三峡大老岭森林物种多样性的空间格局分析及其地形解释

在对三峡大老岭地区森林的大量群落样方调查基础上,研究地形因子和取样尺度对群落不同层次α多样性水平及其空间格局的影响。结果表明：①受地形、人为或自然干扰的影响,大老岭森林群落的α多样性存在海拔１０００ｍ以下、海拔１１００￣１７００ｍ和活拔１７００ｍ以上３段不同的水平与变化特征;②对海拔１０００ｍ以上样方群落的１６种多样性指数的ＤＣＣＡ分析表明,群落乔、灌、草各层的多样性在多维地形因子梯度上表现出不同     

三峡大老岭地区山地常绿落叶阔叶混交林林隙干扰研究 I. 林隙基本特征

 为探讨我国亚热带山地常绿落叶阔叶混交林的林隙干扰特征,对三峡大老岭地区这一植被类型进行调查,分析了植被中林隙的数量、类型及成因;林隙形成木(GM)的类型、数量、物种构成和径级结构,以及林隙和GM的多尺度空间格局特征。结果表明：1)林隙密度为11.7个·hm-2;冠林隙和扩展林隙分别占森林面积的11.09％和27.06％。平均每个林窗的形成木为4.5株;单株GM形成的林隙只占17.46％,其中翻倒木集群性最强。对林隙形成的贡献大小次序是：翻倒木>折干>枯立>折枝。2)林隙成因方面：冬雪和春、秋冻雨的影响最大     

茂兰喀斯特常绿落叶阔叶混交林树种的空间分布格局及其分形特征

分析种群的空间分布格局有助于推断格局形成的潜在生态过程和机制,是生态学研究的重要内容。采用4种格局强度指数(聚块性指数、格林指数、扩散系数和负二项参数)以及分形维数中的计盒维数(D_b)和信息维数(D_i)对贵州茂兰国家级自然保护区亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林中30种乔木的种群空间分布格局及其分形特征进行了分析,同时分析了不同生长阶段(幼树、中树和成树)空间分布的分形维数变化,比较了2种分形维数与5种种群结构参数和4种格局强度指数间的相关关系。结果表明:(1)30种树种中,除皱叶海桐(Pittosporum crispulum)和油柿(Diospyros oleifera)外,其余28种乔木树种的种群空间分布格局均呈现聚集分布,这种普遍的聚集性与喀斯特生境的高度异质性和种子扩散限制密切相关;(2)30种树种空间分布的D_b值介于0.589-1.870,D_i值介于0.498-1.711。分形维数值越大,表征种群对空间环境的占据利用能力越强,个体空间聚集强度越强,在群落中往往处于优势地位;反之则表明其对环境的占据能力弱,个体聚集程度越低,往往处于伴生地位;(3)从幼树、中树到成树阶段,30种树种空间分布的D_b和D_i平均值呈极显著的降低趋势,这可能与种内和种间的密度制约性死亡效应有关,导致种群随年龄的增加其聚集度和空间占据能力逐渐减弱;(4)相关分析表明,30种树种的种群多度和重要值与D_b和D_i均呈现显著正相关关系,表明种群多度和重要值的变化与种群空间占据能力和聚集程度存在密切关系。4种格局强度指数中,除聚块性指数外,其余3种指数与D_b和D_i值呈现显著或极显著相关性,表明分形维数D_b和D_i值可以用于表征种群空间分布的聚集程度。利用格局强度指数和分形维数准确量化了茂兰喀斯特森林树种的空间分布格局,其结果有助于揭示喀斯特森林群落物种共存的潜在维持机制。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植物与土壤地形因子的耦合关系

基于中国科学院亚热带农业生态研究所在木论国家级自然保护区借鉴CTFS标准建立的2hm2喀斯特常绿落叶阔叶混交林动态监测样地(50个20m×20m样方),选取代表木本植物群落、土壤性质和地形因子的22个指标,对其总体特征及三者之间的相互关系进行了经典统计分析、主成分分析、聚类分析与典型相关分析。结果表明,喀斯特常绿落叶阔叶混交林生态系统的景观异质性强、土壤养分含量高、物种丰富且结构合理,除海拔、Simpson指数、均匀度、pH之外的18个指标均呈中、强变异;综合土壤因子是影响生态系统的主要因子群,其次是综合群落多样性因子和结构性因子,综合地形因子的作用相对较弱;4种不同类型真实而直观地表征了群落类型、土壤肥力和地形的差异,相对优化的第3种类型主要分布在海拔较高、裸石率较大、坡度较高的阴坡中上部;植被、土壤、地形两两之间均存在着较高的相关性,植被与土壤因子之间,有机质、氮、磷起较大的作用,主要影响群落结构,植被和地形之间,坡向和岩石裸露率影响群落结构和物种丰富度,而坡向和坡位直接导致了土壤有机质、全氮、有效磷和pH的变化。     

基于植物分布地形格局的植物功能型划分研究

提出基于植物分布的地形格局划分植物功能型（ＰＦＴｓ）的思路, 并以位于中国亚热带北部的大老岭地区为研究区域进行案例研究。通过大量的森林群落调查获得该地区５５种主要的常绿阔叶树在不同地形部位群落中的数量特征：采用去势典范对应分析（ＤＣＣＡ）方法：１．海拔、坡面、坡形、坡位、坡向、坡度等６个地形特征指标与群落生境的热量、水分和光照条件的关系;２．５５种植物在多维地形梯度上的分异格局。然后利用排序得分对     

桂西北喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种多样性分布格局的尺度效应

物种多样性的空间分布格局及其与尺度的关系研究对于了解群落物种多样性形成机制具有重要意义。为了探讨喀斯特地区物种多样性空间分布格局的尺度效应,以喀斯特常绿落叶阔叶混交林25 hm~2样地的(胸径DBH≥1)木本植物为研究对象,分析了6个空间尺度(5 m×5 m,10 m×10 m,20 m×20 m,50 m×50 m,100 m×100 m,250 m×250 m)上的多度、物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数的变化规律。结果表明:物种多样性指数的空间分布均表现出较高的空间异质性;物种多样性指数的方差随取样尺度增加呈现单峰分布特征,并且在100 m×100 m尺度上达到最大值;物种多样性指数的变异系数随尺度的增加呈线性下降趋势,其中,Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数均在5 m×5 m至20 m×20 m尺度上明显减小;在大于50 m×50 m的尺度上,物种丰富度与多度的正相关性不显著(P0.05)。喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种多样性的空间分布格局与不同空间尺度密切相关,深入解析物种多样性随空间尺度的变化模式,需要在类似的森林生态系统做更多的研究。     

后河自然保护区常绿落叶阔叶混交林群落学特征研究

研究了后河国家级自然保护区常绿落叶阔叶混交林的区系特点、群落学特征。结果表明 :后河国家级自然保护区常绿落叶阔叶混交林群落物种丰富 ,有 110科 2 88属 5 34种 ,科的分布型以热带类型为主 ,属的分布型温带类型占优势 ,反映该群落区系以温带为主的亚热带区系特点 ;该混交林主要由以单叶、中型叶及非全缘叶为主的常绿、落叶阔叶高位芽植物组成 ,群落层次分明 ,从上至下 ,落叶阔叶树种所占比例逐渐减少 ,常绿阔叶树种比例逐渐增加 ;除两低海拔样地外 ,多样性变化幅度较小 ,各样地的物种多样性指数变化趋势基本一致。     

三峡大老岭地区森林植被的空间格局分析及其地形解释

为探讨地形对景观尺度植被格局的影响,在对三峡大老岭山地森林的大量群落学调查基础上 ,采用７个指标刻画群落生境的地形特征;利用去势典范对应分析（ＤＣＣＡ）排序方法分析不同群落类型的地形分布格局;并定量分离地形、空间及其交互作用等因素对植被格局总体变异的影响。结果表明：上述３方面的贡献分别是９．５０％、５．９４％和６．８１％,地形对植被格局的控制作用显著;但仍有７７．７５％的变异未得到解释。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性

基于广西环江木论国家级自然保护区喀斯特典型峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林2 hm2动态监测样地,选择4个多样性和5个群落结构属性变量,运用地统计学和分形几何学理论方法,分析植被的空间异质性、分形特征和分布格局,以探讨其维持机制。结果表明:(1)样地树木种类和除平均高度外的4个结构属性变量均值适中,变异系数较高(48.37%～71.01%),植物多样性丰富且稳定性强,Shannon指数、Simpson指数和均匀度指数变异系数仅在5.49%～22.64%之间。(2)除均匀度的Moran’s I系数接近0且无规律外,其他8个属性变量均有不同程度的空间自相关性,分别用球状、指数和高斯模型拟合的决定系数(R2)高达0.900～0.982,C/(C0+C)值和分维数D值分别在0.582～0.827和1.738～1.871之间,具有中等以上的空间依赖性。(3)密度、平均冠幅和高度的自相关范围和变程小于其他指标,其分布和形成过程决定了整个森林植被的空间格局。(4)森林植被的Kriging等值线图充分表征了人为干扰、地形、土壤质量的综合差异。(5)自相关、半方差模型的变程和Kriging等值线图综合分析表明,喀斯特峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林空间异质性研究的采样间隔10 m左右较适宜,但采样范围应大于10hm2,这对确定该区域动态监测样地的面积具有一定的指导意义。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林粗木质残体的空间分布格局

粗木质残体(coarse woody debris,CWD)是森林生态系统中重要的结构性和功能性组成要素,是维护系统完整性和稳定性的关键。对CWD空间格局的研究将有助于深入探索种群格局的形成和森林生态系统的维持机制。采用g(r)函数对茂兰喀斯特常绿落叶阔叶混交林1.28 hm~2固定样地内不同径级、不同腐烂等级、不同存在形式的CWD的空间分布格局及空间关联性进行了研究。结果表明:1)在40 m的空间尺度内,CWD总体在0—12 m尺度上表现为集群分布,随着尺度的增加格局强度降低,趋于随机分布,剔除生境异质性后,格局尺度降低至7 m。2)CWD径级格局表现为:小径级中径级大径级。拔根倒和干中折断在整个研究尺度上为随机分布,其他不同径级、不同腐烂等级、不同存在形式的CWD均在小规模尺度(2—8 m)表现为集群分布,随着尺度的增加聚集强度急剧变小,趋于随机分布或均匀分布。3)除了干中折断与树段之间、大径级与小径级之间的CWD在空间上相互独立,其他不同径级、不同腐烂等级或不同存在形式的CWD之间均在小规模尺度(2—8 m)上表现为显著的正相关,随着尺度的增加空间关联性降低。喀斯特常绿落叶阔叶混交林CWD的分布格局可能是在小尺度内由密度制约、在大尺度内由生境过滤和个体自然衰老等生态学过程所形成,大径级对临近的小径级、先死亡对后死亡、站杆对倒下的个体具有一定的正向影响作用,在一定程度上揭示了该林型天然更新的作用和机制。     

Community Dynamics of Seed Rain in Mixed Evergreen Broad-leaved and Deciduous Forests in a Subtropical Mountain of Central China

Seed dispersal is a key process within community dynamics.The spatial and temporal variations of seed dispersal andthe interspecific differences are crucial for understanding species coexistence and community dynamics.This might alsohold for the mixed evergreen broadleaved and deciduous forests in the mountains of subtropical China,but until now littleexisting knowledge is available for this question.In 2001,we chose to monitor the seed rain process of our mixed evergreenbroad-leaved and deciduous forest communities in Mount Dalaoling National Forest Park,Yichang,Hubei Province,China.The preliminary analyses show obvious variations in seed rain density,species compositions and timing of seed rain amongfour communities.The average seed rain densities of the four communities are 2.43±5.15,54.13±182.75,10.05±19.30and 24.91±58.86 inds./m~2,respectively;about one tenth the values in other studies in subtropical forests of China.In eachcommunity,the seed production is dominated by a limited number of species,and the contributions from the others aregenerally minor.Fecundity of evergreen broadleaved tree species is weaker than deciduous species.The seed rain of fourcommunities begins earlier than September,and stops before December,peaking from early September to late October.The beginning date,ending date and peak times of seed rain are extensively varied among the species,indicating differenttypes of dispersal strategies.According to the existing data,the timing of seed rain is not determined by the climateconditions in the same period,while the density of seed rain may be affected by the disturbances of weather variations ata finer temporal resolution.     

贵州东部常绿落叶阔叶混交林碳素积累及其分配特征

以雷公山自然保护区常绿落叶阔叶混交林为研究对象,对其碳素含量、碳密度及分配特征进行了研究。结果表明:生态系统碳素含量表现为乔木层(418.58 g/kg)灌木层(387.26 g/kg)草本层(382.80 g/kg)枯落物层(378.11 g/kg)土壤层(31.48 g/kg),差异极显著(P﹤0.01),乔木不同器官表现为干根叶枝,差异不显著(P0.05),灌、草层均表现为地上地下,土壤碳素含量随土层深度的增加而减少;生态系统碳密度为234.68 t/hm2,表现为土壤层(170.00 t/hm2)乔木层(57.02 t/hm2)枯枝落叶层(5.48 t/hm2)灌木层(1.81 t/hm2)草本层(0.37 t/hm2),分别占生态系统碳密度的72.44%、24.30%、2.34%、0.77%和0.16%;植被层碳密度为58.79 t/hm2,占了生态系统碳密度的25.09%;乔木层各器官以树干的碳密度最高,占了乔木层碳密度52.43%;灌木层、草本层地上部分碳密度分别是地下部分的2.85倍1.64倍;土壤表层(0—20 cm)碳密度为70.40 t/hm2,显著高于其它各层(P﹤0.001),占了土壤(0—80 cm)碳密度的41.41%,有很强的表聚性,因此,防止地表的水土流失,可有效保持土壤对碳的吸存。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林凋落叶养分含量时空分布特征

森林生态系统中凋落物养分含量通常具有明显的时空异质性,为探究喀斯特常绿落叶阔叶混交林凋落叶养分含量的时空分布特征及其影响因素,以广西木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林25hm²动态监测样地内151个凋落物收集器所收集的凋落叶为研究对象,选取连续12个月的凋落叶进行元素含量分析。结果显示：该森林群落凋落叶元素含量大小顺序为碳（C）>钙（Ca）>氮（N）>镁（Mg）>钾（K）>硫（S）>磷（P）,分别介于471.85-496.33、20.27-28.29、17.34-23.10、2.79-5.49、1.80-4.38、1.82-2.22、0.96-1.21g/kg之间,呈现高Ca、Mg,低P、K的分布规律,并且随时间出现明显波动,其中C、N、P、S和Ca元素均在4月出现较大值,而K、Mg则在1月出现峰值。生物因子在5m和10m邻域范围内对凋落叶含量的影响基本一致,但10m尺度上地形因子和土壤因子对凋落叶元素含量的影响更为明显。10m邻域范围内生物和非生物因子对凋落叶P元素的随机森林累积解释率最高,达80.27%,C元素累积解释率最低,仅10.49%,其中海拔和坡度对凋落叶C、N、P、S、K、Ca和Mg含量均有强烈影响,岩石出露率和土壤铁（Fe）含量也会在一定程度上对凋落叶元素含量产生较大影响。综上所述,喀斯特常绿落叶阔叶混交林不同月际间凋落叶养分含量存在显著差异,10m尺度上海拔和坡度是凋落叶养分含量产生空间变异的主要原因。     

天目山常绿落叶阔叶混交林优势种生物量变化及群落演替特征

利用天目山自然保护区内设立的典型亚热带常绿落叶阔叶混交林1 hm~2固定样地为基础,分别对1996年和2012年(时间跨度为16年)的实地调查监测数据进行综合处理分析,包括优势种的生态位宽度、生态位重叠、种间联结和生物量等方面对其群落演替特征进行深入探讨。结果表明:1996年到2012年中,优势种生态位宽度指数下降的有青钱柳(Cyclocarya paliurus)和缺萼枫香(Liquidambar acalycina),而上升较明显的有小叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinifolia)和东南石栎(Lithocarpus harlandii);并且2012年优势种相比于1996年生态位重叠程度更高;1996年和2012年胸径(DBH)≥10 cm的乔木树种的总生物量分别为151.03 t和148.53 t,而2012年优势种胸径5—10 cm幼树的总生物量达到10.03 t,增长潜力较大。结果总体上与天目山常绿落叶阔叶混交林演替趋势相吻合,并以此揭示天目山亚热带常绿落叶阔叶混交林群落演替规律提供数据支撑与借鉴。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分空间异质性

在木论国家级自然保护区内喀斯特常绿落叶阔叶混交林内建立500 m×500 m长期监测样地,采用经典统计学和地统计学方法研究喀斯特森林土壤磷钾养分含量及其空间变异特征。结果表明:研究区土壤全磷(TP)、全钾(TK)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量分别为(1.60±0.76)g/kg、(5.42±2.74)g/kg、(5.74±3.63)mg/kg、(5.20±2.96)mg/kg;磷钾养分含量均为中等变异,变异强度为APAKTKTP。研究区土壤TP、TK、AP、AK变异函数值的最佳拟合模型均为指数模型,决定系数均很高(0.671-0.995),TP、AP呈中等强度空间自相关,TK、AK呈弱空间自相关。TP、AP的变程较长,分别为336.00 m和373.50 m,空间连续性较好,TK、AK变程较短(33.30 m、64.50 m),空间依赖性较强。土壤TP表现为坡下(含洼地)含量高,坡上含量较低;AK表现为坡中含量高于洼地含量;AP、TK呈斑块破碎化分布。海拔、坡度和地面凹凸度是土壤磷钾养分空间异质性的主要影响因素。喀斯特常绿落叶阔叶混交林土壤磷钾养分存在不同空间异质性和空间关联性,这为小流域尺度上土壤养分管理、可持续利用策略、喀斯特退化生态系统生态恢复提供理论依据。