岷江上游干旱河谷灌丛群落物种多样性与生产力的海拔梯度格局研究

摘要

本文以岷江上游干旱河谷-杂谷脑河干旱河谷区内自然灌丛植被为研究对象，通过沿海拔高度的系统取样调查，对该区的灌丛植被特性、群落最小面积、物种多样性的海拔梯度格局、生产力的海拔梯度格局、多样性与生产力的相关性以及它们与环境因子的相关性进行分析，找到了影响多样性和生产力的环境主导因子，从而为岷江上游干旱河谷的植被恢复提供更为详细的基础信息和理论依据。研究主要结果如下： 1.在调查区域内，共收集维管植物107种，隶属于41科88属，其中灌木20科34属45种，草本29科56属62种。植物种类贫乏，有明显的重点科，分别为豆科Leguminosae、菊科Compositae、蔷薇科Rosaceae和禾本科Graminea。 灌丛群落结构特征随海拔的升高而随之变化，随海拔的逐步升高灌丛群落表现为由干旱灌丛向半湿润灌丛过度，其优势物种主成、生活型谱、频度分布等诸多方面都表现出灌丛群落由简单单一向复杂多样过度的变化趋势，表明沿海拔梯度存在较为明显的物种更替规律。 2.通过种-面积曲线拟合对各海拔灌丛群落进行最小面积的研究，首次提出了该地区不同海拔群落包括60～90％物种的最小面积。 4个海拔梯度的灌丛群落最小面积从大到小排列，阴坡依次为：2 165m>1 957m>-1558m>l 750m，阳坡依次为2 200m>1 985m>1578m>1781m，随海拔梯度的升高呈现先减小后增大的海拔梯度格局；在相对应的海拔高度上，海拔2 000m以下群落最小面积及所含物种数阴坡明显大于阳坡，而在2 200m左右的高海拔则是阴坡与阳坡相接近。将样方面积100m<'2>(10m×10m)、200m<'2>(10m×20m)作为岷江上游干旱河谷灌丛群落的最小面积可满足不同研究精度要求，减少野外样方调查的数量和工作量。 3.4个海拔梯度的灌丛群落α多样性从大到小排列，阴坡依次为：2 165m>1957m>1 558m>1750m，阳坡依次为2 200m>1985m>1578m>1781m，随海拔升高表现出先减少后增加的海拔梯度格局；各海拔梯度间α多样性的增减幅度表现为：阳坡>阴坡，草本>灌木；除海拔2 200m左右的阳坡中上坡草本α多样性大于阴坡，阴坡各海拔地段其灌木和草本物种α多样性均大于阳坡各相应地段。 4.阴、阳坡随着海拔的升高，海拔1550m左右的样地与其它海拔梯度样地之间的灌丛群落灌木和草本β多样性指数均呈现递增的趋势。低海拔梯度和高海拔梯度的灌丛植物种类和群落生境有较大的差异，随着海拔间隔的增加，物种相似性减小，物种更替速率增大。随海拔间隔的增加，阴坡各相邻样地之间灌木β多样性指数呈现先增加后减少的趋势，草本β多样性指数呈现递减的趋势；阳坡各相邻样地之间灌木β多样性指数呈现递增的趋势，草本β多样性指数呈现先减少后增加的趋势。即灌木于阴坡海拔1 750m～1 957m之间差异最显著，更替速率最快，而于阳坡海拔l 985m～2 200m之间差异最显著，更替速率最快；草本于阴坡海拔1 578m～1 750m之间差异最显著，更替速率最快，而于阳坡海拔1 985m～2 200m之间差异最显著，更替速率最快。 5.阴、阳坡灌丛其灌木层的生物量占绝对优势，阴坡灌丛各层生物量大小依次为：灌木层>草本层>地被层>枯落层；阳坡灌丛各层生物量大小依次为：灌木层>草本层>枯落层>地被层。阴、阳坡灌木各器官生物量大小依次为：根>茎枝>叶>花果。灌丛地下部分生物量累积比较丰富。 4个海拔梯度灌丛各层生物量及各器官生物量从大到小排列，阴坡依次为：2165m>1 957m>1 558m>1 750m，阳坡依次为2 200m>1 985m>1 578m>1 781m，随海拔升高表现出先减少后增加的海拔梯度格局；灌丛总生物量子阴坡海拔1 750m～1957m之间差异明显，于阳坡海拔1 985m～2 200m之间差异明显。 阴、阳坡相对应的海拔梯度上，阴坡灌丛各层生物量及各器官生物量均大于阳坡。灌木层、草本层地下部分与地上部分的比值随海拔的升高均呈先增加后减少的趋势。 6.灌丛群落灌木和草本多样性与生物量呈正相关关系，即生态系统生产力随物种多样性的增加而增加。物种多样性、物种组成、物种本身的生物学特征、气候及干扰强度等多种因素对物种多样性与生态系统功能的关系具有影响。 7.缺水、高碱性、钙化和有效肥力水平低是该区土壤的主要特征，而土壤水分条件又影响其它的土壤养分特征。4个海拔梯度的土壤化学肥力水平高低排列，阴坡依次为：2 165m>1 957m>1 558m>1750m，阳坡依次为2 200m>1 985m>1 578m>1781m，且不同坡向表现为：阴坡>阳坡。 8.灌丛群落物种多样性及生产力与环境因子的相关分析表明，海拔、坡向、坡度、土壤含水量、速效N、速效K、有机质、全N、全K与灌丛群落多样性和生产力均呈正相关关系，而pH值、速效P、全P、全Ca与多样性和生产力呈负相关关系。通过逐步回归分析和主成分分析结果表明，该地区植被的分布是土壤水分、土壤养分和微地形三者综合作用的结果。

目录

声明

摘要

前言

1国内外研究综述

1.1山地森林群落物种多样性和生产力垂直格局研究的取样技术

1.1.1最小取样面积的确定

1.1.2垂直格局样地取样方法

1.2山地森林群落物种多样性和生产力垂直格局研究的测度方法

1.2.1多样性指数的测度

1.2.2生产力的测度

1.3物种多样性与生产力的垂直变化模式

1.3.1物种多样性的垂直变化模式

1.3.2生产力的垂直变化模式

1.3.3物种多样性与生产力的相关关系

2研究区概况

3研究目的与意义

4研究方法

4.1样地设置

4.2样方设置

4.3调查内容

4.4土壤含水量的测定

4.5土壤养分的测定

4.6重要值的计算

4.7群落频度分级

4.8群落生活型谱的绘制

4.9种-面积曲线的拟合及最小面积的计算

4.10物种多样性的分析方法

4.10.1 α多样性的测度

4.10.2 β多样性的测度

4.11生产力的分析方法

4.11.1灌木生物量的测定

4.11.2草本、地被、枯落物生物量的测定

4.12气象资料的准备

4.13数据统计与分析

5研究结果与分析

5.1岷江上游干旱河谷灌丛植被特性

5.1.1植物种类

5.1.2样地植被特征

5.1.3群落物种组成特征

5.1.4群落生活型构成随海拔梯度的变化

5.1.5群落频度随海拔梯度的变化

5.2灌丛群落最小面积及海拔梯度格局

5.2.1灌丛群落种-面积曲线

5.2.2灌丛群落种-面积曲线方程的拟合

5.2.3灌丛群落最小面积

5.2.4灌丛群落最小面积与海拔、坡向的关系

5.3灌丛群落α多样性的海拔梯度格局

5.3.1 灌丛群落α多样性指数

5.3.2灌丛群落各α多样性指数间的相关性

5.3.3坡向对灌丛群落α多样性指数的影响

5.3.4灌丛群落各α多样性指数的海拔梯度格局

5.4灌丛群落β多样性的海拔梯度格局

5.4.1灌丛群落β多样性的二元属性数据指标测度

5.4.2灌丛群落 β多样性的数量数据指标测度

5.5灌丛群落生产力的海拔梯度格局

5.5.1灌丛生物量及分配

5.5.2灌木层、草本层各器官生物量及分配

5.5.3坡向对灌丛生物量的影响

5.5.4灌丛群落生物量的海拔梯度格局

5.6灌丛群落α多样性与生产力的相关性

5.6.1灌木α多样性与灌木生物量的相关关系

5.6.2草本α多样性与草本生物量的关系

5.7灌丛群落物种多样性、生产力与环境因子的相关性

5.7.1各样地土壤水养特征

5.7.2多样性与各环境因子的相关性

5.7.3生物量与各环境因子的相关性

5.8灌丛群落物种多样性、生产力与环境因子逐步回归分析

5.8.1灌木物种α多样性与环境因子的逐步回归模型

5.8.2草本物种α多样性与环境因子的回归模型

5.8.3生物量与环境因子的回归模型

5.9灌丛群落物种多样性、生产力主导环境因子的主成分分析

6结论与讨论

附表

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表论文情况