大石围天坑森林植物关键种的确定.pdf
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1、大石围天坑森林植物关键种的确定刘昕宇1,2,3 黄林娟1,2,3 薛跃规1,2,31.珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室(广西师范大学),广西 桂林 5 4 1 0 0 4;2.广西漓江流域景观资源保育与可持续利用重点实验室,广西 桂林 5 4 1 0 0 6;3.广西师范大学生命科学学院,广西 桂林 5 4 1 0 0 6摘要:关键种的主要作用是对生物多样性、生态系统完整性以及环境变化起指示作用,在保护生物多样性、生态系统完整性方面尤为重要。通过筛选并监测关键种的变化,能够对其所在的生态系统的结构和功能制定更有效的保护策略。基于重要值划分的植物群落进行网络分析,结果表明:基于重要值
2、划分的五大功能群中,功能组G P 1的关键种为川钓樟,功能组G P 2的关键种为贵州鹅掌柴,功能组G P 3的关键种为豺皮樟,功能组G P 4的关键种为白楠,功能组G P 5的关键种为山胡椒。天坑森林物种之间表现出较高的群落间关联性。关键词:大石围天坑;植物群落;关键种;网络分析中图分类号:Q 9 4 8 D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 6 5 X.2 0 2 3.0 8.0 1 1基金项目:国家自然科学基金(3 1 9 6 0 0 4 7);珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室研究基金(E R E S E P 2 0 1 9 Z 0 4);
3、广西重点研发计划项目(桂科A B 2 1 2 2 0 0 5 7);广西漓江流域景观资源保育与可持续利用重点实验室研究基金(L R C S U 2 1 Z 0 1 0 1)0 引言天坑(T i a n k e n g)是一种发育在喀斯特碳酸盐地区的负地形奇观,其形成有两种成因:塌陷型和冲蚀型。天坑在世界其他一些国家叫法不同,但都有深坑、陷坑等含义。喀斯特生态系统受喀斯特环境制约,包括喀斯特环境对生物的影响和生物对喀斯特环境的响应,而天坑内部密闭陡峭的岩壁将天坑与外界环境隔离开来,使其类似一个典型的“陆岛”,其周围土壤养分丰富且不易流失,为各类植物生长提供了有利条件;而天坑内部的微环境十分迥异,
4、也因此形成了天坑内部与众不同的植物群落,使其极具科学研究价值。天坑的植物区系具有明显的西南分布特征,由热带至温带分布较广,物种丰富度较高,多样性水平较高1。不同天坑植物群落构成不同、多样性差异较大,这与各天坑环境特点、地质发育程度等因素有关。天坑森林是指天坑负地形下形成的森林,一般来讲可分为两部分,天坑内部森林和边缘森林。内部森林分布于天坑内部碎石斜坡,少量存在于崖壁及底部,林内岩石裸露面积大,土壤多数分布于岩石缝隙或低洼带,浅薄且不连续分布(仅在底部或平缓地带土壤呈现连续分布),土壤营养状况良好,土壤厚度、水分、温度、光照等生态因子随着海拔的增加而逐渐降低。天坑“地下森林”经历了开拓、竞争、
5、适应、定居等一系列漫长过程,并最终演替形成了顶级的植物群落。天坑“地下森林”又被称为原始森林群落的现代避难所,坑内的森林植物区系多样性比坑外地表植物更为丰富。边缘森林分布于天坑坑口部位,负地形结构顶部,具有大面积岩石露头,土壤缝隙发育,浅薄且不连续分布,土壤贫瘠,水分条件差,光照条件好。同时,边缘森林作为天坑内部森林与外部周边的喀斯特的一个群落交错区,物种丰富度高,群落错综复杂。天坑边缘森林由于受外界干扰较大,土壤条件差,光照强度大,水分蒸发快,易形成干燥森林。此外,天坑内部森林主要分布于天坑中心部位和边缘区域。通过对天坑植物群落的研究,能够进一步了解喀斯特地区的生态系统功能及相关结构,也能够
6、揭示喀斯特环境变化对生物多样性的影响。能对生态系统产生一定影响的物种称为关键种。关键种的概念最初是由P a i n e提出,原意是指在群落中,捕食者对物种多样性所起到的控制作用2。关键种通常具备以下特征:关键种所发生的细微变化会引起植物群落甚至生态系统整个过程产生较大的变化;在生态系统中关键种比其他结构比例占据更大的功能比。关键种对生态功能以及物种间的相互作用具有调节作用,在群落中占据一定的生态位。若对现有的生态系统进行关键种移除,那么该生态系统中其他物种也会发生灭绝,并会对某些生态过程以及生态功能产生明显影响。在植物群落中可以对生态系统的生境产生改变的物种也可以称为关键种。目前,通过对某些具
7、有指示性或关键性的物种进行动态监测和评估以识别关键种被视为群落生态学研究的一个重要目标,可以进一步对环境特征和生态系统产生的动态变化进行预测并给出相关指示。对关键种的研究有助于了解生态系统结43数字农业与智能农机 第8期2 0 2 3年8月构和功能的变化。目前,对于天坑森林关键种的研究还是空白,通过长期监测一些关键种或敏感种的物种动态变化来预测和指示环境的特性、物种的更新和生态系统的动态。应用重要值确定植物功能群中的关键种,并分析关键物种的功能性状变异。1 材料与方法1.1 研究区概况研究区位于广西大石围天坑群(1 0 6 1 0 -1 0 6 5 1 E,2 4 3 0 -2 5 0 3)的
8、喀斯特山地,地处广西壮族自治区百色市乐业县,属桂西北部。地下河水纵横,水系较为发达,昼夜温差较大,该地区降水丰沛,具有明显的季节性,属亚热带季风气候,地形复杂,主要为喀斯特特殊的石山地貌,同时还有多个岩溶峰丛及溶洞等;土壤类型以黄壤土及石灰土为主,主要由石灰岩风化形成,p H多表现为中性或弱碱性,土层多较浅薄。研究区植被类型复杂多样,多为常绿阔叶林以及常绿落叶阔叶混交林,在天坑负地形中形成独特的天坑森林植物群落。1.2 材料与方法1.2.1 样地设置本研究在广西乐业县大石围天坑群地区进行。在对大石围天坑群天坑森林进行充分踏查的基础上,结合了森林面积、物种丰度、植物群落结构等多方面因素开展此次研
9、究,将研究对象选定为极具代表性的5个天坑森林,共建立样地2 0个,每个样地大小为2 0 m2 0 m,为了更好地展开灌木调查,对每个样地又进行4个1 0 m1 0 m的小样方的划分。将样方内所有胸径2 c m的木本植物展开全面调查,对物种的种名、多度、盖度和高度等数据进行测量和记录。1.2.2 数据分析首先依据群落调查数据计算得出植物重要值,并对天坑植物群落进行功能群划分,天坑植物群落关键种的筛选采取网络分析的方法,将所有物种纳入用于构建网络图的节点,并以物种的重要值为依据,计算各个物种之间的p e r s o n相关性,并以此来构成此次处理下的网络图中的边,如图1所示。在此基础上,将不具有显
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