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Effects of habitat heterogeneity on community functional diversity of Dinghu Mountain evergreen broad-leaved forest

生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响



全 文 :  Guihaia  Feb. 2016ꎬ 36(2):127-136
http: / / journal.gxzw.gxib.cn
http: / / www.guihaia-journal.com
DOI: 10.11931 / guihaia.gxzw201503015
周光霞ꎬ 黄立新ꎬ 臧晓蔚ꎬ等. 生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响[J]. 广西植物ꎬ 2016ꎬ 36(2):127-136
ZHOU GXꎬ HUANG LXꎬ ZANG XWꎬ et al. Effects of habitat heterogeneity on community functional diversity of Dinghu Mountain evergreen broad ̄leaved
forest[J]. Guihaiaꎬ 2016ꎬ 36(2):127-136
生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响
周光霞1ꎬ2ꎬ 黄立新1ꎬ2ꎬ 臧晓蔚1ꎬ2ꎬ 韦  霄3ꎬ 叶万辉1ꎬ 沈  浩1∗
( 1. 中国科学院退化生态系统植被恢复与管理重点实验室ꎬ 中国科学院华南植物园ꎬ 广州 510650ꎻ
2. 中国科学院大学ꎬ 北京 100049ꎻ 3. 广西壮族自治区中 国 科 学 院 广西植物研究所ꎬ 广西 桂林 541006 )
摘  要: 物种共存机制一直以来是群落生态学的研究热点ꎮ 为了探讨异质生境条件下鼎湖山常绿阔叶林群
落功能多样性变化ꎬ找到其变化的主要环境驱动因子ꎬ该研究利用位于鼎湖山 20 hm2监测样地第 2次群落调
查数据并选择代表不同生境(海拔和地形)的 27个样方(20 m×20 m)ꎬ于 2013年夏季在样地内所选样方中测
定所有胸径≥1 cm树种的叶片功能性状ꎮ 所测性状包括形态学性状(比叶面积、叶片干物质含量、叶面积以
及叶片长宽比)和化学计量学性状(叶片碳、氮、磷的含量)ꎬ结合地形和土壤数据并通过分析功能多样性随环
境梯度的变化ꎬ探讨了环境过滤和竞争在鼎湖山群落物种共存中的相对重要性ꎮ 结果表明:功能分歧度和群
落权重平均值与环境因素关系密切ꎬ尤其是海拔、凹凸度和土壤养分ꎮ 环境条件较好区域(微尺度高海拔、高
凹凸度和土壤养分含量)的植物采取统一的养分有效保存(低 SLAꎬ高 LDMC)的适应策略(功能分歧度低)ꎬ环
境过滤所起作用更强ꎻ植物在相反的环境条件下ꎬ采取快速生长策略(高 SLAꎬ低 LDMC)ꎬ能够更好地适应环
境的变化ꎬ且性状变化是多样的(功能分歧度高)ꎬ在该条件下竞争作用更为显著ꎮ 叶面积和叶片氮含量的分
歧度在环境条件较好的区域增大ꎬ这与其他功能性状不一致ꎬ说明不同生态位轴(环境因素)影响不同性状的
分歧度变化ꎬ并且在局域尺度上植物为了更好地适应环境变化采取了多样的适应策略ꎮ
关键词: 群落生态学ꎬ 功能多样性ꎬ 生境异质性ꎬ 群落共存机制ꎬ 适应性策略
中图分类号: Q948.15ꎬ Q945.79    文献标识码: A    文章编号: 1000 ̄3142(2016)02 ̄0127 ̄10
Effects of habitat heterogeneity on community functional
diversity of Dinghu Mountain evergreen broad ̄leaved forest
ZHOU Guang ̄Xia1ꎬ2ꎬ HUANG Li ̄Xin1ꎬ2ꎬ ZANG Xiao ̄Wei1ꎬ2ꎬ
WEI Xiao3ꎬYE Wan ̄Hui1ꎬ SHEN Hao1∗
( 1. Key Laboratory of Vegetation Restoration and Management of Degraded Ecosystemsꎬ South China Botanical Gardenꎬ Chinese Academy
of Sciencesꎬ Guangzhou 510650ꎬ Chinaꎻ 2. University of Chinese Academy of Sciencesꎬ Beijing 100049ꎬ Chinaꎻ 3. Guangxi Institute
of Botanyꎬ Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciencesꎬ Guilin 541006ꎬ China )
Abstract: Species co ̄existence mechanisms have long been one of the core topics in community ecology. To explore the
changes in community functional diversity of Dinghushan evergreen broad ̄leaf forest under the heterogeneous habitats and to
find out the main driving factors of the functional diversity varationsꎬ based on the second community survey data of the 20
hm2 forest dynamics plot in Dinghushan National Nature Reserveꎬ 27 subplots (20 m×20 m) were selected according to the
收稿日期: 2015 ̄04 ̄10    修回日期: 2015 ̄06 ̄24
基金项目: 国家自然科学基金(31370446)[Supported by the National Natural Science Foundation of China(31370446)]ꎮ
作者简介: 周光霞(1990 ̄)ꎬ女ꎬ安徽芜湖人ꎬ硕士ꎬ主要从事植物生理生态学研究ꎬ(E ̄mail)zhouscbg@ 163.comꎮ
∗通讯作者: 沈浩ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ主要从事保护生态学和植物生理生态学研究ꎬ(E ̄mail)shenhao@ scbg.ac.cnꎮ
changes of relative elevation and topograph. These 27 subplots can stand for the heterogeneous habitats in Dinghushan ever ̄
green broad ̄leaved forest. Leaf functional traits of all the trees with DBH (diameter at breast height)≥1 cm in the 27 sub ̄
plots were measured to calculate the functional diversity (functional dispersion and community weighted mean are caculated
as the functional diversity in this paper) during the summer of 2013. The measured traits included morphological traits (spe ̄
cific leaf areaꎬ leaf dry matter contentꎬ leaf area and leaf lenth to leaf width ratio) and stoichiometric traits (leaf carbonꎬ
nitrogenꎬ phosphorus content). Combining with the topographic and soil informationꎬ we analysed the main environmental
factors that influence the variation of functional diversity. To elucidate the relative importance of environmental filtering and
competitive interactions for species co ̄existence of Dinghushan evergreen broad ̄leaved forestꎬ we inferred the shifts in func ̄
tional diversity patterns across environmental gradients. The results indicated that functional divergence and community ̄
weighted mean were in close relation with environmental factorsꎬ especially elevationꎬ convexity and soil fertility. In the op ̄
timal environmental conditions (high relative elevationꎬ high convexity and higher soil nutrient content)ꎬ plants adopt the
similar (functional divergence decreased) adaptive strategy of efficient conservation of nutrient (low SLAꎬ high LDMC)ꎬ
which suggested that environmental filtering played a stronger roleꎻ while in the adverse environmental conditions (low rela ̄
tive elevationꎬ low convexity and lower soil nutrient content)ꎬ the traits were various (functional divergence increased) and
use fast growing strategy (high SLAꎬ low LDMC)ꎬ since competitive interactions might play a key role. The functional di ̄
vergence of leaf area and leaf nitrogen contents increased in better environmental conditions (high relative elevationꎬ high
convexity and higher soil nutrient content)ꎬ and these two traits (leaf area and leaf nitrogen content) were opposite to the
others ( specfic leaf areaꎬ leaf dry matter contentꎬ leaf length to leaf width ratioꎬ leaf carbon and phosphorus
content). These results indicated that different niche axes (environments) had different importances in the changes in func ̄
tional traits dispersionꎬ and illustrated that we could use plants diverse strategies to adapt to heterogeneous environments in
local scale.
Key words: community ecologyꎬ functional diversityꎬ habitat heterogeneityꎬ species co ̄existence mechanismsꎬ adap ̄
tive strategy
    群落构建机制(community assembly mechanisms)
一直以来是生态学研究的热点问题ꎬ其中环境过滤
(environmental filtering)和竞争( competitive interac ̄
tions)是影响群落构建最主要的两种生态学过程
(Cornwell et alꎬ 2006ꎻ Kraft et alꎬ 2008ꎻ Siefert et
alꎬ 2013)ꎮ 一般认为ꎬ环境过滤会导致物种的适应
性策略趋同ꎬ而竞争则导致物种的适应性策略趋异
( Spasojevic & Sudingꎬ 2012ꎻ Chalmandrier et alꎬ
2013ꎻ Purschke et alꎬ 2013 )ꎮ 功 能 多 样 性
(functional diversity)是指功能性状在某个特定群落
内的值、范围和相对多度(Villeger et alꎬ 2008ꎻ Car ̄
reno ̄Rocabado et alꎬ 2012)ꎮ 功能多样性与群落构
建机制和生态系统过程都有着密切的关联(Mason
et alꎬ 2012ꎻ Conti & Diazꎬ 2013ꎻ Mason et alꎬ 2013ꎻ
Roscher et alꎬ 2013)ꎮ 环境过滤和竞争的相对强度
通常导致不同的群落构建方式 ( Spasojevic &
Sudingꎬ 2012)ꎬ即功能趋同或者趋异(Kraft et alꎬ
2008)ꎬ两者的相对强度可能取决于群落的环境因
素ꎬ并随环境梯度而变化ꎮ 目前针对功能多样性与
环境因子的相关性研究ꎬ包括功能性状与大尺度条
件下土壤和气候的变异有显著相关性(Siefert et alꎬ
2013ꎻ Fortunel et alꎬ 2014)ꎻ随着群落演替的进行ꎬ
功能多样性会显著升高( Janecek et alꎬ 2013ꎻ Pur ̄
schke et alꎬ 2013)ꎮ 然而ꎬ小尺度下功能多样性随
环境梯度变化尚不清楚(Lohbeck et alꎬ 2012)ꎮ
植物功能多样性的测量方法多样ꎬ但各个指标
都是在植物功能性状和物种丰富度的基础上进行
的ꎬ采用较多的有 Rao 指数(Raoꎬ 1982)、功能丰富
度(Mason et alꎬ 2005)、功能均匀度(Mouillot et alꎬ
2005)、群落权重平均值(Lavorel et alꎬ 2008)等ꎮ 其
中受到关注较多的是功能离散度( functional disper ̄
sionꎬ Fdis)和群落权重平均值( communtiy weighted
meanꎬ CWM)ꎬ群落离散度是指随机挑选的物种间
某一相同性状值之间的差异ꎬ通常被用来表征生态
位互补性(Petchey & Gastonꎬ 2006)ꎮ 群落权重平
均值是指物种的功能性状值加权相对多度后表征群
落中该性状的平均值ꎬ通常被用来评估群落的动态
以及生态系统特性(Enoki & Abeꎬ 2004ꎻ Louault et
alꎬ 2005)ꎮ 从功能性状的群落权重平均值和功能
离散度的双重角度出发ꎬ能够更加准确地判断随着
环境变化ꎬ群落水平的功能性状以及性状离散度水
平的变化趋势ꎮ
821 广  西  植  物                                  36卷
同一群落中从性状的不同角度出发会出现一系
列不同的功能多样性指标(Ricottaꎬ 2005ꎻ Petchey
& Gastonꎬ 2006)ꎮ 由于不同功能性状可能与不同
生态过程相关ꎬ当不同的单一性状与生态位轴的关
系相反时ꎬ这些相反的关系有可能造成在多元功能
多样性的计算中相互抵消ꎬ从而掩饰多元功能多样
性与环境的关联ꎮ 某些群落的多元功能多样性与环
境梯度之间无显著关联(Cornwell et alꎬ 2006)ꎬ这会
极大地影响群落构建机制的判断(Cornwell & Ack ̄
erlyꎬ 2009ꎻ Spasojevic & Sudingꎬ 2012)ꎮ 所以本文
从植物叶片形态学性状和理化性质出发ꎬ选择具有
代表性的功能性状来探索功能多样性的变化ꎮ
森林群落中ꎬ生境异质性通常是小尺度变异引
起的(如地形和土壤的变化) (Harms et alꎬ 2001ꎻ
John et alꎬ 2007)ꎬ生境异质性导致样地能量、水分
和养分的可利用性产生差异 ( Bellingham et alꎬ
2000)ꎬ从而对群落中物种的分布产生直接或间接
影响ꎮ 鼎湖山大样地作为中国森林生物多样性监测
网络(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network)
和美国 Smithsonian研究院 CTFS (Center for Tropical
Forest Science)最重要的大型监测样地之一ꎬ建成于
2005年(叶万辉等ꎬ 2008)ꎬ2010年完成了首次复查
(Shen et alꎬ 2013)ꎮ 它作为南亚热带常绿阔叶林的
典型代表ꎬ海拔 230~ 470 mꎬ地形复杂ꎬ存在较强的
环境异质性(叶万辉等ꎬ 2008)ꎮ 关于鼎湖山大样地
群落构建机制ꎬ已在群落(Li et alꎬ 2009ꎻ Wang et
alꎬ 2009)、种群遗传(Wang et alꎬ 2012)、进化(Pei
et alꎬ 2011)等方面开展了研究ꎮ 生境异质性、种子
性状个体间的相互作用等对物种分布格局的形成以
及生物多样性的维持起着重要作用ꎬ而功能多样性
的变化正是植物对生境异质性的适应性体现ꎬ在群
落构建中起到非常重要的作用ꎮ 因此ꎬ本研究从海
拔和地形的角度ꎬ探讨了鼎湖山样地异质生境条件
下群落功能多样性的变化ꎬ为物种共存的重要生态
学过程提供理论支持ꎬ同时也为该地区植被恢复以
及生态系统的保护提供理论依据ꎮ
1  材料与方法
1.1 研究区自然概况
鼎湖山国家级自然保护区位于广东省肇庆市ꎬ
112°30′39″~112°33′41″ Eꎬ23°09′21″~ 23°11′30″ Nꎬ
地处亚热带季风气候区南缘ꎬ北回归线附近ꎬ形成并
保存了较完好的地带性植被类型———南亚热带常绿
阔叶林ꎬ是我国植物种类最丰富的植被类型之一ꎬ具
有热带向亚热带的过渡性质ꎬ群落结构复杂ꎬ物种组
成丰富ꎮ 年平均温度为 20.9 ℃ꎬ年平均降雨量为
1 927 mmꎬ4-9月是主要的降雨季节ꎬ也是植物生长
的主要季节ꎬ鼎湖山的地带性土壤为赤红壤ꎮ
鼎湖山大样地位于鼎湖山保护区的核心区ꎬ地
形复杂ꎬ海拔为 230 ~ 470 mꎬ坡度为 30° ~ 50°ꎬ地形
起伏较大ꎬ水热条件良好ꎬ相对湿度较大ꎮ 植被类型
为南亚热带常绿阔叶林ꎬ群落的发育和保存良好
(叶万辉等ꎬ 2008)ꎮ
1.2 研究方法
本研究中ꎬ生境异质性以海拔和地形因子加以
表征ꎮ 在鼎湖山大样地中选择具有代表性的 3条山
体ꎬ从同一山体的不同海拔高度 ( 308. 42 ~ 413. 4
m)、不同凹凸度(-6.16 ~ 6.71 m)出发ꎬ于每条山体
不同海拔(低海拔、中海拔、高海拔)和不同凹凸度
的样方(山谷、山坡、山脊)中选取 Jacard 相似度最
高的样方(20 m×20 m)作为本次研究对象ꎬ每条山
脉同一海拔同一凹凸度选择 3个样方ꎬ共包括 27 个
样方ꎬ代表 9种生境类型(表 1)ꎮ
1.2.1 环境因子测定  地形参数选取海拔高度、凹凸
度、坡度和坡向ꎻ土壤参数选取土壤含水量、容重、
pH、土壤有机质以及土壤中钾、磷、氮的含量ꎬ数据
来源于鼎湖山 20 hm2样地的测定数据ꎮ 地形因子
的测定是测量每个 20 m×20 m 样方 4 个角的海拔
均值为此样方的海拔ꎻ凹凸度为某个样方的海拔减
去相邻 8个样方的海拔平均值ꎻ坡度为样方的任意
3个角形成 4 个三角形平面偏离水平面角度的均
值ꎮ 土壤因子测定时在 20 hm2样地内每隔 30 m 系
统随机布设土壤采样点ꎬ在每个采样点中ꎬ随机选择
8个方向中的一个方向ꎬ在 2、5 或 15 m 三个距离中
随机增加 2个采样点ꎮ 在鼎湖山共布设了 714 个采
样点(Lin et alꎬ 2013)ꎮ 取表层 0 ~ 10 cm 的表土用
于测定土壤指标ꎮ 据此ꎬ本研究每个样方涉及到的
样点为 2~3个ꎬ共统计了 64个样点的土壤数据ꎮ
1.2.2 功能性状的测定  对选定样方中所有可以采
到的 DBH ≥1 cm植株ꎬ多于 10株的物种随机采 10
株作为代表ꎬ不足 10株物种则全部采集ꎮ 每植株分
别选取 4 ~ 6 片向阳成熟的叶片ꎬ先称量叶片鲜重
(fresh weightꎬFW)ꎬ再用螺旋测微器测量植物的叶
片厚度(leaf thicknessꎬLT)ꎬ用 LI ̄3000C便携式叶面
积仪(Li ̄CorꎬNEꎬUSA)测量叶片面积(leaf areaꎬLA)
9212期                周光霞等: 生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响
表 1  鼎湖山样地异质生境条件下环境因子指标
Table 1  Environmental factors of heterogeneous habitats in Dinghu Mountain plot
环境因子
Environmental factor
山体不同相对高度 Relative elevation
低 Low
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
中Middle
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
高High
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
地形因子 Topographic factors
海拔 Elevation (m) 320.16 308.42 318.30 361.10 364.55 370.66 413.4 404.54 406.17
凹凸度 Convexity (m) -6.16 -1.81 2.62 -1.60 4.21 6.71 0.77 4.01 6.70
坡度 Slope (°) 34.59 34.77 30.02 39.18 35.72 28.93 37.24 37.40 33.66
坡向 Aspect (°) 236.10 156.92 194.24 194.61 157.87 203.87 181.81 187.03 147.51
土壤因子 Soil factors
土壤含水量 SWC (%) 18.73 19.16 19.28 18.59 18.62 19.73 19.06 18.13 17.83
容重 VW (kg􀅰m-3) 1.06 1.07 1.05 1.09 1.06 1.05 1.03 1.04 1.03
酸碱度 pH 3.79 3.79 3.77 3.73 3.71 3.71 3.74 3.69 3.67
土壤有机质 SOM (g􀅰kg-1) 55.22 52.96 53.63 58.37 63.53 68.18 62.34 67.20 71.85
速效钾 AK (g􀅰kg-1) 18.70 20.10 20.91 16.70 17.07 17.13 18.82 17.18 19.10
全钾 TK (g􀅰kg-1) 52.58 48.19 42.90 41.80 42.10 43.46 45.40 51.05 54.46
速效磷 AP (g􀅰kg-1) 0.27 0.27 0.25 0.25 0.27 0.27 0.25 0.26 0.28
全磷 TP (g􀅰kg-1) 1.45 1.94 2.05 1.47 1.37 1.32 1.58 1.74 1.64
速效氮 AN (g􀅰kg-1) 1.04 0.95 0.99 1.06 1.30 1.46 1.22 1.43 1.55
全氮 TN (g􀅰kg-1) 179.47 181.16 173.63 187.64 193.63 203.41 207.83 225.07 226.60
  注: SWC. 土壤水分含量ꎻ VW. 容重ꎻ SOM. 土壤有机质ꎻ AK. 有效钾ꎻ TK. 总钾ꎻ AP. 有效磷ꎻ TP. 总磷ꎻ AN. 有效氮ꎻ TN. 总氮ꎮ 下同ꎮ
  Note: SWC. Soil water contentꎻ VW. Volume ̄weightꎻ SOM. Soil organic matterꎻ AK. Available Kꎻ TK. Total Kꎻ AP. Available Pꎻ TP. Total Pꎻ AN. Available Nꎻ TN. Total
N. The same below.
以及叶片长度 ( leaf lengthꎬ LL)、叶片宽度 ( leaf
widthꎬLW)ꎬ 最后将叶片放入 70 ℃的烘箱中烘干至
恒重ꎬ并称量其干重( dry weightꎬDW)ꎮ 比叶面积
(specific leaf areaꎬ SLA)为叶面积与其干重的比值ꎻ
叶片干物质含量( leaf dry matter contentꎬLDMC)为
叶片干重与鲜重的比值ꎮ 样品烘干后磨碎过 100 目
筛ꎬ用钼抗比色法测定单位质量叶片磷含量ꎻ碳氮含
量用元素分析仪(Elementar Analysensysteme GmbHꎬ
Hanauꎬ Germany)测定ꎮ
本文选取功能离散度 ( Functional dispersionꎬ
FDis)和群落的权重平均值 ( Communtiy ̄Weighted
Meanꎬ CWM) 这两种功能多样性来解释群落构建
机制ꎬ其计算方法参考 Spasojevic et al(2012)ꎮ
1.3 数据分析
所有相关性分析均采用软件 SPSS 18.0( SPSS
Inc. ChicagoꎬILꎬUSA)进行统计分析ꎬ当 P<0.05 则
表示有统计学意义ꎮ 功能离散度(Fdis)和群落权重
平均值(CWM)等功能多样性参数的计算采用 R 语
言(3.0.1)(Teamꎬ 2012)ꎬ调用 R 语言包“FD”完成
(Laliberte & Legendreꎬ 2010)ꎮ 采用 CANOCO 4.5
对 Fdis和 CWM与环境因子的关系进行多元典范冗
余分析(Redundancy analysisꎬ RDA)ꎮ
2  结果与分析
2.1 异质生境中的环境因子
在鼎湖山样地中ꎬ从所选取的样方的环境因子
中可以看出ꎬ低海拔、中海拔与高海拔之间均有 50
m的微尺度高度差ꎬ凹凸度( -6.16 ~ 6.71 m)ꎬ分别
代表了山谷、山坡和山脊的生境ꎮ 样地的坡度无明
显变化ꎬ所选样地均向南(表 1)ꎮ 在土壤因子中ꎬ总
磷和总氮以及土壤有机质含量变化较大ꎬ其他土壤
因子变幅不大ꎮ 表 2 表明ꎬ与土壤因子显著相关的
是海拔高度和凹凸度ꎬ高海拔和凹凸度较大的样方
中ꎬ其土壤有机质、有效氮和总氮含量也越高ꎬ而土
壤 pH值越低ꎬ高海拔地区的土壤养分更为充足ꎮ
2.2 样地群落功能分歧度(FDis)
不同性状在异质生境中分歧度的变异趋势是不
同的ꎬ其中叶片厚度ꎬ比叶面积ꎬ叶片磷含量以及叶
片中的碳磷比和碳氮比在同一海拔下的变化趋势都
是山谷>山坡>山脊ꎻ而叶片碳含量ꎬ叶片磷含量以
及叶片氮磷比在同一海拔的不同生境下都是先上升
031 广  西  植  物                                  36卷
后下降的趋势ꎮ 不同海拔同一地形下性状的多样性
无明显差异(表 3)ꎮ
表 2  鼎湖山样地 27个样方地形因子与
土壤因子之间的相关性分析
Table 2  Correlation coefficients between soil characteristics
and topological factors in the 27 sampled
quadrats in Dinghu Mountain plot
测定项目
Item
高度
Elevation
凹凸度
Convexity
坡度
Slope
坡向
Aspect
土壤含水量 SWC -0.46 -0.10 -0.56 0.35
容重 VW -0.63 -0.46 0.20 0.14
土壤 pH -0.85∗∗ -0.78∗ -0.15 0.43
土壤有机质 SOM 0.85∗∗ 0.79∗ -0.04 -0.33
速效钾 AK -0.47 -0.19 -0.40 -0.13
总钾 TK 0.17 -0.10 0.08 -0.04
速效磷 AP 0.10 0.34 -0.39 -0.24
总磷 TP -0.34 -0.07 -0.14 -0.26
速效氮 AN 0.81∗∗ 0.81∗∗ -0.12 -0.30
总氮 TN 0.91∗∗ 0.64 0.19 -0.38
  注: ∗P < 0.05ꎬ ∗∗P < 0.01ꎮ 下同ꎮ
  Note: ∗P < 0.05ꎬ ∗∗P < 0.01. The same below.
2.3 样地地形和土壤因子与功能分歧度
鼎湖山样地群落功能分歧度与地形因子以及土
壤因子的相关性分析(表 4)结果显示ꎬ随着海拔升
高ꎬ叶片干物质含量的分歧度变化降低ꎬ性状趋于一
致ꎬ凹凸度的增加也会引起比叶面积、叶片干物质含
量、叶片磷含量的分歧度显著降低ꎬ坡向与叶面积的
分歧度变化是正相关ꎮ
土壤因子与不同功能性状分歧度变化的相关性
结果显示ꎬ土壤 pH 的升高会引起叶片干物质含量
及叶片磷含量的分歧度增加ꎻ土壤有机质含量的增
加则会引起叶片干物质含量的分歧度变化降低ꎻ土
壤中有效氮和总氮含量增加ꎬ叶片干物质含量的分
歧度变化降低ꎬ但叶片氮含量的分歧度变化增加ꎮ
对群落功能分歧度与地形因子以及土壤因子的
RDA约束排序结果见图 1ꎮ 凹凸度对功能分歧度的
解释力最大(图 1:A)ꎬ与叶片干物质含量以及叶片
磷含量的分歧度变化呈负相关ꎬ海拔与叶片氮含量
的分歧度变化呈正相关ꎻ从图 1:B看出ꎬ土壤 pH、容
重、有机质含量和氮素含量对功能分歧度的影响较
大ꎮ 土壤 pH、容重与有机质、有效氮和总氮含量与
不同功能分歧度的变化相反ꎬ前者与叶片厚度ꎬ叶片
干物质含量以及比叶面积的分歧度变化都呈正相
关ꎬ而后者与这些性状的分歧度变化为负相关ꎮ
2.4 样地叶片功能性状群落权重平均值(CWM)
群落权重平均值的结果综合分析了植物的功能
性状及其在该群落中的多度ꎬ能充分表明性状在群
落间的变化ꎮ 从鼎湖山各群落权重平均值的结果中
看出ꎬ随着海拔升高ꎬ叶片厚度、比叶面积以及叶面
积的群落权重平均值均减小ꎬ叶片干物质含量ꎬ叶片
碳含量的群落权重平均值均增加ꎬ而同一海拔不同
地形下不同性状之间几乎无差异(表 5)ꎮ
2.5 样地地形和土壤因子与群落权重平均值的关系
CWM与环境因子的相关性分析结果显示(表
6)ꎬ影响群落中不同性状的 CWM 主要是海拔和凹
凸度ꎬ且海拔和凹凸度对不同性状的群落权重平均
值的影响是一致的ꎬ随着海拔和凹凸度的增加ꎬ叶片
厚度、比叶面积、叶面积的群落权重平均值均降低ꎬ
而叶片干物质含量、叶片的长宽比以及叶片碳、氮含
量的群落权重平均值均增加ꎮ 影响群落权重平均值
的主要土壤因子是土壤容重、pH、有机质以及有效
氮和总氮含量ꎮ 其中土壤容重和 pH 对群落权重平
均值的影响是一致的ꎬ随着土壤容重和 pH 的增加ꎬ
比叶面积和叶面积的群落权重平均值均增加ꎬ而叶
片干物质含量以及叶片碳含量的群落权重平均值均
降低ꎻ土壤有机质含量和土壤有效氮以及总氮含量
对性状群落权重平均值的影响与前述的土壤容重和
pH则相反ꎬ随着土壤有机质含量和土壤有效氮以及
总氮含量的增加ꎬ比叶面积、叶面积的群落权重平均
值均降低ꎬ而叶片干物质含量和叶片碳含量的群落
权重平均值均增加ꎮ
群落权重平均值与地形因子以及土壤因子的
RDA约束排序结果见图 2ꎮ 从图 2:A 可以看出ꎬ海
拔高度和凹凸度与叶面积、叶片厚度以及比叶面积
的群落权重平均值是负相关的ꎬ与叶片干物质含量
以及叶片碳含量的群落权重平均值则是正相关的ꎮ
图 2:B中ꎬ土壤容重和 pH 对性状权重平均值的影
响与土壤有机质和土壤氮含量的影响恰恰是相反
的ꎬ土壤容重和 pH 与叶面积以及比叶面积的群落
权重平均值是正相关的ꎬ土壤有机质和土壤氮含量
与其则为负相关ꎻ而土壤有机质和土壤氮含量与叶
片干物质含量以及叶片碳含量的群落权重平均值是
正相关的ꎬ则土壤容重和 pH与其是负相关的ꎮ
3  讨论
功能多样性越来越多地被用来检验环境过滤和
1312期                周光霞等: 生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响
表 3  鼎湖山样地异质生境下各群落功能分歧度指标
Table 3  Functional dispersion of different communities in heterogeneous environments in Dinghu Mountain plot
功能分歧度
Functional dispersion
(FDis)
山体不同相对高度 Relative elevation
低 Low
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
中 Middle
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
高 High
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
叶片厚度 LT 0.87 0.61 0.61 0.82 0.68 0.59 0.88 0.67 0.71
比叶面积 SLA 0.90 0.58 0.58 1.05 0.54 0.50 0.91 0.58 0.56
叶片厚度 LDMC 0.72 0.73 0.70 0.72 0.54 0.47 0.55 0.55 0.51
叶面积 LA 0.9 0.33 0.55 0.65 0.59 0.58 0.53 0.54 0.58
叶长宽比 LL / LW 0.74 0.64 0.75 0.64 0.58 0.65 0.77 0.75 0.62
叶片碳含量 LCC 0.75 0.82 0.57 0.75 0.54 0.55 0.74 0.78 0.65
叶片氮含量 LNC 0.55 0.68 0.34 0.51 0.54 0.57 0.60 0.72 0.77
叶片磷含量 LPC 0.83 0.78 0.49 0.59 0.45 0.56 0.52 0.60 0.48
  注: LT. 叶片厚度ꎻ SLA. 比叶面积ꎻ LDMC. 叶片干物质含量ꎻ LA. 叶面积ꎻ LL/ LW. 叶片长宽比ꎻ LCC. 叶片碳含量ꎻ LNC. 叶片氮含量ꎻ LPC. 叶片磷含量ꎮ 下同ꎮ
  Note: LT. Leaf thicknessꎻ SLA. Specific leaf areaꎻ LDMC. Leaf dry matter contentꎻ LA. Leaf areaꎻ LL/ LW. Leaf length / leaf width ratioꎻ LCC. Leaf carbon contentꎻ LNC. Leaf
nitrogen contentꎻ LPC. Leaf phosphorus content. The same below.
图 1  鼎湖山样地环境因子对群落叶片功能分歧度影响的冗余分析 
Fig. 1  RDA analysis on the relationship between environment factors and leaf functional dispersion in Dinghu Mountain plot 
图 2  鼎湖山样地环境因子对群落权重平均值影响的冗余分析
Fig. 2  RDA analysis on the relationship between environment factors and community ̄weighted mean in Dinghu Mountain plot
竞争排斥导致的群落物种共存 ( Mouchet et alꎬ
2010ꎻ Mason et alꎬ 2013ꎻ Siefert et alꎬ 2013)ꎮ 一般
认为ꎬ在环境过滤起主要作用的条件下功能分歧度
会减小ꎬ而在竞争排斥较为明显的条件下功能分歧
度会增加(Cornwell & Ackerlyꎬ 2009)ꎮ 本研究结果
表明ꎬ除叶面积和叶片氮含量外ꎬ其他功能性状在共
231 广  西  植  物                                  36卷
表 4  鼎湖山样地群落功能分歧度与环境因子之间的相关系数
Table 4  Correlation coefficients between plant functional dispersion and environmental factors in Dinghu Mountain plot
测定项目
Item
叶片厚度
LT
比叶面积
SLA
叶片厚度
LDMC
叶面积
LA
叶长宽比
LL / LW
叶片碳含量
LCC
叶片氮含量
LNC
叶片磷含量
LPC
高度 Elevation 0.25 0.02 -0.77∗ -0.06 0.08 -0.04 0.53 -0.58
凹凸度 Convexity -0.58 -0.70∗ -0.83∗∗ -0.38 -0.29 -0.64 0.23 -0.80∗
坡度 Slope 0.63 0.63 0.22 0.06 0.03 0.65 0.31 0.13
坡向 Spect 0.36 0.45 0.31 0.72∗ 0.55 0.09 -0.46 0.46
土壤含水量 SWC -0.30 -0.08 0.11 -0.20 0.14 -0.28 -0.57 0.14
容重 VW -0.08 0.27 0.63 0.07 -0.48 0.12 -0.36 0.37
酸碱度 pH 0.09 0.27 0.79∗ 0.06 0.32 0.29 -0.51 0.67∗
土壤有机质 SOM -0.09 -0.35 -0.91∗∗ -0.01 -0.23 -0.31 0.59 -0.56
速效钾 AK -0.19 -0.18 0.42 -0.3 0.31 0.08 -0.19 0.17
总钾 TK 0.18 -0.10 -0.05 0.21 0.18 0.46 0.72∗ 0.40
速效磷 AP -0.26 -0.55 -0.44 0.13 -0.42 -0.22 0.58 0.08
总磷 TP -0.38 -0.25 0.45 -0.55 0.34 0.27 -0.09 0.09
速效氮 AN -0.16 -0.44 -0.92∗∗ -0.01 -0.20 -0.34 0.59 -0.53
总氮 TN 0.02 -0.24 -0.78∗ -0.14 -0.01 0.04 0.76∗ -0.42
表 5  鼎湖山样地异质生境下各群落权重平均值指标
Table 5  Community ̄weighted mean of different communities in heterogeneous habitats in Dinghu Mountain plot
群落权重平均值
Community ̄weighted mean
(CWM)
山体不同相对高度 Relative elevation
低 Low
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
中 Middle
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
高 High
山谷
Valley
山坡
Slope
山脊
Ridge
叶片厚度 LT 0.22 0.22 0.21 0.20 0.20 0.20 0.19 0.20 0.20
比叶面积 SLA 136.71 135.63 134.82 138.98 128.5 118.19 126.06 123.30 111.49
叶片干物质含量 LDMC 0.34 0.35 0.37 0.35 0.37 0.37 0.37 0.39 0.41
叶面积 LA 32.31 27.93 26.53 20.21 20.59 21.68 22.92 20.77 19.79
叶片长宽比 LL / LW 2.89 2.98 2.87 2.95 2.99 2.84 2.98 2.87 2.69
叶片碳含量 LCC 467.15 466.30 474.92 479.81 477 482.42 470.12 487.3 488.01
叶片氮含量 LNC 19.31 20.14 21.43 20.55 20.82 21.40 19.69 21.06 20.38
叶片磷含量 LPC 0.68 0.74 0.64 0.68 0.63 0.69 0.67 0.65 0.69
存的物种中呈现出在高海拔ꎬ凹凸度较大以及土壤
养分较高的环境条件下表现出功能趋同ꎬ环境过滤
的作用更明显ꎬ且在该资源相对丰富的条件下群落
权重平均值中出现了低 SLAꎬ高 LDMCꎬ这是一种有
效的养分保存策略ꎮ 鼎湖山资源相对匮乏的条件下
(低海拔ꎬ凹凸度较小ꎬ土壤养分较低)ꎬ由于竞争作
用加强ꎬ功能分歧度增加ꎬ且在该条件下快速生长
(高 SLAꎬ低 LDMC)的生存策略更容易在竞争中取
胜ꎮ 本研究还发现ꎬ叶面积和叶片氮含量的变化与
其他性状是不一致的ꎬ 在 Spasojevic & Suding
(2012)的研究中也出现了两种性状(叶面积和树
高)与其他性状(比叶面积、气孔导度、叶绿素含量)
的分歧度变化不一致的结果ꎬ说明植物在局域环境
下采取了多样的适应策略ꎬ且不同性状的变化有
差异ꎮ
3.1 功能分歧度与环境因子的相关性
目前ꎬ在大尺度条件下ꎬ环境因素与功能分歧度
之间存在密切关联(Cornwell & Ackerlyꎬ 2009ꎻ Spa ̄
sojevic et alꎬ 2012ꎻ Siefert et alꎬ 2013ꎻ Fortunel et
alꎬ 2014)ꎬ但在局域尺度下是未知的ꎮ
通过鼎湖山地形与土壤因子的相关性分析可以
看出ꎬ海拔和凹凸度与土壤有机质ꎬ有效氮含量和总
氮含量是负相关的ꎬ一些研究发现凹凸度与土壤养
分有负相关关系(Noguchi et alꎬ 2007ꎻ Lan et alꎬ
2011ꎻ McEwan et alꎬ 2011)ꎬ因而可以对植物性状起
到影响作用ꎮ 在鼎湖山样地中海拔高差不很明显ꎬ
但高凹凸度与高光照相关联(Enoki & Abeꎬ 2004ꎻ
Tsujino et alꎬ 2006)ꎮ 此外ꎬ从低海拔到高海拔ꎬ人
类活动强度会减弱 ( del Moral & Watsonꎬ 1978)ꎬ
加上微生物活动会增加土壤有机质含量(隋跃宇等ꎬ
3312期                周光霞等: 生境异质性对鼎湖山常绿阔叶林群落功能多样性的影响
表 6  鼎湖山样地群落权重平均值与环境因子之间的相关系数
Table 6  Correlation coefficients between community ̄weighted mean and environmental factors in Dinghu Mountain plot
测定项目
Item
叶片厚度
LT
比叶面积
SLA
叶片厚度
LDMC
叶面积
LA
叶长宽比
LL / LW
叶片碳含量
LCC
叶片氮含量
LNC
叶片磷含量
LPC
高度 Elevation -0.83∗∗ -0.73∗ 0.71∗ -0.77∗ 0.29 0.65 0.06 -0.30
凹凸度 Convexity -0.46 -0.82∗∗ 0.84∗∗ -0.75∗ 0.81∗∗ 0.77∗ 0.72∗ -0.35
坡度 Slope -0.32 0.29 -0.19 -0.23 -0.27 -0.04 -0.47 -0.03
坡向 Aspect 0.20 0.40 -0.53 0.53 -0.49 -0.26 -0.16 -0.12
土壤含水量 SWC 0.11 0.29 -0.47 0.36 0.08 -0.50 0.20 0.20
容重 VW 0.44 0.72∗ -0.73∗ 0.15 -0.18 -0.24 0.07 0.20
酸碱度 pH 0.60 0.79∗ -0.78∗ 0.90∗∗ -0.48 -0.91∗∗ -0.38 0.36
土壤有机质 SOM -0.54 -0.93∗∗ 0.80∗∗ -0.76∗ 0.38 0.82∗∗ 0.27 -0.22
速效钾 AK 0.42 0.17 0.03 0.58 -0.12 -0.47 -0.16 0.27
总钾 TK 0.36 -0.37 0.35 0.25 -0.44 0.13 -0.47 0.33
速效磷 AP 0.37 -0.64 0.44 0.02 -0.09 0.28 -0.09 0.29
总磷 TP 0.32 0.23 0.12 0.30 0.20 -0.18 0.16 0.12
速效氮 AN -0.47 -0.94∗∗ 0.82∗∗ -0.70∗ 0.41 0.81∗∗ 0.31 -0.23
总氮 TN -0.54 -0.86∗∗ 0.82∗∗ -0.68∗ 0.29 0.74∗ 0.11 -0.12
2009)ꎮ 因此ꎬ在鼎湖山高海拔、凹凸度较大的样地
中ꎬ土壤养分较低海拔、凹凸度较小的样地更为
丰富ꎮ
在热带森林中ꎬ植物对土壤养分和光照的竞争
较强ꎬ生长在高凹凸度区域的个体能够获得更多的
光照(Enoki & Abeꎬ 2004ꎻ Tsujino et alꎬ 2006)ꎮ 鼎
湖山样地植物功能性状中叶面积和叶片氮含量的分
歧度是增加的ꎬ表明随着样地的海拔和凹凸度增加ꎬ
光照强度将发生变化(Song et alꎬ 2006ꎻ Wang et alꎬ
2008ꎻ Chu et alꎬ 2009ꎻ Mason et alꎬ 2011)ꎬ植物通
过形成不同的叶面积来适应对光照的充分利用ꎬ而
叶片氮含量的多样性变化是因为植物在条件较好的
情况下竞争地下资源(Spasojevic & Sudingꎬ 2012)ꎬ
所以在鼎湖山高海拔叶面积和叶片氮含量的分歧度
都是增加的ꎮ 而其他性状的分歧度变化在条件较好
的条件下(高海拔、凹凸度较大)是降低的ꎬ即植物
采取了趋同的性状来适应环境的变化ꎬ这是环境过
滤作用更为明显的结果ꎮ 这些性状在资源相对匮乏
的条件下(低海拔、凹凸度较小)分歧度是增加的ꎬ
这是由于在环境压力较大的条件下ꎬ竞争排斥更为
显著(Tilmanꎬ 1982)ꎬ所以出现了性状分歧度在贫
瘠的条件下增加ꎮ
功能分歧度的格局与土壤因子也有明显的关
联ꎬ土壤肥力(如土壤 K和 P 的含量)能够影响功能
分歧度(Mason et alꎬ 2012)ꎬ单一性状功能分歧度比
如树高、比叶面积和叶绿素含量也与土壤含水量和
N含量有显著的关联(Spasojevic & Sudingꎬ 2012)ꎮ
在鼎湖山样地中ꎬ叶片干物质含量的分歧度变化受
到土壤因子的影响较大ꎬ土壤中有机质、有效氮和总
氮含量越高的样地其 pH 低ꎬ这种情况下ꎬ叶片干物
质含量的分歧度变化降低ꎬ植物采取了统一的养分
保存的适应策略ꎮ
3.2 CWM与环境因子的相关性
CWM随着环境梯度发生变化是环境过滤在起
作用ꎬ但这种过滤作用是植物对环境的抵抗能力ꎬ另
一种适应方式是植物通过竞争资源ꎬ结果是适合的
性状或性状组合得以保留 ( Cornwell & Ackerlyꎬ
2009ꎻ Lebrija ̄Trejos et alꎬ 2010)ꎮ
从本研究分析结果来看ꎬ高海拔和高凹凸度条
件下ꎬ即土壤中有机质含量和有效氮以及总氮含量
较高ꎬ土壤容重和 pH较低的条件下ꎬ比叶面积和叶
面积的群落权重平均值都是降低的ꎬ而叶片干物质
含量和叶片碳含量的群落权重平均值都是增加的ꎮ
高的凹凸度和土壤肥力更适合有大的叶面积和比叶
面积ꎬ这与物种具有更高的生长速率和碳同化速率
( Poorter et alꎬ 2008ꎻ Carreno ̄Rocabado et alꎬ
2012)ꎬ但鼎湖山与这些研究的结果是不一致的ꎬ在
高凹凸度和高土壤肥力条件下ꎬ比叶面积和叶面积
都是减小的ꎬ而叶片干物质含量和叶片碳含量都是
增加的ꎮ SLA和 LDMC反映了植物性状中生物量的
快速生产(高 SLAꎬ低 LDMC 物种)和养分的有效保
存(低 SLAꎬ高 LDMC 物种 ) 的一个基本权衡
(Garnierꎬ 2001)ꎮ 在资源丰富的条件下ꎬ由于环境
过滤的作用ꎬ植物统一采取了快速生长的策略(树
431 广  西  植  物                                  36卷
高ꎬ叶面积和叶绿素含量都是增大的)(Spasojevic et
alꎬ 2012)ꎬ而在鼎湖山样地中出现了叶片干物质含
量和叶片碳含量增加ꎬ这说明植物采取了养分的有
效保存ꎮ 结合其他性状的变化如叶片碳含量增大、
叶面积减小可以看出ꎬ在鼎湖山生长环境优越条件
下ꎬ植物是通过延长其生命、提高叶片碳含量ꎬ来为
提高其生命周期打下基础ꎬ而不是通过短期生物量
的快速生产策略ꎬ物种采取这种生活方式也是为了
适应小尺度环境的不断变化ꎬ这也是与许多发现不
一致的地方(Carreno ̄Rocabadoꎬ 2012)ꎮ 主要是因
为鼎湖山环境变化多样ꎬ采取有效的养分保存策略
会提高其存活的几率ꎮ 所以在鼎湖山样地中条件较
为优越的条件下ꎬCWM 的变化是环境过滤的作用ꎬ
即保留有效保存养分的植物ꎮ 在资源较为贫瘠的条
件下ꎬ植物所需资源紧缺ꎬ竞争作用明显(Cornwell
et alꎬ 2009)ꎬ能够快速生长的植物被保留下来ꎬ结
合分歧度的变化来看ꎬ这种快速生长的生活策略的
分歧度变化相对营养丰富的条件更高ꎬ但统一是高
SLAꎬ低 LDMC的适应策略ꎮ
4  结论
一般认为ꎬ环境压力较大的环境生境过滤作用
更明显ꎬ功能趋同(Cornwell et alꎬ 2006)ꎬ而在资源
丰富的环境条件下ꎬ竞争排斥作用会引起功能趋异
(Chessonꎬ 2000)ꎮ 但本研究结果恰恰相反ꎬ在微尺
度低海拔条件下ꎬ资源相对微尺度高海拔减少ꎬ但是
植物为了生存ꎬ竞争作用明显ꎬ功能多样性增大ꎬ结
合 CWM的结果来看ꎬ这些竞争力强的植物都是能
够快速生长(高 SLAꎬ低 LDMC)的植物ꎮ 而在高海
拔条件相对优越的环境条件下ꎬ植物采取了统一的
养分有效保存的生存策略ꎬ但叶面积和叶片氮含量
的多样性变化由于光照和土壤养分的作用ꎬ在高海
拔的分歧度变化是增大的ꎮ 所以说ꎬ植物在局域尺
度下ꎬ为了更好地适应环境的变化采取了多样的适
应策略ꎬ且不同性状的变化有差异ꎬ进一步论证了采
取多元功能多样性可能存在的问题ꎮ
局域尺度上物种共存不同于大尺度上的一般规
律ꎬ理解局域尺度上物种的共存机制较大尺度更为
复杂ꎮ 鼎湖山样地特殊的异质生境变化为物种共存
的探讨提供了一个崭新的平台ꎬ同时也为局域尺度
下功能多样性变化提供理论基础ꎮ
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631 广  西  植  物                                  36卷