海南島熱帶森林植物功能性狀及其多樣性研究.pdf

1、植物功能性狀是指影響植物存活、生長、繁殖速率和最終適合度的形態(tài)、生理和物候等特征，而植物功能多樣性是指植物功能性狀的數(shù)值和變化范圍。近年來，基于功能性狀的分析逐漸成為群落生態(tài)學(xué)研究的新趨勢，并有力的推動了群落組配規(guī)律和物種多樣性維持機制的研究。通過分析植物功能性狀及其多樣性能夠了解植被中物種之間及其與環(huán)境的關(guān)系，從而揭示生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化趨勢。
　　熱帶森林作為物種最為豐富、結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在維持全球生物

2、多樣性、養(yǎng)分循環(huán)和調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面具有非常重要的作用。同時，熱帶森林由于其復(fù)雜性和多樣性也被認為是研究生物多樣性維持機制的理想場所。海南島是我國熱帶天然林分布面積最大的區(qū)域，具有多種獨特的熱帶植被類型和豐富多樣的森林植物種類。了解海南島熱帶森林植物功能性狀及其多樣性的時空變化規(guī)律，不僅具有重要的生態(tài)學(xué)理論意義，而且對于海南島的生物多樣性保育和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)也具有重要的實踐意義。
　　本文首先以海南島主要的木本植物為對象，通

3、過查閱國內(nèi)外植物功能性狀庫并結(jié)合10多年野外調(diào)查數(shù)據(jù)，初步構(gòu)建海南島木本植物功能性狀庫，并分析各個功能性狀的數(shù)值范圍及其隨分類單位（屬及科）的變化。其次，以海南島典型熱帶天然林區(qū)（霸王嶺林區(qū)）的六個典型熱帶森林植被的老齡林為對象，在固定樣地建立、植被調(diào)查及主要環(huán)境因子和植物功能性狀測定的基礎(chǔ)上，分析了群落結(jié)構(gòu)、物種多樣性和群落水平植物功能性狀隨植被類型及相應(yīng)環(huán)境因子的變化規(guī)律。最后，以植物的功能性狀為基礎(chǔ)，計算了不同植被類型的功能多樣性

4、及譜系多樣性指數(shù)，并分析了其與不同環(huán)境因子的相關(guān)性。主要研究結(jié)果如下:
　　1.通過對海南島2281個木本植物的10個功能性狀的統(tǒng)計分析表明:海南島森林植物的生長型以喬木為主，其次是灌木和術(shù)質(zhì)藤本，生活型以高位芽植物占優(yōu)勢。在所有及不同生長型的植物中葉型均體現(xiàn)闊葉物種顯著高于針葉;葉質(zhì)以革質(zhì)和紙質(zhì)為主;光合途徑均體現(xiàn)C3物種數(shù)顯著高于C4和CAM物種;漿果和核果物種數(shù)顯著高于其它果實類型;傳播方式主要以動物取食傳播為主，其次為風(fēng)傳

5、播，利用水傳播的物種則最少;有刺物種顯著低于無刺物種;板根性狀僅存在高大喬木物種中。不同植物的功能性狀類型可能與其所分布的生境條件有關(guān)。
　　2.通過對六種森林植被類型的群落結(jié)構(gòu)與多樣性特征對比分析表明:六種森林植被類型的種-面積和種-多度累積曲線均表現(xiàn)為熱帶山地雨林和熱帶低地雨林的物種豐富度最高，其次是熱帶落葉季雨林和熱帶針葉林，熱帶山地常綠林和熱帶山頂矮林最低，這一變化規(guī)律符合“中間高度膨脹”現(xiàn)象。物種豐富度與9個環(huán)境因子之間

6、關(guān)系隨不同植被類型的變化:熱帶落葉季雨林、熱帶針葉林和熱帶低地雨林的物種組成主要與土壤pH值、日平均空氣溫度和土壤氮相關(guān);熱帶山地雨林、熱帶山地常綠林和熱帶山頂矮林的物種組成主要與冠層開闊度、土壤有機質(zhì)和土壤有效磷相關(guān)。物種豐富度及多度隨徑級和高度級的分布均表現(xiàn)為倒“J”型，表明六種植被類型當(dāng)中擁有較多小樹，較少大樹。
　　3.通過對六種森林植被類型的9個環(huán)境因子的測定與分析表明:熱帶落葉季雨林的日平均空氣溫度、土壤有機質(zhì)、土壤有

7、效磷、冠層開闊度較高，但土壤含水量較低;熱帶針葉林的日平均空氣溫度、冠層開闊度、土壤酸堿度較高，但土壤含水量及土壤養(yǎng)分含量較低;熱帶低地雨林的土壤含水量和土壤養(yǎng)分含量均較低;熱帶山地雨林的土壤含水量較高，冠層開闊度較低，土壤養(yǎng)分含量和土壤pH居中;熱帶云霧林（熱帶山地常綠林和熱帶山頂矮林）的的冠層開闊度及土壤磷（全磷和有效磷）較低，土壤有機質(zhì)較高，土壤含水量居中，但土壤氮（全氮和有效氮）及日平均空氣溫度較低。通過對環(huán)境因子的CCA分析表

8、明，第一軸主要反映pH值、日平均空氣溫度的變化，第二軸反映了冠層開闊度、土壤有機質(zhì)、全氮和有效磷的變化。
　　4.通過對六種森林植被類型群落水平植物功能性狀及其與環(huán)境因子的相關(guān)性分析表明:比葉面積在熱帶落葉季雨林中最高，葉綠素在熱帶低地雨林和熱帶山地雨林中最高，葉氮和葉磷含量均在熱帶落葉季雨林中最高。木材密度在熱帶落葉季雨林、熱帶山地雨林、熱帶山地常綠林相對較高。多元逐步回歸分析表明:同一功能性狀在不同的植被類型與不同的環(huán)境因子組

9、合相關(guān)。熱帶落葉季雨林中比葉面積與土壤水分正相關(guān)，與土壤有效氮和冠層開闊度負相關(guān);葉綠素含量與土壤有效氮正相關(guān)，與冠層開闊度負相關(guān);木材密度與土壤有效氮正相關(guān)。熱帶針葉林中，葉綠素含量與冠層開闊度及有效氮正相關(guān)。熱帶低地雨林中，比葉面積、葉氮含量和葉磷含量與土壤有效磷正相關(guān)。熱帶山地雨林中，比葉面積和葉磷含量與土壤全磷正相關(guān)，與冠層開闊度負相關(guān)。熱帶山地常綠林中，比葉面積和葉氮含量均與土壤全磷和有機質(zhì)正相關(guān);葉磷含量和土壤有機質(zhì)正相關(guān)，

10、與土壤pH負相關(guān)。熱帶山頂矮林中，比葉面積與土壤全氮和全磷正相關(guān);葉氮含量與土壤全氮正相關(guān);葉磷含量與土壤水分正相關(guān)，與土壤pH負相關(guān)。
　　5.通過對六種森林植被類型的功能多樣性及其環(huán)境因子的相關(guān)性分析表明:功能豐富度和功能均勻度在六種森林植被中的變化規(guī)律與物種豐富度存在一定的正相關(guān)。多元逐步回歸分析表明:在熱帶落葉季雨林中，冠層開闊度、土壤水分含量和土壤全磷對功能多樣性產(chǎn)生顯著的影響。在熱帶針葉林中，土壤水分含量、土壤有機質(zhì)和

11、有效磷對功能多樣性產(chǎn)生顯著的影響。在熱帶低地雨林中，土壤有機質(zhì)、土壤全磷和有效氮對功能多樣性產(chǎn)生顯著的影響。在熱帶山地雨林中，土壤全磷對功能多樣性產(chǎn)生顯著的影響。在熱帶山地常綠林中，土壤pH和土壤全磷對功能多樣性產(chǎn)生顯著的影響。在熱帶山頂矮林中土壤有機質(zhì)和土壤全磷對功能多樣性產(chǎn)生顯著的影響。
　　6.通過對六種森林植被類型譜系多樣性及其與環(huán)境因子的相關(guān)性分析表明:六種森林植被系統(tǒng)發(fā)育均表現(xiàn)出譜系聚集格局，表明環(huán)境篩發(fā)揮主導(dǎo)作用。譜