物种多度和径级尺度对于评价群落系统发育结构的影响: 以尖峰岭热带山地雨林为例

研究不同径级尺度群落系统发育多样性有助于了解不同年龄模式下物种的亲缘关系及其群落系统发育结构; 但是关于物种多度对群落系统发育结构影响的研究较少。以海南尖峰岭热带山地雨林群落为例, 首先在不同径级尺度比较物种多度加权与否分别对4个广泛采用的系统发育指数的影响, 继而利用其中2个经过标准化处理的系统发育多样性指数: 净种间亲缘关系指数(net relatedness index, NRI)和净最近种间亲缘关系指数(nearest taxon index, NTI), 结合群落的生境类型来量度不同局域生境条件下不同径级尺度木本植物系统发育关系。结果发现: (1)未考虑物种多度加权的系统发育平均成对距离(mean pairwise distance, MPD)指数比考虑物种多度加权的MPD指数显著地高估了群落整体系统发育多样性, 且这种现象在小径级尺度(1 cm≤DBH<5 cm)最为明显。因此, 在森林监测样地中对于中、小径级群落系统发育结构研究中建议考虑物种多度信息。(2) 从群落组成整体系统发育结构来看, 尖峰岭热带山地雨林在几乎所有径级尺度和生境下均倾向于系统发育发散, 且随着径级的递增发散程度趋于明显(NRI<0)。(3)从群落组成局部系统发育结构来看, 尖峰岭热带山地雨林在中、小径级倾向于系统发育聚集(NTI>0), 而在大径级(DBH≥15 cm)则倾向于系统发育发散(NTI<0)。总之, 研究群落系统发育结构时应考虑物种多度的影响以及径级尺度效应。     

海南岛尖峰岭12种热带常绿阔叶乔木展叶期与开花期对气候变化的响应

为了探讨我国热带地区植物物候与气候变化的关系, 利用海南岛尖峰岭热带树木园12种热带常绿阔叶乔木植物2003-2011年物候观测资料结合同期月平均气温和降水数据, 运用积分回归分析方法, 筛选出影响海南岛12种乔木(8种本地种、4种引入种)展叶始期与开花始期的气象因素以及不同气象因素月值变化(月平均气温和月降水量)综合作用对这些树种物候期的动态影响, 最终建立积分回归-物候预测模型, 对气候变化背景下我国热带地区植物物候变化趋势进行了预测。结果表明: 海南岛12种热带常绿阔叶乔木展叶始期与开花始期均对气候变化做出较明显的响应, 几乎所有的树种展叶始期与开花始期的发生都受到气温和降水的共同影响。多数树种展叶始期受展叶前冬季及春季气温影响显著, 且在临近展叶始期的月份, 气温的影响更显著。上一年秋季月降水量对各树种开花始期的影响比其他时段显著, 这验证了降水的滞后性假说。本地种展叶始期对气候变化的响应比其开花始期对气候变化的响应更敏感, 引入种则相反。各树种展叶和开花在受气温和降水综合影响最明显的月份(假设其余11个月份月平均气温和月降水量不变), 月平均气温升高0.1 ℃、月降水量增加10 mm可使展叶始期和开花始期提前或推迟1-3天。积分回归分析方法为解释海南岛热带常绿阔叶乔木物候与气温和降水的动态关系提供了有效的途径, 基于气温和降水与物候资料建立的积分回归-物候预测模型具有对气温和降水变化影响下物候响应的解释率和预测精度高(R²≥ 0.943)的优点, 对于预测气候变化影响下的植物物候变化趋势有一定的适用性。     

四川巴郎山齿果酸模叶片氮素及其分配的海拔响应

在卧龙自然保护区, 按海拔梯度选择了齿果酸模(Rumex dentatus)的4个分布地点(2350、2700、3150和3530 m), 对各研究地点的齿果酸模进行了叶片光合、扩散导度、叶片碳稳定同位素组成(δ¹³C)、氮素含量、光合氮利用效率(PNUE)、比叶面积(SLA))等参数的测量, 以期揭示该植物叶片氮素、氮素分配情况及其他生理生态参数随海拔的响应趋势, 进而明确氮素及其分配在齿果酸模响应和适应海拔梯度环境的生物学过程中的作用。结果表明: 随着海拔的升高, 齿果酸模的叶片单位面积氮含量(N_area)随之增加, 进而光合能力随之增加。随着海拔升高而增加的扩散导度也在一定程度上促进了这一趋势, 这可能是落叶草本植物对于高海拔低温所导致的叶寿命缩短的适应结果。沿着海拔梯度, 植物叶片氮素和扩散导度均通过羧化位点与外界CO₂分压比(P_c/P_a)而间接影响叶片δ¹³C值, 且相比之下, 以氮素为基础的羧化能力对于P_c/P_a的作用更大些, 进而导致齿果酸模叶片δ¹³C随海拔增加; 随着海拔的升高, 齿果酸模叶片将更多的氮素用于防御性结构组织的建设, 这也是SLA和PNUE降低的主要原因; 在光合系统内部, 随着海拔的升高, 植物光合组织增加了用于捕光系统氮素的比例, 使得植物可以更好地利用随海拔升高而增强的光照资源, 进而促进了光合能力的增加。可见, 氮素及其在叶片各系统间(尤其是在光合系统与非光合系统间)的分配方式是齿果酸模适应和响应海拔梯度环境的关键。     

川西亚高山红桦-岷江冷杉林优势种群的空间格局分析

以红桦-岷江冷杉林4 hm²样地调查数据为基础,采用点格局分析法O-ring函数,分析了红桦和岷江冷杉2个优势种群不同龄级的空间分布格局,以及各龄级间的种内和种间关联性.结果表明：红桦种群径级分布呈单峰型,为衰退种群;岷江冷杉种群径级分布呈倒“J”型,为进展种群.岷江冷杉与红桦大树在所有尺度上均为随机分布,其余龄级在小尺度上为聚集分布,随尺度增大趋于随机分布和均匀分布,最大聚集强度随龄级增大而减弱.空间关联主要发生在小尺度上.岷江冷杉种内关联以小尺度正关联为主,红桦种内关联以小尺度负关联为主.对于2个种群的相同龄级,小龄级、中龄级和大龄级间,分别以空间无关联、负关联和无关联为主.2个种群间不同龄级间以负关联为主,龄级相差越大,其负关联越强.     

川西亚高山暗针叶林恢复过程中岷江冷杉天然更新状况及其影响因子

在川西亚高山米亚罗林区海拔3 100~3 600 m阴坡、半阴坡, 以立地条件基本一致的箭竹和藓类林型不同恢复阶段(20~40 a生的箭竹阔叶林、50 a生的箭竹针阔混交林、160~200 a生的箭竹原始暗针叶老龄林; 20~40 a生的藓类阔叶林、50 a生的藓类针阔混交林、160~200 a生的藓类原始暗针叶老龄林)的群落为研究对象, 共设置了50个样方(20 m×20 m), 采用空间代时间的方法分析了岷江冷杉(Abies faxoniana)的天然更新状况, 并采用通径分析法对其影响因子进行分析。结果表明: 箭竹和藓类两种森林类型岷江冷杉幼苗、幼树和小树的密度偏低。对于箭竹林型不同恢复阶段, 岷江冷杉幼苗密度＜幼树密度＜小树密度; 对于藓类林型不同恢复阶段, 藓类阔叶林幼树密度大于幼苗和小树密度, 藓类针阔混交林小树密度大于幼苗和幼树密度, 而藓类原始暗针叶老龄林幼苗密度大于幼树和小树密度。藓类林型岷江冷杉天然更新状况好于箭竹林型。对箭竹林型而言, 影响岷江冷杉天然更新的关键因子为母树密度、倒木蓄积量、箭竹盖度和苔藓层厚度, 其中母树密度和倒木蓄积量对岷江冷杉天然更新起着促进作用, 箭竹盖度和苔藓层厚度对岷江冷杉天然更新起着阻碍作用; 对于藓类林型而言, 影响岷江冷杉天然更新的关键因子为灌木盖度和苔藓层厚度。灌木和苔藓有利于幼苗的发生, 但不利于幼苗向幼树、小树的过渡。     

黑河流域山区牧坡草地土壤呼吸的时间变化及水热因子影响

采用LI600-09土壤呼吸室和LI-600便携式光合作用测量系统,在生长季节对黑河流域山区牧坡草地土壤呼吸速率进行了连续观测,研究不同环境条件下土壤CO₂释放速率及其对气候和土地利用变化的反馈作用.结果表明,牧坡草地土壤呼吸速率的日变化规律为夜间土壤呼吸速率较低,最低值在5～10月份,分别出现在7:00、6:30、5:30、5:00、6:00和7:00,此后开始升高,达到最大值的时间分别为15:00、14:30、14:30、13:30、14:00和15:00,在16:00～18:30又逐渐下降,整个过程呈单峰曲线;土壤呼吸速率日均值介于0.31～6.98μmol·m^-2·s^-1.土壤呼吸速率7、8月份最高,5月与9月份次之,月与10月份基本一致,整个过程的变化趋势呈单峰曲线形式.土壤呼吸速率与温度呈显著指数关系,与土壤含水量呈显著乘幂关系.     

川西米亚罗亚高山暗针叶林岷江冷杉和糙皮桦空间格局及其关联性分析

基于2019年9月完成的川西米亚罗亚高山暗针叶林9.6 hm~2动态样地的调查数据，分析了主要优势种岷江冷杉(Abies fargesii var.faxoniana)与糙皮桦(Betula utilis)的径级结构，并运用O-ring统计中的成对相关函数g(r)和g₁₂(r),研究了两个优势种的空间格局及其种内、种间的关联性。结果表明：岷江冷杉与糙皮桦径级分布连续，均呈倒“J”型。岷江冷杉与糙皮桦的不同径级个体主要呈现由聚集分布向随机分布发展的趋势。岷江冷杉的小树对幼树、中树对幼树、中树对小树以及大树对中树的种内相关性在所有空间尺度上均为显著正相关(P<0.05),而相同径级糙皮桦的种内相关性则表现为由显著正相关(P<0.05)逐渐向无显著相关(P>0.05)变化。随着空间尺度的增大，岷江冷杉的大树对幼树、大树和小树由无显著相关(P>0.05)逐渐向显著正相关(P<0.05)变化，糙皮桦的大树对幼树由显著负相关(P<0.05)逐渐向无显著相关(P>0.05)变化。岷江冷杉大树对糙皮桦所有径级个体的种间相关性主要呈现由为显...     

海南尖峰岭热带山地雨林林冠层树种功能多样性特征

以海南尖峰岭热带山地雨林3块1 hm²样地为研究对象,利用11个林冠功能性状结合样地地形及林冠乔木树种样地清查数据,分别基于单维性状和多维性状比较物种多度加权对群落功能离散度指数——平均成对距离(MPD)和平均最近类群距离(MNTD)的影响;同时分析林冠层功能丰富度(FRic)与物种丰富度之间的关系,最后利用零模型探讨不同生境类型下标准化效应MPD和MNTD(经过物种多度加权且剔除群落物种丰富度差异影响)的变化,进而评价林冠层群落水平功能多样性格局及其对局域生境异质性的响应.结果表明: 功能性状维度和物种多度对MPD的影响强烈,不同维度功能性状多度加权前后MPD相关性较弱(R=0.359～0.628);但对MNTD的影响相对较弱,不同维度功能性状多度加权前后MNTD相关性较强(R=0.746～0.820);未经物种多度加权的MPD和MNTD均普遍高估了林冠层的功能离散度.林冠层功能丰富度与物种丰富度基本呈指数相关关系(F=128.20;R²=0.632;AIC=97.72;P＜0.001),且功能丰富度很有可能存在一定的物种丰富度阈值.基于不同维度功能性状的林冠层功能多样性格局及其生境响应存在一定的差异性.在生物竞争激烈的低沟生境中,林冠层功能多样性倾向于比预期零模型随机产生的功能多样性高,林冠树种功能性状表现出离散分布;而在其他生境类型中,林冠层功能多样性倾向于接近或低于随机产生的功能多样性,林冠树种功能性状随机或聚集分布.     

中亚热带樟科3种植物幼苗叶结构型性状的种间差异及其相关性

为了揭示植物叶功能性状对全球气候变化的响应和适应规律,以樟科3种植物幼苗为研究对象,将其人工采集的种子经低温沙藏并于温室培育,然后将幼苗移栽到野外同质园中自然生长,研究中亚热带樟科植物刨花楠(Machilus pauhoi)、香樟(Cinnamomum camphora)和闽楠(Phoebe bournei)两年生幼苗生长季节9种叶结构型性状的种间差异及其相关性。结果显示,(1)在3种植物幼苗中,香樟叶面积、叶厚度、叶体积、叶氮磷比最大,叶氮浓度最高,叶组织密度最小;闽楠叶组织密度、叶干物质含量最大,叶磷浓度最高,叶面积、叶体积、比叶面积、叶氮磷比最小,叶氮浓度最低;刨花楠比叶面积最大,叶厚度、叶干物质含量最小,叶磷浓度最低;3种植物幼苗的叶厚度之间均无显著差异。(2)Pearson相关分析和线性回归分析结果表明,樟科3种植物幼苗的叶面积与叶体积间呈极显著正相关(P0.01)、与叶干物质含量间呈极显著负相关(P0.01)、与叶磷浓度间呈极显著负相关(P0.01)、与叶组织密度间呈显著负相关(P0.05)、与叶氮浓度间呈显著正相关(P0.05);叶厚度与比叶面积间呈显著负相关(P0.05)、与叶干物质含量间呈显著正相关(P0.05);叶体积与叶组织密度间呈极显著负相关(P0.01)、与叶氮浓度间呈极显著正相关(P0.01)、与叶磷浓度间呈显著负相关(P0.05);叶组织密度与叶磷浓度间呈显著正相关(P0.05);比叶面积与叶干物质含量间呈极显著负相关(P0.01)、与叶磷浓度间呈极显著负相关(P0.01);叶干物质含量与叶磷浓度间呈极显著正相关(P0.01)。这表明在同质园中生长的刨花楠、香樟和闽楠幼苗的9种叶结构型性状表现出一定的种间差异,不同物种同一叶结构型性状指标的大小顺序、种间差异及其显著性不同;3种植物幼苗不同叶结构型性状之间的相关性及其显著程度也不同。本研究结果为揭示樟科3种植物幼苗叶功能性状对全球气候变化的响应和适应规律提供了基础数据。     

接种肉苁蓉对梭梭天然林的影响研究

在新疆准噶尔盆地东南缘广泛分布的平缓低洼地、平缓沙地和半流动沙丘等不同生境类型的梭梭天然林内,进行人工接种肉苁蓉对梭梭天然林影响的试验研究。结果表明,接种肉苁蓉对梭梭天然林林下植被的种类组成、植株数量、植被盖度、物种多样性、生物量以及天然更新的幼苗幼树等都将产生不同程度的影响。其中,在平缓低洼地的梭梭天然林内,因挖接种穴和回填,林下植被的个体数损失4.1×104株.hm-2,占接种前林下植被个体总数的18%;林下植被的生物量损失35.64kg.hm-2,占接种前林下植被生物总量的14.9%;梭梭幼苗幼树的个体数损失1320株.hm-2,占接种前梭梭幼苗幼树个体总数的24.2%。在平缓沙地的梭梭天然林内,林下植被的个体数损失2.6×104株.hm-2,占接种前林下植被个体总数的49%;林下植被的生物量损失39.87kg.hm-2,占接种前林下植被生物总量的19.0%;梭梭幼苗幼树损失345株.hm-2,占接种前梭梭幼苗幼树的18.8%。在半流动沙丘的梭梭天然林内,林下植被的个体数损失2000株.hm-2,占接种前林下植被个体总数的5%;林下植被的生物量损失9.98kg.hm-2,占接种前林下植被生物总量的6.0%;梭梭幼苗幼树损失256株.hm-2,占接种前梭梭幼苗幼树的3.8%。受挖接种穴和回填直接影响的调查样方内,植物个体数减少26%~53%,植被总盖度减少46%~52%,物种多样性下降5%~13%,生态优势度提高2%~6%,梭梭天然更新幼苗幼树减少40%~75%,林下植被地上和地下部分的生物量损失25.2%~55.7%。