β-多样性的研究:应用多元回归和典范分析研究生态方差的分解

β-多样性刻画了地理区域中不同地点物种组成的变化,是理解生态系统功能、生物多样性保护和生态系统管理的一个重要概念。该文介绍了如何从群落组成,相关环境和空间数据角度去分析β-多样性。β-多样性可以通过计算每个地点的多样性指数,进而对可能解释点之间差异的因子所作的假设进行检验来研究。也可以将涵盖所有点的群落组成数据表看作是一系列环境和空间变量的函数,进行直接分析。这种分析应用统计方法将多样性指数或群落组成数据表的方差进行关于环境和空间变量的分解。该文对方差分解进行阐述。方差分解是利用环境和空间变量来解释β-多样性的一种方法。β-多样性是生态学家用来比较不同地点或同一地点不同生态群落的一种手段。方差分解就是将群落组成数据表的总方差无偏分解成由各个解释变量所决定的子方差。调整的决定系数提供了针对多元回归和典范冗余分析的无偏估计。方差分解后,可以对感兴趣的方差解释部分进行显著性检验,同时绘出基于这部分方差解释的预测图。

大兴安岭双河保护区植物多样性和群落结构特征分析

【目的】植物多样性保护与良好林分结构是天然林保护的重要目标,明确林分个体大小、群落特征及乔灌草垂直结构对其变化的作用,将有助于基于林分结构调整来提升植物多样性。【方法】本文于2016年8−9月对我国最北端寒温带针叶林双河国家级自然保护区的乔灌草更新层个体大小特征、群落特征和植物多样性特征进行详细调查,冗余分析和方差分解分析相结合解析植物多样性与群落结构特征的耦合关系,排序影响多样性变化的最重要个体与群落特征指标。【结果】(1)研究区域共记录9个树种,其中白桦和兴安落叶松的株数占全部树种的80%以上;灌木树种19种,其中越桔数量占灌木总量的93%;草本植物记录了74种,最优势植物小叶樟占全部草本数量15%;更新层以先锋树种白桦数量最多,占比60%。(2)双河自然保护区树木胸径和树高仅相当于20世纪70年代的一半;双河自然保护区的物种丰富度、多样性和均匀度都表现出草本层>乔木层>灌木层,均匀度指数在0.53~0.73之间,更新层物种丰富度较低,乔木和草本多样性较大兴安岭核心地区(呼中)高出50%左右。(3)借助冗余和方差分解分析得出,群落特征、草本层对多样性的差异解释功能最大,而且更新层株高对多样性差异具有最大解释功能(P<0.05)。【结论】双河自然保护区具有本区域较高的乔木和草本植物丰富度,但尚需要更长的保护时间来恢复森林质量,而通过调整林分结构是实现植物物种演替更新以达到植物多样性保护的有效途径。

广西凭祥不同年龄红椎林林下植物物种多样性及其环境解释

林下植被作为森林生态系统的重要组成部分,其在调控森林群落结构和功能上发挥着至关重要的作用。从揭示人工林林下植物物种组成的关键控制因素的目标出发,以不同年龄红椎林灌木层和草本层的植物群落作为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,重点探究林下植物物种组成与环境因子之间的关系及其关键控制因子。研究结果表明:不同年龄红椎林的林下植物物种组成存在明显差异;RDA结果表明,胸高断面积是影响灌木层物种组成的最主要因子,胸高断面积、坡度和海拔能显著影响影响草本层的物种组成;方差分解结果表明,所调查的生物和非生物因子分别解释灌木层和草本层物种组成变异的63%和47%,微环境和植物之间的相互作用是影响林下植物群落物种变异的最主要因素,而土壤与微环境、土壤与植物两者之间,以及微环境、植物和土壤三者之间的相互作用对林下植物群落的物种组成的影响较小,甚至无影响,微环境的独立效应对林下植物物种组成的影响高于植物或土壤因素。

中国亚热带典型天然次生林土壤微生物碳源代谢功能影响因素

天然次生林地比人工林地不仅土壤肥力较高,且土壤碳代谢功能更强。然而维持天然次生林高碳代谢功能的原因尚不十分清楚。分析天然次生林中土壤微生物碳源代谢功能的影响因素对于调控土壤微生物的功能乃至天然次生林的保护具有重要意义。选择中国亚热带地区典型天然次生林,研究了土壤微生物碳源代谢功能与土壤化学和物理因素及植物因素的关系。结果表明,3类因素能显著解释土壤微生物碳源代谢功能54.4%的变异。乔木层植物多样性、土壤碳氮比、pH值和含水量是导致天然次生林碳代谢功能差异的主要因素,分别显著解释了土壤微生物碳源代谢16.7%、12.4%、10.5%和10.5%的变异。天然次生林较低的土壤碳氮比、较高的土壤含水量和土壤pH值(酸性范围内),有利于土壤微生物碳源代谢功能的提高,同时天然次生林较高的阔叶树种的比例也能增加土壤微生物碳源代谢功能。

生计资本对民族地区农户生计活动的影响及其区域差异研究——以云南元江干热河谷新平县为例

为明确区域要素变动与约束背景下生计资本与生计活动的差异,厘定影响农户生计活动的关键驱动,以元江干热河谷新平县为例,采用非度量多维尺度分析和方差分析等统计学方法,揭示河谷区与半山区农户生计资本、生计活动的区域差异,通过冗余分析和方差分解阐释生计资本对生计活动的影响机制。研究表明:(1)农户生计资本构成的差异主要由4项与土地流转相关的指标贡献,即人均旱地面积、人均水田面积、政府补贴、土地流转收入(单个差异贡献率>10%,累计贡献率=56.85%)。(2)两地农户在从事种植、就地务工和外出务工3种生计活动上有较大不同。河谷区农户以种植和外出务工为主,半山区农户以就地务工为主。(3)生计资本对生计活动构成的解释率为57.3%,对生计活动影响的重要程度排序为自然资本>人力资本>金融资本>物质资本>社会资本。当前农户生计活动的发展有赖于自然资本和人力资本,物质资本、金融资本和社会资本对农户生计活动的支撑与转换作用仍未突显。

浙江汤浦水库浮游植物季节演替及其影响因子分析

为探索我国亚热带饮用水源水库浮游植物时空变化特征及其影响因素,2011年对汤浦水库浮游植物和22项水文水环境因子进行月度监测.结果表明,调查期间共检出浮游植物7门62属115种,其中绿藻种类最多,硅藻其次;春季水华期间(4月)浮游植物细胞密度达到最高20.88×10~6cells·L^(-1),随后因强降雨影响降至最低0.59×10~6cells·L^(-1)(6月);浮游植物群落组成的时间异质性比空间异质性更为明显,其时空方差分解的结果显示,时间变异占总变异的72.3%,大于仅占2.5%的空间变异;优势种和冗余分析(RDA)表明,硅藻全年优势最为明显,其次是蓝藻和隐藻,再次是绿藻,其中春季由硅藻和蓝藻占优势,夏季由蓝藻和绿藻占优势,秋季和冬季则由硅藻和隐藻占优势;HRT及其驱动的水库离子浓度变化和反硝化过程是主导春季和秋季水体扰动耐受和敏感种类间演变,以及春季水华形成的关键因子;SiO_2、WT和N∶P则是主导冬季和夏季,硅藻、隐藻和蓝藻、绿藻间演变的关键因子.

南京市市域热场分布与景观格局的关联分析

为探讨景观中热场格局的形成机制,以南京市为例,基于Landsat/ETM+遥感影像,获取研究区土地利用和地表温度信息,在1、2.5和5 km三个分析粒度上,分别计算了各景观单元的地表温度均值、温度变异系数与土地利用类型(耕地、林地、水体和聚落)的关联关系,并对景观组成特征、结构特征、空间区位特征等对热场格局影响的相对重要性进行了定量分析。结果表明:水体和林地具有显著的降温效应,耕地降温效应不显著。景观组成与结构因子是热场分布最重要的预测变量,点位特征和与到中心城区距离对热场的解释率较小。在3个分析粒度上,地类水平的结构特征对地类温度均值和变幅的解释能力均最强,且在较大分析粒度上优势显著;组成特征对温度均值与变异系数的解释能力次之,但独立影响较低;景观水平的结构特征对温度均值的解释能力较弱但对温度变幅的解释能力较强,且在2.5 km的分析粒度上独立作用显著。结果表明,对土地利用结构特征的调控可作为缓解城市热岛效应的有效途径。

淇澳岛不同林龄无瓣海桑林下植物群落多样性变化及其环境解释

为了了解广东省珠海市淇澳岛不同林龄的人工种植的无瓣海桑(Sonneratia apetala)林下植物群落多样性,在野外调查的基础上,采用冗余分析、单因素方差分析和方差分解分析方法,利用植物群落的ShannonWiener多样性指数、物种丰富度指数和Whittaker指数,研究不同林龄的人工种植的无瓣海桑林下植物群落多样性及其与环境因素的关系。研究结果表明,林龄为5 a、10 a和16 a的无瓣海桑林下植物群落的Shannon-Wiener多样性指数分别为0.32、0.73和0.78,其Whittaker指数分别为2.82、1.01和0.28,其物种丰富度指数分别为2.09、3.55和5.50,即人工种植的无瓣海桑林的林龄越高,林下植物群落的物种多样性水平越高且变化越小;人工种植的无瓣海桑林植株的数量、胸径和高度、土壤中的全氮、全磷和有机碳含量、无瓣海桑林冠层郁闭度、滩涂高程是影响林下植物群落物种组成及其变化的主要因素。

森林植物多样性、树种重要值与土壤理化性质对球囊霉素相关土壤蛋白的影响

球囊霉素相关土壤蛋白(glomalin-related soil protein,GRSP)在土壤物理结构调节和土壤碳库稳定性中发挥着重要作用,但植物多样性和优势种如何影响GRSP还缺乏系统性研究。本研究依托东北林业大学哈尔滨实验林场的72块样地,对1 m深土壤剖面分5层采样,测定土壤易提取球囊霉素(easily extractable GRSP,EEG)、总提取球囊霉素(total GRSP,TG)及土壤理化性质,并同时计算植物多样性指数及优势种重要值(importance value,IV),进一步通过相关分析和冗余排序分析判断影响GRSP的主要因素与贡献。结果表明:(1)在整个土壤剖面上均表现为TG和EEG与土壤有机碳(SOC)正相关,在部分土层深度与全氮(total nitrogen,TN)和含水量(moisture content,MC)正相关,而与电导率(electrical conductivity,EC)和pH值负相关。(2)部分土层TG和EEG与黑皮油松(Pinus tabuliformis var.mukdensis)、樟子松(P.sylvestris var.mongolica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄檗(Phellodendron amurense)、榆树(Ulmus pumila)优势种重要值显著相关,表现为黑皮油松重要值越高,而黄檗、榆树重要值越小,越有利于EEG的积累,并且伴随EEG-C/SOC(EEG中C占SOC比例)增加、EEG/TG增大;群落中胡桃楸、黄檗、榆树更有利于TG积累,黑皮油松、落叶松(Larix gmelinii)、樟子松不利于TG的积累。(3)植物Simpson指数、Shannon-Wiener指数、物种丰富度与EEG、TG、EEG/TG无显著相关性,而与EEG-C/SOC、EEG-N/TN(EEG中N占TN的比例)、TG-C/SOC(TG中C占SOC比例)、TG-N/TN(TG中N占TN的比例)显著负相关;土壤EEG/TG和EEG-N/TN与植物均匀度指数显著正相关,在1 m土壤不同土层趋势类似。(4)方差分解分析表明:生物因子对GRSP变化的解释率是20.2%,土壤理化因子解释率为7.8%,而生物因子中植物优势种重要值的解释率最大(16.4%),而植物物种多样性指数解释率仅为0.4%。冗余排序发现常绿针叶树种(黑皮油松和樟子松)越多且阔叶树种越少时,GRSP含量和GRSP对土壤碳氮的贡献越高(P<0.01),其机制可能与树种菌根类型有关:外生菌根树种重要值与TG显著负相关,丛枝菌根树种重要值与TG显著正相关。本研究解析了植物物种多样性对GRSP含量的重要影响,并强调未来土壤管理和评估可以通过调整优势物种而不是树种多样性来促进GRSP积累。

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物(COD、TP、TN和NH^(+)_(4)-N)去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH^(+)_(4)-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因(nirS)丰度远高于硝化功能基因(nxr A)和氨氧化功能基因(AOB-amoA).在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高(55%和48%).除此之外,TN和NH^(+)_(4)-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.