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XTBG OpenIR  > 西双版纳热带植物园毕业生学位论文  > 学位论文

title: 森林土壤化学元素含量的空间异质性与树种多样性沿纬度梯度的变化规律
author: 乔璐
Issued Date: 2012-2
Abstract: 生物多样性的起源和维持机制一直以来都是生态学领域内的重要研究课题。就生物多样性的维持机制来说,也并存着生态位假说、中性理论、分布限制假说等多样化的理论,并都在一定程度上对生物的多样性给予解释。生境异质性是生态位假说的中心点,对生物多样性的维持起着积极的作用。土壤异质性是生境异质性的重要组成部分,土壤异质性的形成受到母质、植被、地形、气候和时间诸因素的影响,在空间和时间上都表现出异质性格局。对于土壤化学元素的空间异质性分布,已有很多研究对其进行了探讨,但在纬度梯度上对森林土壤空间异质性的研究还很缺乏。   本研究在中国西部自阿尔泰山至西双版纳横跨约30个纬度的地带上对17个不同的森林类型进行了土壤取样和群落调查,以阐明土壤异质性的纬度梯度性,已经沿纬度土壤异质性与森林树种多样性的相关关系。同时,我们在云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林选取了红花木莲(Manglietia insignis)、南洋木荷(Schima noronhae)和珊瑚冬青(Ilex corallina)3个树种,分析了不同树种凋落物传播距离和化学元素含量的差异,以及树冠下土壤化学元素的含量,以阐明不同树种凋落物生物学特性的差异与土壤异质性的关系。   沿纬度梯度的调查结果表明,不同纬度带上森林群落的树种多样性呈现随纬度降低而升高的趋势:树种丰富度由阿尔泰山针叶林的3个树种升至西双版纳热带季节雨林的106个树种;香农威纳指数自高纬度的0.86增加至低纬度的4.08。矿质土壤中有机碳、全氮、可交换性镁的变异系数、全氮、可交换性镁含量的极差平均值之比等表现出一定的纬度梯度性。树种多样性也与土壤化学元素的空间异质性表现出显著的相关关系:树种丰富度与土壤pH值、可交换性镁含量的极差平均值之比成正相关,也与可交换性镁的变异系数成正相关;树种丰富度与土壤有机碳的变异系数成负相关;树种丰富度及香农威纳指数与土壤有机碳的变程成正相关;树种丰富度与土壤有效铁的极差成负相关;而树种多样性与分维数、空间依赖性无显著相关关系。 哀牢山的实验结果显示,叶的传播距离呈现出叶片越小传播距离越远的趋势,但缺乏统计上的显著性。在所调查的14个叶片属性中,没有任何一个与叶片的凋落距离显著相关。从树冠下目标种自身凋落叶输入量来看,南洋木荷凋落叶量显著大于其他两个树种;但3个树种树冠下的总凋落量无显著差异。林冠下总的地上凋落物的其他化学元素输入量在目标种之间没有显著差异,但木质素的输入量、地上凋落物输入量的碳氮比值(C/N)、木质素与氮的比值(lignin/N)在树种间有显著差异。从地上凋落物收支平衡的角度分析,3个目标种树冠下外源凋落物输入的化学元素量(外源量)均大于目标种自身散布于树冠外的凋落物所损失的化学元素量(损失量),即都表现出树冠下土壤化学元素累积的趋势。本研究中,珊瑚冬青树冠下的氮、钾、锰的外源量与损失量的差值显著大于红花木莲,而南洋木荷与前两者均无显著差异。土壤中的可交换性钾含量以南洋木荷树冠下土壤最高,大于珊瑚冬青和红花木莲;有效铁的含量则以珊瑚冬青树冠下土壤最低,小于红花木莲和南洋木荷;有效锰的含量又以南洋木荷树冠下土壤最低,小于珊瑚冬青和红花木莲。此外,土壤的C/N以珊瑚冬青最高,大于红花木莲和南洋木荷。回归分析表明,地上凋落物的C/N对土壤有效铁含量的正相关解释力为39.8%,地上凋落物的lignin/N对土壤有效锰的负相关解释力达到70.6%。土壤可交换性镁含量与凋落物钙输入量成正相关,凋落物钙的输入量还与土壤可交换性钙含量及pH值成正相关。 通过本文的研究,我们发现(1)土壤镁的空间异质性沿纬度增加而减小,且与森林树种多样性呈正相关,而碳的空间异质性沿纬度升高而增加,且与森林树种多样性呈负相关;(2)不同树种树冠下的土壤可交换性钾、有效铁、有效锰含量存在显著差异,即土壤化学元素含量表现为空间异质性分布,这一异质性分布主要受树种生物学特性的差异及地形的影响;(3)我们的研究结果不仅支持以生态位理论来解释物种共存机制,而且显示植物物种多样性的增加(即物种生物学特性变异加大)可以提高土壤异质性。综合上述结论我们发现,不同树种生物学特性的差异可以增加土壤化学元素含量的空间异质性,而土壤化学元素异质性的增加又可能有助于提高树种多样性。正是这种良性的正向反馈能在不受干扰的情况下使得自然界生物多样性不断增加。我们的研究为解释生物多样性维持机制的生态位理论提供了一个新的支持角度。
Degree Level: 博士
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乔璐. 森林土壤化学元素含量的空间异质性与树种多样性沿纬度梯度的变化规律[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.
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