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《兰州大学》 2011年
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甘南草地物种多样性与生产力的关系以及物种多样性维持机制研究

赵陆强  
【摘要】:甘南藏族自治州是甘肃省的重要牧区,主要草地类型为高寒草甸、亚高寒草甸和沼泽化草甸等。近几十年来,由于人类的干扰和自然因素的作用,导致该地区草地退化,主要表现为草地群落的物种多样性和生产力下降,部分草地出现沙化的现象。 本文研究了α、β多样性与生产力之间的关系,施肥((NH4)2HPO4)对物种多样性、生产力以及群落物种组成的影响,空间结构和土壤因子对群落物种组成的影响三个部分。研究内容主要围绕以下几个方面的问题: (1)甘南(亚)高寒草甸α、β多样性与生产力之间是否存在特定的关系,在不同的空间尺度上,这些关系如何变化。 (2)施肥((NH4)2HPO4)对群落的物种多样性和生产力有何种影响;群落的物种组成发生何种变化;形成诸多变化的机制何在。 (3)甘南高寒草甸的植物群落,pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷、土壤有机质、Ca、K、Mg、Na等十种土壤因子,哪些因子与物种组成之间的关系重要;生态位理论和中性理论对物种组成能否做出合理解释。 实验的研究对象为甘南高寒草甸(玛曲分站、玛曲县欧拉乡)和亚高寒草甸(合作分站)。通过野外实验和样方调查,结合实验室内土壤养分分析,运用OriginPro 7.5、Canoco 4.5等软件分析,获得主要研究结果如下: (1)在局域空间尺度上,三个站点中仅有两个站点的α多样性与生产力之间表现为线性正相关关系,但扩大空间尺度到景观尺度后,三个站点的α多样性与生产力之间均表现为显著的线性正相关关系。 (2)在局域空间尺度上,三个站点中仅有两个站点的β多样性与生产力之间表现为线性负相关关系,但扩大空间尺度到景观尺度后,三个站点的β多样性与生产力之间均表现为显著的线性负相关关系。 (3)施肥提高了甘南草地植物群落的生产力,但施肥量与生产力之间并不是线性正相关关系,而是呈钟形曲线关系,随着施肥量的增加,生产力逐渐增加,当施肥量达到43.2gNm-2(48gPm-2)的时候,生产力达到最高,如果再继续加大施肥量,生产力反而会持续地下降。 (4)施肥明显降低了甘南草地植物群落的物种多样性,施肥量与物种多样性之间表现为明显的线性负相关关系,施肥量越高,造成物种多样性的损失就越大;而施肥与物种分布的均匀性之间呈钟形曲线关系,随着施肥量的增加,物种分布的均匀性逐渐增加,当施肥量达到14.4gNm-2(16gPm-2)的时候,物种分布的均匀性达到最高,如果再继续加大施肥量,物种分布的均匀性反而会持续地降低。禾本科(Gramineae)和莎草科(Cyperaceae)植物随着施肥量的增加在群落中越来越占优势。 (5)坡地0-20 cm土层,影响物种组成的主要土壤因子有:Ca, PI(有效P)、Mg、C(有机质)、Na,显著性顺序为:CaP1(有效P)MgC(有机质)Na;坡地20-40 cm土层,主要因子是:P1(有效P);坡地40-60 cm土层,主要因子有:P(全P)、Ca、pH,显著性顺序为:P(全P)CapH;滩地0-20 cm土层,主要因子有:Na、pH、K、P、C、Mg,显著性顺序为:NapHKP>C>Mg;滩地20-40 cm土层,主要因子有:N1(有效氮)、pH,显著性:N1(有效氮)pH;滩地40-60 cm土层,主要因子有:Na、P(全P),显著性:Na≈P(全P)。无论坡地还是滩地,都是0-20 cm土层的主要土壤因子的数量最多,而各层主要土壤因子的组成也不同。 (6)土壤因子对群落物种组成的影响:坡地的土壤因子对群落物种组成的解释程度为14.62%,滩地的土壤因子对群落物种组成的解释程度为18.67%。空间扩散对群落物种组成的影响:坡地的随机扩散作用对群落物种组成的解释程度为13.53%,滩地的随机扩散作用对群落物种组成的解释程度为14.01%。由此可知,生态位理论和中性理论,都能对甘南高寒草甸群落物种组成做出相应的解释。
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