不同树种的影响大小不同空间分布的草本植物在尼日利亚几内亚草原生态区域

文摘

本研究旨在寻找不同树种的影响和个人树大小不同的物种丰富度、多样性、和草本层组成。所有三个树种都大大增加物种丰富度和多样性相比,对皇冠区域内外一片开阔的草原。物种丰富度和多样性都被发现在所有三个树种高于外冠,又高于空旷的田野。丹妮娜奥利维物种丰富度和多样性最高内外冠区紧随其后的是吗Vitellaria paradoxa然后Parkia biglobosa。结果还显示,同一树种不同大小会导致不同的草本物种丰富度、多样性、和组成下和周围的树木的冠。p . biglobosa和诉paradoxa树木与小尺寸显示更高的物种丰富度和多样性冠比越大。之间的不同的物种组成与皇冠区域内外的个体之间的相同树种和不同的树木物种和开放的领域。

1。介绍

植被的生物多样性是地球系统的重要组成部分(土壤、水和大气),提供基本服务的生态系统和人类社会1]。土壤植被支持功能,包括分解、养分循环、土壤呼吸、抵抗入侵,生态系统的稳定性。土壤生物多样性又提供了许多生态系统服务必不可少的人类和环境,如初级生产的支持,控制害虫和疾病的男人和他的动物和庄稼,和避免环境污染通过自行车死去的生物量。同时,土壤生物群中起着重要作用在确定土壤理化性质。尤其是植物,发挥重要的作用在塑造土壤剖面不同架构的根系,soil-plant-microbial交互的中心(2]。

植被也大大加重了水土流失的控制,这是一个严重威胁生态系统功能在世界的许多地方。据报道,影响植物的大小呈现生态系统服务,尤其是在控制土壤侵蚀,取决于植物的形态结构架构(根系统,皇冠的形状和大小,等等),这反过来又取决于物种(3- - - - - -6]。因此,多样性植被已被证明对生态系统功能和稳定性有显著的影响。更频繁,增加生物多样性提高生态系统生产力和稳定性。例如,塞茨et al。6报告那棵树造林的单一栽培潜力有限缓解土壤流失,有越来越多的证据表明,更高的物种丰富度可以减少水土流失。

植被也给人类社会至关重要的利益。许多作者报告之类的人造建筑植被保护的有效性道路、堤坝、人造大坝,和牧场,支持粮食生产的重要组成部分,等等(1,7]。然后重视理解世界的后果损失的植物物种多样性的生态系统服务在世界上许多地方。生物多样性的基本重要性在这些问题,生物燃料/能源安全、气候变化、食品安全、人类的企业,土地退化和水安全1,2,6]。

植被的重要性在控制土壤侵蚀,保护水资源,并支持碳循环已被广泛报道。在控制水土流失、植被被描述为过程的关键因素。因此,许多agroenvironments保护表层土壤损失从周围的植被和间作,捍卫粮食生产和安全在全球范围内(8]。

植被也扮演着重要的角色在河流下游水沙动力学。它有一个显著的影响在上游源头的水和沉积物运移集雨因为植被属性会导致障碍产生拖累流水。这拖慢排水,减少流流速反过来影响流的沉积动力学。这水文响应发生也由于植被增强渗透能力从而减少结硬皮在土壤表面9- - - - - -11]。因此,发现植被保护水体,如大坝、溪流和河流沉积物的的好处特别是人类社会和生态系统(12- - - - - -14]。

植被也非常有助于袜的土壤有机碳,这是必不可少的良好的土壤结构和土壤养分有效性支持生物群和地上的生产力。高有机碳浓度和存储被报道在植物的土地与裸地相比(15,16]。

干燥的热带大草原的植被是片状分布高植物覆盖(灌木补丁)散布在low-cover草本矩阵(intershrub区域)。这是空间异质性的结果在当地地形、土壤微貌、物理化学性质、水分布(17]。结果是,有宽范围的差异从不同的地方或微环境的生态系统服务。例如,Cerda先生(18)报道,植被斑块有积极影响的地表径流,侵蚀、渗透速度,和深润湿方面与裸露的补丁。出于这个原因,不同的植物群落有不同的土地退化,阻力和土地退化是高度可变的领域(19]。

树周围创造一个独特的微环境(20.)通过积极修改下面直接影响土壤理化性质和阳光和大气条件(21]。蒸腾,树冠的主要影响因素是空气温度、风速、光的数量和质量,和土壤温度、pH值、水分和养分可用性(22]。土壤理化性质的变化取决于垃圾质量和数量和树冠架构,进而取决于树种(23]。草本层的不同物种的反应不同土壤养分状况和其他环境的限制,树木被视为影响林下植物区系的一个主要因素物种丰富度、多样性、和组成。这些导致影响带的概念或生态领域由单独的树木,尤其是那些与孤立的树冠在萨凡纳(22,24]。

树顶与通过吸收和散射太阳辐射。这些过程随叶结构、尺寸、形状、取向、分布、年龄和叶层的密度,以及冠体积(25]。所有这些关键参数是不同的在不同的树种和个人的同一物种不同年龄和大小(25- - - - - -28]。光可用性通常影响植物的性能,但这些影响的程度和模式可能是物种特定[22,29日]。光限制可用性也有助于保持土壤水分(30.]。在这方面,树过滤能力强,决定了模式植物区系组成的草本层31日,32]。

也有相当大的差异,降水到达地面的模式在许多植物群落,因为拦截的树顶。水可能随后转移到土壤的引导下干线或滴在树枝上。茎流极大地增强了树枝和树叶,斜向上。茎流产生一个潜心的树干底部周围的水,这可能是重要的生态。这些形态学特征可能是强大的生态因子在植物分布(25]。由树木和随后的茎流拦截降雨诱发的模式附近土壤湿润,对于较小的植物(33]。一个增强的水分和养分浓度创造有利的微环境,进而提高建立,增长,持久性的草药(下20.,21]。

周围的树木也会影响土壤的性质通过litter-fall输入,这是相对于树种和个体大小(21,34,35]。研究表明,土壤是沙质的树冠下微酸性介质和大树和小树相比,微碱性土壤。树中的土壤空隙淤泥和粘土含量明显高于下树(36]。因此,一般土壤肥力分布,有机质、氮、磷、钾,以及微生物活动,成为空间和垂直集中在树下林冠[20.]。树冠下其他地方,土壤有显著较高的有机质、钙、镁、和pH值比在一片开阔的草原34]。

响应的一般模式树的树冠下的草本层增加营养的可用性,特别是氮,通常包括初步覆盖层作为一个整体,增加减少的物种丰富度的损失相对大量的氮高效品种,和减少物种均匀度从一些高nitrogen-requiring物种越来越占主导地位,29日,37]。然而,树木的影响相关的林下叶层草本生产力随环境或气候条件(38]。此外,不同的草本植物物种对不同类型的树的树冠会有不同的反应;因此,研究结果从一个区域与特定树种不能外推到其他地区不同的树木和草本植物物种组成。

尽管许多研究都表明,林下植物的物种组成和多样性可以影响树树冠[39),这样的研究几乎在尼日利亚几乎没有干燥的土地。本研究探索不同树种和个人的影响大小不同的成分,丰富,草本层的多样性。这些研究的发现是不可或缺的工具在草原保护和管理实践。上的信息模式树的环境的影响将是有益的在恢复多样性在干燥的土地,尤其是关于选择树种造林、绿化项目。

本研究的总体目标是找到树种如何影响下草本层的构成;具体来说,可以发现是否存在不同的树种以不同的方式影响下的草本成分;也找个人是否相同的草本层物种树但大小不同的影响在不同的物种组成,丰富性和多样性。

2。方法

2.1。研究区域

Yelwa校园的研究区域是Abubakar Tafawa Balewa大学包奇,位于北纬100 17我,经度80年49我东部,海拔690.2米的高度在尼日利亚的几内亚北部草原生态区域(40]。这里的土壤通常被划分为湿润(41]。土壤是粘土高度风化和脆弱的较低的活动,从而使自己的生育能力下降在连续的耕地种植。土壤养分过度开采和退化已报告的这个地区的大多数biogeophysical约束(42]。气候特点是雨季开始的4月和10月结束,每年的降雨量1300毫米(43),最低月平均相对湿度在29%左右(44]。4月是今年最热的一个月的平均最小和最大温度为13.7°C和30.11°C,分别为(45]。开放林地植被类型,主要与高草范围高1 - 3米(m),在开放领域和树木(15米高)通常较短,广泛的叶子,和孤立的王冠。这一植被受到激烈的野火几乎每年在旱季。因此成为主流耐火物种(44]。物种如Isoberlinia多卡和即tomentosa形成了大量的分散在几内亚北部草原林地。还发现豆树(Parkia biglobosa)和乳木果树(Vitellaria paradoxa)[46]。

2.2。植物区系的数据收集

在这项研究中使用的树种Parkia biglobosa(Jacq)。Benth。丹妮娜奥利维罗尔夫厨。&新西兰,Vitellaria paradoxa多严峻Gaertn。收集植物区系资料,每棵树的周长冠区大致分为三个部分,即120°扇区。的分界线行业扩展到3米的距离外冠区从主杆(图的基础1)。的样方大小50 50厘米是一个标准的距离1米从主杆沿着这三个皇冠带的分界线。抽样是重复在两米的距离离冠区,但仍然分歧的线。因此,有三个样品在皇冠区内和三皇冠区域外的每棵树。抽样是重复了五个人树相同的物种,也就是说,15个样品每个皇冠区域内外的树种。15个样本也从开放的领域,这是一个至少十多米的距离距离最近的树。个体的数量每个样方内植物物种被记录。此外,随后每一物种的标本收集和确认的Abubakar Tafawa Balewa大学植物标本。

比较树的大小对林下草本层的影响,一些人诉paradoxa和p . biglobosa主观分类基于他们的大小作为本研究的目的或大或小,但d·奥利维没有大小分类,因为他们被发现是几乎相同的大小(表吗1)。估计他们的大小、平均最短和最长的轴树的皇冠直径测量米。树顶直径是直接成比例的总体大小树的树,因此好估计大小(47,48]。

2.3。数据分析

所有植物种类参数计算使用软件社区生态参数计算器(ComEcoPaC) 1.0版本49]。根据设计师,这个软件如下所使用的公式。

Shannon-Wiener多样性指数( )。Shannon-Wiener多样性指数()如下: 在哪里是物种丰富度(物种)的数量,物种的比例吗,(大量的物种吗;是总丰度)。

均匀度( )。均匀度表示如下: 在哪里和。

Jaccard相似性指数。Jaccard相似性指数表示如下: 在哪里是物种的数量目前的样品(联合事件)和吗()是物种的数量在样品(样品两个)。Jaccard不同指数= 1−相似性指数(50]。

单样本t检验进行了toestimate标准偏差和平均数标准误差为所有物种的参数使用一款统计软件版本17.2.1(©2013,2015一款统计软件。,Inc .)。

3所示。结果

结果显示,所有这三个树种物种丰富度大大增加了内部和外部皇冠区域,范围从31日至39比开放领域,20(表2)。d·奥利维物种丰富度最高内外冠区紧随其后的是吗诉paradoxa然后p . biglobosa。有稍高的物种数量里面比外面皇冠区域所有的树木。物种多样性也被发现更高的内部比外部皇冠区域所有的树木和开放的领域。物种多样性最高d·奥利维。由树木物种均匀度似乎不受影响。

之间的不同的物种组成与皇冠区域内外的个体之间的相同树种和不同的树木物种和田野(表3)。更高的不同被发现之间的内外冠区p . biglobosa(0.55)。内部和外部之间的不同是顶区d·奥利维(0.29),而的诉paradoxa值为0.5。比较空旷的田野和皇冠区域内外的所有树种还揭示了物种组成上的差异。的值从0.47到0.63不等。然而,更高的差异被发现里面的开放领域和皇冠区域比皇冠区域以外的所有的树种。

研究还表明,物种丰富度略高于个别树木的冠区域内外的大树相比体积小p . biglobosa和诉paradoxa(表4)。更高的物种多样性也发现与内外冠区小p . biglobosa与大公司相比,内冠区诉paradoxa,更高的多样性与大树小树被发现。然而,外面有更高的多样性冠区小诉paradoxa比较大的。

相似或不同的林下叶层草本物种组成也与不同大小的树(表不同5)。皇冠区域内的不同价值之间的大的和小的诉paradoxa是0.5,而皇冠外区有不同的0.66。在p . biglobosa皇冠区域内,不同价值之间的大大小小的个人树为0.62,而大大小小的树木的冠外区有不同值为0.33。

4所示。讨论

它已经有据可查的,树木通过阴影影响他们的环境,降雨拦截,干扰光渗透,他们生产垃圾的数量和质量,改变土壤物理和化学性质。通过干扰这些影响的太阳光量可用性和土壤养分放大还取决于个人的树种和大小(51]。这带来了改善土壤肥力和结构低于冠;水关系的改善植物的阴影;光和竞争的加剧,土壤水分和养分的草本层,产生在不同尺度空间环境异质性。微环境由树木的空间变异性导致草本层植物区系参数的差异(52),因为植物物种个体应对环境变量,因此,树的影响(53,54]。这些树的性质和强度的影响也可能取决于他们的叶面积,树冠结构,模式支持系统,等等,反过来取决于树种在问题51,53]。

在这项研究中,所有的树木都还发现影响下草本层的分布和组成和冠相比,周围空旷的田野。有增加物种丰富度和多样性和外树树冠下,比开放的领域。相比之下,一些研究表明,草本层树树冠下的反应导致物种丰富度和多样性降低,因为增加土壤氮输入会导致很多氮高效品种的损失带来的主导地位几高nitrogen-requiring物种[29日,37]。研究在一个森林Vockenhuber et al。55也呈负反应的物种丰富度增加林冠覆盖。

这项研究还显示,影响树木的草本物种丰富度和多样性是不同的在不同的树种。增加订单的影响,树木Parkia biglobosa,Vitellaria paradoxa,丹妮娜奥利维。这个订单也观察到相对的大小降序冠(封面)。这意味着更大的皇冠大小或盖,小的物种丰富度和多样性。光在这里,言外之意的可用性是小冠将允许更多的阳光在正午到达地面的,允许完整的阳光下他们在早上和晚上。许多研究还显示增加草本层的物种丰富度与多样性增加树。这是因为草本层不同响应不同的微环境由不同的树种,也就是说,通过增加环境异质性或通过创造环境条件,有利于更多的草本物种(52,55]。

也有趣的物种丰富度和多样性被发现在所有三个树种高于外的花冠。然而,减少光强度的树顶被抑制在许多农业生产力实验。树木物种丰富度和多样性的影响被认为是相关的两个最重要的因素:改变土壤条件和光线水平(56]。同样重要的是要注意,在几乎所有的树木对草本层的影响进行了研究,在树上不采取定量测量冠光他们拦截并没有量化。因此,对草本层的反应仍然很大程度上是主观的。

树的大小决定程度也已知因素树的影响树木的环境(53,54]。在草原上,树木生长与孤立的王冠,树小皇冠的大小将会全额阳光林冠下或多或比树木更大的皇冠直径,特别是在早上和晚上。在这项研究中,p . biglobosa和诉paradoxa树木与小尺寸显示更高的物种丰富度和多样性冠比越大。小树预计将有更少的营养可用性和更大的阳光渗透在他们冠(54]。这些表明,充足的阳光可能减少或抑制被几个高nutrient-requiring物种因为主导增加竞争能力较低的物种的太阳情人营养需求。最佳营养的结合影响可用性和阳光的因素可能带来的物种丰富度和多样性增加。一些研究也报道了较小的树有不同的对林下植被的影响比大树和一片开阔的草原(57]。

不同的植物有不同的最佳环境要求也不同的当地环境条件是由不同的树种或同一树种,但大小不同。这些异构隐居特定为每个树种和大小将最优或接近最优的一些物种草层而不是其他人的。草本层的响应特定的阳光和养分有效性也是物种。一个物种会找到环境比其他人更合适;因此,最青睐的物种将超越相对冷门的。因此,不同的微环境由不同树种或大小不同的个人将被不同的物种有不同程度的丰富的组合。因此预计,草本物种组成树种和不同大小和开阔的草地,在同意路德维希et al。54]。也有人建议由Vockenhuber et al。55树)创造的环境异质性高多样性可能导致更高的站点条件的小规模的异质性,因此更高的草本物种多样性。

本研究中使用的三个树种创造草本植物群落物种组成不同他们的王冠下面和周围区域。同时,同一树种不同大小的个体也创造了不同的草本物种组成下他们的皇冠。这意味着地面草本层还回应以不同的方式组合和相对丰度对树木的微环境由不同树种不同导致高值三个树种之一。在其他地方,研究表明,草本层的物种组成可能会改变在梯度延伸从树干到树冠和开阔的草原53,56]。

最后,本研究显示,不同的树种有不同的大小会导致不同的草本物种丰富度、多样性、和组成和牙冠周围。然而,一般来说,研究在热带稀树草原tree-grass交互应包括考虑竞争和便利化的元素树,气候和季节性变化,演替阶段,土壤类型、密度、树和其他不同的生物和非生物的复杂性在时间和空间(52,53]。因此,这项研究的结果并不起决定性作用。

5。结论

所有三个树种都大大增加物种丰富度和多样性相比,对皇冠区域内外一片开阔的草原。物种丰富度和多样性都被发现在所有三个树种高于外冠,这是高于开放的领域。d·奥利维物种丰富度和多样性最高内外冠区紧随其后的是吗诉paradoxa然后p . biglobosa。结果还显示,同一树种不同大小会导致不同的草本物种丰富度、多样性、和组成下和周围的树木的冠。p . biglobosa和诉paradoxa树木与小尺寸显示更高的物种丰富度和多样性冠比越大。之间的不同的物种组成也不同冠区域内外的个体之间的相同树种和不同的树种和开放的领域。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者最感激的生物科学系的Abubakar Tafawa Balewa大学提供的一些测量设备用于本研究。

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