基于叶片功能性状探讨不同坡向亚高山森林群落种内种间竞争关系及群落构建机制

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植物功能性状反映了群落中植物对非生物因子和生物因子的进化响应。目前,基于植物功能性状的研究方法已经被广泛用于解析植物生长的适应性机制以及群落的构建过程。本文以川西亚高山森林群落为研究对象,调查了不同坡向(包括阴坡和阳坡)的群落环境因子以及物种组成,测量了阴坡和阳坡上群落内林木竞争状况以及林木的叶片功能性状值(包括比叶面积、叶干物质含量、叶片厚度、叶组织密度,叶片碳含量,叶片氮含量,叶片磷含量,叶片钾含量,叶片钙含量,叶片镁含量,叶片碳氮比,叶片碳磷比,叶片氮磷比共13种叶片功能性状)。我们分别计算了林木的种内竞争强度和种间竞争强度,物种性状均值,群落加权性状均值,和不同竞争环境下叶片性状可塑性(CV、RDPI)。论文采用混合线性模型分析了林木竞争与生长的关系,单因素方差分析比较了不同竞争等级下树木叶片性状差异,运用增强回归树模型(BRT)分别分析了林木种内竞争强度以及种间竞争强度与叶片功能性状的关系,解析了不同坡向上群落构建机制的差异。通过以上计算和分析以期回答坡向这一地形因子如何影响林木生长以及林木间相互作用,从而进一步解释不同坡向植被类型和景观类型差异形成的原因。主要研究结果如下:(1)阴坡上林分密度低于阳坡,但物种多样性指数却高于阳坡。阴坡上群落种内种间竞争都高于阳坡。对于优势物种,阴坡群落种内竞争强度小于种间竞争,但是阳坡群落物种种内竞争却强于种间竞争强度。阴坡物种种内竞争强度随林木胸径和树高的增加而减少,阳坡上却随着林木胸径和树高的增加而增加。(2)阴坡群落叶片比叶面积、碳含量、氮含量和碳氮比高于阳坡;从阴坡到阳坡这一坡向梯度的改变减弱了叶片比叶面积、叶组织密度分别与碳含量、氮含量、钾含量、钙含量、镁含量、碳磷比、氮磷比的相关性。(3)叶片厚度、钙含量、镁含量的性状CV值在不同坡向上群落内随着种内竞争强度和种间竞争强度的增加表现一致,但是叶片比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度随着竞争强度变化其CV值在不同坡向上具有差异;阴坡和阳坡上环境资源条件差异主要影响了林木叶片比叶面积、叶干物质含量对竞争环境变化下的响应,对叶片化学性状的可塑性影响较少。阴坡上群落内植物主要通过叶片比叶面积、叶干物质含量、碳含量、氮磷比的变化来影响林木竞争。阳坡上林木主要通过叶片氮磷比、钙含量、叶片厚度、碳含量的变化来影响林木种内竞争,而通过叶片钙含量、叶组织密度、碳氮比的变化来影响林木种间竞争。(4)从阴坡到阳坡梯度共有9种叶片性状(包括比叶面积、叶干物质含量、叶片厚度、碳含量、磷含量、镁含量、碳氮比、碳磷比、氮磷比)的功能结构在阴坡上表现出分散,在阳坡上表现出收敛的趋势,说明群落构建过程中阴坡上主要为物种间竞争作用,阳坡上主要为环境筛选作用。而其余性状(氮含量、磷含量、钙含量、氮磷比)可能变化不明显。研究表明阴坡与阳坡上群落环境资源条件具有显著差异,坡向变化影响了林木生长状况和林木间竞争作用,而且通过影响植物竞争和林木生长的关系改变了川西亚高山森林群落的物种多样性及群落结构。基于叶片功能性状研究发现,在阴坡和阳坡上林木叶片性状与竞争强度的关系存在差异。植物通过调整各个叶片性状的平衡或协同变化关系来调整植物对资源利用及分配的生存策略,以此来适应阴坡和阳坡上不同的生境。研究结果还显示群落构建过程中阴坡上主要为物种间竞争作用,阳坡上主要为环境筛选作用。
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