中国热带亚热带山地种子植物多样性格局的机制研究

摘要

山地植物多样性的分布格局及其形成机制是生态学和生物地理学研究的重要科学问题之一。植物群落是陆地生态系统最主要的初级生产者，为其他生物群落提供物质和能量，是维持生态系统生产力的基础和前提。植物多样性的锐减会带来生态环境恶化、生态资源损失和生态系统失衡等一系列灾难性的后果。以往对植物多样性分布格局的研究主要集中于探讨单个因素或生态学过程的影响机制，忽略了多个因素和生态学过程的同时作用机制。因此，生态学家对植物多样性格局的驱动因素与作用机制尚未形成普适性的认识。
　　中国热带亚热带山地是世界上植物种类最丰富的地区之一，是全球生物多样性保护的重点，也是植物多样性格局研究的理想实验室。以位于中国热带亚热带的海南山地、西双版纳山地、红河地区山地、玉龙雪山山地和大巴山山地为研究对象，本文通过系统整理植物名录专著资料，建立包括各种子植物的物种名、生活型和海拔分布范围的物种分布数据库，结合数字高程模型数据和WorldClim全球气候数据，利用回归拟合和方差分离分析，研究中国热带亚热带山地全部种子植物及其不同生活型植物物种多样性沿海拔梯度的分布格局，并从空间和水热气候两个角度出发探究该格局的形成机制。结果表明:
　　(1)随海拔的上升，植物类群的物种丰富度均呈现先增加后减少的单峰格局，但植物类群的物种密度格局较为复杂，存在区域分异。其中，海南山地植物类群的物神密度呈现递增格局，而西双版纳山地、红河地区山地、玉龙雪山山地和大巴山山地植物类群的物种密度均呈现先增加后减少的单峰格局，与山地面积沿海拔梯度的变化趋势有关。
　　(2)空间面积可解释植物类群物种丰富度格局变化的21.9-96.2％，线性和对数函数分别是玉龙雪山山地和海南山地植物类群种-面积关系的最优模型，幂函数是西双版纳山地、红河地区山地和大巴山山地植物类群种-面积关系的最优模型;中域效应假说可解释多数植物类群物种多样性格局变化的16.5-97.3％，其作用随着物种分布宽度的减小而递减。
　　(3)水热气候显著影响植物多样性的海拔分布格局，其中年均温、最冷月最低温、年降水量和实际蒸腾蒸散量可分别解释植物类群物种多样性格局变化的49.9-97.6％、49.4-97.2％、7.4-92.9％和26.5-90.9％;支持环境能量假说和水分-能量动态假说，但不支持生态学代谢假说、寒冷忍耐假说和生产力假说。
　　(4)空间和水热气候以90.1-99.6％的贡献率共同决定了山地种子植物多样性沿海拔梯度的分布格局，但水热气候明显高于空间因子的解释力。空间和水热气候之间存在较强的共线性，水热气候是影响植物多样性海拔分布格局的主要机制，而空间是补充机制。
　　该项研究系统阐明了中国热带亚热带山地生态系统中种子植物群落物种多样性分布格局的影响机制，在保护山地生物多样性和维持山地生态系统稳定性方面具有指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 山地生物多样性格局

1．2．2 空间影响机制

1．2．3 水热气候影响机制

1．3 研究内容与目标

1．4 技术路线与创新点

1．4．1 技术路线

1．4．2 创新点

第2章 研究区域与方法

2．1 典型区域概况

2．1．1 热带山地

2．1．2 热带-亚热带交错带山地

2．1．3 亚热带山地

2．2 数据来源

2．2．1 海拔和面积

2．2．2 水分和热量

2．2．3 种子植物多样性

2．3 信息处理与统计分析方法

2．3．1 中域效应计算

2．3．2 土地利用干扰处理

2．3．3 统计分析

第3章 种子植物多样性的海拔分布格局

3．2．1 海南山地

3．2．2 西双版纳山地

3．2．3 红河地区山地

3．2．4 玉龙雪山山地

3．2．5 大巴山山地

3．3 物种密度的分布格局

3．3．1 海南山地

3．3．2 西双版纳山地

3．3．3 红河地区山地

3．3．4 玉龙雪山山地

3．3．5 大巴山山地

3．4 讨论

3．4．1 物种丰富度的海拔格局

3．4．2 物种密度的海拔格局

3．5 本章小结

第4章 空间对种子植物多样性格局的影响

4．1 引言

4．2 面积与物种丰富度格局

4．2．1 海南山地

4．2．2 西双版纳山地

4．2．3 红河地区山地

4．2．4 玉龙雪山山地

4．2．5 大巴山山地

4．3 中域效应与物种丰富度格局

4．3．1 海南山地

4．3．2 西双版纳山地

4．3．3 红河地区山地

4．3．4 玉龙雪山山地

4．3．5 大巴山山地

4．4 中域效应与物种密度格局

4．4．1 海南山地

4．4．2 西双版纳山地

4．4．3 红河地区山地

4．4．4 玉龙雪山山地

4．4．5 大巴山山地

4．5 讨论

4．5．1 种-面积关系

4．5．2 中域效应假说

4．6 本章小结

第5章 水热气候对种子植物多样性格局的影响

5．1 引言

5．2 水热气候与物种丰富度格局

5．2．1 海南山地

5．2．2 西双版纳山地

5．2．3 红河地区山地

5．2．4 玉龙雪山山地

5．2．5 大巴山山地

5．3 水热气候与物种密度格局

5．3．1 海南山地

5．3．2 西双版纳山地

5．3．3 红河地区山地

5．3．4 玉龙雪山山地

5．3．5 大巴山山地

5．4 讨论

5．4．1 生态学代谢假说

5．4．2 环境能量假说

5．4．3 寒冷忍耐假说

5．4．4 水分-能量动态假说

5．4．5 生产力假说

5．5 本章小结

第6章 空间和水热气候的相对影响

6．1 引言

6．2 空间和水热气候对物种丰富度格局的相对影响

6．2．1 海南山地

6．2．2 西双版纳山地

6．2．3 红河地区山地

6．2．4 玉龙雪山山地

6．2．5 大巴山山地

6．3 空间和水热气候对物种密度格局的相对影响

6．3．1 海南山地

6．3．2 西双版纳山地

6．3．3 红河地区山地

6．3．4 玉龙雪山山地

6．3．5 大巴山山地

6．4 讨论

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

附录

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介