群落构建研究的新进展:进化和生态相结合的群落谱系结构研究

群落如何构建足群落生态学中的重要问题.群落谱系结构研究将物种间的亲缘进化关系运用到群落生态学研究中,利用物种的系统发育状况推测历史因素对现有群落的影响,为推断影响群落组成的生态学机制提供了有效方法.群落谱系结构的研究方法是首先建立可代表群落物种库的超级系统进化树,然后计算群落内物种间的谱系距离,最后通过统计方法检测其与随机模型下的谱系距离是否有显著差异来获得谱系结构(如谱系聚集、谱系发散),从而揭示群落构建中的关键生态过程(如生境过滤、竞争作用).群落谱系结构与空间尺度、分类群尺度、时间尺度等不同研究尺度有关.在小的空间尺度下,随着分类群尺度降低、树木年龄级增大,群落谱系结构从聚集逐渐转为发散;而随群落空间尺度的增大,谱系趋向于聚集.谱系结构受到环境因素影响,因此分析集合群落下的谱系可以揭示区域生态过程的影响.另外,群落谱系结构研究还有助于探讨中性理论、密度制约假说等生态学理论,并预测干扰作用下的群落演化趋势.在利用谱系结构深入探讨群落构建成因时,需要基于生态特征和环境变量共同分析,同时考虑小尺度局域过程(群落的微环境或群落内种间相互作用等)和大尺度区域过程(地史过程和物种形成等),并可结合生态控制实验,以确认群落构建的关键因素.在研究方法和手段上,今后需要注重通过选择合适的基因片段建立系统树,然后通过生态特征来加以校正,以更准确地反映物种间的亲缘距离.另外,获得谱系树后还需要寻找更加合理的统计模型和指数,增加统计分析和解决问题的能力.     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林植物功能性状变异与不同垂直层次个体生长的关联

建立植物功能性状与群落动态之间的关联是功能生态学的核心问题之一。本文基于鼎湖山1.44 ha塔吊样地的两次调查数据, 通过采集样地内所有4,142株个体的6种植物功能性状, 对比分析了个体水平植物功能性状和物种水平功能性状均值对不同垂直层次(灌木层、亚冠层和林冠层)个体生长的影响差异。首先, 分析了不同垂直层次下各植物功能性状的变化趋势; 其次, 计算了不同垂直层次下各植物功能性状的种内和种间变异水平; 最后, 运用结构方程模型探讨了植物功能性状、光竞争以及地下竞争对不同垂直层次树木生长的影响。结果表明: (1)不同垂直层次下的植物功能性状表现出明显的分异, 由灌木层至林冠层, 叶面积、比叶面积和能量供求关系指数显著降低, 而叶片厚度和叶片干物质含量显著升高; (2)不同垂直层次下植物功能性状的种间变异均大于种内变异, 且林冠层的种内功能性状变异均大于灌木层和亚冠层; (3)基于个体水平植物功能性状的结构方程模型较物种水平功能性状均值对生长具有更高的解释程度, 且个体水平植物功能性状的引入更有利于提高对灌木层个体生长的预测能力; (4)光竞争和地下竞争主要通过影响功能性状间接影响植物生长。由灌木层至林冠层, 同种间的相互作用逐渐减弱, 异种间的相互作用逐渐增强。综上, 将个体水平植物功能性状纳入分析有助于更好地理解群落的结构和动态。     

南亚热带森林2种菌根类型树木水分传导和养分利用策略的对比研究

为揭示南亚热带季风常绿阔叶林在季节性干旱加剧和氮沉降增加等环境影响下,菌根树木优势度变化趋势机理,对3种优势EM树木黄杞（Engelhardtia roxburghiana）、锥（Castanopsis chinensis）、黧蒴锥（C. fissa）和3种优势AM树木云南银柴（Aporusa yunnanensis）、山蒲桃（Syzygium levinei）、广东金叶子（Craibiodendron scleranthum var. kwangtungense）的水力性状和养分性状进行了研究。结果表明,EM树木叶片导水率下降50%和88%时的水势（P₅₀、P₈₈）和膨压丧失点（Ψ_tlp）均低于AM树木,边材比导水率（K_S）、叶片比导水率（K_L）、光合氮利用效率（PNUE）和光合磷利用效率（PPUE）均高于AM树木。可见,EM树木比AM树木具有更强的抗旱能力以及更高的导水效率和养分利用效率,这可能是在干旱加剧和氮沉降增加背景下EM树木优势度增加而AM树木优势度减少的生理机制。     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林不同成熟度群落特征的比较

研究不同成熟度群落物种的共存状态,了解群落演替过程中结构的动态变化,对揭示森林不同发育时期的群落构建机制具有重要意义。本研究基于鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20 ha固定监测样地(以下简称鼎湖山大样地)2010年植被调查的数据,根据径级与林龄将鼎湖山大样地划分为成熟林和过熟林两个斑块,对其群落物种组成、区系特征及径级结构进行了初步的比较。研究发现:(1)成熟林和过熟林种类组成的群落相似性系数高、物种多样性指数相近,以及锥栗(Castanopsis chinensis)重要值相似,但物种数、密度、总胸高断面积、物种重要值等有所不同;(2)热带区系成分在两个斑块均占优势,但以过熟林的比例较高;(3)两个斑块虽然所有活立木径级结构分布均呈倒"J"型,但在同径级个体群重要值比较中,成熟林中径级个体群重要值较高,而过熟林则是大径级个体群重要值较高。由此可见,鼎湖山大样地的成熟林与过熟林虽属于同一类群落的演替顶极阶段,但群落结构上却存在差异,推测在林窗作用下不同发育时期的群落存在不同的构建过程。     

鼎湖山季风常绿阔叶林物种多样性指数空间分布特征

生态学模式和生态学过程都具有尺度效应,研究取样尺度与物种多样性之间的关系,探索物种多样性空间分布的内在机制有助于更好地理解植物群落结构及其组织方式.作者研究了鼎湖山季风常绿阔叶林20 ha样地中Simpson指数、Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数在空间上的分布特征及其与取样尺度的关系,并采用方差和变异系数描述它们的空间变异特征.结果表明,这3种指数均表现出较强的区域性分布特征,且这种区域性特征与取样尺度有关.它们的方差随尺度的增加都表现出单峰分布的特征,在80 m×100 m尺度上达到最大值;而变异系数则随尺度的增加而减小,其中Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数在＜20 m×25 m尺度上,其变异系数急剧减小,之后则较为平缓.本研究结果表明在分析鼎湖山季风常绿阔叶林20 ha样地物种多样性时应考虑尺度效应和取样区域.     

南亚热带常绿阔叶林群落及其卫星样地物种多样性特征

群落生物多样性的研究一直备受关注。鼎湖山植被资源丰富,对其典型植物群落及其卫星样地物种多样性状况进行探索是一项非常有意义的研究工作。以鼎湖山20 hm~2样地及其周边5个1 hm~2卫星样地为研究对象,分别从种面积关系、α多样性和β多样性几个角度进行分析,研究发现：(1)20 hm~2南亚热带常绿阔叶林鼎湖山(DHS)大型固定样地经过10年的更新演替,总个体数出现了爆发式增长。DHS样地周边5个卫星样地之间总个体数差异较大,按个体数进行排序：1号(南亚热带山地常绿阔叶林)> 3号(南亚热带常绿阔叶林)> 5号(南亚热带针阔混交林)>4号(南亚热带常绿针叶林)>2号(南亚热带沟谷雨林)卫星样地。(2)DHS大样地的物种并未达到饱和,卫星样地群落可以有效补充该区域的物种。(3)DHS大样地的α多样性较高;卫星样地之中,2号样地的物种多样性最高,其次是3号样地,继而是1号和4号样地,最后是5号样地。除了2号样地由于大量大树和巨树的存在使得物种均匀度提升,从而导致多样性指数值偏大以外,其它样地的结果呈现出海拔高度与多样性正相关。(4)DHS大样地与其3号卫星样地处于相近...     

亚热带不同纬度森林群落物种空间分布格局

为探讨我国亚热带森林群落中物种空间分布格局特点及其成因,揭示其共性规律和个性差异,为相关区域的生物多样性保护和监测工作提供科学依据。选取我国亚热带不同纬度的6个1 hm²典型森林群落中所有胸径（DBH,Diameter at Breast Height）≥ 1 cm的物种为研究对象;采用L （t）方程统计所有监测物种的空间分布格局类型,为满足L （t）方程的统计精度,将各群落中多度≥10株的植物以物种为单位统计,多度<10株的低多度物种和单个体物种则以种组为单位进行空间点格局分析;并对物种多度、胸径与空间聚集程度的度量指标L₁₀进行相关性分析。结果表明：（1）亚热带不同纬度群落中多度≥10株物种的空间分布格局表现出相似的尺度依赖性规律：显著聚集分布比例随尺度增大而降低,不同纬度群落的变化幅度存在差异,纬度较低的群落稳定性更强。（2）各群落中低多度种组空间分布格局表现出小尺度显著聚集分布,大尺度随机分布的尺度效应,但尺度效应在不同纬度群落间存在差异;各群落的单个体种组空间分布格局均以随机分布为主。（3）不同纬度群落物种多度与空间聚集程度之间均存在负相关关系,物种多度对空间聚集程度的影响随纬度从高到低逐渐减弱。（4）较高纬度群落物种胸径与空间聚集程度之间存在负相关关系;随纬度从高到低,物种胸径对空间聚集程度影响水平逐渐降低。对亚热带不同纬度森林群落物种空间分布格局形成原因的进一步探讨,认为由纬度差异引起的生境异质性是影响群落物种空间分布格局产生过程的主要因素,此外,林型、扩散限制、密度制约和随机作用是影响各群落物种空间格局成因及多样性维持的次要因素。     

中国南亚热带和北温带地区禾本科C3与C4草本植物花果期差异研究

为揭示不同地区禾本科C₃与C₄植物花果期受气候因子的影响,以广东省和内蒙古自治区分别代表南亚热带和北温带地区,从植物志中分别获得两地395和265种禾本科草本植物的3个花果期特征(始花期、末花果期和生殖期长),比较开花物候的差异,并通过一般线性模型探究其与气候因子(年均温与年均降水量)的相关性。结果表明,南亚热带与北温带地区C₃植物的始花期均比C₄植物早。两地C₄共有种在南亚热带地区具有更早的始花期、更晚的末花果期和更长的生殖期,而C₃共有种的末花果期在两地无显著差异,但在南亚热带地区始花期更早,生殖期更长。随年均温升高,北温带地区禾本科植物的始花期提前,而南亚热带地区则延后;随年均降水量升高,两地禾本科植物始花期与末花果期均延迟;禾本科植物生殖期长与年均温和年均降水量均不存在相关性。跨地区分析表明,末花果期、生殖期长与年均温和年均降水量均正相关,而与始花期不相关。禾本科C₃植物比C₄植物对地区间气候差异响应更敏...     

南亚热带森林不同林型功能性状分布格局及其驱动机制

植物功能性状能反映植物对环境变化的响应,研究植物功能性状的分布格局有助于揭示群落的构建过程及其内在作用机制。该研究以鼎湖山南亚热带山地常绿阔叶林和沟谷雨林为研究对象,采集并测量了样地中木本植物的12种不同的功能性状,分别以5 m×5 m、10 m×10 m、20 m×20 m的样方为尺度单元,通过计算平均成对性状距离指数来探讨群落中功能性状的分布格局及其驱动机制。结果表明,两个林型的群落中12个功能性状均存在不同程度变异,但功能性状在群落间的差异不显著(P>0.05)。两个林型的群落中功能性状空间分布格局均具有尺度依赖性,但不同尺度的驱动机制有差异,随着空间尺度的增大,山地常绿阔叶林的功能性状空间分布格局主要驱动机制由环境过滤转为扩散限制;沟谷雨林的由环境过滤和相似性限制转为扩散限制,两个林型在20m×20m空间尺度上都是扩散限制。生态位分化和扩散限制综合作用于鼎湖山南亚热带山地常绿阔叶林和沟谷雨林的群落功能性状分布格局的产生及其群落构建过程,二者的贡献作用会随空间尺度发生变化。坡度是影响山地常绿阔叶林功能性状分布格局的最关键地形因子,海拔是影响沟谷雨林的最关键地形因子。     

中国亚热带4个森林动态监测样地无人机可见光遥感影像数据集

常绿阔叶林是我国亚热带地区的地带性植被类型。由于亚热带森林植物群落垂直结构复杂、林冠郁闭度高, 对常绿阔叶林冠层的研究尚缺乏高质量的监测数据。本数据集包含浙江天童山、浙江百山祖、广东车八岭、广东鼎湖山4个大于20 ha的森林动态监测样地2014年8月或2016年9月采集的无人机可见光遥感影像。本数据集是通过将无人机影像、地面控制点和地面调查数据相结合而获得的。每个样地的数据集包括4个文件: ~5 cm空间分辨率的正射影像图和数字表面模型、1 m空间分辨率的森林冠层高度数据和正射影像质量报告。本数据集可为常绿阔叶林的林冠生态学、生物多样性、生态系统功能等研究提供数据支撑。