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题名: 横断山区高山带植物多样性格局及形成机制
作者: 李新辉
学位类别: 博士
答辩日期: 2012-12
授予单位: 中国科学院研究生院
导师: 孙航
关键词: 横断山区高山带植物区系植物多样性 NRI NTI 谱系beta多样性地理隔离
学位专业: 植物学
中文摘要: 横断山区位于中国西南部,喜马拉雅的东南边缘,是世界上10个生物多样性最热点地区之一 South - Central China 的核心区域,也是世界上高山植物区系最丰富的地区。本文利用《横断山区维管植物》、《高黎贡山植物》、《中国植物志》、Flora of China、《云南植物志》、《四川植物志》、《西藏植物志》、《青海植物志》、《甘肃植物志》等植物志和相关资料,以及中国数字植物标本馆和本研究组及本人采集的植物标本等资料,形成了横断山区高山带种子植物的名录,并用于横断山区高山带植物区系的分析和植物多样性分布样式的研究。高山带植物区系的分析参考吴征镒先生建立的分布区系统为主。在对高山带微管植物多样性分析时,采用传统的物种Alpha和beta多样性及谱系alpha和beta多样性,作为衡量指标,其中物种alpha多样性以样点或者海拔带内的物种数衡量,beta多样性用Jaccard的相异性系数量度,谱系alpha多样性用净谱系亲缘关系指数(Net related index, NRI)和净最近种间亲缘关系指数(Net nearest taxon index, NTI)来度量,谱系beta多样性用样点间平均谱系距离(the mean pairwise distance, MPD)和最近样点间平均谱系距离(the nearest taxon method, MNTD)表示。分析影响因素时,气候数据来源于国际上常用的worldclim上气候数据。分析各多样性指数与海拔,年平均温度,年平均降水量等因素的关系,以便揭示本区高山带物种多样性的格局式样以及形成的影响因素。主要结论如下:1 横断山区高山带种子植物植物区系:本区高山带(树线以上)含有3416种(包括变种、亚种),属于370个属,65个科。横断山区高山带的 370 属可以划分为14个类型,3个变型,就属来讲,本区高山带被子植物区系起源复杂,来源广泛:有美洲起源,古地中海起源,中亚地区起源,北温带起源,青藏高原起源,本区的就地起源等,且从这些高山植物属的起源可以看出受到多种因素的影响,比如古地中海的退却,中亚以及中国北部旱化,青藏高原的快速整体隆升,季风的形成,横断山区破碎化(河流侵蚀等)。高山带含有 3416 个种(种、变种、亚种)的种子植物,可划分为9个类型,6个变型,8个小型,整个横断山区高山带种子植物区系属于温带性质,温带成分的种占了所有种类的99.80 %,有少部分种类具有一定的热带或者古地中海性质,所以种的水平上也说明本区高山带种子植物联系的广泛性和复杂性。本区高山带特有现象明显,横断山区特有或者半特有的种类有2030种,占59.43 %,横断山特有1304种,占38.17 %,这说明横断山区高山带种子植物的的就地起源也是其区系的重要来源,且这些特有物种基本都是新特有类群。2 横断山区高山带种子植物垂直方向上分布样式:本区高山带植物的物种数、物种密度以及种属比随着海拔上升都呈现单峰曲线:它们先是随海拔上升而急速上升,最大值出现在海拔 3800 m 至4000 m的林缘附近。影响高山植物物种密度最大的是海拔的高低,其次是年平均温度和年平均降水量。与物种数及种密度的分布样式一样,两种谱系Alpha多样性指数随着海拔的升高,也表现出了单峰曲线(尽管NRI指数表现的不是很明显),NRI随着海拔上升,基本上是上升状态,在海拔4400 m 左右达到最大值;在海拔低于3700 m时,NRI指示谱系是发散的,海拔大于3700 m 时谱系是随机的,NRI指数没有指示出谱系相聚的情况。NTI与随海拔呈现典型的单峰曲线关系,最高点在4500 m与5000 m之间:海拔在3000 m 与 3600 m之间(亚高山带,海拔相对较低,气候条件好),谱系发散;3600 m 至4300 m,谱系随机(基本在树线以下);4300 m 到 5500 m 谱系聚集(高山树线以上,高山草甸,流石滩);5500 m 至5700 m(流石滩最上部,接近永久积雪带)谱系再次变得随机。NTI揭示的谱系类型比NRI丰富的多,更重要的是谱系信号的变化,与生境的变化能很好的对应,故而NTI指数至少在揭示横断山区高山带的谱系样式上比NRI要好。对于NRI而言,年平均降水量是最重要的影响因子,而对于NTI来说,年平均温度是最重要的影响因素。它们和年平均温度及年平均降水量之间都表现出明显的负相关,这就表明,环境的压力(高海拔的低温、降水量的不足)可以作为“筛子”过滤向高海拔迁移的物种。说明物种之间的相互竞争,相互协作,生境的保守性和温度在塑造高山区域植物组成方面特别是垂直方向上有重要作用。3 横断山区高山带种子植物水平方向上分布样式:年平均温度和年平均降水都随着纬度的增加而减少,而年平均温度与经度之间没有明显的关系,年平均降水量随着经度的增加而呈现明显增加的趋势。NRI和NTI都随着纬度增加而增加,也就是说随着纬度的增加,谱系由发散或者随机向相聚变化的趋势,而且NRI和NTI与纬度显著相关。这表明可能随着纬度的增加,环境压力变大,而有谱系结构变得相聚的趋势。NRI和NTI都随着经度的增加而增加,谱系也由发散或者随机向聚集变化的趋势,而且相关性都很显著。NRI还表明谱系结构大体以东经98.5度对称,以这一经度向两侧都有向相聚发展的趋势。结合纬度方向谱系的变化,推测滇西北地区(位于东经98.5度的经线上)是横断山区物种多样性的核心区域和避难所中心,许多高山物种在冰期过后是由此向外传播的。由各环境因子对谱系多样性相关程度来看,对NRI影响最大是纬度变化,其次是年平均温度,与年平均降水量关系不密切;NTI与各影响因子都有显著的相关关系,而影响最大的是年平均温度。所以水平方向上的谱系变化与垂直方向上结论基本一致,在南部(滇西北地区的样方)生境条件好些,高山物种之间的关系以竞争为主,而到了北部,环境压力变大,高山植物之间开始变得协作为主。为此水平方向上,高山物种的分布式样的形成与它们之间的相互竞争,协作,生境的保守性和环境压力有着重要联系。物种Beta多样性随着样点间的距离、海拔差异、温度差异以及降水差异都呈现显著的直线相关。在这些影响因子中,空间距离对Beta多样性的影响最大;谱系beta多样性中,样点间平均谱系距离与空间距离、海拔差异、年平均温度差异以及年平均降水差异也具有显著的直线相关,但随着空间距离的变化,样点间平均谱系距离变化不大,说明横断山区高山带植物区系整体上有类似的起源基础,这应该与青藏高原整体的抬升有关系。各影响因子中,年平均降水量差异对样点间平均谱系距离的影响最大,其次是空间距离。最近样点间平均谱系距离同样与空间距离、海拔差异、年平均温度差异以及年平均降水差异具有显著的直线相关;各影响因子中,空间距离对最近样点间平均谱系距离的影响最大,其次是年平均温度。说明空间距离和环境差异是塑造beta多样性格局的主要因素。物种beta多样性和谱系beta多样性两个指标都有明显的正相关关系,即物种beta多样性增加,谱系beta多样性的两个衡量指标也都增加。加上物种beta多样性的影响,那么影响样点间平均谱系距离的主要因素就是年平均温度差异、物种beta多样性和空间距离,而影响最近样点间平均谱系距离的主要因子是物种beta多样性、空间距离和年平均温度差异。综合以上结果,本区高山带环境差异和地理隔离是谱系beta多样性和物种beta多样性形成的主要机制。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/18707
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李新辉.横断山区高山带植物多样性格局及形成机制 .[博士学位论文].中国科学院研究生院.2012
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