青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地草本植物群落构建机理

doi:10.11686/cyxb2022442

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (8): 40-47.DOI: 10.11686/cyxb2022442

青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地草本植物群落构建机理

杨欣怡¹(), 杨富强², 周旭姣³, 王明军⁴, 黄海霞¹, 鲁松松¹, 张晓玮¹, 杜伟波¹, 王旭虎¹, 田青¹^,⁵, 赵安⁶, 贺万鹏¹, 周晓雷¹()

^1.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070
^2.甘肃省林业职业技术学院园林工程学院，甘肃天水 741020
^3.甘肃农业大学草业学院，甘肃兰州 730070
^4.甘肃白龙江阿夏省级自然保护区管护中心洛大保护站，甘肃舟曲 746300
^5.金昌市人民政府，甘肃金昌 737100
^6.贵州黔东南州林业科学研究所，贵州凯里 556000

收稿日期:2022-11-09 修回日期:2022-12-08 出版日期:2023-08-20 发布日期:2023-06-16
通讯作者: 周晓雷
作者简介:E-mail： zhouxl@gsau.edu.cn
杨欣怡（1992-），女，甘肃临泽人，助教，硕士。E-mail： 739329047@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(31860197);甘肃省财政厅和甘肃省GEF/OP12项目(03619078)

Mechanism of herbaceous community assembly in a burned area of Picea asperata-Abies fargesii forest on the northeastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau

Xin-yi YANG¹(), Fu-qiang YANG², Xu-jiao ZHOU³, Ming-jun WANG⁴, Hai-xia HUANG¹, Song-song LU¹, Xiao-wei ZHANG¹, Wei-bo DU¹, Xu-hu WANG¹, Qing TIAN¹^,⁵, An ZHAO⁶, Wan-peng HE¹, Xiao-lei ZHOU¹()

^1.College of Forestry，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.Landscape Engineering，Gansu Forestry Polytechnic，Tianshui 741020，China
^3.Pratacultural College，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^4.Luoda Protection Station of Gansu Bailongjiang Axia Provincial Nature Reserve Management and Protection Center，Zhouqu 746300，China
^5.Jinchang Municipal People’s Government，Jinchang 737100，China
^6.Qiandongnan Institute of Forestry，Kaili 556000，China

Received:2022-11-09 Revised:2022-12-08 Online:2023-08-20 Published:2023-06-16
Contact: Xiao-lei ZHOU

摘要/Abstract

摘要：

群落构建机制是生态学研究的核心论题。生态位理论和中性理论是阐明群落构建的两种主要理论，但这两种理论分别强调的环境过滤和扩散限制对群落构建的影响尚存争议。该研究以青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地不同演替阶段草本群落为研究对象，应用扩散-生态位连续体指数（DNCI）和校正随机率（MST），分析不同演替阶段草本植物群落的主导构建机制。研究结果显示：1） 5、15和23 a群落与Climax群落之间的DNCI分别为-22.6169、-21.7507和-8.2594，都远小于0，表明不同演替阶段草本植物群落构建的主要驱动作用是扩散过程；2） 5 a-Climax组和23 a-Climax组的MST值均高于50%阈值线，这表明随机性过程在两组群落构建中均占支配地位；对于15 a-Climax组，15 a的MST值为0.6664，Climax的MST值等于0.4927，说明15 a植物群落构建以随机性为主，而Climax群落构建以确定性为主；由于15 a的MST值远高于50%，而Climax的MST值较接近于50%的阈值，也可说明15 a-Climax组群落构建仍以随机性为主。在青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地，随机扩散主导了草本植物群落的构建过程。

关键词: 草本植物, 群落构建, 云杉-巴山冷杉林, 火烧迹地, 青藏高原东北边缘

Abstract:

Many competing theories exist with respect to the mechanisms behind plant community assembly. Niche theory and neutral theory are among the two most widely proposed mechanisms. In this study， we focused on herbaceous communities at different successional stages in a burned area of Picea asperata-Abies fargesii forest on the northeastern margin of Qinghai-Tibetan Plateau. We aimed to elucidate the mechanism of community assembly through calculation of dispersal-niche continuum index （DNCI） and modified stochasticity ratio （MST）. Results show that， 1） DNCI between communities of 5， 15， 23 years and Climax were -22.6169， -21.7507 and -8.2594， respectively. These values were all significantly less than 0， and indicate that the main driving effect of herbaceous community assembly at different succession stages was the dispersal process； 2） MST values of both the 5 yr-Climax group and the 23 yr-Climax group were above the 50%， which indicated that the stochastic process dominated the community assembly in both groups. For the 15 yr-Climax group， the MST value of 15 yr was 0.6664， and the MST value of Climax vegetation was 0.4927， indicating that the plant community assembly of 15 yr is dominated by stochasticity， while the assembly of Climax community is deterministic； since the MST value of 15 yr is much higher than 50%， and the MST value of Climax is close to the threshold of 50%， it can also be shown that the community assembly of the 15 yr-Climax group is still dominated by stochasticity. In conclusion， in a burned area of P. asperata-A. fargesii forest on the northeastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau， stochasticity dispersal dominated the herbaceous community assembly.

Key words: herbaceous plant, community assembly, Picea asperata-Abies fargesii forest, burned area, northeastern margin of Qinghai-Tibetan Plateau

杨欣怡, 杨富强, 周旭姣, 王明军, 黄海霞, 鲁松松, 张晓玮, 杜伟波, 王旭虎, 田青, 赵安, 贺万鹏, 周晓雷. 青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地草本植物群落构建机理[J]. 草业学报, 2023, 32(8): 40-47.

Xin-yi YANG, Fu-qiang YANG, Xu-jiao ZHOU, Ming-jun WANG, Hai-xia HUANG, Song-song LU, Xiao-wei ZHANG, Wei-bo DU, Xu-hu WANG, Qing TIAN, An ZHAO, Wan-peng HE, Xiao-lei ZHOU. Mechanism of herbaceous community assembly in a burned area of Picea asperata-Abies fargesii forest on the northeastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(8): 40-47.

图/表 4

表1 不同演替阶段火烧迹地草本植物群落与Climax群落之间DNCI值

Table 1 DNCI between herbaceous plant community of burned site and Climax at different succession stages

标识ID	组分1 Group 1	组分2 Group 2	扩散-生态位连续体指数DNCI	DNCI的置信区间CI.DNCI	DNCI的标准差S.DNCI
5 a-Climax	5 a	Climax	-22.6169	2.2968	1.1484
15 a-Climax	15 a	Climax	-21.7507	1.3716	0.6858
23 a-Climax	23 a	Climax	-8.2594	0.9296	0.4648

图1 不同演替阶段火烧迹地草本植物群落与Climax群落之间的3种零模型E值

Fig.1 Permutation models E of herbaceous plant community in burned site and Climax at different succession stages

图2 不同演替阶段火烧迹地草本植物群落与Climax草本植物群落MST显著性检验

Fig.2 MST significant test of herbaceous plant community in burned site and Climax at different succession stages

表2 不同演替阶段火烧迹地草本植物群落与Climax群落的MST值

Table 2 MST value of herbaceous plant community in burned site and Climax at different succession stages

标识 ID	分组 Group	随机性平均强度 ST.i.ruzicka	标准化随机率 MST.i.ruzicka
5 a-Climax	5 a	0.7921	0.9165
5 a-Climax	Climax	0.8861	1.0000
15 a-Climax	15 a	0.7873	0.9026
15 a-Climax	Climax	0.8169	0.6460
23 a-Climax	23 a	0.6270	0.5558
23 a-Climax	Climax	0.8300	0.9070

参考文献 26

1	Pan J， Zhang Y， Li X S. Willingness to pay for forest cultural value conservation and its evaluation-Case of Diebu County in Gansu Province. Journal of Arid Land Resources and Environment， 2017， 31（9）： 32-37.
	潘静，张颖，李秀山. 森林文化价值保护支付意愿及其评估研究——以甘肃省迭部县为例. 干旱区资源与环境， 2017， 31（9）： 32-37.
2	Ferreira P M A， Ely C V， Beal-Neves M. Different post-fire stages encompass different plant community compositions in fire-prone grasslands from Southern Brazil. Flora， 2021， 285. https：//doi.org/10.1016/j.flora.2021.
3	Zhao A， Zhou X L， Tian Q， et al. Analysis of shrub community and species diversity in burned area of Picea asperata-Abies fabri forest in the northern slope of Dieshan mountains. Journal of West China Forestry Science， 2021， 50（5）： 90-100.
	赵安，周晓雷，田青，等. 迭山北坡云冷杉林火烧迹地灌木群落特征和物种多样性分析. 西部林业科学， 2021， 50（5）： 90-100.
4	Zhao A， Tian Q， Zhou X L， et al. Interspecific association of shrub species in burned site of Picea asperata-Abies fabri forest on the northern slope of Dieshan Mountains. Forest Research， 2022， 35（2）： 163-170.
	赵安，田青，周晓雷，等. 迭山北坡云冷杉林火烧迹地灌木群落种间关联性. 林业科学研究， 2022， 35（2）： 163-170.
5	Zhou X L， Yan Y E， Zhang J， et al. Vegetation community structure and diversity in a burned area of Picea asperata-Abies fabri forest on different aspects on the northeastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau. Acta Prataculturae Sinica， 2022， 31（5）： 144-155.
	周晓雷，闫月娥，张婧，等. 青藏高原东北边缘云杉-冷杉林火烧迹地不同坡向植物群落结构与多样性研究. 草业学报， 2022， 31（5）： 144-155.
6	Lu G， Huang H X， Zhou X L， et al. Characteristics of soil organic carbon and changes of enzyme activities in burned area of spruce-fir forests in Diebu forest region. Acta Agrestia Sinica， 2022， 30（4）： 943-949.
	陆刚，黄海霞，周晓雷，等. 迭部林区云冷杉林火烧迹地土壤有机碳及酶活性变化特征. 草地学报， 2022， 30（4）： 943-949.
7	Zhao A， Zhou X L， Shi R J， et al. Niche characteristics of population in shrub communities in spruce-fir forest burned areas on the northeastern margin of Qinghai-Tibetan Plateau. Forest Research， 2022， 35（5）： 1-10.
	赵安，周晓雷，史瑞锦，等. 青藏高原东北边缘云-冷杉林火烧迹地灌木群落种群生态位特征. 林业科学研究， 2022， 35（5）： 1-10.
8	Meng F F， Vilmi A， Gibert C， et al. Dispersal-niche continuum index： A quantitative metric of community assembly processes//Microbiome Protocols eBook. Bio-101， 2021. DOI： 10.21769/BioProtoc.2103988.
9	Lhotsky B， Kovacs B， Onodi G， et al. Changes in assembly rules along a stress gradient from open dry grasslands to wetlands. Journal of Ecology， 2016， 104（2）： 507-517.
10	Webb C O， Ackerly D D， McPeek M A， et al. Phylogenies and community ecology. Annual Reviews Ecological Evolutionary Systematics， 2002， 33（1）： 475-505.
11	Kraft N J B， Valencia R， Ackerly D D. Functional traits and niche-based tree community assembly in an Amazonian forest. Science， 2008， 322（5901）： 580-582.
12	Gotelli N J， Mcgill B J. Null versus neutral models： what’s the difference？ Ecography， 2006， 29（5）： 793-800.
13	Vilmi A， Gibert C， Escarguel G， et al. Dispersal-niche continuum index： a new quantitative metric for assessing the relative importance of dispersal versus niche processes in community assembly. Ecography， 2020， 44（3）： 370-379.
14	Ning D L， Yuan M T， Wu L W， et al. A quantitative framework reveals ecological drivers of grassland microbial community assembly in response to warming. Nature Communications， 2020， 11（1）： 4717-4728.
15	Chen Q L， Hu H W， Yan Z Z， et al. Deterministic selection dominates microbial community assembly in termite mounds. Soil Biology and Biochemistry， 2020， 152： 108073. https：//doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.
16	Chesson P. Mechanisms of maintenance of species diversity. Annual Review of Ecology and Systematics， 2000， 31（1）： 343-366.
17	Adler P B， HilleRisLambers J， Levine J M. A niche for neutrality. Ecology Letters， 2006， 10（2）： 95-104.
18	Emerson B C， Gillespie R G. Phylogenetic analysis of community assembly and structure over space and time. Trends in Ecology & Evolution， 2008， 23（11）： 619-630.
19	Luo Y H， Cadotte M W， Burgess K S， et al. Greater than the sum of the parts： how the species composition in different forest strata influence ecosystem function. Ecology Letters， 2019， 22（9）： 1449-1461.
20	Murphy S J， Salpeter K， Comita L S. Higher β-diversity observed for herbs over woody plants is driven by stronger habitat filtering in a tropical understory. Ecology， 2016， 97（8）： 2074-2084.
21	Gibert C， Escarguel G. PER-SIMPER—A new tool for inferring community assembly processes from taxon occurrences. Global Ecology and Biogeography， 2019， 28（3）： 374-385.
22	Stegen J C， Lin X J， Fredrickson J K， et al. Estimating and mapping ecological processes influencing microbial community assembly. Frontiers in Microbiology， 2015， 6. https：//doi：10.3389/fmicb.2015.00370.
23	Stegen J C， Lin X J， Fredrickson J K， et al. Quantifying community assembly processes and identifying features that impose them. The ISME Journal， 2013， 7（11）： 2069-2079.
24	Letcher S G， Chazdon R L， Andrade A， et al. Phylogenetic community structure during succession： evidence from three Neotropical forest sites. Perspectives in Plant Ecology， Evolution and Systematics， 2012， 14（2）： 79-87.
25	Chust G， Chave J， Condit R， et al. Determinants and spatial modeling of tree β-diversity in a tropical forest landscape in Panama. Journal of Vegetation Science， 2006， 17（1）： 83-92.
26	Citenberer L， de Bello F， Brathen K A， et al. Ecological assembly rules in plant communities-approaches， patterns and prospects. Biological Reviews， 2012， 87（1）： 111-127.

[1]	周晓雷, 杨富强, 王明军, 黄海霞, 田青, 周旭姣, 赵安, 贺万鹏, 赵艳丽, 姜礼红. 青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地草本植物群落主要种生态位特征[J]. 草业学报, 2023, 32(7): 23-37.
[2]	高瑞, 艾宁, 刘广全, 刘长海, 强方方. 煤矿复垦区不同修复年限林下草本群落特征及其与土壤耦合关系[J]. 草业学报, 2022, 31(6): 61-68.
[3]	周晓雷, 闫月娥, 张婧, 周旭姣, 闫永琴, 杨富强, 曹雪萍, 赵安, 赵艳丽, 苏静怡. 青藏高原东北边缘云杉-冷杉林火烧迹地不同坡向植物群落结构与多样性研究[J]. 草业学报, 2022, 31(5): 144-155.
[4]	郭文婷, 王国华, 缑倩倩, 刘婧. 河西走廊荒漠绿洲过渡带3种典型一年生藜科植物构件生长及生物量分配特征[J]. 草业学报, 2022, 31(2): 25-38.
[5]	闫晓红, 牛建明, 李元恒, 伊风艳, 孙世贤, 金轲, 李西良. 物种优先效应对植物群落构建的影响及其生态恢复意义[J]. 草业学报, 2022, 31(10): 217-225.
[6]	任军, 石遥, 刘方, 田蓉, 刘兴. 贵州锰矿废渣堆场重金属污染风险评价及草本植物重金属吸收特征[J]. 草业学报, 2021, 30(8): 86-97.
[7]	李聪聪, 周亚星, 谷强, 杨明新, 朱传鲁, 彭子原, 薛凯, 赵新全, 王艳芬, 纪宝明, 张静. 三江源区典型高寒草地丛枝菌根真菌多样性及构建机制[J]. 草业学报, 2021, 30(1): 46-58.
[8]	许爱云, 曹兵, 谢云. 干旱风沙区煤炭基地12种草本植物对干旱胁迫的生理生态响应及抗旱性评价[J]. 草业学报, 2020, 29(10): 22-34.
[9]	夏璎凡, 介冬梅, 李德晖, 周沛芳, 宋丽娜, 蒙萌, 蒋雪纯. 东北森林区与草原区草本植物群落植硅体组合特征的对比研究[J]. 草业学报, 2018, 27(3): 44-56.
[10]	李思诗, 司晓静, 蒋芳市, 林金石, 蔡学智, 吴俣, 黄炎和. 长汀县崩岗区8种禾本科植物根系构型特征[J]. 草业学报, 2018, 27(10): 215-222.
[11]	高建花, 和玉吉, 郭娜, 郭彦军. 重庆地区野生草本植物叶表皮蜡质的季节性变化[J]. 草业学报, 2016, 25(1): 134-143.
[12]	郝婧,张婕,张沛沛,郭东罡,王丽媛,上官铁梁,黄汉富,宋向阳. 煤矸石场植被自然恢复初期草本植物生物量研究[J]. 草业学报, 2013, 22(4): 51-60.
[13]	张佳平,丁彦芬. 连云港云台山野生草本植物资源调查、应用及保护研究[J]. 草业学报, 2012, 21(4): 215-223.
[14]	张树金,李廷轩,邹同静,熊剑 . 铅锌尾矿区优势草本植物体内铅及氮、磷、钾含量变化特征[J]. 草业学报, 2012, 21(1): 162-169.
[15]	陶冶,张元明. 3种荒漠植物群落物种组成与丰富度的季节变化及地上生物量特征[J]. 草业学报, 2011, 20(6): 1-11.

青藏高原东北边缘云杉-巴山冷杉林火烧迹地草本植物群落构建机理

Mechanism of herbaceous community assembly in a burned area of Picea asperata-Abies fargesii forest on the northeastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 4

参考文献 26

相关文章 15

编辑推荐

Metrics