羊草草原退化演替过程中的群落构建与稳定性研究

摘要

草地生态系统提供的多种服务功能是草原人民赖以生存和发展的基础。近年来，过度放牧等人为活动导致北方草地大面积退化，其生产力和生物多样性减少，土壤侵蚀加剧，生态系统稳定性降低。面对日趋严重的草地退化问题，需要对人类活动所带来的后果做出客观的评估和预测。生态系统稳定性是评价生态系统健康程度的有效指标，因而受到国际社会的广泛关注。
　　本研究以锡林河流域羊草草原为例，通过野外调查和室内测试分析，结合气候、地形、土壤、放牧等一系列环境因子，分析了不同退化演替阶段群落多样性的变化，并基于植物功能性状探讨了群落构建机理，进一步分析了群落多样性和稳定性的关系。旨在加深对植被-环境关系认识的同时为科学、合理的利用草地资源提供理论支持。主要研究结果如下:
　　(1)羊草草原退化演替过程中的群落多样性
　　采用物种多样性、功能群多样性及功能多样性，研究羊草草原退化演替过程中群落多样性的变化，结果发现:随着退化演替的进行，羊草草原可划分为羊草+杂类草（ymus chinensis+perennial forbs）、羊草+针茅（大针茅、克氏针茅）[L.chinensis+Stipa（S.grandis，S.krylovii）]、羊草+糙隐子草（L.chinensis+Cleistogenes squarrosa）和羊草+冷蒿（L.chinensis+Artemisia frigida）4个不同阶段;随着该退化演替的进行，物种多样性随退化演替梯度增加，功能均匀度逐渐增加，但功能丰富度却逐渐减小;群落物种组成也与退化早期群落之间的差异越来越大，群落中的植物从低养分利用效率、抵抗力低的植物逐渐被养分利用效率高、抵抗能力强的植物所替代。综上可知，在退化群落里存在较多的未被占据的生态位空间，而物种数目的增加使较退化群落的物种在现有占据的生态位空间上分布越来越均匀;相反，未退化群落由于存在较多的优势植物，在环境中的分布不均匀，从而出现了较多己占据而未被利用的生态位空间。
　　(2)羊草草原退化演替过程中的群落构建机制
　　本研究通过两步零模型探讨了草地退化演替过程中的群落构建机制。结果发现:与植物生长策略有关的性状更加趋于发散，与植物繁殖、扩散、抵抗、竞争等适应策略有关的性状更加趋于聚集;随着退化演替的进行，环境筛选作用更加强烈;植物功能性状的聚集和发散随退化演替梯度的分布格局与环境筛选的分布格局不一致，有时强烈的环境筛选和植物功能性状的发散同时出现在退化群落，反映了强烈的环境筛选下，植物功能性状并非必然聚集，物种之间对资源的竞争或生态位的分化导致植物功能性状在被筛选的范围内发散。
　　(3)羊草草原退化演替过程中的群落稳定性
　　采用恢复性、抵抗性、结构变异性和功能变异性4个稳定性组分，分析其在退化演替过程中的变化，并探讨了不同退化演替阶段草地的多维稳定性。结果如下:羊草草原的恢复性以中度退化的羊草+糙隐子草群落最高;随着退化演替的进行，群落抵抗性逐渐升高;结构变异性和功能变异性没有明显的变化趋势;多维稳定性在羊草+糙隐子草群落最高。稳定性不同组分之间的多种不同关系提醒我们如果研究稳定性时只考虑一个或少数几个稳定性组分，往往可能会误判或低估不同干扰方式改变系统整体稳定性的能力。
　　(4)羊草草原退化演替过程中的群落构建与稳定性
　　对环境因子、群落构建、多样性及稳定性的结构方程模型分析发现，物种多样性、功能群多样性及功能多样性对稳定性有正效应，且功能多样性对稳定性的解释率最大，并且放牧因子、植物功能性状分布、功能多样性以及群落稳定性之间的强烈正相互路径关系反映了物种的生态位分化及对环境响应的多样性是群落多样性和稳定性关系维持的内在机制。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究内容及技术路线

1．2 生态系统稳定性及其研究热点

1．2．1 基本概念

1．2．2 多样性-稳定性研究进展

1．2．3 影响多样性-稳定性关系的主要因素

1．2．4 多样性-稳定性关系的相关理论假说

1．3 群落构建的研究进展

1．3．1 群落构建的维持机制、研究方法及研究进展

1．3．2 群落构建与多样性-稳定性关系

第二章 研究区概况

2．1 地理位置

2．2 自然概况

2．2．1 地形地貌

2．2．2 气候特征

2．2．3 土壤特征

2．2．4 植被特征

第三章 羊草草原退化演替与环境特征

3．1 羊草草原退化演替特征

3．1．1 研究方法

3．1．2 研究结果

3．1．3 讨论

3．2 羊草草原不同退化演替阶段群落环境特征

3．2．1 研究方法

3．2．2 研究结果

3．2．3 讨论

3．3 本章小结

第四章 羊草草原退化演替过程中的群落多样性

4．1 羊草草原退化演替过程中的物种多样性

4．1．1 研究方法

4．1．2 研究结果

4．1．3 讨论

4．2 羊草草原退化演替过程中的植物功能性状

4．2．1 研究方法

4．2．2 研究结果

4．2．3 讨论

4．3 基于功能性状的羊草草原退化演替过程中的功能群多样性

4．3．1 研究方法

4．3．2 研究结果

4．3．3 讨论

4．4 羊草草原退化演替过程中的功能多样性

4．4．1 研究方法

4．4．2 研究结果

4．4．3 讨论

4．5 本章小结

第五章 羊草草原退化演替的群落构建机制

5．1 研究方法

5．1．2 环境筛选

5．1．2 植物功能性状分布

5．1．3 零模型验证

5．2 研究结果

5．2．1 环境筛选随退化演替的变化

5．2．2 植物功能性状的分布格局随退化演替的变化

5．3 讨论

5．4 本章小结

第六章 羊草草原退化演替过程中的群落稳定性

6．1 群落恢复性、抵抗性和变异性

6．1．1 研究方法

6．1．2 研究结果

6．1．3 讨论

6．2 群落综合稳定性

6．2．1 研究方法

6．2．2 研究结果

6．2．3 讨论

6．3 群落多样性和稳定性关系

6．3．1 研究方法

6．3．2 研究结果

6．3．3 讨论

6．4 本章小结

第七章 羊草草原退化演替过程中的群落构建与稳定性

7．1 研究方法

7．1．1 结构方程模型(SEM)的构建

7．1．2 变量的筛选及模型的拟合

7．2 研究结果

7．3 讨论

7．4 本章小结

第八章 结论

参考文献

附录

攻读博士期间发表论文情况

致谢