黄土高原森林次生演替过程中基于功能性状的群落构建机制的演变

Community assembly has long been a central issue in community ecology，and succession is community assembly in action. Exploring the mechanism of plant community assembly across secondary succession seres and the effect of environment factors on the change of community assembly are important in ecological theory and restoration and reconstruction of degraded ecosystem. Based on the multi-dimensionality of plant fuctional traits and soil and topoghrphy characteristics, the project will test the relative importance of deterministic and stochastic process, as well as environmental filtering and similarity constraint, across whole 6 successional stages from abandoned field to climax forest on the Loess Plateau of northern Shaanxi. By means of null model, community trait gradient analysis, traits Kurtosis-ratio and kernel density estimate, we attempt to inquire into the response of traits to environment at community level, to elucidate the effect of environment on community assembly of different successional stages, and to test the hypothesis that shrub is the key stage in which the deterministic and stochastic process of community assembly change over. The fulfillment of this study may provide new evidence of transitional assembly process in warm temperate forest zone and has a bearing on community assembly theory, and will simultaneously provide application basis to guide vegetation restoration and reconstruction in region of the Loess Plateau.

群落构建机制是群落生态学研究的中心论题，而群落演替则是正在进行中的动态群落构建过程。对次生演替过程中的群落构建机制及其变化的探索，不仅具有重要的理论意义，对退化生态系统的恢复与重建也有重要的实践意义。本研究针对黄土高原森林区的完整演替系列群落（从一年生草本群落到顶极群落6个演替阶段），基于多个维度的功能性状和环境因子，通过构建零模型、群落性状梯度分析、性状峭度比率以及核密度分布估计等方法，来检验确定性过程和随机过程、以及环境过滤和相似性限制在各个演替阶段群落构建中的相对贡献，并探讨在群落水平上功能性状对环境的响应，阐明环境因子对不同演替阶段群落构建过程的作用，同时验证我们提出的灌丛阶段是群落构建由随机过程向确定性过程转变的关键阶段的假说。本研究有望提供暖温带森林演替过程中群落构建机制变化的新证据，对丰富群落构建理论有重要的理论意义，同时也可为该区植被的恢复重建提供重要的理论依据。

黄土高原是植被恢复及生物多样性保护的关键区域。在黄土高原次生演替梯度上，对群落构建变化模式及其成因进行分析，对退化生态系统的恢复与重建具有重要的生态学意义和价值。本研究在黄土高原区域内区分一年生草本群落、多年生草本群落、灌丛、先锋乔木群落、顶极乔木群落6个演替阶段，对每个演替阶段上群落基于功能性状的群落构建模式及构建过程变化进行了研究。同时，结合环境因子，设置了海拔、土壤养分、地形因子、人为干扰、气候等多条生境梯度，探究了不同演替阶段在不同环境梯度上随机和确定性过程对构建过程的相对重要性。为了从多个角度全面地探究本区域的群落构建模式，在野外取样方法、构建模式的研究手段、物种库的选择、性状间的相互关系等方面进行了深入探索。研究发现，演替早期到演替后期，黄土高原植物群落逐渐由随机的构建模式转变为确定性的构建模式，灌丛阶段是发生这一转变的过渡阶段。人为干扰是导致演替梯度上群落构建差异的原因之一。演替梯度上构建模式的转变也伴随着土壤理化性质、土壤微生物多样性的变化。对于演替早期的群落来说，其功能性状与演替其他阶段，甚至与其相邻的其他群落的功能性状存在很大差异。对于演替中后期的阶段，与水分相关的水力学性状是对演替最敏感的功能性状，且应考虑种内变异、生物量分配、根茎叶性状间权衡的问题。对于本区域的演替顶极群落而言，虽然群落构建的模式相似，但不同的进化历史导致了本区域内不同样地的辽东栎群落具有巨大的物种组成差异。环境因子的差异可能也影响着同一演替阶段的植物群落构建模式，在环境较恶劣的区域，环境过滤主导了群落构建的过程。此外，本研究还更新了群落构建的研究方法，创造了末端夹碎法这一新的植物枝条取样方式，并发现了使用不同方法的谱系手段对于研究群落构建的重要意义。本研究从不同视角得到了黄土高原演替序列上群落构建变化及其成因的清晰证据，揭示了次生演替过程的生态学机理，为区域生态恢复提供了理论依据。