浙江天童木本植物功能性状种内变异的大小、来源和空间结构

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功能性状多样性作为生物多样性的一部分,最初主要关注生态系统中不同物种间功能性状的差异(即种间变异)。然而越来越多的研究表明,种内变异不仅是群落功能性状多样性的主要来源,而且在许多情况下,种内变异往往具有与种间变异相似的生态效应,对群落构建和生态系统功能都有着重要的影响。因而,对种内变异深入系统的研究有助于本研究更深刻地理解群落构建的内在机制。本文以浙江天童20公顷常绿阔叶林动态样地内4.84公顷固定样地作为研究对象。选择样地内30个常见种(频度大于50),在测定和分析各物种四个功能性状(单叶面积、比叶面积、干物质含量、胸径)的基础上,对种内变异作了以下深入系统的分析:首先,通过混合线性模型以及方差成分分析法计算种内变异种间变异的相对大小;接着通过基于Rao二次熵指数的多样性分解方法,计算种内性状的α多样性以及β多样性;最后,通过空间取样,计算不同空间尺度上各物种不同功能性状的种内变异值,并利用计算机模拟不同过程对应的点格局分布得到新的种内变异一空间尺度关系。本研究旨在回答以下科学问题:1)研究样地内种内变异、种间变异的相对大小,是否种内变异的量较种间变异的量是不可忽略的;2)种内变异在不同空间尺度上的分解——种内功能性状的α、β多样性(简称种内α、β多样性)格局是怎样的,与空间尺度又有何关系?3)种内变异一空间尺度关系及对应生态过程。研究表明:1)研究样地内常见种皆存在不同程度的种内变异,且种内变异的大小依赖于选取的性状和物种。整体而言,本研究中选取的四个功能性状的种内变异较种间变异而言,不仅不是可忽略的,反而占了很大的比例:对干物质含量(LDMC)、单叶面积(MLA)、比叶面积(SLA)、胸径(DBH)四个功能性状,种内变异占总功能性状变异的比例依次为54.4%、21.6%、48%、44%。且种内变异主要来源于样方内变异:对于LDMC、MLA、SLA、DBH四个功能性状,种内变异-样方内变异依次占种内变异变异86.8%、84.5%、63.3%、50.5%。此外,种内变异与物种频率、多度之间存在负相关,即常见种具有较小的种内变异,而稀有种种内变异较大。2)在小尺度上,由于取样面积小,样方内个体数目较少、环境异质性较弱,且相邻个体的基因或许具有更高的相关性,此时种内性状α多样性较小;随着尺度的增大,样方内个体数目增大,且样方内环境异质性逐渐增强,种内性状α多样性也随之增大。与之相反,在小尺度上,不同样方间生境异质性较强,且属于不同样方间的个体基因差异或许更大,因而不同样方里的个体会产生较大的差异,进而种内性状β多样性较大;随着空间尺度的增大,样方间差异逐渐变小,种内性状β多样性也随之减小。3)在小尺度上,样方内环境异质性较弱,且个体数量较少,因而种内变异较小;随着样方尺度的增大,样方内环境异质性增强,且个体数目增加,因而由表型可塑性以及遗传多样性增加导致的种内变异增大;到尺度包含几乎所有类型生境时种内变异达到最大值不再增加,开始进入平台期,并沿渐近线趋于饱和。且环境过滤过程对实际群落种内变异一空间尺度关系的解释度最高,扩散限制过程对单叶面积、干物质含量这两个性状具有与环境过滤相当的解释度。因而本研究认为种内功能性状的变异是中性和生态位过程相互影响的结果,两种生态过程并非完全对立。综上所述,本研究通过分析浙江天童常绿阔叶林30个常见种功能性状种内变异的大小、来源以·及空间结构,揭示了种内变异的相对重要性、种内功能性状α、p多样性格局以及种内变异随空间尺度的变化趋势及其内在机制。种内变异大小较种间变异大小而言,不仅不是可忽略的,而且量非常可观。与传统功能性状α、p多样性相似,种内α多样性随空间尺度的增大而增大,反之,种内p多样性随空间尺度的增大而减少。随着样方尺度的增大,种内变异增大,到尺度包含几乎所有类型生境时种内变异达到最大值不再增加,开始进入平台期,并沿渐近线趋于饱和。种内功能性状的变异是中性和生态位过程相互影响的结果,两种生态过程并非完全对立。
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