【摘要】：熱帶森林是世界上擁有生物多樣性最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。各種生物之間又以復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)使森林形成一個區(qū)別于其組成部分(如樹木)的整體。森林也因此成之為典型的層級系統(tǒng),每一個上層復(fù)雜組織(如森林)都由下層的發(fā)生相互作用的組成部分(如樹木)構(gòu)成,而且不同層級之間還會相互聯(lián)系與影響,如森林的上層結(jié)構(gòu)和功能(如群落物種組成和森林系統(tǒng)初級生產(chǎn)力)會受處于該層級關(guān)系下層的樹木和樹木間的相互作用的影響;而森林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的改變(如森林垂直結(jié)構(gòu)的變化改變了森林的光資源分布)也可能反過來影響樹木間的相互作用。本論文通過跨越和整合森林的不同層級,以樹木間的相互作用為核心生態(tài)學(xué)過程,研究了自下而上和自上而下的過程是如何分別影響一個熱帶森林的結(jié)構(gòu)和功能。本論文利用來自巴拿馬Barro Colorado Island(BCI)的一個50 ha森林樣地的長期調(diào)查數(shù)據(jù),以樹木的生長和死亡動態(tài)為研究對象,通過基于樹木個體的層次貝葉斯模型,探索了三個問題:(1)樹木間的相互作用如何影響森林群落的物種多度格局的形成和維持;(2)樹木間的相互作用如何影響森林生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力;(3)由干旱介導(dǎo)的森林結(jié)構(gòu)和資源狀態(tài)的改變又是如何影響樹木間的相互作用。首先,本論文發(fā)現(xiàn)樹木間的相互作用與樹木間的譜系和功能性狀相異性息息相關(guān),具體表現(xiàn)為,當(dāng)鄰體樹木與目標(biāo)樹木在譜系和功能性狀上的相異性越大時,目標(biāo)樹木生長越快。這種正的鄰體相異性效應(yīng)還與物種在群落中的多度有顯著關(guān)系,具體表現(xiàn)為,豐富種比稀有種受到更強(qiáng)的正鄰體相異性效應(yīng)。該非對稱的正鄰體相異性效應(yīng)使處于生長劣勢的稀有種在其極其稀有的情況下反而具有相對于豐富種的生長優(yōu)勢,從而幫助稀有種在群落中維持。這些結(jié)果表明由功能性狀和譜系介導(dǎo)的樹木間相互作用對該森林群落中物種多度格局的形成和維持(即森林的主要結(jié)構(gòu)特征之一)有重要的影響,也表明了自下而上的過程對森林結(jié)構(gòu)的影響。其次,本論文還發(fā)現(xiàn)發(fā)生于局域水平的正鄰體相異性效應(yīng)可以上溯至生態(tài)系統(tǒng)水平并影響其初級生產(chǎn)力。當(dāng)群落的物種豐富度較高時,群落的平均鄰體相異性也較高,從而平均個體生長速率也較快,進(jìn)而促進(jìn)了正的物種多樣性-生產(chǎn)力關(guān)系的形成。該結(jié)果從一種新的角度(即鄰體水平的互補(bǔ)效應(yīng))為天然的熱帶森林中的多樣性-生產(chǎn)力關(guān)系提供了機(jī)制性的解釋,也說明了由功能性狀和譜系介導(dǎo)的樹木間相互作用對森林系統(tǒng)功能的重要影響。綜合上述兩方面的結(jié)果表明,自下而上的過程(即樹木間的相互作用)是決定該熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的重要的因素。最后,本論文以發(fā)生于該森林的一次大干旱為研究對象,研究了由干旱引起的森林垂直結(jié)構(gòu)的改變及其對樹木間相互作用過程的影響。本文發(fā)現(xiàn)此次干旱引發(fā)大量的大樹死亡,從而使林下的光資源水平增加,并進(jìn)一步使由單位面積葉干重介導(dǎo)的對小樹存活的鄰體相異性效應(yīng)在干旱期很微弱,而該效應(yīng)在干旱后卻表現(xiàn)為顯著的正效應(yīng)。這部分結(jié)果表明了森林結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的改變也會影響樹木間的相互作用,即表明了自上而下過程的重要性。這部分研究還表明了干旱還可通過改變樹木間相互作用間接影響森林對干旱的響應(yīng),這對于更加準(zhǔn)確地預(yù)測干旱和其他氣候變化事件對森林的影響有重要的意義。綜合起來,本論文的研究促進(jìn)了熱帶森林中關(guān)于物種共存、稀有種形成、多樣性-生產(chǎn)力關(guān)系和氣候變化對森林的間接影響等重要的生態(tài)學(xué)問題的理解。此外,本論文通過實(shí)例研究闡述了一種系統(tǒng)的森林生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)識論:在認(rèn)識森林生態(tài)系統(tǒng)時,我們要用聯(lián)系的觀點(diǎn)考慮森林不同層級、及不同層級之間的關(guān)系和相互作用,即要既見樹木又見森林。最后,本論文還建議,未來的研究若能夠考慮以下兩點(diǎn)可能會極大地促進(jìn)在“樹木相互作用對森林結(jié)構(gòu)和功能的影響”相關(guān)方面的研究進(jìn)展:(1)物種內(nèi)的功能性狀變異是如何影響樹木間的相互作用,并進(jìn)一步地影響森林的結(jié)構(gòu)和功能;(2)多種種群統(tǒng)計(jì)動態(tài)(如生長、存活和更新)如何共同作用和決定森林的結(jié)構(gòu)和功能;這些過程在樹木的不同發(fā)育階段又有何差異。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S718.5

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本文編號：2354534