叶虫食的时空格局及其对森林生态系统光合生产能力的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 高洁 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张扬建 |
| 关键词 | 森林生态系统 叶虫食 时空格局 背景叶虫食 暴发性虫害 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 植食性昆虫对叶片的取食（简称“叶虫食”）是生态系统中植食性昆虫与植物相互作用的关键过程，直接影响植物的生长与群落结构，进而调节生态系统的物质循环和生物多样性，是森林生态系统健康和功能的重要指标。在全球变化背景下，叶虫食的生态影响日益受到关注。根据昆虫与植被相互作用的强度，叶虫食可分为长期低强度的背景叶虫食（background insect herbivory）和短期高强度的暴发性虫害（insect outbreak）。尽管关于暴发性虫害的研究已有一定进展，但背景叶虫食仍缺乏系统性认知，现有研究多局限于局地或区域尺度，缺乏全球视角，其长期变化趋势及驱动机制仍未明确，且与暴发性虫害的关系也有待深入探讨。 基于此，本论文综合运用全球范围内的背景叶虫食观测数据以及典型虫害区的干扰数据集，结合多种环境变量数据和遥感数据产品，采用随机森林模型与统计分析方法，全面揭示背景叶虫食的全球分布格局，探讨其长期变化趋势及影响因素，并进一步选取虫害暴发影响严重的加拿大魁北克北方针叶林为典型研究区，深入分析暴发性虫害的时空格局及其对森林生态系统结构与功能的影响。主要研究结果与结论如下： （1）全球背景叶虫食率总体较低，表现出明显的空间异质性，其空间分布格局受多因素共同驱动。全球背景叶虫食整体呈现赤道向两极递减的趋势，且在中纬度地区（约30°–40°）存在第二个叶虫食率高峰。不同生物群落的背景叶虫食存在显著差异，其中红树林和热带湿润阔叶林具有最高的背景叶虫食率，而北方针叶林则表现最低。背景叶虫食的空间变异受各环境变量的非线性驱动，其中气候和植被因素的贡献尤为突出，土壤因素、地形因素贡献相对较小但不可忽视。具体而言，生物群落类型、植物物种丰富度、常绿针叶覆盖率、树木密度、最湿季的降水量和温度是驱动全球背景叶虫食空间变异的关键变量。 （2）过去六十多年中，全球背景叶虫食总体表现出显著下降趋势，尤其是进入21世纪以来，下降趋势明显加速。与此同时，不同纬度气候带的叶虫食下降幅度存在明显差异，热带与温带地区下降幅度较大，而高纬度寒带地区变化相对缓慢。这种长期下降趋势主要受年均温度、降水量、植被结构变化以及人为干扰的共同驱动。其中年均温的影响呈现非线性关系，随着温度持续升高，超过植食性昆虫适应范围时，背景叶虫食逐渐减少。此外，全球昆虫多样性和丰度的持续减少可能直接削弱了植食压力，反映出植物与昆虫之间的生态关系正在发生深刻变化。 （3）加拿大东部北方森林是受暴发性虫害干扰最为严重的地区之一，虫害呈现明显的空间聚集特征，并受温度、降水、坡度、海拔等因子显著调控。暴发性虫害显著降低了森林的叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）与总初级生产力（Gross Primary Productivity，GPP），但二者的恢复存在“结构–功能解耦”现象：LAI受损更严重而恢复较慢，GPP则能较快回升。此外，背景虫食水平影响了虫害响应与恢复过程，背景叶虫食更高的地区LAI和GPP受到虫害干扰的影响程度相对较轻，但恢复过程却更慢，表现出“抗性–恢复”权衡关系。生态系统的恢复速度和轨迹在很大程度上依赖于温度、水分等关键环境条件，良好的水热条件有助于促进植被恢复，而不良的环境则可能延缓甚至阻滞生态系统功能的恢复。 本研究系统地解析了全球背景叶虫食的空间格局与长期变化趋势，揭示了气候、植被、土壤等多因素对背景叶虫食的非线性驱动机制。进一步分析了暴发性虫害的空间特征及其与环境因子的关系，深化了对背景叶虫食与暴发性虫害交互作用的理解，为全面探究叶虫食提供了理论支持，为全球森林生态系统管理和恢复提供了科学依据。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 152 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217245]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 高洁. 叶虫食的时空格局及其对森林生态系统光合生产能力的影响研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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