內(nèi)蒙古短花針茅草原生物多樣性格局及環(huán)境解釋.pdf

1、生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的必然前提,是自然生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和維持的基本保障,它不僅可以直接為人類(lèi)提供物質(zhì)資源而具有巨大的直接價(jià)值,而且還為人類(lèi)提供生態(tài)、科學(xué)、美學(xué)等間接價(jià)值。然而近年來(lái),人類(lèi)不合理的活動(dòng)加速了生境喪失和物種絕滅的速率,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重破壞,日益威脅到人類(lèi)的生存和發(fā)展,因而生物多樣性問(wèn)題引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。
　　 本文以內(nèi)蒙古短花針茅草原為研究對(duì)象,從基因、物種及群落三個(gè)層次探討了其多樣性特征、

2、格局及其與環(huán)境因子的關(guān)系,在加深對(duì)植被生態(tài)學(xué)及生物多樣性若干理論理解的同時(shí),亦可以為科學(xué)、合理利用短花針茅草原提供指導(dǎo),并為短花針茅草原受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建提供科學(xué)依據(jù)和理論支持。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、內(nèi)蒙古短花針茅種群遺傳多樣性
　　 采用RAPD(Random Amplified Polymorphism DNA,RAPD)分子標(biāo)記技術(shù),從102條10堿基隨機(jī)引物中篩選出28條有效引物,共擴(kuò)增出308條DN

3、A帶,多態(tài)性DNA帶151條,占49.03％,特異性DNA帶45條,占14.61％,遺傳多樣性較為豐富(49.03％),但低于同種方法獲得的大針茅(54.75％)和克氏針茅(74.67％)的遺傳多樣性；等級(jí)聚類(lèi)、PCA(Principal Component Analysis,PCA)分析和UPGMA(Unweighted Pair-Group Method with Arithmetic mean,UPGMA)聚類(lèi)三種不同方法都將8個(gè)

4、不同地理種群分為同樣的兩類(lèi):暖溫性種群和中溫性種群,聚類(lèi)結(jié)果與種群的空間分布相吻合,經(jīng)Mantel檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),遺傳距離與地理距離存在顯著相關(guān)性；DCCA(Detrended Canonical Correspondence Analysis,DCCA)與Pearson相關(guān)分析表明,短花針茅種群的遺傳分化與熱量因子(≥10℃積溫、≥0℃積溫、最冷月平均氣溫、年平均氣溫、最熱月平均氣溫和無(wú)霜期)存在顯著的相關(guān)關(guān)系。綜上可知:熱量差異的自然選擇

5、是導(dǎo)致短花針茅種群產(chǎn)生遺傳分化的主要因?yàn)?而較強(qiáng)的基因流在其遺傳分化中也起到了不可忽略的作用。
　　 2、內(nèi)蒙古短花針茅草原物種多樣性
　　 研究區(qū)共統(tǒng)計(jì)種子植物31科,96屬,161種,且集中分布在菊科(Compositae,29種)、豆科(Leguminosae,25種)、禾本科(Gramineae,23種)、百合科(Liliaceae,10種)等幾個(gè)大科,區(qū)系的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象非常明顯；該區(qū)屬種比為1／1.68,較內(nèi)蒙古自

6、治區(qū)(1／3.33)及全國(guó)(1／8.73)均低,物種分化程度低；植物區(qū)系組成具有明顯的溫帶性質(zhì),但與熱帶植物區(qū)系也存在一定的親緣關(guān)系,具有過(guò)渡性；植物生活型特征表明本區(qū)多年生草本植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),表現(xiàn)出草原植物群落種類(lèi)組成的特征,但由于該區(qū)土壤覆沙或沙質(zhì)化明顯,因此,灌木和半灌木種類(lèi)也較多；植物水分生態(tài)類(lèi)群以旱生為主,非旱生也占有很大比例,具有明顯的過(guò)渡性。
　　 內(nèi)蒙古短花針茅草原物種豐富度存在較大的空間變異,由西向東,隨著經(jīng)度

7、增加物種豐富度呈現(xiàn)顯著增多的經(jīng)度格局,由南向北,隨著緯度增加物種豐富度也呈現(xiàn)顯著增多的緯度格局,物種豐富度隨緯度增加而增多的緯度格局并不是緯度這一地理因子造成的,是在該特定研究區(qū)內(nèi)經(jīng)度和緯度的共線性造成的；年平均降水量是影響物種豐富度格局的主要?dú)夂蛞蜃?年平均溫度及潛在蒸散量逐一次之,且在干旱及半干旱地區(qū)年平均降水量被作為生產(chǎn)力假說(shuō)中的重要指標(biāo),因此,生產(chǎn)力假說(shuō)是最適合揭示該區(qū)物種豐富度分布格局的現(xiàn)代氣候假說(shuō)；氣候因子總共只解釋了物種豐

8、富度分布格局23.7％的變異,說(shuō)明物種豐富度分布格局是多種因素(地史、現(xiàn)代氣候、隨機(jī)因素、人為干擾)綜合作用的體現(xiàn),不同區(qū)域及不同尺度下各種因素起的作用是不同的。
　　 既然生產(chǎn)力假說(shuō)是最適合揭示該區(qū)物種豐富度分布格局的現(xiàn)代氣候假說(shuō),于是從局域尺度及七個(gè)景觀尺度(最小幅度為100×100 km,按照100 km連續(xù)增加,直到最大幅度為700×700 km)下探討了生產(chǎn)力與物種豐富度關(guān)系的尺度依賴(lài)效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)局域尺度上生產(chǎn)力與物種豐

9、富度呈單峰曲線關(guān)系,隨著空間尺度的增大,兩者間的正線性關(guān)系將變得更加普遍；生物因素是局域尺度生產(chǎn)力與物種豐富度呈單峰曲線關(guān)系最主要的因?yàn)?環(huán)境異質(zhì)性(內(nèi)蒙古草原主要是降水異質(zhì)性)是生產(chǎn)力與物種豐富度在大尺度呈現(xiàn)正線性關(guān)系的主導(dǎo)因素；結(jié)合前人不同生態(tài)尺度下生產(chǎn)力與物種豐富度間關(guān)系的研究,本研究通過(guò)一系列地理尺度共同證實(shí)了生產(chǎn)力與物種豐富度間的正線性關(guān)系在內(nèi)蒙古草原最為常見(jiàn)。
　　 3、內(nèi)蒙古短花針茅草原群落多樣性
　　 運(yùn)

10、用雙向指示種分析法(Two-way Indicator Species Analysis,TWINSPAN)在第四級(jí)水平上將短花針茅草原分為16個(gè)群叢,并運(yùn)用除趨勢(shì)典范對(duì)應(yīng)分析排序方法分析了環(huán)境因子、空間因子、兩者交互作用及其它因素對(duì)內(nèi)蒙古短花針茅群落類(lèi)型格局的影響:一方面,DCCA前兩排序軸集中了大部分信息(75.3％),第一、二排序軸分別突出反映了群落類(lèi)型格局在熱量、水分梯度上的變化,并由此構(gòu)建了內(nèi)蒙古短花針茅草原生態(tài)系列圖式,另一

11、方面,環(huán)境因子對(duì)群落類(lèi)型格局的解釋能力為70.7％,其中26.5％為單純環(huán)境因子引起,空間因子解釋能力為55.6％,其中11.4％是獨(dú)立于環(huán)境因子的,44.2％是環(huán)境因子和空間因子交互作用導(dǎo)致的,未能解釋的部分達(dá)17.9％。綜上可知,就本項(xiàng)研究所涉及的區(qū)域而言,環(huán)境因素(主要是熱量和水分因素)是導(dǎo)致短花針茅草原群落類(lèi)型分布格局的主導(dǎo)因素,且熱量占主導(dǎo)地位。
　　 與此同時(shí),選擇賽漢、化德、準(zhǔn)格爾3個(gè)典型樣地,分析了局域尺度微地形

12、對(duì)植被格局的影響及土壤效應(yīng)。在群落結(jié)構(gòu)方面,微地形通過(guò)地貌過(guò)程和起伏變化,外加風(fēng)蝕、水蝕影響,嚴(yán)重改變了表層土(尤其是0-5 cm)的土壤特征,從而影響了建群種和優(yōu)勢(shì)種沿坡面的分布格局,進(jìn)而導(dǎo)致緩丘上部坡面和下部坡面植被類(lèi)型明顯分異,且以群落復(fù)合體的形式出現(xiàn),上部坡面發(fā)育的是本區(qū)氣候頂級(jí)群落,下部坡面發(fā)育的為地形群落；在生態(tài)系統(tǒng)功能方面,微地形通過(guò)起伏作用導(dǎo)致了水分因子在空間的再分配,從而形導(dǎo)致上部坡面和下部坡面生產(chǎn)力的差異,且下部坡面