梅里雪山植物多样性的垂直梯度格局及群落构建机制

	梅里雪山植物多样性的垂直梯度格局及群落构建机制
	钱栎屾
导师	孙航
关键词	物种多样性，系统发育多样性，功能多样性，群落构建，尺度效应 Species diversity, Phylogenetic diversity, Functional diversity, Community assembly, Scale effect
摘要	探究生物多样性的分布格局和群落构建机制对理解其形成和变化有重要作用。群落构建到底是有规律的还是随机的？这一争论在群落生态学中始终存在。云南是中国生物多样性最丰富的省份，梅里雪山不仅是云南省的最高峰，也是横断山脉的核心地区。该区域有从干暖河谷到高山冰缘带较为完整的垂直带谱，有丰富的植物多样性，是探究生物多样性垂直梯度格局和群落构建机制的天然实验室。本研究在梅里雪山东坡海拔 2200-4750m 的垂直梯度上，利用 159 个维管植物样方数据，在样方、群落和植被 3 个尺度及不同垂直分辨率尺度上，从物种、系统发育和功能多样性 3 个维度开展研究。考虑 alpha 和 beta 多样性的垂直梯度格局和它们各自之间的相关性，探究了对应的尺度效应、插值与否及模型类型（线性 vs.高次项）对结果的影响，试图解释梅里雪山东坡群落构建机制及其影响因子，探究多样性受尺度效应影响的程度。主要结果和结论如下：（ 1）不同组分的物种 alpha 多样性普遍呈单峰曲线格局，峰值大致位于海拔 3000m 处。该格局不仅受水热动态组合的影响（中海拔段是温带成分和热带成分的交汇区），还受到质量效应的影响。物种 beta 多样性随着环境距离的增大而增加，且主要由物种周转组分主导。与物种 beta 多样性变化关系最密切的是海拔距离。木本植物比草本植物更容易受气候因子的影响。（ 2）许多系统发育 alpha 多样性的观测指数和物种多样性关系紧密。由系统发育 alpha 多样性标准净效应（排除了物种多样性影响）指示的群落结构在中高海拔呈现系统发育聚集结构，中低海拔呈现发散结构，而随机结构在各海拔均有一定体现。各海拔段呈现出的系统发育结构变异可能是由小尺度时的随机涨落造成。此外，在度量系统发育结构时，由于平均成对系统发育距离这一参数度量的是取样单元整体的平均距离，所以平均成对系统发育距离指数的标准净效应（ ses.mpd）在各尺度的结果较为一致；而考虑平均最近系统发育距离指数的标准净效应（ ses.mntd）时，结果则相对不稳定。 ses.mntd 的不稳定性表现在，在尺度由样方增大为群落时，发散格局丢失；再增大至植被带时，聚集格局丢失，在植被尺度的 ses.mntd 指数表现的均为随机格局。此外，系统发育 beta 多样性格局揭示，在海拔差距不大时，群落间的系统发育 beta 多样性格局以聚集为主；当海拔差距较大时，两取样单元之间的 beta 多样性格局以发散为主；而随机过程在各海拔距离均有一定作用。（ 3）群落物种在繁殖性状、生长性状、生活型等不同方面存在不同的垂直梯度格局，这些性状的多样性格局也具有不同的环境可解释性，这在一定程度上体现了植物通过功能性状适应不同垂直梯度环境的特点。功能 alpha 多样性在一定程度上反映出的群落构建机制和系统发育 alpha 多样性一致，但其更容易受到梅里雪山植物多样性的垂直梯度格局及群落构建机制 II 气候距离的影响。此外，功能 beta 多样性和物种 beta 多样性的关系同系统发育 beta 多样性和物种 beta 多样性的关系略有不同，具体表现在物种差异较大时，功能的冗余性不再明显，取而代之的是巨大的功能结构改变。其二者不一致原因可能是功能性状大多仅有较弱的系统发育信号或系统发育信号不显著，或是由于功能性状的选取并不能完全代表物种实际的生态幅。（ 4）基于原始样方分布数据构建海拔梯度的多样性研究始终存在物种垂直梯度数据插值的问题，插值数据总体来说会得到更好的拟合结果；而相对于线性模型来说，引入高次项（如二次项）模型总体来说也会得到更好的拟合结果，但是在模型选择时高次项的最优模型的权重会整体降低。插值数据补齐了原始数据在中海拔段的取样偏误之后，会对中海拔段的物种组成造成一定影响，且有可能会让基于平均最近距离的系统发育和功能多样性标准净效应指示的群落格局得出相反的结论，原因在于平均最近距离对取样单元系统树末梢变化更敏感。原始样方数据与海拔插值数据会改变物种多样性指标的垂直梯度格局，导致结果的变异性。（ 5）在考察了各多样性指标的尺度效应后我们发现，不同的指标有不同的尺度依赖性。当取样尺度增加时，一些小尺度的格局会被逐渐抹平；而在另一些条件下，尺度增加可能会放大或削弱某些多样性指标的在垂直梯度上的变化趋势，并不存在在尺度变化时其趋势维持不变的生物多样性指标，其变异的决定性因素可能是群落作为非线性复杂系统的内禀属性。各维度的 beta 多样性均以周转组分为主导，但随着取样尺度的增加，各维度的 beta 多样性的周转组分的比重在降低，而嵌套组分的比重在升高，尤其是系统发育 beta 多样性，植被尺度下转变为以嵌套组分为主导。此外，在尺度变化时，模型平均中的解释变量的相对重要值会发生改变，最重要的解释变量可能会随着尺度变化而改变，并没有发现有解释变量在尺度变化时始终对同一个响应变量的影响占据主导地位。综上，群落构建的生态过程本质上是随机性与确定性的统一而非二元对立，确定性过程中的环境过滤、竞争排斥分别驱动中高海拔和中低海拔的群落构建，而随机性则在各海拔均有一定的作用，且更容易在小尺度体现。二者对群落构建影响的相对大小可能取决于群落动力学和生活史权衡的相互作用。在给定区域内探究生物多样性格局时，由于各尺度下的多样性指数表现各异，所以并不存在最佳尺度。在未来的研究中应尽可能多地将不同尺度都纳入分析。; Exploring the distribution pattern and community assembly mechanism of biodiversity plays an important role in understanding its formation and evolution. In community ecology, there are always two opposing philosophical arguments about community assembly mechanism: is community assembly based on deterministic and predictable rules or random and neutral rules? Yunnan is the province with the richest biodiversity in China. Meili Snow Mountain is not only the highest peak in Yunnan Province, but also the core area of Hengduan Mountains. In this area, there is a relatively complete elevational belt from warm-dry valleys to alpine subnival zones, with rich plant diversity, which provides a natural laboratory for exploring the elevational gradient pattern of biodiversity and the mechanism of community assembly. On the elevation gradient between 2200-4750m above sea level on the east slope of Meili Snow Mountain, based on the survey data of 159 vascular plant quadrats, the study focused on species diversity The elevation gradient pattern of alpha and beta diversity in the three dimensions of phylogenetic diversity and functional diversity and their correlation were used to carry out in-depth comprehensive research, and the corresponding scale effect and interpolation, non-interpolation and linear model and high-order model were explored to explain the community assembly mechanism and its factors on the east slope of Meili Snow Mountain, as well as the extent to which diversity was affected by scale effect. The main results and conclusions are as follows: (1) The species alpha diversity with different components presents a common unimodal curve pattern on the east slope of Meili Snow Mountain, with the peak roughly located at 3000m. Its pattern is not only affected by the dynamic combination of water and heat, but also affected by the mass effect because the middle elevational region is the intersection area of temperate and tropical components. The species beta diversity increases with the increase of environmental distance, and is mainly dominated by species turnover components. Elevational distance is the most driving factor for the change of species beta diversity. Woody plants are more susceptible to climatic factors than herbaceous plants. (2) Many observed indices of phylogenetic alpha diversity are strongly related to species diversity, while the community structure indicated by the net effect of the phylogenetic alpha diversity standard excluding the impact of species diversity presents a phylogenetic cluster pattern at middle and high elevation, while the phylogenetic dispersion structure is present at middle and low elevation, and the random structure is reflected in all elevation, the variation of phylogenetic structure at different altitudes may be caused by the randomness and fluctuation at small scales. In addition, when measuring phylogenetic structure, because the mean pairwise phylogenetic distance measures the average distance of the w
语种	中文
	2022-11
学位授予单位	中国科学院大学
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/75234
专题	昆明植物所硕博研究生毕业学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	钱栎屾. 梅里雪山植物多样性的垂直梯度格局及群落构建机制[D]. 中国科学院大学,2022.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
钱栎屾-梅里雪山植物多样性的垂直梯度格局（11773KB）	学位论文		限制开放	CC BY-NC-SA	请求全文