發(fā)布時間：2020-11-23 14:41

　　 環(huán)境篩選是群落構(gòu)建及動態(tài)的一個關(guān)鍵驅(qū)動力,環(huán)境壓力限制物種遷移和生存的結(jié)果是功能性狀的趨同。雖然這類研究大多集中于大空間尺度單因素環(huán)境梯度下功能性狀的變異,但小空間尺度多重環(huán)境過濾的相互作用尚不清楚。此外,干旱和鹽分對局域尺度荒漠植物的交互影響是否限制了物種豐富度、功能性狀和譜系結(jié)構(gòu)的格局,有關(guān)這一問題的研究較少。而且,土壤水分和鹽分在局域尺度調(diào)節(jié)荒漠植物養(yǎng)分循環(huán)中起著關(guān)鍵作用,關(guān)于植物化學(xué)計量特征對土壤水分和鹽分梯度響應(yīng)以及與物種多樣性之間關(guān)系的研究也較少。因此,本研究以新疆艾比湖流域荒漠生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,設(shè)置8 km的樣帶,通過調(diào)查樣帶中4個干旱無鹽、5個濕潤高鹽和4個濕潤無鹽的取樣點(diǎn),分析了18種荒漠植物的葉片氮和磷的含量,并測量了相應(yīng)的土壤養(yǎng)分、含水量和可溶性鹽含量等指標(biāo)。揭示了水鹽梯度下α多樣性和β多樣性的分布格局及其適應(yīng)機(jī)制;闡明了荒漠植物葉片N:P化學(xué)計量對干旱和鹽分脅迫的適應(yīng)特征,并進(jìn)一步厘清了N:P化學(xué)計量和物種多樣性之間的內(nèi)在關(guān)系;研究亮點(diǎn)在于通過驗(yàn)證干旱和鹽分脅迫、種間競爭和譜系結(jié)構(gòu)限制局域荒漠植被功能多樣性的假說,評價了環(huán)境篩選和生態(tài)位競爭在荒漠植物群落構(gòu)建過程中的作用。研究結(jié)果表明:(1)在垂直梯度上,土壤水分含量和鹽分含量自上而下總體上均呈現(xiàn)逐漸增加趨勢。平均土壤含水量為20.66%,最小值為0.20%。平均含鹽量為70.57 g kg~(-1),最大值為197.87 g kg~(-1)。13個樣點(diǎn)的土壤平均pH值在7.96~9.14范圍。除樣點(diǎn)8外,其他樣點(diǎn)間土壤養(yǎng)分差異不顯著。土壤有機(jī)碳、全氮和全磷分別在1.16~4.02 g kg~(-1)、0.19~0.34 mg g~(-1)和0.25~0.31 mg g~(-1)范圍內(nèi)。土壤有機(jī)碳含量和土壤全氮含量隨著土壤水分和鹽分含量的增加均呈現(xiàn)顯著增長趨勢;與此相反,土壤全磷含量隨著土壤水鹽含量的增加呈現(xiàn)顯著線性降低趨勢。土壤含水量的增加顯著降低了土壤pH值;土壤pH值隨著土壤鹽分的增加,先是快速增加隨后穩(wěn)定在9.2左右。研究區(qū)水鹽耦合現(xiàn)象明顯,土壤含水量每增加1.00%,鹽分含量將增加0.12%。土壤養(yǎng)分也呈現(xiàn)耦合機(jī)制,土壤全氮和土壤全磷、有機(jī)碳含量表現(xiàn)出顯著地線性正相關(guān);土壤有機(jī)碳和土壤全磷呈現(xiàn)線性正相關(guān),但不顯著。(2)干旱無鹽生境的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Margalef指數(shù)均顯著低于其他兩個生境的α多樣性指數(shù)。濕潤高鹽生境的Shannon-Wiener指數(shù)顯著低于濕潤無鹽的此指數(shù);而三種生境的Pielou指數(shù)則表現(xiàn)出差異不顯著。在局域尺度上,水鹽共同參與了群落物種組成的篩選過程,而生態(tài)位分化的作用甚微。其中,干旱和鹽分脅迫均顯著降低了荒漠生態(tài)系統(tǒng)群落的α多樣性,但干旱脅迫表現(xiàn)的更加明顯;土壤pH值顯著降低了群落的α多樣性;土壤養(yǎng)分對α多樣性影響不明顯。在探討α多樣性對環(huán)境因素的響應(yīng)時,Shannon-Wiener指數(shù)和Margalef指數(shù)表現(xiàn)的更為靈敏。研究發(fā)現(xiàn),干旱無鹽生境的β多樣性均顯著低于濕潤高鹽生境和濕潤無鹽生境的β多樣性。相反,干旱無鹽生境的相似性指數(shù)均顯著高于其他生境的相似性指數(shù);濕潤高鹽生境的β多樣性指數(shù)和相似性指數(shù)低于濕潤無鹽生境的相關(guān)指數(shù),差異不顯著。干旱程度越高,β多樣性越低,物種的替換速率越低。土壤pH值的增加降低了β多樣性,但不顯著。相似性指數(shù)與土壤水分、鹽分和全氮含量均呈顯著地線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。群落物種豐富度與土壤水分、鹽分呈現(xiàn)顯著地指數(shù)增長至最大值的趨勢;SES.C-Score指數(shù)與土壤鹽分、pH值具有顯著地線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤養(yǎng)分和pH值對物種豐富度的影響不明顯。SES.C-Score更能夠靈敏的展現(xiàn)出環(huán)境篩選對群落構(gòu)建的影響。(3)與濕潤無鹽樣點(diǎn)葉片的化學(xué)計量相比,干旱無鹽和濕潤高鹽樣點(diǎn)中的荒漠植物葉片氮、磷含量較低,氮磷質(zhì)量比較高。不同于單一因素鹽分對物種N濃度可塑性的驅(qū)動作用,干旱和鹽分對植物P的可塑性和N:P比值的影響具有交互作用。植物群落N、P濃度和N:P比值分別與淺層和深層土壤水分呈顯著正相關(guān)關(guān)系。而且,干旱降低了植物群落N含量的可塑性,增加了P含量的可塑性。植物群落高的N和P濃度能夠維持較高的物種多樣性;相反,植物群落葉片較低的N:P值則更能夠體現(xiàn)高的物種多樣性。群落中植物通過增加N濃度的可塑性來維持較高的物種多樣性;植物群落葉片中P濃度和N:P值的可塑性較低有利于較高物種多樣性的維持。總之,在維持群落α和β多樣性方面,植物群落化學(xué)計量表現(xiàn)出一致的變化趨勢。(4)本研究通過利用結(jié)構(gòu)方程模型厘清了干旱和鹽分對局域空間尺度群落功能性狀和譜系結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,干旱顯著提高了植物株高、比葉面積、葉面積和葉氮濃度的性狀收斂。然而,鹽分顯著促進(jìn)了葉面積和葉片氮濃度的趨同。同樣,種間競爭增加了株高和葉面積的趨同性。系統(tǒng)發(fā)育歷史對群落葉面積具有顯著趨同的影響。干旱對荒漠植物譜系結(jié)構(gòu)的篩選作用大于鹽分的影響。干旱篩選導(dǎo)致了NRI指標(biāo)的收斂,而鹽分篩選作用不明顯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),干旱篩選對NTI指標(biāo)的具有負(fù)效應(yīng),但鹽分篩選對其作用不明顯。種間競爭和譜系結(jié)構(gòu)對荒漠植物功能多樣性的影響較弱。通過結(jié)構(gòu)方程模型分析得出,干旱對功能多樣性和物種豐富度有顯著地直接負(fù)效應(yīng);鹽分、譜系多樣性和物種豐富度對功能多樣性表現(xiàn)為直接負(fù)效應(yīng);干旱對譜系多樣性有直接正效應(yīng);對功能多樣性有間接正效應(yīng)。綜上所述,干旱和鹽分均在荒漠植物群落構(gòu)建中具有重要的篩選作用(干旱的篩選作用更強(qiáng)),降低了群落的α和β多樣性,導(dǎo)致物種功能形狀趨同和譜系結(jié)構(gòu)聚集;歷史進(jìn)化因素對群落部分功能形狀(例如葉面積)具有明顯的趨同影響;而生態(tài)位分化僅對最大株高產(chǎn)生明顯的性狀分異。
【學(xué)位單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：Q948
【部分圖文】：

生態(tài)學(xué)家認(rèn)為，在生物多樣性較低的生態(tài)系統(tǒng)（如荒漠），樣性維持機(jī)制主要受生態(tài)位過程（Niche-based procesm & Pacala, 2011）。生態(tài)位過程主要包括兩個相反的過程（境篩選（Environmental filtering）僅允許具有相同或相似性狀，從而使得群落內(nèi)性狀表現(xiàn)為聚集分布的特征（Under-dispers1995; Diaz et al., 1998; Grime, 2006）（圖 1-1）；另一方面，ifferentiation）阻止具有相似性狀的物種共存在一起，進(jìn)而致布的特征（Over-dispersion）（Weiher & Keddy, 1995; Diaz06）（圖 1-1）。近期研究表明，環(huán)境篩選和生態(tài)位分化二者作用于生物多樣性維持（Jung et al., 2010; Gross et al., 2013b

第一章 緒論植物多樣性維持中的作用機(jī)理。本論文旨在完善荒漠區(qū)植物多樣性維持的生態(tài)適應(yīng)機(jī)制，也為指導(dǎo)新疆干旱荒漠區(qū)重要特殊生物資源的保育實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。1.5 技術(shù)路線依據(jù)論文的技術(shù)路線圖（圖 1-2），通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計，針對論文的研究內(nèi)容開展詳盡科學(xué)的研究工作，進(jìn)而順利完成論文的研究目標(biāo)。

比湖流域地處亞歐大陸中部，三面環(huán)山（南靠博羅科努山、西臨阿依勒山），東部是古爾班通古特沙漠（中國第二大沙漠），平均海為準(zhǔn)噶爾盆地西南緣最低洼地和水鹽匯集中心（陳蜀江等, 20068）。.2 氣候條件流域?qū)俚湫偷臏貛Т箨懶愿珊禋夂�，夏季高溫干旱，冬季寒冷�?2 800 h，多年平均無霜期 190 d，年平均降水量低于 100 mm，600 mm 以上，冬季平均積雪厚度為 10 cm，凍土厚度約為 20 cm 7.2 ℃，極端高溫 44 ℃，極端低溫 -33 ℃，盛行西北風(fēng)，全年達(dá) 165 d，最大風(fēng)速 55.0 m/s（降水和溫度趨勢圖見圖 2-1）。鹽頻繁，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，對氣候變化以及人類活動的影響敏感（蜀江等, 2006; 楊曉東, 2009; 何學(xué)敏等, 2014;Abuduwaill et al.,
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前18條

1 李萬華;;烏蘭以西[J];鴨綠江(上半月版);2017年05期

2 ;我國克隆荒漠植物抗旱基因取得重要進(jìn)展[J];北京農(nóng)業(yè)科學(xué);2001年03期

3 王瑋;;談?wù)劵哪�植物對環(huán)境的適應(yīng)[J];生物學(xué)通報;1988年05期

4 蒲錦春,劉家瓊,劉新民,賈惠蘭;我國荒漠植物的水分飽和虧[J];中國沙漠;1989年03期

5 張小魚;;荒漠植物的神奇種子[J];思維與智慧;2017年20期

6 蔣菊芳;梁從虎;楊華;張宇林;丁文魁;楊永龍;;近十年氣溫和降水對荒漠植物梭梭、刺蓬物候期的影響[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2017年02期

7 唐進(jìn)年;彭金鳳;徐先英;張盹明;金紅喜;;一年生荒漠植物的生態(tài)功能及在沙地植被恢復(fù)與重建中的作用[J];甘肅科技;2006年10期

8 顧志民;荒漠植物對改善干旱區(qū)城市生態(tài)環(huán)境的作用[J];新疆林業(yè);2002年01期

9 蔣霞,倪健;西北干旱區(qū)10種荒漠植物地理分布與大氣候的關(guān)系及其可能潛在分布區(qū)的估測[J];植物生態(tài)學(xué)報;2005年01期

10 ;我國找到荒漠植物抗旱基因[J];農(nóng)藥市場信息;2001年10期

11 ;農(nóng)林植生[J];科學(xué)中國人;2016年22期

12 張立運(yùn);;我國的荒漠植物及其飼用評價[J];中國草原;1981年01期

13 薛小明;;新疆建成中亞最大荒漠植物物種資源庫[J];中亞信息;2010年11期

14 魏懷東;陳芳;張勃;周蘭萍;李亞;楊雪梅;;民勤10種典型荒漠植物冠層光譜與含水率的特征分析[J];草業(yè)科學(xué);2018年03期

15 郭京衡;李嘗君;曾凡江;張波;劉波;郭自春;;2種荒漠植物根系生物量分布與土壤水分、養(yǎng)分的關(guān)系[J];干旱區(qū)研究;2016年01期

16 ;書訊[J];林業(yè)科學(xué)研究;2013年01期

17 王淑莉;趙昕;譚會娟;劉玉冰;;荒漠植物花棒耐鹽性的傅立葉紅外光譜法研究[J];中國沙漠;2008年05期

18 鄭新軍;李嵩;李彥;;準(zhǔn)噶爾盆地荒漠植物的葉片水分吸收策略[J];植物生態(tài)學(xué)報;2011年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 公延明;艾比湖流域植物多樣性對水鹽脅迫的響應(yīng)[D];新疆大學(xué);2019年

2 王立龍;典型荒漠植物葉片養(yǎng)分回收特征及其對環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制[D];蘭州大學(xué);2018年

3 牛紀(jì)蘋;典型荒漠植物生長對沙漠表層人工固結(jié)層的響應(yīng)研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

4 單立山;西北典型荒漠植物根系形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能及抗旱生理研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

5 張雪妮;荒漠植物群落演替及其營養(yǎng)元素驅(qū)動研究[D];新疆大學(xué);2014年

6 何季;荒漠植物白刺對模擬增雨的生理生態(tài)響應(yīng)及適應(yīng)策略[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2015年

7 伍國強(qiáng);Na~+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因在荒漠植物霸王響應(yīng)鹽和干旱中的作用研究[D];蘭州大學(xué);2011年

8 李濤;荒漠植物異速生長指數(shù)及其空間格局適應(yīng)降雨梯度變化的規(guī)律與機(jī)制研究[D];蘭州大學(xué);2010年

9 種培芳;荒漠植物紅砂、白刺和沙拐棗抗旱指標(biāo)及抗旱性綜合評價研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

10 種培芳;荒漠植物紅砂、白刺和沙拐棗抗旱指標(biāo)及抗旱性綜合評價研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張磊;典型荒漠植物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響機(jī)制[D];新疆大學(xué);2019年

2 白夢杰;十種荒漠植物種子萌發(fā)與出苗的生態(tài)特性研究[D];蘭州大學(xué);2019年

3 李曉辰;中國溫帶主要荒漠植物的地理分布格局研究[D];石河子大學(xué);2018年

4 張琳琳;安西極旱荒漠植物深色有隔內(nèi)生真菌多樣性及其耐旱性研究[D];河北大學(xué);2018年

5 王姣姣;安西極旱荒漠植物AM真菌物種多樣性研究[D];河北大學(xué);2018年

6 葛佳麗;安西極旱荒漠植物DSE真菌生態(tài)異質(zhì)性研究[D];河北大學(xué);2018年

7 �；刍�;柴達(dá)木盆地東部荒漠植物生態(tài)位研究[D];河北師范大學(xué);2018年

8 王坤;三種荒漠植物AM真菌群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性研究[D];河北大學(xué);2017年

9 何明珠;荒漠植物枝系構(gòu)件及其持水力研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

10 劉庭亮;荒漠植物專用有機(jī)肥在涼州區(qū)梭梭大田育苗和沙漠移栽中的應(yīng)用研究[D];蘭州大學(xué);2015年

本文編號：2894724