生境片断化对濒危植物景东翅子树繁殖与种群动态的影响

The destruction and fragmentation of habitats are the leading cause for the loss of biodiversity and endangered species. Most ecological studies investigating how fragmentation influences plants have focused on describing community-wide rather than population-level trends, hence, little is known about the mechanisms of species’ extinction and endangering. This project aims to: (1) comparatively study the demographic and reproductive ecology of the endangered plant, Pterospermum kingtungense, in different size fragments and continuous habitats, using the methods of population ecology and field control experiments, so as to understand the effects of habitat fragmentation on the demographic and reproductive ecology of the endangered plant; (2) based on the investigation and field experiments, build integral projection models (IPM) and Lefkovitch matrix model to examine the effect of habitat fragmentation on the population dynamics; (3) quantify the relative contributions of the demographic parameters to the population growth rate (λ) by means of the matrix model’s elasticity analysis methods, so as to clarify the key stages that influenced the species’ endangering of the plant’s life cycles in the fragmentation habitats, and to reveal the mechanisms of habitat fragmentation on population dynamics of Pterospermum kingtungense. The study is expected to contribute to the conservation of endangered species, and the management, restoration, and conservation of forests plant diversity.

生境的破坏及其片断化是当前生物多样性大规模丧失和物种濒危甚至灭绝的主要原因。生境片断化对植物影响的研究主要集中于群落水平的描述，而对种群水平的影响研究较少，片断化引起物种濒危及至灭绝机制的了解仍不清楚。该项目以濒危植物景东翅子树为对象，采用种群生态学和野外人工控制实验的方法，对不同大小片断和连续生境中该物种的种群统计和繁殖生态进行比较研究，以了解生境片断化对景东翅子树种群统计和繁殖的影响；基于种群统计调查和人工控制试验的数据资料，建立预测种群动态的积分投影模型和Lefkovitch矩阵模型，研究生境片断化对景东翅子树种群动态的影响；同时应用矩阵模型的弹性分析方法量化种群统计参数对种群增长率的相对贡献，明确片断化生境中景东翅子树种群生活史过程的关键阶段，揭示生境片断化对景东翅子树种群动态变化的机制。研究结果可为濒危物种的保育、以及森林植物多样性的管理、恢复和保护提供科学依据。

该项目以濒危植物景东翅子树为对象，采用种群生态学和野外人工控制实验的方法，对不同大小片断（5ha和15ha）和连续森林中该物种的种群统计、繁殖和动态进行了比较研究。结果表明：(1) 景东翅子树种群密度在连续生境中略大于15ha的片断生境，且二者都高于5ha的片断生境，但它们之间的差异性不显著；景东翅子树种群的年龄结构均以幼树为主, 但5ha生境片断森林缺乏幼苗和大树, 而15ha生境片断森林幼苗较丰富；景东翅子树种群开花率、座果率和结籽率在不同大小片断和连续生境中的差异性不显著。(2) 播种试验表明不同播种处理和生境对景东翅子树种子的出苗及其存活均产生了显著的影响。相同生境(不同处理)下，景东翅子树种子的出苗率在有铁丝网处理 > 无铁丝网处理 > 对照，且在片断生境下差异性达到显著性水平，该结果说明森林枯落物和森林动物在景东翅子树幼苗补充过程中均起到了重要的限制作用。研究认为适度的干扰(如减少或去除枯落物)有利于景东翅子树幼苗的补充。(3) 基于Lefkovitch矩阵模型预测，在3种生境中景东翅子树种群的增长率等于1 (15 ha森林片断)或趋近于1 (5 ha森林片断和连续森林), 说明3种生境中的景东翅子树种群比较稳定, 这主要是因为其各生活史阶段的存活率均较高。弹性分析表明景东翅子树成树和亚成树阶段的存活率对种群增长率的贡献最大, 是影响其种群动态的关键生活史阶段。因此对于大树的保护是极度濒危植物景东翅子树种群维持的关键。(4)积分投影模型预测种群动态的结果与Lefkovitch矩阵模型相似，除2020-2021年5ha片断受人为干扰外，各种群均趋于稳定，景东翅子树的生长和存活对种群增长率的贡献占绝对优势，是驱动其种群增长、维持种群稳定的关键决定因子。研究结果揭示小生境片断降低了景东翅子树种群的数量, 改变了种群的结构, 但对种群动态的影响效应尚未显现。研究认为如果没有较大的人为干扰和环境的波动，3种生境下景东翅子树种群可维持稳定。因此对于这些片断生境中濒危植物种群的保护和恢复是可行的, 也是有价值的。