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资源添加对青藏高原高寒草甸物种多样性的影响

任正炜  
【摘要】: 由于人类行为所造成的土地过度利用,生境破坏,营养富集化,使得地球上的生态和环境面临着前所未有的挑战,尤其是物种多样性的急剧下降,已引起了生态学家们对物种多样性丧失机制的关注。 关于植物群落物种多样性形成即群落构建机制的探讨可以追溯到上世纪初的有关植物群落性质的有机体论学派和个体论学派之间的争论,其实质是双方在强调各自对植物群落物种多样性形成与维持机理的观点。在争论的中后期,竞争与生态位分化被认为是构建群落的主导因子而成为生态学界研究的热点。经典的生态学理论认为,物种数目在少于或等于限制资源的数目的条件下才能达到共存。现代群落生态学家延伸了该理论并认为,如果资源存在时间和空间上的差异,以及物种在利用限制资源的策略上存在种间权衡的话,那么大量物种就能在限制资源条件下达到共存。同时,生态位维度-多样性假说认为限制资源的数目也是影响物种多样性的关键因子。对于该理论的野外试验已经证实,无论是在陆地生态系统还是水生生态系统,资源添加所引起的竞争会引起生产力的增加和物种多样性的下降。我们基于该理论的假设,选择土壤矿质元素氮、磷、钾和水因子作为限制性资源,以此探究资源添加与植物群落物种多样性之间的联系,籍以回答以下问题: (1)资源添加数目是否与物种丰富度之间存在特定的关系? (2)不同的限制资源对物种丰富度变化的影响是否是等同的? (3)资源添加引起的植物群落物种多样性丧失的生态学机制是什么? 本试验以青藏高原东缘的高寒草甸为试验研究对象,通过选择氮、磷、钾和水四种限制资源依次组合添加,连续两年观测了植物群落物种组成对资源添加的响应;并且,通过线性回归研究了资源添加数目与植物物种丰富度之间的关系;运用方差分析研究了植物物种丰富度、生产力和功能群在各个资源添加处理条件下的差异,同时选用植物物种功能群的平均高度计算Gini系数,用以表征不同功能群之间的物种其个体大小不整齐性程度。 研究结果如下: (1)限制资源添加数目与物种丰富度呈负线性关系,且与生产力呈正线性关系,即随着资源添加数目的增加,物种丰富度下降、生产力增加。 (2)以氮资源为主,添加其它限制资源(N-NP-NPK),物种丰富度的变化更能呈现一种逐步下降的趋势,而且物种数目基本上是集中在杂草类物种的丧失,其它非氮资源添加对物种丰富度未产生显著效应。同样,涉及到氮资源添加的处理引起的生产力都很高:禾本科和莎草科生产力平均上升250%和26.4%,而豆科和杂草类物种生产力则平均下降28.5%和30.2%。氮磷组合的添加要比单一的添加氮或磷更能够对生产力产生显著效应。另外,磷和钾的添加,无论是单一添加还是组合处理添加,都对生产力的变化未产生显著影响。单一的水资源添加提升了生产力。 (3)生产力与物种丰富度、光照之间存在负相关关系,且随着资源添加数目的增加,Gini系数呈上升趋势,证明种间大小不整齐性加强和不对称竞争加剧。 由上述结果,本文得到以下结论: (1)该试验支持了生态位维度-多样性假说,即限制资源添加数目是影响植物群落物种多样性的关键因子。 (2)试验所添加的氮、磷、钾和水对物种丰富度和生产力的影响并不是等同的。氮是影响青藏高原高寒草甸生产力和物种多样性的主要影响因子,且氮与其它限制资源的组合具有显著的互作效应。 (3)随着资源添加引起的生产力和植物高度的不整齐性增加,使得物种竞争从资源竞争转变为光竞争,最终导致物种的竞争排除。于是,我们认为光竞争假说对物种多样性的丧失机制给予了合理的解释。


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