长白山针阔混交林不同演替阶段群落系统发育和功能性状结构

群落构建一直是生态学研究的热点,基于系统发育和功能性状量化生境过滤、竞争排斥以及随机过程在群落构建中的作用,能够深入理解群落构建机制。本研究以长白山针阔混交林不同演替阶段的3个5.2 hm~2样地(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始椴树红松林)为平台,基于被子植物分类系统Ⅲ(Angiosperm Classification System,APGⅢ)构建的系统发育树和7个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、叶片氮含量、叶片磷含量、氮磷比、最大树高),结合环境数据,分析不同演替阶段群落系统发育和功能性状结构。研究表明:(1)各演替阶段7个植物功能性状都表现出显著的系统发育信号,表明植物功能性状受系统发育历史影响;(2)系统发育和功能性状结构在不同演替阶段和不同径级均为非随机状态。随着演替的推进群落系统发育和功能性状结构由聚集走向发散;随着径级的增加,系统发育和功能性状结构的聚集程度减小,表明随着演替阶段的进行和径级增大,竞争性排斥的作用逐渐明显;(3)各演替阶段系统发育和功能性状的周转都为非随机且不同因子对两者的解释力度存在差异。演替早期空间距离的解释力度小于环境距离,说明生境过滤在群落构建中的重要性,而在演替后期空间距离的解释力度大于环境距离,验证了扩散限制在群落构建中的重要性。     

赤峰市沙地油松林草本植物多样性及种间关联动态

研究了赤峰市天然沙地油松林草本植物群落物种多样性以及种间关联动态。在200m×200m的样地中,设置100个1m×1m草本样方,2009年69月份每月底调查样方内所有草本植物物种、多度、高度及盖度。分析结果表明,69月份共调查到草本植物32种,隶属于16科,24属。用多项指标进行物种多样性的测度,8月份草本植物物种数、丰富度最高。6、7月份草本植物群落的Simpson指数、Shannon-Wiener指数和均匀度指数最大,9月份最小。通过方差比率法(VR)和χ2检验的计算,对草本群落总体关联性和草本群落种间关联进行分析。结果表明,草本植物群落总体关联性在8月份为正关联,其它月份(6、7、9月份)均为负关联。69月份,草本植物群落总体关联性程度逐渐降低,由负相关逐渐变为不显著相关。群落总体相关性不显著,说明群落中物种间虽然存在一定联系,但仍然存在独立的分布格局。某一草本群落总体关联性随时间变化是在不断改变的,并不是单一的从负相关到正相关,或从相关到不相关。群落整体关联性随着生境的改变而发生变化。分析每月都出现的20个物种的种间关联,结果显示,69月份草本植物正负联结比值变动范围为0.3790.558;4个监测月份中负联结种对数均大于正联结种对数。69月份草本物种对之间的关联性也在随时间发生变化,说明随着群落内物种动态发育,群落组成在不同时期出现此消彼长的动态变化,不同物种的群落功能及相互关系也将发生改变,进而影响物种种间联结性。植物种对的正联结体现了植物利用资源的相似性和生态位的重叠性,植物种对的负联结体现了物种间的排斥性,这是长期适应不同微环境,利用不同空间资源的结果,也是生态位分离的反映。     

不同林龄阔叶红松林林下簇毛槭的性比格局及雌雄个体的空间分布

为探讨不同发育阶段林分下的雌雄异株植物与性别相关的性比格局和空间分布,以5.2 ha的中龄林和1.0 ha的老龄林固定监测样地内簇毛槭(Acer barbinerve)雌、雄植株的定位观测数据为基础,对比分析了长白山不同林龄的阔叶红松林中的已花簇毛槭的性比格局、空间分布及其与环境因子间的关系.研究结果表明:中龄林和老龄林中雌树的胸径均显著大于雄树,总体上性比极显著偏离1:1.随着树木的生长,性比由偏雄性转变为不再偏离1:1,这可能是因为雄树始花胸径较小所致.O-ring单变量点格局分析显示中龄林样地中的雌树和雄树符合异质性泊松分布,老龄林样地中的雌树和雄树均完全随机分布.O-ring双变量点格局分析显示,在随机标签假设下,中龄林中的雌树和雄树在1-4 m尺度上空间负相关,在4-100 m尺度上空间独立,老龄林中的雌树和雄树在所有尺度上空间独立.簇毛槭在中龄林和老龄林中不同的空间分布格局说明中龄林中簇毛槭分布的斑块性相对明显,随着林分的发育,郁闭度较高的老龄林样地中环境异质性降低,环境因子对簇毛槭分布的影响减弱.典范冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明在中龄林中,林分密度只能解释3.73%的雌树分布的变异,与雄树分布的相关性不显著,叶面积指数和非生物因子对雌树和雄树的影响均较弱;老龄林中簇毛槭的分布与生物因子和非生物因子的相关性均不显著.     

长白山次生林乔木树种空间分布格局

应用RipleyK函数，分析了长白山一个5．2hm^2次生林样地内乔木树种的空间分布以及主要乔木树种的幼树、小树、大树的空间分布和空间关系。结果表明：共调查到34种乔木，其中常见种27种，少见种7种，共计15688株；在27个常见种中，有23个种在空间上主要呈聚集分布，另外4个种主要表现为随机分布；在7个少见种中，均主要表现为随机分布；簇毛槭、假色槭、水曲柳、臭松和红松随着种群发育（幼树→小树→大树）聚集强度逐渐减弱，直至趋向于随机分布，其他树种的空间分布随种群发育未表现出明显的变化规律；在10个主要树种组成的45个种对中，有11个种对表现出显著正相关，1个种对为显著负相关。     

吉林蛟河针阔混交林树木生长的空间关联格局

以吉林蛟河21.12hm2(660m×320m)针阔混交林样地为对象,利用2009年和2014年森林生长观测数据,研究树木生长的空间自相关格局及其生境影响机制。在样地生境型划分结果的基础上,采用Ripley's L(r)函数分析不同生境型中树木种群空间分布特征;利用标记相关函数分析不同生境型中树木生长特征的空间关联格局。研究结果表明:(1)红松(生境型3:1—5m)、蒙古栎(生境型3:1—3m)、胡桃楸(生境型2:1—2m;生境型3:1—7m)、黄檗(生境型2:1—3m;生境型4:1—5m)、水曲柳(生境型3:1—2m;生境型4:1—2m)、瘤枝卫矛(生境型2:1—15m)在特定生境和空间尺度上呈随机分布,但空间格局仍以聚集性分布为主;其余10个物种则在全部0—30m尺度上呈聚集分布。(2)标记相关函数分析显示春榆、毛榛、色木槭、瘤枝卫矛和千金榆的径向生长至少在一个生境中表现出正相关格局;暴马丁香、胡桃楸、裂叶榆、瘤枝卫矛、水曲柳、紫椴、糠椴、毛榛、色木槭和白牛槭的径向生长至少在一个生境中表现出负相关格局;红松、黄檗、蒙古栎和簇毛槭的径向生长在全部尺度上均未检测到显著的空间关联格局。因此,不同树种径向生长的空间自相关特征不同,树种生长特征的空间关联格局具有明显的生境依赖性。     

冰雪灾害对江西九连山常绿阔叶林的影响

以江西九连山国家自然保护区常绿阔叶林为对象,研究林分不同层次优势种受灾程度,分析物种海拔、坡度对受灾程度的影响。结果表明:乔木上层和中层树木以断稍为主,乔木下层树木以断稍和腰折为主,小树和幼树以压弯为主。在平均受损指数MDI(Mean Damage Index)方面,乔木上层米槠MDI值最高,拟赤杨最低; 乔木中层鸭公树MDI值最高,浙江新木姜子最低; 乔木下层米槠MDI值最高,浙江新木姜子最低; 小树米槠MDI值最高,细枝柃最低; 幼树二列叶柃MDI值最高,狗骨柴最低。海拔对不同林分层次树木的部分受损指标有显著影响(P<0.05); 整体上,不同林分层次树木的受损指标在700～760 m海拔生境高于640～700 m海拔生境。不同坡度生境下树木的受损指标均无显著差异(P>0.05)。     

长白山温带森林不同演替阶段群落功能性状的空间变化

群落构建机制研究是生态学研究的热点。长白山自然保护区拥有完整的原始阔叶红松林生态系统, 近年来随着物种多样性丧失愈发严重, 对该地区开展群落构建机制研究显得尤为重要。该研究以长白山不同演替阶段的3块5.2 hm ²固定监测样地(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始椴树红松林)为研究对象, 通过采集样地内主要树种的6个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、叶氮含量、叶磷含量、最大树高), 分析不同空间尺度下(5 m × 5 m, 10 m × 10 m, 20 m × 20 m, 30 m × 30 m, 40 m × 40 m, 50 m × 50 m和60 m × 60 m)及不同演替阶段群落性状空间值的变化, 结合零模型的模拟结果对长白山温带森林演替过程中的群落构建机制进行讨论。结果表明: 种库大小对于研究结果具有重要影响。在较大的种库下, 环境过滤作用影响显著。而在样地水平进行研究时, 演替早期和中期, 群落性状空间值与零模型模拟值无显著差异, 在演替的晚期, 群落性状空间值显著高于零模型模拟值。结合多个群落功能多样性指数分析发现, 环境过滤和竞争作用共同决定该地区顶级群落的物种组成。在演替早期大量物种迁入, 群落内物种间存在强烈的资源竞争, 而随着演替进行, 部分物种逐渐被竞争排除出群落, 群落中的物种呈现明显的生态位分化, 竞争作用是维持物种共存的主要机制。     

阔叶红松林不同林层和生长阶段树木生长对采伐强度的响应

采伐是调整林分结构的重要手段。不同林层的树木对采伐强度有着不同的响应方式。但以往考察采伐对树木生长的影响时多采用定性或简单定量的方法(如按树高等距)划分森林的垂直层次, 这就忽略了同一林层内不同树种间和不同发育阶段树木生长的差异。该研究在吉林蛟河天然阔叶红松(Pinus koraiensis)林内建立轻度(胸高断面积采伐强度17.3%)、中度(34.7%)、重度(51.9%)采伐以及对照(不采伐)样地, 跟踪调查采伐后自然恢复2、4、7年保留木的生长动态。根据不同树种每一个体所处的林层位置和生长发育阶段, 将保留木划分为3个组别: 林冠层树种的成熟个体(I)、林冠层树种的未成熟个体(II)以及林下层树种的全部个体(III), 比较不同恢复时期各组别树木的生长对于采伐强度的响应差异。结果表明, 第II组树木的平均胸径相对生长速率(0.033 cm·cm^-1·a^-1)显著高于第I (0.016 cm·cm^-1·a^-1)和III组(0.018 cm·cm^-1·a^-1)。总体来看, 采伐促进了大多数林冠层优势树种(第I、II组)的生长, 尤其是第II组树木的相对生长速率随采伐强度的增加而增加, 但第I组树木的相对生长速率只在重度采伐样地显著高于对照样地。然而林冠层少见种的生长速率并未受到采伐活动的显著影响。值得注意的是, 第I和II组树木生长对于采伐的响应都存在一定的时间滞后, 伐后短期内(2年)采伐样地与对照样地的生长速率没有显著差异, 而采伐对树木生长的促进效果在伐后2-4年才开始出现, 并在随后的监测期内持续存在。各组别树木的相对生长速率均随初始胸径的增大而降低, 且这种负相关关系的斜率随采伐强度增加逐渐增大, 表明随着采伐强度增加, 较小的树木个体从减弱的竞争中获益更多, 呈现出更加明显的生长释放现象。     

长白山过渡带红松和鱼鳞云杉径向生长对气候因子的响应

利用树轮生态学方法, 研究了长白山阔叶红松林和暗针叶林过渡带优势树种红松(Pinus koraiensis)和鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)的生长特征及其与气候因子的关系, 以期揭示气候响应关系的种间差异性。结果表明, 红松和鱼鳞云杉年平均径向生长量与生理年龄显著相关, 红松先于鱼鳞云杉达到最大年生长量, 且红松年平均生长速率显著高于鱼鳞云杉(p < 0.001); 红松和鱼鳞云杉对气候的响应存在差异, 红松与7月份的月平均温度和降水显著正相关, 而鱼鳞云杉与5月平均温度显著正相关, 与5月降水显著负相关。响应面分析进一步证实, 红松生长主要与生长季温度和降水相关, 而生长季初期的降水是限制鱼鳞云杉生长的主要原因。全球变暖有利于红松径向生长, 红松种群有向高海拔上升的可能。     

随机区块法在空间点格局分析中的应用

利用一种以随机模拟技术为基础的空间点格局分析方法--随机区块法对长白山阔叶红松林中5个主要树种的空间格局及空间关系进行了分析.随机区块法利用ICS(t)=s2(t)/x(t)-1来衡量不同尺度t上空间点的分布格局,并通过随机模拟技术构建零假设的95%或99%置信区间,以确定空间点格局偏离零假设的显著性程度.结果表明,除蒙古栎、山荆子、怀槐为随机分布外,其它树种均在局部空间尺度上呈聚集分布;并且绝大多数种对或种组在局部空间尺度上呈正相关关系.随机区块法克服了小样方统计法研究尺度单一的问题,也避免了以空间点距离为基础的点格局分析过程中边缘效应带来的影响和误差,尤其是在多变量点格局分析中具有明显的优势.