竹子扩张生态学研究:过程、后效与机制

竹子是竹亚科植物的总称,在人类文化与经济活动中扮演着重要角色,然而竹子也会向其邻近的生态系统不断入侵扩张,引发一系列生态环境问题。该综述试图从竹子扩张过程、扩张后效、扩张机制等方面,总结竹子扩张生态学方面取得的研究进展,以期为生态系统保护提供参考。综述认为:(1)竹子扩张过程主要包括地下渗透、地上成竹、竞争排斥和优势维持4个阶段;(2)竹子扩张不同程度地会影响邻近生态系统的群落组成与结构、生物多样性、土壤性质、生态过程与功能,并造成生态景观的破坏;(3)竹子扩张既与其生长快速、繁殖力强、形态多样、集团协同等内禀优势有关,也与邻近生态系统可入侵性有关;竹子可通过遮光、机械损伤、凋落物抑制、养分竞争与化感作用等直接或间接的竞争方式排斥其他植物,且自然或人类干扰有利于竹子扩张。因此,竹子扩张机制符合"内禀优势-资源机遇-干扰促进"的生物入侵假说。建议在未来环境变化背景下,加强竹子对环境变化的响应与适应、竹林-阔(针)叶林界面特征、竹子扩张过程与格局、扩张生态效应评价、竹子扩张防控与合理利用等领域的研究。     

常绿阔叶林植物叶片N、P化学计量特征对毛竹扩张的响应

为从生态化学计量内平衡角度解释常绿阔叶林不同层次植物对毛竹(Phyllostachys edulis)扩张的生存响应差异性,该研究采用空间代替时间的方法,在江西井冈山国家级自然保护区沿毛竹扩张方向选取典型毛竹-常绿阔叶林界面,依次设置毛竹林、竹阔混交林和常绿阔叶林样地,比较分析了毛竹扩张方向上样地内不同乔木层、灌木层、草本层植物叶片及土壤N、P含量及比例。结果表明:(1)从毛竹林到阔叶林,土壤N含量上升,P含量下降,N:P上升(P<0.05); 乔木层树种 [红楠(Machilus thunbergii)、赤杨叶(Alniphyllum fortunei)及交让木(Daphniphyllum macropodum)]叶片P含量下降,N:P上升(P<0.05); 除灌木层的红果山胡椒(Lindera erythrocarpa)外,各林分中的灌木层和草本层植物N、P含量及比例变化较小。(2)土壤N:P与乔木层、草本层和灌木层植物叶片N:P分布呈显著正相关、负相关与不相关。(3)在各林分中,毛竹叶片N、P含量及比例较稳定。综上认为,毛竹通过改变土壤N、P化学计量特征进行扩张,引起植物体N、P元素化学计量特征发生变化。灌木及草本植物受土壤异质性影响较小,但是乔木层植物N、P元素化学计量特征却因此失衡,这可能是阔叶林乔木层树种存亡受威胁的重要原因。     

赣中亚热带森林转换对土壤氮素矿化及有效性的影响

采用原位培养法和时空替代法,对江西中部亚热带常绿阔叶林、天然马尾松林、人工杉木林、人工马褂木林的土壤氮素矿化速率及其有效性进行了比较研究,以探讨森林转换对土壤氮素矿化作用的影响。结果表明：转换前后各森林土壤无机氮库（NH4 -N、NO3--N）及氮素矿化速率(氨化速率、硝化速率)均呈现明显的季节动态,NH4 -N库冬春较大,NO3--N库夏秋较大,氨化速率与硝化速率均以夏秋强烈。森林转换改变了土壤氮素矿化格局,常绿阔叶林转变成马尾松林、杉木林、马褂木林后,土壤年均氨化速率分别降低了110.67%、100.76%、96.20%,而硝化速率提高了54.92%、24.19%、 24.46%;马尾松林年均总净矿化速率与常绿阔叶林相近,杉木林、马褂木林分别降低了24.68%、26.01%;另外,除常绿阔叶林外,马尾松林、杉木林、马褂木林的土壤氮素矿化量都小于植被吸收量。这些研究结果说明亚热带地区常绿阔叶林转换成其它次生林会增加氮素流失的危险性,氮素缺乏会成为这些森林生长的限制因子。     

江西武夷山国家级自然保护区林下鸟类和兽类资源的红外相机监测

红外相机技术已成为野生动物监测的一种有效手段, 在自然保护区物种资源的清查中具有重要的应用价值。为了进一步完善江西武夷山国家级自然保护区鸟兽的编目信息, 2016年11月至2018年8月, 我们按样线法布设了52台红外相机进行连续监测。本次调查累计18,417个相机工作日, 拍摄到独立有效照片8,908张, 记录到野生兽类与鸟类共62种, 其中兽类20种, 隶属5目13科, 鸟类42种, 隶属5目14科。国家I级重点保护野生动物有2种, 即黑麂(Muntiacus crinifrons)和黄腹角雉(Tragopan caboti), 国家II级重点保护野生动物有亚洲黑熊(Ursus thibetanus)、毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)和中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii)等10种。被IUCN红色名录评估为易危的有4种, 近危的5种。兽类相对多度指数居于前三位的依次为小麂(Muntiacus reevesi)、藏酋猴(Macaca thibetana)和野猪(Sus scrofa); 鸟类相对多度指数位于前三位的是白鹇(Lophura nycthemera)、紫啸鸫(Myophonus caeruleus)和黑领噪鹛(Garrulax pectoralis)。物种相对多度指数沿海拔梯度呈现中部高、两侧低的单峰模式, 以800-1,200 m的区域最高。本文结果可为保护区的野生动物资源清查提供基础数据, 也为后续保护区管理政策的制定提供参考。     

森林木质藤本数量过度增长的机制与生态效应

木质藤本是维持森林物种多样性的组成部分。近年来，热带、亚热带森林尤其是次生林内的木质藤本数量的过度增长给森林的恢复和健康发展造成了威胁。至今，国内尚少有研究对森林木质藤本过多的现象、增长机制与生态效应进行综合认识。该文梳理国内外相关文献，从木质藤本数量增长的机制与生态效应进行分析和总结，综合相关研究认为：(1)木质藤本数量的增长与干旱化加剧、大气CO₂浓度上升、自然干扰和森林破碎化有关，在环境变化的情况下，木质藤本在形态、行为、生理等方面比树木更具优势，表现为更快的生长速率、更强的繁殖力和可塑性以及资源利用效率。(2)木质藤本主要通过遮荫胁迫、资源竞争和机械压力与损伤等方式对树木造成影响。(3)木质藤本过度增长在个体水平上会阻碍树木生长、生殖并引起树木死亡，在群落水平上会改变物种组成、降低多样性，在生态系统水平上会降低森林碳储量，改变碳、矿质养分和水分循环过程等。因此，建议结合野外长期监测与控制实验开展木质藤本数量动态与环境变化关系、森林干扰对木质藤本生长的影响、木质藤本对环境变化的响应及适应机理、木质藤本数量过度增长的生态效应评价研究。同时，应积极探索合理的森林...     

毛竹扩张对常绿阔叶林土壤氮素矿化及有效性的影响

采用时空替代法和PVC顶盖原位培养法,分析了江西大岗山毛竹扩张形成的竹-阔混交林与邻近常绿阔叶林土壤中的无机氮含量、氮矿化速率和吸收速率等指标.结果表明:两种林分土壤总无机氮含量时空变化趋势相同;竹-阔混交林年均矿化速率低于常绿阔叶林,前者以氨化作用为主,后者氨化作用与硝化作用相当,但生长季硝化作用明显占优势.两林分全年都以吸收NH4+-N为主,但生长季常绿阔叶林对NO3--N的吸收明显占优势.说明毛竹向常绿阔叶林扩张会增强土壤氮素氨化作用、减弱硝化作用和总矿化作用,同时也会增加对NH4+-N的吸收,减少对NO3--N和总无机氮的吸收.     

毛竹种群向常绿阔叶林扩张的细根策略

为了探讨毛竹(Phyllostachys pubescens)种群向常绿阔叶林扩张的根系策略,该文采用根钻法和内生长法,在江西大岗山选取毛竹林与阔叶林的交错区——竹阔界面(bamboo-broad-leaved forest interface),并垂直于界面连续设置毛竹林、毛竹与阔叶树的混交林(以下简称为竹阔混交林)、常绿阔叶林3种样地,比较分析其细根的空间分布格局、比根长、根长密度、生长速率和周转率等指标.结果表明:毛竹林细根生物量(1 201.60 g·m-2)＞竹阔混交林(601.18 g·m-2)＞常绿阔叶林(204.88g·m-2);在毛竹与阔叶树竞争的混交林中,毛竹细根分布趋向于上层土壤(与毛竹林细根相比),且其比根长也显著增加,平均增幅高达123.42％,总根长密度比阔叶树大2.1倍;同时,毛竹细根生长速率和周转率均高于阔叶树.这些结果说明毛竹可通过广布、精准、灵活、快速等细根竞争策略,提高资源获取能力,实现种群扩张.     

竹子扩张对阔叶林物种多样性的影响:两竹种的叠加效应

研究了不同扩张强度下毛竹和肿节少穗竹对江西武夷山常绿阔叶林群落结构和物种多样性的影响.结果表明: 毛竹、肿节少穗竹扩张都会不同程度地改变阔叶林群落结构与物种组成,两者同时高强度扩张时(毛竹30～50 ind·100 m^-2,肿节少穗竹300～500 ind·100 m^-2),群落的乔∶灌(密度比)由2∶8变成1∶9,竹∶木(密度比)由0∶10变成9∶1.毛竹、肿节少穗竹扩张对阔叶林物种多样性影响的主效应显著,毛竹主要影响乔木层,肿节少穗竹主要影响灌木层,但两种竹子的交互作用不显著.两种竹子同时扩张对群落生物多样性的影响存在叠加效应,尤其是高强度扩张使群落Shannon指数下降91.3%.毛竹与肿节少穗竹同时低强度扩张时,两者相互影响不大,但当达到一定密度后两者会相互竞争排斥.这表明,当常绿阔叶林同时遭受毛竹、肿节少穗竹扩张时,虽然二者交互作用不明显,但会通过叠加效应影响木本植物,导致阔叶林群落简单化.