基于生态化学计量学与层次贝叶斯模型的植物群落构建机制研究

确定过程与随机过程的相对重要性是当前群落生态学研究的重点。尽管已有大量个体水平上的工作，但是群落水平上的生态化学计量学与群落多样性维持机制的研究还鲜有报道；同时，现有研究框架都是建立在对有限资源竞争的基础之上的，而未考虑近些年已广为生态学者认识并接受的植物间正相互作用的影响。本项目以青藏高原高寒草甸为研究对象，综合自然群落与施肥群落，系统探讨外界光照与土壤养分的动态平衡对植物个体、种群与群落的化学计量学影响；基于植物个体水平上的叶片元素含量测定，采用贝叶斯层次模型综合考虑个体与物种间差异，估测物种与群落水平上的化学计量学参数，结合植物间相互作用，确定生态位过程与中性过程在群落构建中的相对作用。通过研究，以期从生态化学计量学角度整合生态位理论与中性理论；同时，从个体水平测量构建化学计量学与物种间相互作用和群落结构关系的一体化框架有利于阐释不同生态组织层次对全球变化的响应。

本项目以青藏高原高寒草甸和亚高寒草甸植物群落为研究对象，综合野外试验、理论模拟和高级统计分析，系统研究了影响群落结构的生物和非生物因子。观测、分析施肥处理对植物群落生物多样性和生产力的影响；基于植物个体水平上的元素测定，利用层次贝叶斯统计推断物种水平和群落水平上的元素比率；通过贝叶斯统计，分析物种之间的差异对植物不同器官间生物量分配的影响；探讨植物间相互作用尤其是正相互作用对群落物种组成时间周转的影响，并寻找能够预测群落时间周转速率的指示因子；分析影响群落空间周转的确定的生态位过程和随机的中性过程的相对重要性。上述研究得到如下主要结论：1) 物种之间的差异降低了植物器官间生物量分配的斜率。这也就意味着，在探讨群落构建机制的过程中，我们是需要考虑物种之间的差异的，而这正是生态位理论的核心内容。2) 植物间正相互作用能够提高饱和群落的物种丰富度，并加速了群落物种组成的时间周转速率。物种数目的提高使得种群平均大小（群落内总个体数除以总物种数）减小，进而导致物种的平均灭绝风险提高。3) 植物间正相互作用对群落时间周转的效应受所处的外界的环境条件和植物间正相互作用与环境梯度之间的关系的影响。4) 种群平均大小能够预测群落物种组成的时间周转速率。在全球气候变化的大背景下，这为判断群落结构和生态系统功能的稳定性提供了便利。5) 确定性的生态位过程和随机性的中性过程共同影响着高寒草甸植物群落的构建过程。以上结论对于进一步研究该地区群落构建机制具有重要的意义。