浙江天童常绿阔叶林林冠结构与群落物种组成的关系

森林林冠结构能改变林下微气候条件, 可能会形成独立于地面生境的空间结构, 进而影响群落物种组成差异。该研究利用机载激光雷达获取浙江天童20 hm²常绿阔叶林样地的高精度林冠结构信息, 初步探讨了林冠结构与群落物种组成差异的关系, 结果表明: (1)未考虑林冠结构时, 独立于地面生境的空间结构是天童样地群落物种组成差异的重要影响因子, 在100 m²、400 m²、2 500 m²样方尺度上, 其对群落物种组成差异的解释率分别为25.2%、28.1%、8.0%。(2)考虑林冠结构后, 林冠结构使独立于地面生境的空间结构对群落物种组成差异的解释率降低了约1/3 (26.2%-36.0%)。(3)林冠结构因子中, 林冠高度对群落物种组成差异影响最大, 其次为林冠内部结构; 随样方尺度增大, 林冠高度对群落物种组成差异的影响降低, 林冠内部结构的影响逐渐增加。该研究结果证明了林冠结构是独立于地面生境的空间结构的主要驱动因子, 对天童植物群落物种组成差异具有不可忽视的重要作用。这些结果明晰了林冠结构因子中林冠高度和内部结构的重要性。     

常绿阔叶林片段中木荷凋落叶分解速率及中小型土壤节肢动物群落的结构动态

2004年6月—2006年4月,选择浙、闽、赣交界山地的4个森林片段作为研究地点,并以浙西的古田山国家级自然保护区作为连续森林对照,采用尼龙网袋法,研究了不同常绿阔叶林群落优势种木荷凋落叶的分解速率及土壤节肢动物群落的结构和动态.结果表明:5个研究地共获土壤节肢动物1050个,分属8纲23目,其中鳞翅目、膜翅目、弹尾目和双翅目占个体总数的10%以上,为该地区的优势类群.片段化对群落物种组成的影响主要体现在稀有类群的差异上.不同分解阶段各种土壤节肢动物类群优势度因其功能的不同而各异.经过2年的分解,各研究地木荷凋落叶损失量为60%～70%,研究地凋落物中土壤节肢动物的各项多样性指标均有一定的变化,且与连续森林的变化规律不一致.     

亚热带常绿阔叶林林窗物种丰富度的影响因素

林窗是森林群落物种多样性维持中十分重要的结构,但其本身物种多样性的维持机制尚不清楚,可能与相邻群落的物种丰富度、林窗面积以及土壤和地形因子等有关。本文选取浙江天童20 ha森林动态监测样地内的84个冠林窗作为研究对象,分析了林窗内部以及不同距离邻域内的物种组成,选取包含大部分林窗内物种(≥75%),并且对林窗内物种丰富度影响最大的邻域作为相关邻域(林窗周围成熟植株通过种子传播影响林窗物种丰富度,把距离冠林窗边缘5 m范围内的区域作为种源效应邻域;由于距离林窗较近,物种组成与林窗形成时仍存活个体的物种组成相似,故把距离冠林窗边缘4 m范围内的区域作为距离效应邻域),然后计算种源效应邻域内成熟植株的物种丰富度、距离效应邻域内所有植株的物种丰富度、冠林窗的面积、地形因子(海拔、坡度、坡向、凸度)和土壤因子(p H值、全氮、全碳、全磷),最后对11个潜在的影响因素进行随机组合,构建广义线性回归模型,筛选最优模型(AICc最小)进行分析。结果显示:种源效应邻域内成熟植株的物种丰富度和冠林窗面积显著影响林窗内物种丰富度,其他因素并未对冠林窗内物种丰富度产生显著影响。上述结果说明,冠林窗面积的大小以及外部种源的丰富程度是决定冠林窗内物种丰富度的主要因素,其他因素可能只产生间接影响。     

基于无人机高光谱影像和深度学习算法的长白山针阔混交林优势树种分类

快速、准确识别树种及其分布格局是森林资源经营管理和生物多样性保护的基础和前提。与传统实地调查的方法相比,近年来飞速发展的近地面遥感技术可以灵活、高效和便捷地获取高分辨率高光谱遥感影像,而如何从包含丰富信息的诸多特征中选择信息量大且冗余度低的特征进行树种自动识别,是当前研究亟待解决的问题。本研究以长白山25 hm~2温带针阔混交样地为主要研究平台,于2019年8月使用无人机搭载的光谱传感器获取面积为6 hm~2的高光谱影像,选择红松、春榆、蒙古栎、水曲柳、大青杨和紫椴6种林冠层树种作为实地标记树种,使用实时载波相位差分技术对所选目标树种进行精确定位,结合2019年样地复查结果对研究区的影像进行目视解译,分别使用卷积神经网络法、最大似然法和马氏距离3种分类方法进行冠层树种的自动分类研究。结果表明：(1)卷积神经网络的树种分类总体精度和Kappa系数(99.85%、0.998)优于最大似然法(89.11%、0.86)和马氏距离法(79.65%、0.75)。(2)在3种分类方法中,单个优势树种分类精度均在卷积神经网络中为最高精度,红松、春榆、蒙古栎、水曲柳、大青杨和紫椴的最高分类精度分别为10...     

西湖风景名胜区不同类型森林群落的空间分布及β多样性

通过样地调查方法、TWINSPAN、β多样性指数和DCA、CCA排序分析,研究了杭州西湖风景名胜区不同森林群落的空间分布及物种多样性沿距离梯度的分布规律.结果表明:(1)TWINSPAN和DCA分析显示,43个调查样方可分为6种群落类型,不同群落类型的生境条件和群落组成均有一定的差异.(2)随着样地间距离的增大,群落间的Sorensen指数有逐渐变小的趋势,但不一定呈规律性的减少.(3)对43个样地不同种群的生境因子(包括坡向、坡度、坡位、海拔、郁闭度等)和物种优势度的CCA分析结果显示,影响光照和水分分布的主要生境因子海拔、郁闭度和坡位对西湖山区植物群落的分布以及种群的数量特征等具有重要影响.总体而言,物种扩散限制和生境条件变化是影响森林群落β多样性的主要因子.     

物种谱系不确定性对群落谱系格局指标的影响

物种谱系关系常被用于衡量群落谱系格局及推断格局背后的生态过程,但多数研究往往忽视谱系关系的不确定性及其可能对群落谱系格局造成的影响.为此,本文以浙江天童20 hm^2样地内150个树种为研究对象,采用这些物种叶绿体DNA的rbcL和matK碱基序列构建1棵一致系统发育树和反映谱系不确定性的999棵系统发育树,然后结合样地物种分布数据计算标准化净亲缘指数(NRI)和最近亲缘指数(NTI),最后运用独立置换零模型衡量样地群落谱系格局.结果表明:物种系统发育树在拓扑结构和物种谱系分支节点年龄上均存在较大的不确定性,谱系不确定性随着谱系分支节点年龄的减小而增大,也随物种间平均谱系距离的增加而增加;在样方尺度上,物种谱系的不确定性增加了标准化NRI和NTI指数的变异,但对两个指数的影响几乎独立;其对两指数的空间分布影响不同,且程度不一,其中标准化NRI受到的影响相对更大;在群落尺度上,物种谱系的不确定性增加了标准化NRI和NTI的变异,平均变异系数分别为0.37和0.077,表明群落水平的标准化NRI更易受到谱系不确定性的影响.这说明物种谱系不确定性会传递到常用的群落谱系格局指标中,且不同指标受影响的程度不同,进而影响对群落谱系格局的衡量及相关生态过程的推断.该结论也暗示以往不考虑谱系不确定性的研究中,非随机的群落谱系格局比例可能被高估.     

古田山中亚热带常绿阔叶林动态监测样地——群落组成与结构

 亚热带常绿阔叶林是世界上主要植被类型之一,集中分布于我国,其中以中亚热带的常绿阔叶林最为典型。为了更好地研究常绿阔叶林森林生 物多样性维持机理,按照CTFS (Centre for Tropical Forest Science)样地建设的标准,于2004年11月～2005年9月在浙江开化古田山国家级 自然保护区建立了常绿阔叶林24 hm²永久样地。该文对样地内胸径≥1 cm的木本植物进行了统计,初步分析了古田山森林样地(Gutianshan (GTS) forest plot)的群落组成与空间结构。 群落的区系类型以热带成分比较多,在属的水平上53个是热带分布,44个是温带分布。共有159 种,隶属于49科103属,总计140 700株,以常绿树种为主（91个物种,占总优势度的90.6%,重要值为85.6%,占样地总个体数的85.9%）;样地 群落有明显的优势物种和大量稀有种(Rare species,每hm2个体数小于1)。甜槠(Castanopsis eyrei )、木荷(Schima superba)和马尾松 (Pinus massoniana)在群落中占有主要优势; 稀有种占总物种数的37.1％（59/159）;具有温带落叶阔叶林和热带雨林的相关特征,较好地代 表了中亚热带常绿阔叶林群落。垂直结构由林冠层（63个种）、亚乔木层（70个种）和灌木层 （26个种）组成。样地所有木本植物物种总径级 分布呈倒“J"形,群落更新良好。几个优势种空间分布随着径级增大,聚集程度降低;并且它们的分布表现出与生境紧密关联,不同的物种表 现出对生境不同的偏好。该文最后系统地比较了大样地方法与传统取样方法。     

中国森林生物多样性监测网络: 二十年群落构建机制探索的回顾与展望

中国森林生物多样性监测网络(CForBio)目前已经沿纬度梯度从寒温带到热带布设23个大型森林动态样地, 监测1,893种木本植物, 代表我国木本植物种类的近1/6。CForBio的主要目标之一是研究森林群落的构建机制。本文综述了近20年来CForBio在群落构建机制探索方面取得的进展, 包括生物多样性时空格局、生境过滤、生物相互作用、局域扩散和区域因素以及利用新技术取得的新认知等。CForBio研究发现: (1)生境过滤和扩散限制共同决定种-面积关系及β多样性等多样性格局, 但二者的相对作用在不同样地及不同尺度存在差异; (2)生境过滤对局域群落构建的作用广泛存在, 但很难量化其对群落构建的重要性; (3)同种负密度制约在不同气候带样地普遍存在, 负密度制约的强度主要由植物菌根类型介导, 并随植物生活史类型、功能性状及环境变化而变化; (4)扩散限制在局域群落构建中发挥关键作用, 而区域因素如区域地质历史、区域物种库大小等塑造不同生物地理区群落之间的生物多样性差异; (5)宏观和微观两个方面的新技术促进群落构建机制的研究。在宏观方面, 遥感技术以低成本使大范围、多尺度的连续群落生物多样性监测和时空比较研究成为可能; 另一方面, 叶绿体基因技术和代谢组学等微观技术能促进推导群落构建的分子机制。同时, 本文还总结了以往研究的不足, 并展望了基于森林动态样地开展群落构建机制研究的未来发展, 特别强调了: (1)关注群落构建研究中的尺度问题; (2)深入开展多维度(物种、功能和系统发育)、多营养级生物互作相关的研究; (3)拓展全球变化对群落构建影响的研究; (4)融合观测-实验-模型多种手段开展群落构建机制的研究; (5)连结“群落构建理论研究”和“森林管理实践”。总之, 中国森林生物多样性监测网络的长期监测和联网研究是森林群落构建机制研究的重要基础, 也是推动群落构建理论、解决森林管理难题的重要平台。     

整合空间信息在生物多样性丧失等研究中的重要性

无数证据表明,地球可能正经历着有史以来的第六次物种大灭绝。在这一背景下,研究生物多样性丧失机制及其对生态系统功能的影响具有重要意义。从先前的相关研究中,已逐渐清晰地认识到造成多样性丧失的几大机制,并对这些机制发生的空间尺度有了一定了解。然而,空间本身对多样性丧失研究的影响仍被该领域的很多研究所忽视。因为生物多样性丧失过程发生在不同空间尺度中,所造成的多样性丧失格局也具有不同的空间尺度特征。忽略空间信息很可能会对多样性丧失等相关研究造成很大干扰,甚至得出错误的结论,其结果也很难正确地运用于不同空间尺度的多样性保护当中。整合空间信息已成为当前生物多样性丧失研究,乃至整个生态学研究的前沿和热点之一。为促进这一趋势在国内的发展,将结合多样性丧失的估计与监测、几大多样性丧失机制(全球环境变化与生境片段化、生物入侵等)来阐述空间信息对当前及今后多样性丧失机制研究的重要性,并用实例展示未充分考虑空间信息而可能造成的后果。最后探讨我国当前科技条件下进行整合空间信息的生物多样性丧失等研究的可行性。     

无人机高光谱影像与冠层树种多样性监测

冠层树种多样性是自然森林生态系统功能和服务的重要基础。及时掌握冠层多样性的现状及变化趋势, 是探讨诸多重要生态学问题的前提, 更是制定合理生物多样性保护策略的基础。但受制于传统的多样性信息采集方法, 区域尺度的高精度冠层多样性监测发展较为缓慢; 许多在气候变化和人类干扰下的生物多样性分布信息得不到及时更新。近年来基于无人机的冠层高光谱影像收集与分析技术的发展, 使得冠层多样性监测迎来了新的发展契机。本文从森林冠层高光谱影像出发, 介绍了与多样性监测相关的无人机航拍和基于深度学习的图像处理技术, 并结合已有文献, 探讨了无人机高光谱应用于森林冠层树种多样性监测的研究现状、可行性、优势及缺陷等。我们认为冠层高光谱影像为多样性监测提供了不可或缺且丰富的原始信息; 而无人机与高光谱相机的结合, 使得区域化高频率(如每周)、高精度(如分米乃至厘米级)的冠层多样性信息自动化收集成为可能。然而高光谱影像数据量大、数据维度高与数据结构非线性的特点为影像处理带来了挑战, 而深度学习技术的飞跃, 使得从冠层高光谱影像中提取个体及物种信息达到了极高精度。恰当地使用这些技术将大大提升冠层树种多样性的自动化监测水平, 由此也将帮助我们在当前剧变环境下及时掌握森林冠层多样性的现状与变化, 为生物多样性研究与保护提供可靠的数据支撑。