太白山锐齿栎林群落结构特征

秦岭山脉是我国乃至全球生物多样性热点地区,植被资源丰富,物种多样性高。为了研究秦岭植被恢复过程中的多样性维持机制,参照CTFS样地建设方案,于2016年秋在秦岭主峰太白山北坡的锐齿栎次生林和原始林中各建立了1块100 m×150 m固定监测样地。本文以样地中所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物数据为基础,分析了2块样地中群落组成及结构特征。结果表明: 锐齿栎次生林和原始林样地所监测木本植物分别为2839和2840株,隶属于29科45属65种和21科37属47种,其中,偶见种和稀有种的比例分别为38.4%和24.6%、40.4%和19.2%,且均以北温带分布的植物种类居多,分别占总属数的46.6%和48.7%。2块样地中,建群种锐齿栎径级结构均呈单峰型;水榆花楸、青榨槭、四照花和三桠乌药主要伴生种的径级结构均呈倒“J”型,表明群落内主要树种都能很好地完成种群的生活史。双相关g(r)函数分析表明,在r=10 m的范围内,2块样地中的主要优势种在<2 m的尺度中聚集程度最强;随着尺度的增加,聚集程度逐渐减弱,当尺度增大到某一值时,物种呈随机或均匀分布格局。次生林和原始林的平均角尺度分别为0.56和0.58,群落整体处于聚集分布状态,并且次生林群落及主要优势种的平均角尺度均小于原始林,说明次生林样地中物种的聚集程度比原始林弱;次生林和原始林的平均大小比数均为0.47,整体林分处于中庸状态;平均混交度分别为0.70和0.57,属于强度和中度混交。干扰导致群落的物种丰富度、群落稳定性和林木空间分布格局发生变化。因此,受干扰的森林群落在植被恢复过程中,必须考虑种间相互作用、生境异质性对物种共存的影响和群落结构的动态变化。     

长白山不同演替阶段针阔混交林群落物种多度分布格局

为解释长白山温带森林群落构建和物种多度格局的形成过程, 该文以不同演替阶段的针阔混交林监测样地数据为基础, 采用中性理论模型、生物统计模型(对数正态分布模型)和生态位模型(Zifp模型、分割线段模型、生态位优先模型)拟合森林群落物种多度分布, 并用χ ²检验、Kolmogorov-Smirnov (K-S)检验和赤池信息准则(AIC)选择最佳拟合模型。结果显示: 中性模型能很好地预测长白山温带森林不同演替阶段植物群落的物种多度分布。在10 m × 10 m尺度上, 5种模型均可被χ ²检验和K-S检验接受, 但中性模型拟合效果不如对数正态分布模型、Zifp模型、分割线段模型和生态位优先模型, 表明小尺度上中性过程和生态位过程均能解释群落物种多度分布, 但生态位过程的解释能力相对较大。而在中大尺度上(30 m × 30 m、60 m × 60 m和90 m × 90 m), 中性模型为最优拟合模型, 并且随着研究尺度增加, 生态位模型和生物统计模型逐渐被χ ²检验拒绝, 表明中性过程在长白山针阔混交林群落物种多度分布格局形成中的作用随着研究尺度增加而逐渐增大。该文证实了中性过程在长白山温带针阔混交林群落结构形成中具有重要作用, 但未否认生态位机制在群落构建中的贡献。因此, 温带森林群落构建过程中中性理论和生态位理论并非相互矛盾, 而是相互融合的。在研究森林群落物种多度分布时, 应重视取样尺度和演替阶段的影响, 并采用多种模型进行拟合。     

塔里木荒漠河岸林不同生境群落物种多度分布格局

为解释塔里木荒漠河岸林群落构建和物种多度分布格局形成的机理, 本文以塔里木荒漠河岸林2个不同生境(沙地、河漫滩) 4 ha固定监测样地为研究对象, 基于两样地物种调查数据, 采用统计模型(对数级数模型、对数正态模型、泊松对数正态分布模型、Weibull分布模型)、生态位模型(生态位优先占领模型、断棍模型)和中性理论模型(复合群落零和多项式模型、Volkov模型)拟合荒漠河岸林群落物种多度分布, 并用K-S检验与赤池信息准则(AIC)筛选最优拟合模型。结果表明: (1)随生境恶化(土壤水分降低), 植物物种多度分布曲线变化减小, 群落物种多样性、多度和群落盖度降低, 常见种数减少。(2)选用的3类模型均可拟合荒漠河岸林不同生境群落物种多度分布格局, 统计模型和中性理论模型拟合效果均优于生态位模型。复合群落零和多项式模型对远离河岸的干旱沙地生境拟合效果最好; 对数正态模型和泊松对数正态模型对洪水漫溢的河漫滩生境拟合效果最优; 中性理论模型与统计模型无显著差异。初步推断中性过程在荒漠河岸林群落构建中发挥着主导作用, 但模型拟合结果只能作为推断群落构建过程的必要非充分条件, 不能排除生态位过程的潜在作用。     

秦岭南坡锐齿栎次生林空间结构特征分析

该研究采用坐标定位方法对秦岭南坡不同坡向锐齿栎次生林样地内胸径DBH≥5cm的乔木进行调查,记录树种名称、坐标、胸径、高度、冠幅、生长状况等因子,运用角尺度、大小比数和混交度3个指数分析不同坡向锐齿栎次生林的空间结构,探寻不同坡向锐齿栎林空间结构的形成和差异。结果显示:(1)调查样地内物种多样性丰富,锐齿栎重要值最大,长势良好,占据主要生态空间。(2)两种坡向中,角尺度取值为0.5的个体数均过半,表明随机分布是锐齿栎次生林的主要分布方式。(3)优势木、亚优势木、中庸木、劣态木和绝对劣态木所占比重均为20%左右,表明林木大小差异不明显,在空间结构单元中,林木较稳定,阳坡优势木个体数高于阴坡。(4)两种坡向中,混交度取值大于0.5林木个体分别为84%和73%,表明多数林木个体处于中度、强度和极强度混交状态。研究表明,秦岭南坡锐齿栎次生林聚集度不高、混交良好、分化程度较高,锐齿栎种群优势度明显,林分整体暂时处于相对稳定状态。     

秦岭山地典型次生林木本植物幼苗更新特征

采用样方法调查了秦岭山地5种典型次生林--油松林、锐齿栎林、红桦林、云杉林和华山松林幼苗的更新特征.结果表明: 不同次生林木本植物幼苗物种分化明显,除锐齿栎林和华山松林外,其余次生林幼苗物种相似性系数均较低;油松林和锐齿栎林木本植物幼苗数量、物种丰富度指数、Simpson优势度指数及均匀度指数均较高,红桦林均最低;云杉林和华山松林幼苗数量及物种多样性指数基本一致.不同次生林幼苗和幼树所占比例存在明显差异,除红桦林幼树数量的比例较大外,其余林分幼苗的比例较大,为云杉林＞油松林＞锐齿栎林＞华山松林.不同林分幼苗萌生比例差异明显,为华山松林＞云杉林＞红桦林＞锐齿栎林＞油松林.锐齿栎林和油松林乔木幼苗比例最高,分别占木本幼苗总种数的68%和51.4%,群落处于演替中期,持续更新能力较强;云杉林、华山松林乔木幼苗比例分别为40%和15%,处于演替后期,更新能力较差;而红桦林中幼苗很难发育成幼树,持续更新能力欠缺.     

秦岭太白山弃耕地植物群落演替的生态学研究 Ⅱ演替系列的群落α多样性特征

应用物种丰富度、Ｓｉｍｐｓｏｎ指数、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ指数、Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数、Ａｌａｔａｌｏ均匀度指数研究了太白山弃耕地植物群落次生演替过程中的群落α多样性动态特征,结果表明,群落在由一年生草本植物群落阶段向多年生草本植物群落、灌丛、混交林阶段的演替过程中,群落多样性指数逐渐上升,至混交林阶段达到最高值。若以分布在这一垂直地带的代表性森林群落锐齿栎林为演替进一步发展的方向,则由多样性指数在锐齿栎混交林、锐齿栎林阶段呈下降趋势。不同演替阶段不同生长型的多样性指数变化规律为：在演替的初期,草本层多样性指数＞灌木层＞乔木层;在混交林阶段,这３个不同生长型的多样性指数相差无几,乔木生长型稍占优势;在锐齿栎混交林和锐齿栎林阶段,灌木生长型的物种多样性最大,草本次之,乔木生长型的物种多样性则迅速降低。首次利用群落各生长型的叶层相对厚度和相对盖度作为加权参数,对群落总体的物种多样性指数进行了测度,结果表明,这种加权处理是比较合理的。     

大熊猫栖息地地震干扰后恢复群落的中性理论验证

为了验证中性理论在干扰后恢复群落中的适用性,本文利用不同地震干扰强度下大熊猫栖息地恢复群落的野外调查数据进行了中性理论的验证。预测发现,在干扰较重及未受干扰的原始林群落中,中性理论模型能够较好地预测物种多度分布,但在干扰相对较轻的恢复群落中中性理论模型预测物种多度分布效果较差。原因分析表明,生境的均一性程度是影响中性理论模型预测物种多度分布效果的重要影响因子。因此可认为,中性理论不适用于生境均一性差的群落。     

佛坪国家级自然保护区短柄Ｐao栎林初步研究

对佛坪国家级自然保护区短柄Ｐao栎林进行了初步研究,结果表明：佛坪自然保护区是目前秦岭短柄Ｐao栎林分布比较集中的地区,短柄Ｐao栎林在该地区主要分布于海拔１３００－１７００m,处在锐齿槲栎林带中偏干暖条件下,与锐齿槲栎林分别占据着不同的生境;其物种组成及其生活型谱、种群结构、物种多样性特征等都表明短柄Ｐao栎林在本区是一稳定的群落。     

佛坪国家级自然保护区短柄木包栎林初步研究

对佛坪国家级自然保护区短柄木包栎林进行了初步研究 ,结果表明 :佛坪自然保护区是目前秦岭中短柄木包栎林分布比较集中的地区 ,短柄木包栎林在该地区主要分布于海拔 1 30 0～ 1 70 0 m,处在锐齿槲栎林带中偏干暖条件下 ,与锐齿槲栎林分别占据着不同的生境 ;其物种组成及其生活型谱、种群结构、物种多样性特征等都表明短柄木包栎林在本区是一稳定的群落。     

鄂西南亚热带山地常绿落叶阔叶混交林物种多度分布格局

基于七姊妹山自然保护区内6 hm~2监测样地多度数据,通过累计经验分布曲线(ECDF)表征该样地内不同生活型功能群的物种-多度分布格局,并采用6种模型对各功能群不同取样尺度物种等级-多度曲线进行拟合并检验其拟合效果,分析多度格局与模型拟合在不同尺度间的差异,探讨其背后的生态学过程与机制。结果表明:(1)各尺度下落叶种比常绿种的物种数多,物种多样性指数更大,但个体数相对较少;不同功能群稀有种比例排序为:落叶种所有种常绿种。(2)6种模型中的断棍模型的拟合效果较差;中大尺度(50 m×50 m、100 m×100 m)上不同生活型树种多度分布能接受的模型较少,除大尺度的常绿树种外,拟合最优模型均为对数正态分布模型,大尺度的常绿树种拟合最优模型为中性模型;小尺度上(20 m×20 m)常绿树种的最优模型为对数正态分布模型,落叶树种最优模型为生态位优先模型,所有树种在小尺度最优模型为Zipf-Mandelbrot模型。研究认为,随着尺度逐渐扩大,中性过程较生态位过程对物种-多度格局的解释力度更大,落叶树种物种多度格局的形成机制较常绿树种更接近于样地所有树种物种-多度格局的形成机制。     

密度制约对宝天曼落叶阔叶林锐齿栎死亡前后分布格局的影响

为了在温带和亚热带的过渡带中验证森林树木死亡是否受密度制约的影响, 我们在宝天曼国家级自然保护区选择1个100 m×100 m的暖温带落叶阔叶林样地, 用双变量函数g(r)(the pair-correlation function)研究了锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)死亡前(活树和枯木统称为死亡前树木)和死亡后(活树为死亡后树木)的分布格局。把样地中的锐齿栎分为幼树(1 cm ≤ DBH<10 cm)、小树(10 cm ≤ DBH<20 cm)和成年树(DBH≥20 cm)3个不同的生长阶段来研究密度制约对空间分布格局的影响机制。结果表明: (1)死亡前锐齿栎在r>5 m尺度呈聚集分布, 死亡后幼树(1 cm≤DBH<10 cm)和成年树(DBH≥20 cm)在1-25 m尺度呈现随机分布, 死亡后小树(10 cm≤DBH< 20 cm)在r<1.5 m和2.5-4.5 m的尺度为随机分布, 在r>5 m的尺度呈聚集分布; (2)采用随机标签零模型和案例-对照设计的方法, 排除生境异质性影响后, 将幼树和小树的分布格局作为案例, 将成年树的分布格局作为对照, 并代表生境异质性的作用, 通过小径级树木与成年树分布格局的对比发现, 密度制约效应对死亡前后的锐齿栎分布格局均具有影响; (3)幼树和小树在成年树周围的分布死亡前为显著聚集分布格局, 死亡后剩余树木的聚集强度下降; 随着与成年树之间距离的增加, 死亡后的幼树(仅包括现存的活树)逐渐向随机分布格局演替。本研究初步表明锐齿栎空间格局受生境异质性的影响并呈现出显著的聚集效应, 排除生境异质性影响后, 锐齿栎死亡前后的空间格局受到密度制约的影响, 这一结果为Janzen-Connell假说提供了支持。     

秦岭优势乔木锐齿槲栎的空间分布格局及种内关联

为探究锐齿槲栎种群的空间分布特征及关联性,本研究以秦岭皇冠暖温性落叶阔叶林25 hm²森林样地内优势树种锐齿槲栎为对象,采用成对相关函数g(r)对其空间格局及其种内关联性进行了研究。结果表明: 锐齿槲栎径级结构呈“双峰”型,幼树(1 cm≤胸径DBH＜5 cm)个体数较多,种群呈增长型结构,更新良好;中树(15 cm≤DBH＜25 cm)比大树(25 cm≤DBH＜35 cm)、老树(DBH≥35 cm)的个体数略多,但远少于幼树和小树(5 cm≤DBH＜15 cm)。锐齿槲栎空间分布具有明显的海拔依赖性,主要分布在中高海拔地区。完全空间随机零模型分析表明,各径级个体在＜60 m的大尺度范围聚集分布。使用异质泊松模型剔除生境异质性分析表明,各径级的个体转变为大尺度的随机分布,表明树种的分布明显受到生境变化的影响。在＜40 m的小尺度范围内,径级差距小的个体间的空间关联性为正关联,径级差距大的个体间的空间关联性转变为负关联和无关联;在＞40 m的大尺度范围内,大径级个体间的空间关联性为正关联,而幼树和其他径级个体间的空间关联性为负关联或无关联。锐齿槲栎自身生物学特性和环境异质性是种群空间格局形成的重要原因。     

松栎林天然更新模拟与不确定性分析

森林天然更新的复杂性和不确定性是森林生态系统动态预测中的关键问题。本研究引入贝叶斯技术和全局敏感性分析,构建基于竞争、气候和地形3类因子的秦岭松栎林天然更新模型。备选模型形式以泊松(Poisson)模型、负二项(negative binomial,NB)模型、零膨胀泊松(zero-inflated Poisson,ZIP)模型和零膨胀负二项(zero-inflated negative binomial,ZINB)模型为基础。同时,根据模型参数传递的不确定性量化分析结果,阐释影响森林更新小概率事件的主导因子。结果表明: ZINB模型在油松和锐齿栎更新模拟中均优于其他模型。林分总断面积、光截留、坡位和生长季最低温是影响松栎林中油松天然更新的最关键因子;而林分总断面积、坡向与海拔的组合、年均温和最热季节降水量则是影响松栎林中锐齿栎天然更新的关键因子。油松更新模拟中,各类因子对模型输出的不确定性贡献率从小到大依次为: 竞争因子(25%)＜气候因子(29%)＜地形因子(46%);锐齿栎更新模拟中为: 气候因子(12%)＜竞争因子(24%)＜地形因子(64%)。油松天然更新数量对生长季最低温和最干季节降水量为正响应,对最干季节均温为负响应;锐齿栎天然更新数量对年均温、生长季最低温和最热季节降水量为正响应,对最干季节均温为负响应。基于贝叶斯技术的ZINB模型可以量化森林更新的影响因子,并解释参数传递的不确定性,是预测森林天然更新的有力工具。     

蒙古栎林种内和种间竞争研究

蒙古栎（Quercus mongolica Fischer ex Ledebour）林是东北地区常见的典型森林类型之一。以黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区面积为1 hm²的蒙古栎林固定样地为研究对象，采用固定样圆法确定了竞争范围，并利用Hegyi竞争指数分析了蒙古栎林的种内和种间竞争状态。研究结果表明：蒙古栎的种内和种间竞争强度分别占总竞争强度的28.08%和71.92%，说明了蒙古栎的种内竞争强度小，竞争压力主要来自于种间。白桦（Betula platyphylla Suk.）、黑桦（Betula dahurica Pall.）、兴安落叶松（Larix gmelinii（Ruprecht）Kuzeneva）数量较多，个体高大，对蒙古栎的竞争压力较大。蒙古栎种内和种间竞争强度的顺序为：白桦 > 蒙古栎 > 黑桦 > 兴安落叶松 > 山杨（Populus davidiana Dode） > 紫椴（Tilia amurensis Rupr.） > 大黄柳（Salix raddeana Laksch.）。蒙古栎的胸径与整个林分、伴生树种以及蒙古栎种内的竞争强度成幂函数关系，随着对象木胸径增大，3种竞争强度均减小。当蒙古栎胸径小于20 cm时，竞争强度较大；当胸径大于20 cm时，蒙古栎所受的竞争压力较小，并趋于稳定，通过所得的模型可以很好地预测出蒙古栎种内和种间的竞争强度。     

基于几何形态分析的栎属白栎组叶片形态特征

以壳斗科栎属白栎组的5个种作为研究对象进行叶片几何形态学分析(GMMs)。选取了20个天然种群,共采集182个个体,887张叶片,对每张叶片采用几何形态学的标点法,数字化叶形态特征,使5个种的叶形态差异可视化。结果表明: 广义普氏分析可以有效地排除叶片位置和大小对叶片形状的影响。基于个体水平的主成分分析表明,槲树分别与槲栎和枹栎2个种的叶片形态差异明显,基于个体水平的典型变量分析表明,叶片的对称组分可以将槲栎与其他4个种准确区分。叶片非对称组分的多变量分析表明,5个种彼此间区别不明显。基于叶片水平的分析表明: 区分度较高的两组是槲栎vs.槲树(99.5% vs. 100%)和槲树vs.枹栎(99.0% vs. 100%),可以通过叶形准确区分;区分度略低的两组是白栎vs.枹栎(90.5% vs. 86.8%)和槲树vs.蒙古栎(85.1% vs. 82.9%)。本研究为存在频繁杂交渐渗的物种间叶型鉴定提供了新思路。     

长白山蒙古栎次生林群落结构特征及优势树种空间分布格局

群落结构特征研究是揭示植物群落维持机制和演替动态的基础,是合理安排森林经营活动的基本前提.以吉林省汪清林业局2块1 hm²的蒙古栎阔叶混交林固定样地为对象,研究了长白山蒙古栎次生林的群落结构特征,并采用点格局O-ring统计法对群落内优势树种的空间分布格局进行分析.结果表明: 两块样地都是以蒙古栎为优势树种的群落类型,都具有明显的层次结构,主要伴生树种存在差异,样地Ⅰ以大青杨、白桦、红松为主,样地Ⅱ以红松、紫椴和色木槭为主.且样地Ⅰ的树种数量、Shannon多样性指数高于样地Ⅱ.两块样地中所有个体的径级分布呈倒“J”型,蒙古栎径级结构呈近似正态型,红松呈倒J型,其他主要伴生树种径级结构存在一定差异.两块样地0～50 m尺度上蒙古栎呈现小尺度聚集、中大尺度随机分布的格局,红松呈先聚集、后随机的分布格局,但样地Ⅰ内红松聚集的尺度和强度均大于样地Ⅱ.样地Ⅰ白桦和大青杨均在0～17 m尺度上呈聚集分布、且聚集强度显著高于其他树种,而在18～50 m尺度分别呈现随机分布和均匀-随机分布.样地Ⅱ中紫椴基本呈现随机分布,色木槭在中大尺度上呈随机或均匀分布,聚集分布集中在小尺度.两块样地处于演替早期阶段的不同发育阶段,相比样地Ⅰ,样地Ⅱ的演替阶段更高、群落相对更加稳定.     

海南岛霸王岭国家重点保护植物的生态位研究

为进一步了解国家重点野生保护植物的生存群落及不同种群利用资源和占据生态空间的能力, 为制定国家重点保护植物种群的保护措施提供依据, 2009-2011年, 对霸王岭有国家重点保护植物分布的70个样地进行群落调查, 研究了霸王岭保护区内12种国家重点保护植物的生态位宽度以及物种间的生态位重叠。结果表明: (1)生态位宽度值从大到小依次为: 土沉香(Aquilaria sinensis)、海南韶子(Nephelium topengii)、普洱茶(Camellia sinensis var. assamica)、油丹(Alseodaphne hainanensis)、海南油杉(Keteleeria hainanensis)、鸡毛松(Podocarpus imbricatus)、海南梧桐(Firmiana hainanensis)、乐东拟单性木兰(Parakmeria lotungensis)、海南粗榧(Cephalotaxus mannii)、香子含笑(Michelia hedyosperma)、粘木(Ixonanthes reticulata)和陆均松(Dacrydium pierrei); (2)物种生态位宽度值的大小与其自身的地理分布范围密切相关, 如: 陆均松、乐东拟单性木兰等生态位宽度较小的原因与其分布的海拔范围狭窄有关。生态位宽度较大的种群对资源的利用能力较强, 与其他物种的生态位重叠一般较大, 如: 生态位宽度较大的普洱茶与海南油杉的生态位重叠值最大, 为0.872, 而一些生态位宽度较小的物种生态位重叠值较高, 如: 香子含笑的生态位宽度较小, 但与海南梧桐的生态位重叠较大, 为0.693。因此, 种群间的生态位重叠值与它们对环境资源利用的相似程度以及物种自身的生物学特性密切相关; (3)香子含笑、粘木等的生态位宽度较小, 而且个体数量较少, 适宜其生存的群落和生境极少, 应该给予更多的关注和优先保护; (4)未来对濒危植物的保护不仅要考虑各物种自身的生物学特性, 还应从植物群落的角度考虑。只有保护好这些濒危植物的生存群落, 如山地雨林等, 才能实现对濒危植物的有效保护。