土壤空间变异规律与差巴嘎蒿种群生态位的相关性研究 ——科尔沁沙地植物群落演替机制的研究

论文摘要

本文以科尔沁沙地不同演替阶段的差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）种群为研究对象,通过研究半干旱区对植物生长起决定作用的土壤水分、养分含量的空间分布,从物种、层片、水分生态类群三个层次的生态位变化来揭示环境对植物的限制作用以及植物对环境的适应。目的是阐述沙地植物群落演替序列中土壤因子的空间变异性引起的优势种群的相互替代而导致群落在组成、结构和功能等方面发生的变化。本文研究的主要结论如下:1.土壤的空间异质性表现为:在不同类型沙地上,0-30cm土壤含水量的空间异质性为:固定沙地为随机因素引起的纯块金模型,半固定沙地和流动沙地均为指数模型,具有强烈的空间相关性,但空间相关范围和Moran’sⅠ系数范围表现为流动沙地＞半固定沙地;在不同类型沙地上,0-30cm土壤有机碳的空间分布明显不同,流动、半固定、固定沙地变异函数分别拟合为线性模型、块金模型、球状模型。流动沙地表现为在研究空间尺度下土壤有机碳空间异质性的依赖距离较长,变程为77.06m,超越了样地设置的空间范围,远远大于半固定沙地（16.55m）。分维数为半固定沙地（1.984）＞固定沙地（1.880）＞流动沙地（1.488）,表明半固定沙地的土壤有机碳的空间分布趋向于均匀分布,流动沙地空间异质性较强;在不同类型沙地上,0-30cm土壤全氮的空间分布均能较好的拟合成球状模型,其中流动沙地变程最大为38.16m、分维数最小为1.724、Moran’sⅠ系数正相关范围最大为16m,说明流动沙地土壤全氮的空间异质性强烈。固定、半固定沙地空间异质性依次减弱。2.通过分析不同层次、不同尺度（物种、生活型、水分生态类群）的生态位变化,结果表明:灌木层片中的差巴嘎蒿种群的生态位宽度在流动沙地上的先锋群聚中最大（7.40）,随着基质固定程度的增加,减少到2.97,直至被冷蒿种群所取代;冷蒿的生态位宽度从半固定沙地的3.95上升到固定沙地的5.88,在群落中处于优势地位;一、二年生的草本层片中的先锋物种逐渐被多年生草本层片的草原物种所取代。由于受到人为干扰,一、二年生杂类草层片在演替的不同阶段都具有较宽的生态位。各类型沙地种群之间生态位重叠程度总体较高,大部分在0.4～0.7之间,生态位重叠平均值的大小为固定沙地（0.60）＞半固定沙地（0.50）＞流动沙地（0.42）。固定沙地优势种的生态位重叠均在0.8以上。3.用TWINSPAN分类和CCA排序对群落进行划分结果一致,揭示出重要的环境梯度,并将群落划分出3个类群:流动沙地上的差巴嘎蒿—一、二年生先锋植物群聚（先锋群落）,半固定沙地的差巴嘎蒿—禾草类群丛,固定沙地的冷蒿+黄蒿-禾草类群丛（草原群落）。通过CCA进一步分析得知,第一排序轴与所有环境因子负相关,第二排序轴与土壤养分正相关,与土壤含水量负相关;0-15cm土壤含水量对群落分布和植物种类组成起决定作用,15-30cm土壤全氮含量起限制作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 一、绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 研究区域概况和研究方法
• 1.2.1 研究区域自然概况
• 1.2.2 研究方法
• 二、不同类型沙地土壤水分和碳、氮分布的空间异质性
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 半方差函数及理论模型
• 2.1.2 克里格插值法（kriging）
• 2.1.3 数据处理
• 2.2 结果分析
• 2.2.1 不同类型沙地土壤水分的空间分布特征
• 2.2.2 不同类型沙地土壤有机碳的空间分布特征
• 2.2.3 不同类型沙地土壤全氮的空间分布特征
• 2.2.4 不同类型沙地土壤含水量、有机质和全氮含量的克里格局部插值估计
• 2.3 结论
• 2.4 讨论
• 三、植物群落演替过程中优势种群生态位的动态变化
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 重要值
• 3.1.2 资源梯度的划分
• 3.1.3 生态位测度
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 不同尺度生态位宽度分析
• 3.2.2 生态位重叠分析
• 3.3 结论
• 3.4 讨论
• 四、沙地植物群落演替过程中的生态关系
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 数据处理
• 4.1.2 数据分析
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 差巴嘎蒿群落TWINSPAN分类
• 4.2.2 差巴嘎蒿群落CCA排序结果分析
• 4.3 结论
• 4.4 讨论
• 五、结论
• 参考文献
• 附录
• 文献综述
• 致谢