七姊妹山常绿落叶阔叶混交林物种多样性格局及其环境解释

依托七姊妹山自然保护区6 hm²森林动态监测样地研究平台,基于样地和物种基本信息数据,采用多元回归树和冗余分析研究方法,探讨地形因子对生境的塑造作用及物种分布特征,分析不同群丛类型下物种多样性的变化规律。结果表明：(1)依据“1 SE”规则,4次分割依次以海拔(1 453 m)、坡度(23.13°)、海拔(1 398 m)、凹凸度(4.094)为分界点可将150个样地分为5个群丛。(2)冗余分析表明地形因子对物种分布解释量为0.077 6,解释率为16.36%,各环境因子对物种分布的解释力度依次为：海拔>坡度>凹凸度;坡向与物种的分布无显著相关性。(3)5个群丛中立木密度与胸高截面积最高的均为群丛5(527.4株/400 m²;3.495 cm²/株),立木密度与平均胸高截面积最低为群丛4(225.4株/400 m²;3.057 cm²/株)。(4)5个群丛中Shannon Winener丰富度指数与Simpson优势度指数最高的均为群丛2,最低的为群丛5,物种多样性尺度效应明显;Pielou均匀度指数最高为群丛4,最低为群丛5。(5)两两群丛间Jaccard相似性系数最低为群丛1 群丛2(0.331),最高的为群丛4 群丛5(0.645),海拔对β多样性格局影响较大。研究认为,七姊妹山自然保护区6 hm²样地地形因子对该区域生境的塑造具有一定作用,海拔、坡度、凹凸度组成的“环境筛”影响了该区域的物种分布及多样性格局。     

基于功能性状的水杉原生母树种群生境适应策略

植物的功能性状变异和表型可塑性是其应对异质生境的主要机制, 对植物的生长和分布有重要贡献。本文以湖北星斗山国家级自然保护区的水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生母树为研究对象, 分析了母树种群功能性状对树木形态、地形因子及人为干扰的响应机制。结果表明: 水杉原生母树叶面积、叶干重和比叶面积的变异幅度大, 可塑性较强, 而枝和叶的干物质含量稳定性最高。人为干扰和4个地形因子均对每个功能性状变异方差有5%-20%的解释度, 冠幅对枝、叶干物质含量的变异方差有高达38%和76%的解释度。5个功能性状主要受海拔、坡位和人为干扰影响, 其中, 比叶面积对环境因子和干扰的响应规律不明显, 叶面积和叶干重在强烈人为干扰的环境中普遍增大, 枝和叶的干物质含量对坡向的变化最敏感。总之, 水杉原生母树种群通过功能性状变异对环境能产生一定的可塑性响应, 但人为干扰对母树生长影响较大, 建议人工辅助更新, 并适度减少农业和建筑对现存母树的影响。     

土壤养分对不同生活型植物叶功能性状的影响

以湖北星斗山国家级自然保护区50个亚热带常绿落叶阔叶混交林样地为研究对象,通过样本分析对不同生活型植物（灌木、乔木和木质藤本）的叶功能性状和森林土壤养分进行了测定,并采用冗余分析(RDA)和逐步回归分析了该地区土壤养分对不同生活型木本植物叶功能性状的影响。结果表明：（1）研究区内3种生活型植物的叶功能性状中灌木的比叶面积（SLA）平均值(319.87 cm·g^-1)最高,乔木的叶干物质含量（LDMC）平均值(0.40 g·g^-1)最高,木质藤本的叶面积（LA）、叶厚度（LT）、叶全氮含量(LTN)和叶全磷含量（LTP）平均值最高,分别为：105.07 cm²、0.24 mm、20.10 mg·kg^-1和1.19 mg·kg^-1;3种生活型的LDMC、LTN分布都较为集中,而LA、SLA、LTN都呈右偏分布,但LT、LTP的分布乔木呈左偏分布,而灌木和木质藤本均呈右偏分布。（2）研究区域的土壤pH值为3.81~4.95,全部为酸性土壤;土壤有机质含量在4.57%~12.05%之间,平均为7.79%;土壤速效钾和碱解氮含量分别为64.52~339.29和82.83~678.15 mg·kg^-1,全氮、全磷、速效磷含量平均值分别为5.48 mg·kg^-1、0.46 mg·kg^-1和0.39 mg·kg^-1。（3）在3种不同生活型叶性状的变异中,土壤养分对木质藤本的解释度最大（24%）,其次是灌木(15%),而对乔木解释最低(13%);乔木和木质藤本受到土壤有机质影响较大,灌木受到速效钾影响较大,虽然影响不同生活型叶功能性状的主要因子有所差别,但是其主要的影响因子均为土壤有机质、土壤全磷、速效钾。研究认为,星斗山国家级自然保护区土壤能够在一定程度上解释不同生活型植物叶功能性状变异,并且影响程度存在差异,这种差异有利于该地区物种共存和生物多样性维持。     

湖北木林子保护区山矾属植物空间分布格局及其关联性

物种共存机制是生态学研究的重要问题。以同属物种山矾、光叶山矾为研究对象，分析其空间分布格局和种内、种间关联性特征。将山矾、光叶山矾分为4个径级，分别归属幼树、小树、中树和成年树4个生长阶段。采用单变量成对相关函数分析空间分布格局特征；双变量成对相关函数分析种内、种间关联性。结果显示：山矾和光叶山矾径级结构基本一致，均属增长型种群。在完全空间随机模型下，山矾和光叶山矾主要呈聚集分布，逐渐过渡为均匀分布；在异质泊松模型下，只在小尺度上聚集，较大尺度范围呈随机分布。种内关联上，山矾各生长阶段主要呈正关联，逐渐向无关联过渡，光叶山矾除小树与成年树外，其余均呈正关联；排除生境异质性影响后，小尺度呈正关联，其余尺度无关联。种间关联上，在幼树、小树物种对中主要呈负关联，中树、成年树物种对中多为无关联。研究表明，同属物种山矾和光叶山矾呈种内聚集、种间分离的空间构型，在竞争排除作用下实现同属共存，有利于亚热带常绿落叶阔叶混交林群落结构稳定和物种多样性维持。     

木林子大样地两个木姜子属物种空间分布格局及关联性

该文以湖北木林子国家级自然保护区15 hm2大样地同属物种[木姜子(Litsea pungens)和黄丹木姜子(L. elongata)]为研究对象,通过成对相关函数和不同零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型和先决条件模型)的方法分析两个物种的空间分布格局、种内和种间空间关联性,从同属物种的空间分布格局角度探讨群落的构建机制。结果表明:(1)种群空间分布格局研究中,两个种的空间分布格局大致为聚集分布。基于CSR零模型,木姜子和不同径级(幼树、小树、中树和成年树)的聚集尺度分别为0~114 m、0~103 m、0~56 m、0~34 m和0~16 m,黄丹木姜子和不同径级的聚集尺度分别为0~150 m、0~150 m、0~59 m、0~56m和0~14 m;基于HP零模型,木姜子整体的空间分布格局聚集尺度为0~23 m,其中幼树、小树和中树均在0~22 m呈现聚集分布,成年树仅在0~3 m尺度上表现为聚集分布,黄丹木姜子整体的空间分布格局聚集尺度为0~36 m、140~150 m,各径级的聚集尺度分别为0~35 m、0~35 m、0~12 m和0~6 m。(2)种内关联性研究中,木姜子和黄丹木姜子不同径级个体种内关联在小尺度上基本呈现正关联,随着尺度的增大变为微弱的无关联或负关联。(3)种间关联研究中,木姜子对黄丹木姜子和黄丹木姜子对木姜子的空间关系大致相同。总体上,两物种之间均体现为在30 m尺度内对另外一个物种呈现正关联,40~68 m尺度内呈现负关联;不同径级之间都表现为无关联,偶尔出现正关联或负关联。研究认为,种群空间分布格局基本上为聚集分布,其主要受到生境异质性和扩散限制的影响,木林子大样地中木姜子和黄丹木姜子空间分布格局存在相似性,而不同的生境偏好可能是导致两同属物种共存的原因。     

湖北星斗山地形变化对不同生活型植物叶功能性状的影响

探究地形变化对不同生活型植物叶功能性状的影响有助于深入理解森林群落物种组成的维持特征。该研究以湖北星斗山常绿落叶阔叶混交林为研究对象, 测量了50个样地中224种木本植物的叶面积、叶厚度、叶干质量、叶干物质含量和比叶面积, 运用单因素方差分析揭示了乔木、灌木和木质藤本的叶功能性状变异特征, 并采用偏曼特尔检验分别从群落水平和物种水平分析了地形变化对不同生活型木本植物叶功能性状的影响。研究发现: 不同生活型植物叶性状变异系数分布范围为23.42%-110.45%; 不同生活型之间的植物叶功能性状差异明显。群落水平上, 海拔与乔木叶干质量、灌木叶面积和木质藤本叶厚度显著正相关, 坡度仅对灌木和木质藤本比叶面积具有显著影响, 坡向与灌木叶厚度、叶干质量和比叶面积显著正相关。物种水平上, 海拔比坡度和坡向对植物叶功能性状影响更为显著, 且不同物种对地形变化的敏感度不一致; 在控制空间结构影响后, 地形因子对植物叶功能性状的影响降低。该研究结果表明, 不同生活型植物的叶功能性状对地形变化的响应格局不同, 这可能是星斗山常绿落叶阔叶混交林植物多样性的主要维持机制。     

星斗山常绿落叶阔叶混交林木本植物叶功能性状及其多样性特征分析

为探究亚热带常绿落叶阔叶混交林中木本植物叶功能性状的变异特征,以及群落功能多样性在海拔梯度下的响应规律。该研究以鄂西南地区的星斗山国家级自然保护区海拔1 200～1 700 m的常绿落叶阔叶混交林为研究对象,对群落内木本植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶厚度(LT)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)6种叶功能性状的变异特征进行了分析,并分析了群落水平下木本植物叶功能性状和功能多样性对海拔变化的响应。结果表明:(1)星斗山保护区内木本植物叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶厚度、叶氮含量和叶磷含量平均值分别为151.49 cm~2、247.98 cm~2/g、34.08%、0.21 mm、16.59 mg/g和0.04 mg/g,其变异幅度依次为206.96%、57.00%、28.15%、52.38%、24.83%和76.92%。(2)在植物科、叶习性、生活型和树高4个因素中,科类群对6种叶功能性状的影响最大,其次为叶习性。(3)海拔对叶面积、叶干物质含量、叶磷含量影响极显著(P0.001),但对比叶面积、叶厚度和叶氮含量无显著影响(P0.05)。(4)不同海拔梯度上群落生物承载量、功能丰富度、功能分离度和功能离散度均达到显著差异(P0.05),仅功能均匀度在海拔梯度上差异不显著。     

不同温度条件下PEG模拟干旱胁迫对水杉种子萌发的影响

水杉原生种群天然更新极差,林下鲜见幼苗和幼树,种子萌发率低是造成天然更新困难的重要因素。为探究其种子萌发率低是否与水杉母树原生地春季低温有关,该文利用恒温培养箱设置3种恒温处理(15、20、25 ℃)和1种变温处理(12 ℃/12 h和24 ℃/12 h,每24 h交替),并设置5种不同浓度的聚乙二醇(PEG-6000,0、0.05、0.10、0.15、0.20 g·mL^-1)模拟干旱胁迫,来研究干旱胁迫对水杉种子萌发的影响。结果表明:(1)实验所设置的温度对水杉种子萌发无显著影响(P>0.05),变温条件下的水杉种子平均发芽率和发芽势均为最高,分别为46.75%和21.25%;(2)不同浓度的PEG-6000溶液对其种子萌发产生显著影响(P<0.05),水杉在15 ℃或25 ℃下,低浓度的PEG-6000溶液(0～0.10 g·mL^-1)对水杉种子的发芽势和发芽指数有促进作用,高浓度(>0.10 g·mL^-1)的PEG-6000溶液对水杉种子的萌发有抑制作用,且随着浓度的增大抑制作用也随之增强,直到浓度增大为0.20 g·mL^-1 时,水杉种子不再萌发。原生地春季低温并不是造成水杉原生种群天然更新困难的因素,适当的干旱胁迫有利于增强水杉种子发芽势和发芽指数,促使出苗整齐。     

水杉原生种群核心种质资源的繁殖特性

水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生种群天然更新困难, 为探究其原因是否与繁殖特性有关, 本文以其核心种质资源(40株个体)为对象, 通过对生境、母树个体和种子性状的调查, 并结合田间播种试验, 分析其繁殖特性。以方差分析检测不同母树个体间种子性状、发芽率和幼苗生长特征的差异; 采用相关性分析和多元线性回归模型分析个体性状对其种子、发芽率及幼苗生长的影响; 通过Logistic模型拟合, 分析幼苗生长的节律参数。结果显示: (1) 40株母树个体仅有7株产种, 产种率仅为17.50%, 且不同母树个体间产种量差异显著(P < 0.05)。(2)不同母树个体间的种子千粒重、种子发芽率、幼苗存活率和基径生长量均存在显著差异(P < 0.05)。(3) 7株母树个体种子的平均发芽率为19.73%, 幼苗平均存活率为73.42%, 不同母树之间差异显著(P < 0.05)。(4)母树个体的胸径与种子千粒重、种子发芽率呈显著负相关(P < 0.05), 种子发芽率与幼苗存活率呈极显著正相关(P < 0.001), 树高与幼苗存活率呈显著正相关(P < 0.05)、与幼苗基径呈极显著正相关(P < 0.001)。(5)母树树高对幼苗存活率有显著正效应(P < 0.05), 胸径对种子发芽率有显著负效应(P < 0.05)。(6)苗高、基径的生长符合“S”型生长曲线(R ² ≥ 0.928)。水杉原生种群产种量低, 种子发芽率低、幼苗存活率较低, 且不同母树之间差异显著可能是造成其天然更新困难的原因。     

水杉原生种群结构及空间分布格局

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是我国特有濒危极小种群物种, 其种群的状态一直被国内外学者广泛关注。分析现存水杉原生种群结构和空间分布格局及其空间关联性, 可以从空间格局角度深入认识水杉原生种群结构和分布格局及可能的形成机理。本文基于湖北利川境内水杉原生种群的野外调查数据, 分析其径级和高度级结构, 同时运用点格局分析中的成对相关函数g(r)以及3个零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型、先决条件模型)分析水杉原生种群空间分布格局、各龄级空间分布格局及空间关联性。结果表明: (1)分布于研究区域内的水杉原生种群个体数共5,663株, 已死亡33株, 现存活5,630株, 其中40株濒临死亡, 465株处于衰弱状态, 部分个体呈现不同的形态特征和生长状况, 断梢和蚁害最为常见, 雷击是最致命的危害。(2)水杉原生种群结构分析显示, 其径级结构和高度级结构均呈纺锤型, 自然更新不良。(3)基于完全空间随机模型, 水杉原生种群在各尺度下均呈现聚集分布, 中龄树在较小尺度(r < 3,300 m)上呈现聚集分布, 成年树和老龄树在较大尺度(r < 4,700 m)上呈现聚集分布; 排除生境异质性影响后, 聚集尺度均减小, 所以种群及不同龄级的聚集尺度分别为0-3,000 m、0-2,100 m、0-2,900 m和0-2,500 m, 随后呈现为微弱的随机分布和均匀分布。(4)基于完全空间随机模型, 3个龄级之间在所有尺度均为正关联; 在排除生境异质性影响后, 不同龄级的正关联尺度减小, 均在0-2,800 m呈正关联。综上, 水杉原生种群个体数量正呈现逐步减少的趋势, 种群主要呈聚集分布, 各个龄级间具有正向的关系, 从现有的空间格局来看, 生境异质性、扩散限制和种内竞争是导致该格局的主要原因。