种群密度调控指数沿盐度和水分梯度的变化规律及其机理研究

论文摘要

生物个体大小与丰度关系是连接个体水平和种群水平的物种特征或者群落动态的一种基本衔接,而个体平均生物量与密度（M-N）关系是该类关系中研究最多且反映了许多种群特征的一种。从早期的基于几何模型的-3/2比例指数开始,到近些年的根据代谢理论在种群能量闭合的情况下推出的-4/3比例指数,对比例指数是多少,或者该指数是否沿环境梯度而变化,都存在着广泛的争议。本文主要研究的是M-N关系的比例指数（密度调控指数）是否沿环境梯度发生变化,如果这种变化存在,那么是如何变化的,且这种变化的机制是什么?先前关于植物种群的M-N关系研究中,植物个体相互作用与M-N关系的联系没有得到足够的重视。根据我们的相对作用强度模型,我们提出了沿环境梯度个体相互作用决定了M-N关系的第一个科学假说。由于相对作用强度随着干旱压力的增大而增大,我们可以预测密度调控指数也是会相应地增大。同时我们发现-3/2自疏法则的两个前提假设:植物等速生长和冠层闭合,与胁迫环境中植物异速生长和开放冠层的事实不符。根据建立的一个几何模型,我们提出高-冠幅半径关系和盖度-密度关系决定了M-N关系的第二个科学假说。我们在先前的生态场理论中加入了非生物压力对植物生态场的影响,从而为植物个体相互作用随环境梯度的变化规律探索提供了理论预测。相对作用强度模型显示生物个体相互作用与密度调控指数是协同变化的。几何模型显示高-冠幅半径关系比例指数和盖度.密度关系比例指数决定了密度调控指数。改进的生态场模型显示植物具有抑近助远的潜力,且这种潜力随着非生物压力的增大而减弱。藤壶调查结果显示随着由盐度引起的环境压力增大,中潮区藤壶的密度调控指数随着盐度从31.1‰变为19.6‰相应地从-1.37变为-0.39。收集的藤壶数据显示在33‰盐度海水条件下,该密度调控指数为-1.68。对于同一地点不同潮区的藤壶调查显示,环境条件最优的中潮位区的密度调控指数最小。植被调查结果显示随着干旱压力的增大,地上部分的密度调控指数从天目的-1.652变到瓜州的-1.006。类似地,在天目山随着海拔的上升,地上部分的密度调控指数从-1.652变为-0.883。另一方面,植被调查结果也显示了随着干旱胁迫的增大,植物高与冠幅半径（H-r）关系比例指数从1.343变为0.639,而盖度与密度（C-N）关系比例指数从0.016变为0.317。同时蚕豆的温室实验结果显示,蚕豆植株个体相互作用和自疏指数都随着盐度的增大而增大。根据理论的和实验的结果,我们得到以下主要结论:1.固着生长的生物种群的密度调控指数沿着环境梯度不是固定不变的,而是随着非生物压力增大而增大的。2.植物个体间的相互作用强度决定了M-N关系。由于植物个体间的负相互作用随着非生物压力的增大而减小,而正相互作用在增大,密度调控指数也会随着非生物压力的增大而增大。3.在胁迫环境中,植物高-冠幅半径关系和盖度-密度关系决定了地上部分M-N关系。4.改进的生态场模型显示植物周围存在抑近助远的生态场,而这种场本身又受非生物压力抑制,从而为先前的关于相互作用的压力梯度假说提供理论支持。与国内外文献比较,该项研究在种群盖度变化情况下M-N关系的变化规律、固着生物个体相互作用与密度调控指数协变和个体相互作用沿环境梯度的变化规律的探索方面具有创新。这些结果对自疏规律和种群动态的研究具有深刻理论意义。在农、林和养殖业的密度调控和植被恢复领域也具有潜在的科学支撑作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 植物个体生物量与密度（M-N）异速比例关系
• 1.1.1 植物种群的-3/2与-4/3法则
• 1.1.1.1 植物种群的-3/2自疏法则
• 1.1.1.2 代谢理论和-4/3自疏法则
• 1.1.2 植物种群的最终产量守恒法则
• 1.2 植物个体间相互作用与密度调控指数关系
• 1.2.1 个体间相互作用与密度调控指数共变
• 1.2.2 正负相互作用沿环境梯度变化规律
• 1.2.3 植物个体间相互作用与生态场
• 1.2.4 植物个体间相互作用与代谢理论
• 1.3 植物形态、盖度与密度调控指数关系
• 1.3.1 植物高-冠幅半径异速关系沿环境梯度变化规律
• 1.3.2 盖度-密度异速关系沿环境梯度变化规律
• 1.4 科学问题和科学假说
• 1.4.1 种群密度调控指数是否和如何沿环境梯度变化?
• 1.4.2 种群密度调控指数沿环境梯度变化的机制是什么?
• 1.4.2.1 种群密度调控指数与相互作用协同变化关系
• 1.4.2.2 种群密度调控指数与植物形态和盖度关系
• 1.4.3 植物个体间相互作用与生态场的关系是什么?
• 2 研究方法和研究材料
• 2.1 模型
• 2.1.1 种群密度调控指数与个体相互作用模型
• 2.1.2 植物形态和盖度与密度调控指数共变模型
• 2.1.3 生态场模型
• 2.2 研究样地环境背景及研究材料
• 2.2.1 野外实验
• 2.2.1.1 藤壶调查
• 2.2.1.2 植被样地调查
• 2.2.2 温室蚕豆实验
• 2.3 数据分析
• 2.3.1 藤壶数据分析
• 2.3.2 植被数据分析
• 2.3.3 蚕豆实验数据处理
• 3 结果
• 3.1 模型结果
• 3.1.1 种群密度调控指数与个体相互作用模型结果
• 3.1.2 植物形态和盖度与密度调控指数共变模型结果
• 3.1.3 生态场模型结果
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 藤壶调查结果
• 3.2.2 植被调查结果
• 3.2.2.1 M-N关系沿海拔梯度变化规律
• 3.2.2.2 M-N关系沿干旱梯度变化规律
• 3.2.2.3 个体高-冠半径与盖度-密度异速关系沿干旱梯度变化规律
• 3.2.3 蚕豆实验结果
• 3.2.3.1 不同盐分条件下植物M-N关系变化规律
• 3.2.3.2 不同盐分条件下个体相互作用变化规律
• 3.2.3.3 个体相互作用与M-N比例关系异速指数关系
• 4 讨论
• 4.1 个体间相互作用与种群密度调控指数关系
• 4.2 植物身材（高-冠幅半径），盖度与种群密度调控指数关系
• 4.3 个体生物量-种群密度异速关系与环境因子关系
• 4.4 个体相互作用与生态场
• 5 结语
• 参考文献
• 博士阶段发表（或完成）的主要论文
• 缩写
• 致谢