鼎湖山马尾松林营养元素的分布和生物循环特征

较系统地研究了鼎湖山马尾松林营养元素的分布和生物循环情况。马尾松林内各组分营养元素浓度总的规律为：针叶－细根－林下层植物－凋落物－树皮－树干;在树皮,树干和凋落物组分中各营养元素的排序为：Ｎ－Ｃａ－Ｋ－Ｍｇ－Ｐ,其它组分中则为：Ｎ－Ｋ－Ｃａ－Ｐ－Ｍｇ。马尾松林各营养元素的总贮量（ｋｇ／ｈｍ＾２）为：２２７８．５１（Ｎ＊）,２８０．０１（Ｐ）,５６７．９０（Ｋ）,４５６．８４（Ｃａ）,１４４．７６（     

利用植物DNA条形码构建亚热带森林群落系统发育关系——以鼎湖山样地为例

在群落水平上重建植物系统发育关系是当前植物系统学研究的一项重要内容;DNA条形码技术的出现为这一工作的开展提供了便利。本文选取国际通用的植物DNA条形码（rbcL,matK和psbA trnH）,对鼎湖山大样地的183个物种（隶属于24目51科110属）进行测序;分别利用两位点和三位点DNA条形码组合构建该样地植物群落的系统发育关系,并比较不同位点组合构建出的群落系统发育关系的拓扑结构和节点支持率;最后选出一个具有最好拓扑结构和最高节点支持率的鼎湖山大样地群落系统发育关系。在目、科和属这三个水平上,三位点条形码片段组合构建的群落系统发育关系与APG系统获得较好匹配;有些进化分支在相应的APG系统位置解决得不好,却在条形码序列构建的系统发育关系中得到了较好解决。表明综合使用不同进化速率的DNA条形码片段并采取三位点超级矩阵的组合策略,在未采用APG系统大框架的情况下,也能快速而又相对准确地构建出鼎湖山南亚热带森林植物群落的系统发育关系。     

Species Abundance in a Forest Community in South China: A Case of Poisson Lognormal Distribution

Case studies on Poisson lognormal distribution of species abundance have been rare, especially in forest communities. We propose a numerical method to fit the Poisson lognormal to the species abundance data at an evergreen mixed forest in the Dinghushan Biosphere Reserve, South China. Plants in the tree, shrub and herb layers in 25 quadrats of 20 m×20 m, 5 m×5 m, and 1 m×1 m were surveyed. Results indicated that: (i) for each layer, the observed species abundance with a similarly small median, mode, and a variance larger than the mean was reverse J-shaped and followed well the zero-truncated Poisson lognormal;(ii) the coefficient of variation, skewness and kurtosis of abundance, and two Poisson lognormal parameters (σ andμ) for shrub layer were closer to those for the herb layer than those for the tree layer; and (iii) from the tree to the shrub to the herb layer, the σ and the coefficient of variation decreased, whereas diversity increased. We suggest that: (i) the species abundance distributions in the three layers reflects the overall community characteristics; (ii) the Poisson lognormal can describe the species abundance distribution in diverse communities with a few abundant species but many rare species; and (iii) 1/σ should be an alternative measure of diversity.     

南亚热带典型森林演替类型粗死木质残体贮量及其对碳循环的潜在影响

森林生态系统中的粗死木质残体(Coarse woody debris, CWD)不仅能够为其它生物提供生境,维持森林结构,而且对生物地球化学循环起着不可忽视的作用,CWD作为森林生态系统中重要的结构和功能元素,已经引起广泛关注。然而,华南地区典型亚热带森林生态系统中CWD的结构和功能方面的研究很少。该文报道了鼎湖山自然保护区内典型南亚热带森林生态系统中CWD的贮量及其特征,所选择的森林包括马尾松(Pinus massoniana)林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林,它们分别代表该气候区域内处于森林演替早期、中期和后期3个阶段的森林类型。其中马尾松林和针阔叶混交林都起源于20世纪30年代人工种植的马尾松纯林,由于长期受到包括收割松针、CWD和林下层植物等在内的人为活动的干扰,到2003年调查时马尾松林仍属于针叶林;而混交林样地自种植之后就未受到人为活动的干扰,自然过渡为针阔叶混交林类型。人为干扰对马尾松人工林的结构和功能产生了巨大的影响,马尾松林的生物量仅为针阔叶混交林生物量的35%。组成马尾松林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林CWD的树种数量分别为7、18和29;马尾松林中几乎没有CWD存在(贮量仅为0.1 Mg C·hm^-2),针阔叶混交林CWD的贮量为8.7 Mg C·hm^-2,季风常绿阔叶林CWD的贮量为13.2 Mg C·hm^-2,分别占地上部分生物量的9.1%和11.3%;针阔叶混交林和季风常绿阔叶林中只有将近10%的CWD以枯立的方式存在。该区域内CWD的分解速率较快,在区域碳循环中将扮演重要角色,保留林地中的CWD是维持本区域森林生产力和森林可持续管理的重要举措。     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林植物和土壤微量元素含量

报道了鼎湖山南亚热带常绿阔叶林各层次植物和表层土壤(0～20 cm)四个微量元素(Cu、Fe、Mn和 Zn)的含量和分配格局。结果表明:(1)土壤有效Cu、Fe、Mn和Zn含量(mg／kg)平均值依次为0．72、140．85、 1．42和1．92;(2)所有植物叶片Cu、Fe、Mn和Zn元素含量(mg／kg)分别介于6．1～100．6、6．5～1027．5、46．3 ～1196．7和27．0～338．6,其中乔木层植物叶片微量元素含量(mg／kg)平均值表现为Mn(305．3)>Fe (259．3)>Zn(109．9)>Cu(19．3),而其它植物表现为Fe(586．4)>Mn(336．9)>Zn(141．4)>Cu(36．6);(3) 植物微量元素在各器官的分配格局随元素和植物所在的层次不同而异:乔木层植物Cu含量高低排序为干> 根>枝>叶>皮,Fe为根>皮>叶>枝>干;Mn为叶>皮>枝>根>干;Zn为叶>根>枝>皮>干;(4)在 群落垂直结构上,Fe元素含量表现为自上而下递增的趋势,而Cu、Mn和Zn含量规律不明显;(5)植物和土壤 的微量元素与微量元素间相关性均较差;(6)与亚热带其它森林相比,鼎湖山季风常绿阔叶林土壤Cu、Mn和 Zn含量较低,但乔木层植物因具有很强的吸收或富集能力而含量较高。     

南亚热带常绿阔叶林林冠不同部位藤本植物的光合生理特征及其对环境因子的适应

对南亚热带常绿阔叶林中着生在林冠层不同部位的4种藤本植物(白背瓜馥木(Fissistigma glaucescens)、瓜子金(Dischidia chinensis)、蔓九节(Psychotria serpens)和山蒌(Piper hancei))的光合生理生态特性进行比较, 探讨着生在林冠不同部位的藤本植物的光合生理特性随光照、温度、湿度等变化的规律。结果表明, 鼎湖山南亚热带常绿阔叶林微生境由上至下发生了较大变化, 相对于林内, 冠层顶部具有高温、高光强、低湿度的特征。受这些变化的环境因子的影响, 着生在林冠不同部位的藤本植物之间的光合生理特征存在着较大差异: 着生于林冠层中上部的瓜子金和蔓九节的最大净光合速率分别为(2.9 ± 0.6)和(6.3 ± 1.3) μmol CO₂·m^-2·s^-1, 光饱和点为(168.5 ± 83.4)和(231.4 ± 147.8) μmol·m^-2·s^-1, 显著小于位于冠层下部的白背瓜馥木和山蒌的最大净光合速率值(8.9 ± 2.9)和(8.6 ± 2.3) μmol CO₂·m^-2·s^-1以及光饱和点值(491.6 ± 230.8)和(402.3 ± 112.8) μmol·m^-2·s^-1。瓜子金和蔓九节的光补偿点值为(16.1 ± 5.9)和(10.1 ± 5.7) μmol·m^-2·s^-1, 水分利用效率值为(11.5 ± 3.9)和(8.7 ± 1.6) μmol CO₂·mmol^-1 H₂O, 显著大于林内的白背瓜馥木和山蒌的光补偿点值(5.6 ± 1.9)和(5.4 ± 1.7) μmol·m^-2·s^-1以及水分利用效率值(6.7 ± 1.8)和(6.8 ± 1.3) μmol CO₂·mmol^-1 H₂O。这些光合生理指标的变化显示出植物对不同的温度、光照、湿度的适应, 是植物适应环境条件的重要表现。     

鼎湖山的鸟类与考察研究历史

鼎湖山作为中国大陆第一个自然保护区,保存有完整的南亚热带季风常绿阔叶林,是华南生物多样性热点区域。保护区鸟类资源丰富,但历史研究资料较为零散,至今没有完整的鸟类编目。本文通过系统整理1913至2019年发表的文献,分析了保护区鸟类资源的变化情况以及受胁因素。区内共记录鸟类17目64科267种,其中国家重点保护鸟类45种。区系组成以东洋界种类占优,占繁殖鸟类总数的78.48%。居留型方面,迁徙鸟有144种,留鸟118种,另有5种鸟类在鼎湖山既有迁徙也有定居。文献资料显示,保护区的鸟类学研究涉及种群、群落、行为及繁殖等,以白鹇(Lophura nycthemera)的种群生态学以及不同植被演替序列中鸟类群落研究较为深入。对比历史鸟类编目信息发现,近30多年来保护区及周边水鸟种类显著减少,如鸻形目物种,这与城镇化高速发展导致沼泽、池塘、水田等湿地面积大幅减少有关。2013至2019年野外固定监测发现了斑尾鹃鸠(Macropygia unchall)等15种保护区鸟类分布新记录种,以迁徙鸟为主。保护区未来应全面建立鸟类多样性长期固定监测体系,加强鸟类生活史、种间社会组织、群落构建机制等热点理论研究;并整合其他动植物多类群互作网络,阐明动植物功能多样性与生态系统稳定性之间的内在规律,为保护区野生动物保护与管理提供科学依据。     

鼎湖山不同演替阶段森林土壤水分时空变异研究

土壤水分作为森林生态系统水分蓄库的主体,森林土壤水分储量及其时空动态与变异对揭示区域植被恢复与气候变化背景下的森林生态系统水文过程响应与服务功能变化机制具有重要意义。本研究以南亚热带地区典型森林植被演替序列马尾松人工林（Pinus massoniana coniferous forest,PF）-马尾松针阔叶混交林（mixed Pinus massoniana/broad-leaved forest,MF）-季风常绿阔叶林（monsoon evergreen broad-leaved forest,MEBF）为研究对象,依托中国生态系统研究网络森林样地建设与监测统一规范对鼎湖山森林生态系统定位站站区内分布的上述森林类型土壤水分的长期定位观测（2005-2015年）,通过分析各演替阶段森林土壤不同土层（0-15、15-30、30-45、45-60、60-75和75-90 cm）土壤体积含水量观测数据,探究该区域森林植被恢复过程中的土壤水分变化及其时空变异。结果表明：在雨热同期且干湿季明显的南亚热带地区,鼎湖山森林土壤储水量及其时间动态受降雨量的影响显著,森林土壤层对降雨具有强烈的调蓄和稳定作用,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,调蓄水分能力逐步增强。林型间,由初期阶段PF到顶级群落MEBF,森林土壤水分储量逐渐提高,且演替后期林型相对于早期林型,土壤储水量均呈现为较小的年际与年内变幅。干、湿季而言,干季时林型间的土壤储水量差异大于湿季,干季时MEBF和MF土壤含水量分别是PF的1.33倍和1.11倍。从土壤含水量的干、湿季期间变异来看,不同林型各土层土壤含水量的变异系数大小均表现为干季大于湿季;垂直剖面方向上,突出表现为无论干湿季MEBF各层土壤含水量变异均比其他两种林型较为缓和,充分体现了MEBF优越的土壤水分时空调配能力。整体上,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,土壤水分储量及其稳定性逐步提升。     

鼎湖山三种主要林型水文学过程中总有机碳浓度对比

为了解碳在森林内部以及群落演替过程中的转运动态 ,对鼎湖山 3种主要林型 (马尾松林 ,马尾松针阔混交林和季风常绿阔叶林 )森林水文学过程中总有机碳 (total organic carbon,TOC)浓度进行了一个雨季的观测 ,结果发现 :(1)穿透水中 TOC浓度相对大气降水中 TOC浓度的增量为 :季风常绿阔叶林 >马尾松针阔混交林 1>马尾松针阔混交林 2 >马尾松林 ;(2 )树干茎流平均 TOC浓度为 :马尾松林 >马尾松针阔混交林 2 >马尾松针阔混交林 1>季风常绿阔叶林 ;(3)各林内土壤水 TOC浓度差异不明显 ,但根系层 (2 5～ 30 cm)土壤水 TOC浓度均大于母质层 (5 0～ 80 cm) TOC浓度 ;(4 )马尾松林的溪水具有较高的 TOC浓度和较大的月际波动 ;(5 )总体上 ,整个森林水文学过程中 ,3种林型 TOC浓度变化趋势相似 ,均为 :树干茎流 >穿透水 >根系层土壤水 >母质层土壤水 >溪水 ,但变化幅度不同 :马尾松林的变化幅度最大 ,季风林的最小 ,而两个混交林居中。这表明 ,(1)森林演替过程中 ,林冠层结构、树种构成等的改变可能引起森林水文学过程中 TOC浓度的变化 ;(2 )森林水文学过程转运的碳主要储存在森林内部 ;(3)成熟森林的抗干扰能力高于先锋群落     

鼎湖山马尾松林植物养分积累动态及其对人为干扰的响应

 通过处理（根据当地习惯收割凋落物和林下层植物）和保护（无任何人为干扰）样地的比较试验,在10年时间里（1990～2000年）研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松 (Pinus massoniana) 林群落植物养分积累动态及其对人为干扰的响应,在此基础上深入和较系统地分析讨论了不同的经营措施对马尾松林可持续性的影响,为我国目前大面积的退化马尾松林恢复和马尾松林可持续性管理提供理论依据。结果表明：1990～1995年,5年时间里由于人为干扰活动而直接从处理样地取走的各元素养分量,在林下层为（kg·hm－2）：132.72 (N)、4.72 (P)、63.32 (K)、23.51 (Ca)和7.00 (Mg),在地表凋落物为（kg·hm－2）：48.93 (N)、1.85 (P)、17.28 (K)、19.25 (Ca)和2.92 (Mg)。1990～2000年,保护样地林下层和地表凋落物各元素养分贮量分别以39%～41%和37%～38%的年平均增长速率逐年提高,至1995年达到高峰,之后各元素贮量在林下层和地表凋落物均以14%的年平均速率下降。在处理样地,1990～1995年期间各元素贮量在林下层年平均积累速率为17%,之后（1995～2000年期间）则为26%;与此同时,各元素贮量在地表凋落物年平均积累速率为22%～23%,之后（1995～2000年期间）则为28%。在整个试验过程,马尾松林乔木层养分元素总贮量随时间而增加,但其增加的速率随时间和样地不同而异。1990～1995年,保护样地乔木层养分元素总贮量增加了34.9%～38.1%,较处理样地（收获林下层和凋落物）总贮量增加的百分比（29.3%～33.5%）高。然而,1995～2000年,保护样地乔木层养分元素总贮量增加的百分比为26.3%～28.9%,较处理样地（1995～2000年也停止人为干扰）总贮量增加的百分比（28.8%～32.1%）低。可见,1990～1995年,人为干扰活动导致处理样地马尾松林乔木层养分元素年平均积累量降低约1.58%～1.72%,即年平均增长量约减少0.12～2.39 kg·hm－2（2.39 (N)、0.12 (P)、0.77 (K)、1.98 (Ca)、0.29 (Mg)）,这些量约相当于每年通过林下层和凋落物收割活动而直接从林地中取走的养分总量的6%～19%。正是由于长期以来受收割林下层和凋落物这种人为干扰的影响,鼎湖山马尾松林乔木层养分贮量较低。这种利用方式不仅直接从林地中取走大量的养分而且还对林地肥力产生间接的负面影响,其结果使该退化林地不能恢复或继续退化。作者建议的森林利用方法代替目前收割林下层和凋落物方式,既可以满足当地居民燃料的需求还有利于马尾松林的自然恢复。