→无关联,雌、雄个体在空间上无显著的空间竞争或干扰关系;不同龄级中国沙棘个体,随着龄级增大,其空间分布类型由聚集分布向随机分布转变。低龄级与其它龄级间存在明显的尺度效应,而高龄间的的相关性更偏向于无显著关联。基于低龄级个体呈聚集分布且受到高龄级个体的生存干扰的现状,适当对老龄级个体进行疏伐,可以优化种群结构,减小低龄级个体的生存压力。
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