植物间正相互作用对种群动态与群落结构的影响研究

摘要

生物间相互作用是生态学研究的核心内容，当前大部分生态学理论均建立在生物间负相互作用基础之上。然而，随着胁迫环境下大量野外工作的出现，研究人员发现生物间不仅存在竞争等负相互作用，而且还存在促进的正相互作用。如何将正相互作用融入主要以竞争为基础的生态学理论就成了生态学家们亟需解决的问题。本论文以此为出发点，结合计算机模拟、野外实验与统计推断等手段，系统探讨植物间正相互作用对种群动态与群落结构的影响，以期建立综合正负相互作用于一体的生态学理论框架。
　　 在青藏高原东缘高寒草甸地区，通过多物种邻体去除、多性状测量与多变量统计推断，发现在青藏高原高寒草甸恶劣生境下植物间正相互作用是广泛存在的，但不同物种、不同性状之间存在一定的差异，即正相互作用是物种特异与性状特异的；同时，局部微环境也对正相互作用的发生频率和强度施加影响。这为随后构建种群与群落模型、验证模型预测提供了基础。
　　 在单物种种群中，通过扩展著名的影响域模型建立了基于正负相互作用动态平衡的植物生长速率方程。模拟结果表明，正相互作用显著改变了种群的生物量一密度关系，即经典的恒定产量法则，提高了种群的个体大小不整齐性。高寒草甸地区垂穗披碱草种植实验支持了模型的预测：在中等密度水平下平均个体生物量最大而种群的个体大小不整齐性最小。同时，理论模拟还发现胁迫环境本身减小了自疏斜率(负值，即绝对值增大)，而正相互作用则能够缓解胁迫条件对自疏轨迹的影响，即增大自疏斜率(负值，即绝对值减小)。上述结果表明，正相互作用对种群动态的作用不可忽视，尤其是在相对胁迫的生境条件下。
　　 基于物种差异、生态位—中性连续体及正相互作用物种特异性的认识，将生物间正相互作用引入Lin等(2009)出生-死亡权衡的中性模型，结果表明一定强度的正相互作用可以显著增长两物种群落的共存时间，提高多物种群落的物种丰富度。高寒与亚高寒草甸地区物种丰富度沿海拔梯度的分布模式与该理论结果相一致，即单位面积内高寒植物群落的物种数目明显高于亚高寒草甸群落的物种数目。Klein等(2004)增温实验从侧面支持了模型的假定与预测，这意味着改变高寒生境的全球变暖所导致的正相互作用强度减弱甚至消失将会对脆弱生态系统如高寒草甸产生灾难性的影响，加速生物多样性的丧失。
　　 由此可见，植物间正相互作用对种群动态与群落结构具有重要的影响，构建基于正负两种相互作用的生态学理论势在必行。在全球气候变化的大背景下，该研究具有重要的理论与现实意义。

目录

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引言

第一章 植物体间正相互作用研究进展

1.1正相互作用的一般定义

1.2胁迫环境下的正相互作用

1.3正相互作用的机理

1.4正相互作用研究的发展历史

1.5正相互作用与传统生态学理论

1.6研究内容和总体框架

第二章 高寒草甸地区正相互作用实验验证

2.1正相互作用的物种特异性

2.2正相互作用的性状特异性

2.3实验设计

2.3.1实验处理与测量

2.3.2数据分析与统计

2.4实验结果

2.4.1基于生物量和高度的物种特异性结果

2.4.2基于多变量统计的性状特异性结果

2.5讨论

第三章 植物间正相互作用对种群动态的影响

3.1经典种群动态理论综述与研究问题的提出

3.1.1恒定产量法则

3.1.2种群个体大小不整齐性

3.1.3自疏法则和代谢生态学

3.1.4基于个体的空间模型介绍

3.2融合正负相互作用的影响域模型构建

3.2.1恒定产量法则模型设置

3.2.2个体大小不整齐性模型设置

3.2.3自疏轨迹模型设置

3.3高寒草甸野外实验设计与取样

3.4模型模拟与实验结果

3.4.1非自疏种群的生物量—密度关系

3.4.2个体大小不整齐性

3.4.3自疏系数与自疏轨迹

3.5讨论

3.5.1正相互作用对恒定产量法则的生态学意义

3.5.2正相互作用对种群个体大小变异的生态学意义

3.5.3正相互作用对自疏轨迹的生态学意义

第四章 植物间正相互作用对群落结构的影响

4.1群落构建与生物多样性维持机制研究进展

4.1.1生态位理论

4.1.2群落中性理论及其与生态位理论的整合

4.1.3包含正相互作用的整体群落(IC)概念

4.2物种丰富度—环境梯度关系与正相互作用

4.2.1模型概述与实验设计

4.2.2模拟结果与实验验证

4.3讨论

第五章 主要研究结论与展望

参考文献

博士期间发表文章情况

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