广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林监测样地种群空间点格局分析

种群的空间分布格局是由多种机制的交互作用而形成,是探究生物多样性维持机制的基础。北热带喀斯特季节性雨林是我国北热带石灰岩山地具有地带性特征的植被,其生境的典型特征在于土层浅薄、岩石裸露率高、贮水能力低和周期性水淹,以及富钙强碱性环境等。本研究基于广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha动态监测样地的第一次调查资料,采用双关联g(r)函数点格局方法,分析了雨林中出现个体数≥15株的160个种的种群空间分布格局以及不同类群间种群分布的差异。研究表明:160种木本植物中有146种在0–10 m的尺度上呈聚集分布,且随着空间尺度的增大,聚集度呈下降趋势;物种的种群聚集度与其物种多度、平均胸径和最大胸径成负相关;常绿物种的种群聚集度与落叶物种间差异不显著;不同生活型间的种群聚集度差异显著,总体表现为亚乔木层物种高于乔木层,灌木层物种显著高于亚乔木层;剔除生境异质性后大部分物种表现为随机分布,仅少部分物种的种群表现为聚集分布。这表明物种的功能属性如物种多度、生活型等可较好地预测物种的分布格局。此外,物种种群的分布格局还受生境异质性的影响,且不同物种受生境异质性影响的程度不同。     

广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林林隙特征与空间分布

林隙是森林中一种普遍存在的小尺度森林干扰形式,对促进森林更新和循环演替具有重要作用。对热带喀斯特森林的林隙干扰目前还了解不多。该文采用Worldview-3高空间分辨率遥感影像结合地面调查,对弄岗喀斯特季节性雨林15 hm~2样地林隙干扰特征及其空间分布规律进行了研究。结果表明:样地内共解译到305个林隙,林隙的密度约为每公顷20个,林隙大小的变化范围为10～371 m~2,平均大小为52.3m~2,林隙面积占森林面积的10.6%;林隙在0～50 m尺度整体表现出聚集分布格局;林隙空间分布与大树(DBH≥10 cm)存在显著空间关联,与小树(DBH10 cm)和枯立木无显著空间关联;不同生态因子对林隙的数量分布和基本结构影响不同,对林隙数量分布影响最显著的包括凹凸度、干旱度指数、丰富度,而坡向、海拔、丰富度对林隙大小有显著影响,海拔、岩石裸露度、地形湿润度指数、干旱度指数、多度等5个生态因子对林隙周长有显著影响。研究结果表明林隙在喀斯特季节性雨林普遍存在,林隙的空间分布与特征存在着地形分异特征,是喀斯特独特的地质地貌和生境条件与喀斯特森林自身生物学特性综合作用的结果。     

喀斯特季节性雨林木本植物胸高断面积分布格局及其对地形因子的响应

森林生态系统地上生物量的分布格局是物种分布格局的重要内容。局域尺度内因地形差异引起的生境异质性是地上生物量分布格局形成的环境基础。本文以弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha动态监测样地2011年第一次普查数据中每木个体为研究对象, 尝试以每20 m × 20 m样方内所有个体及不同径级类群的胸高断面积之和为木本植物地上生物量的衡量指标, 利用广义可加模型对喀斯特季节性雨林中胸高断面积之和的空间分布格局进行研究, 定量分析了其对7个地形因子的响应。结果表明, 洼地、山坡和山脊3种生境类型中, 所有个体的胸高断面积之和山坡最高、山脊最低, 且山脊与山坡、洼地的差异均显著; 广义可加模型结果显示, 不同地形因子对胸高断面积之和的解释偏差差异明显, 其中海拔、坡向、凹凸度、岩石裸露率对胸高断面积之和的解释偏差依次降低, 而干旱度指数、坡度和地形湿润指数解释偏差相对较小。喀斯特季节性雨林木本植物胸高断面积之和空间分布的异质性及其与地形因子之间的关系, 反映了胸高断面积之和在地形因子对土壤、水分和光照等条件重分配影响下的多重响应机制及生长策略。     

弄岗北热带喀斯特季节性雨林15hm2动态监测样地树木死亡特征分析

以广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 hm²森林动态监测样地为对象,结合2011年和2016年两次调查数据,分析5年间样地树木死亡个体的数量、径级结构和空间格局特征等。结果显示:2011年至2016年,样地有86.5%的树种出现了个体死亡的现象,死亡个体占个体总数的14.4%;死亡个体的聚集程度随空间尺度的增大而逐渐减弱;小径级个体死亡与周边邻体和环境的关联性较大;竞争是影响弄岗北热带喀斯特季节性云林树木死亡的主要因素。综合来看,北热带喀斯特季节性雨林内树木死亡并非是一个完全随机的过程,而是树木本身特征和生物与非生物环境共同作用的结果。     

弄岗北热带喀斯特季节性雨林群丛数量 分类及与环境的关系

以弄岗15 ha北热带喀斯特季节性雨林监测样地各样方的相对海拔、坡度、坡向、凹凸度和物种重要值数据为变量, 采用多元回归树方法将喀斯特季节性雨林森林群落分为8个群丛。同时, 按乔木层、亚乔木层优势种为主, 灌木层指示种为辅的方法分别把8类群丛命名为: (A)南方紫金牛(Ardisia thyrsiflora)–苹婆(Sterculia monosperma)–中国无忧花(Saraca dives)群丛, 该群丛类型主要分布于土壤和空气的湿度都较大的谷底边缘; (B)对叶榕(Ficus hispida)–苹婆–董棕(Caryota obtusa)群丛, 该群丛类型主要分布于伴有季节性水淹、土壤和空气湿度都很大的谷底; (C)山石榴(Catunaregam spinosa)–广西牡荆–蚬木(Excentrodendron tonkinense)群丛, 该群丛类型主要分布于受太阳直射时间较长、水分条件中等偏旱的中下坡阳坡地带; (D)垂茉莉(Clerodendrum wallichii)–苹婆–广西棋子豆(Cychidendron guangxiensis)群丛, 该群丛类型主要分布于受太阳直射时间稍短、水分条件适中的中下坡阴坡地带; (E)米仔兰(Aglaia odorata)–闭花木(Cleistanthus sumatranus)–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于土壤湿度中等偏旱的中上坡半阴坡地带; (F)割舌树(Walsura robusta)–闭花木–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于土壤湿度中等偏旱、比较陡峭的半阳坡地带; (G)枝花流苏树(Chionanthus ramiflorus)–广西牡荆–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于坡度缓和、太阳直射的时间较短、水分条件适中的垭口部位; (H)齿叶黄皮(Clausena dunniana)–黄梨木(Boniodendron minius)–蚬木群丛, 该群丛类型主要分布于受到太阳直射时间最长、岩石裸露度最大、气温干燥、土壤水分严重不足的山顶及其周围。群丛划分说明该区域植被差异主要源于相对海拔和坡向变化, 各群丛物种组成并不存在明显界限, 而是随环境梯度逐渐变化, 反映了植被分布具有连续性, 间断只是相对的。     

弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha监测样地的树种组成与空间分布

北热带喀斯特季节性雨林(northern tropical karst seasonal rain forest)是在我国热带北缘喀斯特地区分布的典型森林植被类型之一。由于富钙偏碱的地球化学背景及多样性的生境类型, 同时受季风气候影响, 该森林呈现群落结构多样、树种组成丰富、特有成分突出等特点。基于大型固定监测样地对该森林树种组成与空间分布进行的研究, 是探明该区域生物多样性形成与维持机制的基础。我们于2011年底建立了广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha监测样地, 依照CTFS (Center for Tropical Forest Science)全球森林生物多样性监测规范, 定位并调查了样地内每一棵胸径≥1 cm的木本植物。结果表明: (1)样地内有监测树种223种, 隶属于56科157属; 独立个体总数为68,010株(含分枝为95,471株), 平均胸径为4.84 cm; (2)树种科、属的区系均以热带成分为主, 大戟科、马鞭草科、梧桐科等为优势科; (3)个体数最多的11个树种的个体数之和占到总个体数的51.64%, 前58个树种的占90.19%; 稀有种有75种, 占总树种数的33.63%; (4)群落结构稳定且更新良好, 主要优势种的径级结构均呈倒“J”形, 无明显断层; (5)树种分布在空间上表现出明显差异, 黄梨木(Boniodendron minus)等强耐旱型树种分布于山顶周围; 蚬木(Excentrodendron tonkinense)等树种分布于山坡中部; 对叶榕(Ficus hispida)等喜湿耐荫型树种分布于山谷周围; (6)胸径>20 cm的个体较多分布在山坡中下部, 极少分布在山顶周围; 胸径10–20 cm的个体较均匀分布于整个样地; 分枝和萌枝较多分布在山顶周围; (7)种–面积散点图在2–7 ha的取样面积下分化形成两条曲线, 表明了树种数量组成在空间上具有强烈异质性。研究初步认为: 强烈生境异质性及独特地质背景可能是影响该喀斯特森林物种组成及空间分布的重要因素。     

弄岗喀斯特季节性雨林不同群丛物种多样性随海拔的变化

为研究北热带喀斯特季节性雨林不同群丛物种多样性特征及其随相对海拔变化,在对广西弄岗15 hm2北热带喀斯特季节性雨林样地进行群丛划分的基础上,运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数对处于不同相对海拔高度群丛的物种多样性以及不同群丛乔木层、亚乔木层和灌木层的物种多样性进行比较。结果表明弄岗喀斯特季节性雨林各群丛的多样性指数存在极显著差异(P0.01),各群丛类型的物种多样性指数的顺序为:枝花流苏树-广西牡荆-蚬木群丛齿叶黄皮-黄梨木-蚬木群丛山石榴-广西牡荆-蚬木群丛南方紫金牛-苹婆-中国无忧花群丛垂茉莉-苹婆-广西棋子豆群丛割舌树-闭花木-蚬木群丛米仔兰-闭花木-蚬木群丛对叶榕-苹婆-董棕群丛;Patrick丰富度指数、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数在中坡以下(弄岗样地相对海拔76.3 m以下)随相对海拔变化规律符合"中间高度膨胀"理论,即处于该地段中部群丛的多样性高,相对海拔较低和较高的群丛的多样性低;而中坡以上(弄岗样地相对海拔76.3 m以上)多样性随相对海拔增高而增大;群丛各层次多样性与热带山地雨林一致,与亚热带喀斯特常绿阔叶林截然相反,呈现出乔木层亚乔木层灌木层。这些结果表明地形空间异质性导致的水热差异影响着北热带喀斯特季节性雨林物种多样性,相对海拔低、水热条件较好的中、下坡乔木多样性高,相对海拔较高、条件恶劣的中、上坡亚乔木、灌木多样性较高,所以在对喀斯特地区水热条件恶劣的中、上坡地带进行植被恢复时,应更多选择亚乔木、灌木。     

喀斯特季节性雨林优势树种叶片微形态与光合生理特征及其生态适应性

为深入理解喀斯特季节性雨林优势树种对异质性生境条件的适应策略，该研究以广西弄岗原生性森林7个优势树种为对象，测定各树种成年个体叶片微形态结构及生长季光合生理特征等指标，探讨树种叶片结构功能对喀斯特峰丛山地异质性生境的响应规律。结果表明：(1)沿喀斯特地貌部位的洼地-中坡-山顶生境梯度，树木的叶片紧密度、栅栏组织厚度、角质层厚度、上表皮厚度等9个微形态指标均呈显著上升趋势，叶片疏松度呈显著下降趋势。(2)沿洼地-中坡-山顶生境梯度，树木的光补偿点、暗呼吸速率、最大蒸腾速率等均呈显著上升趋势，最大水分利用效率、最大胞间CO₂浓度、表观量子效率等均呈显著下降趋势。(3)叶片紧密度与光合能力、蒸腾能力等相关指标则表现为显著正相关，叶片疏松度与这两类指标则表现为显著负相关。综上认为，喀斯特季节性雨林优势树种叶片功能性状存在光合效率和耐旱性之间的权衡，洼地生长的树木具有显著的弱光适应特征，中坡生长的树木表现较广的生境适应范围，山顶分布的树种因受强光、高温和裸岩限制而表现出较强的干旱适应特征以及保守的生态适应策略。     

桂西南北热带喀斯特季节性雨林土壤钾、钙、镁空间分布特征及其影响因素

矿质元素是土壤养分的重要组分,关系着森林生态系统的群落组成和生物地球化学循环。喀斯特局域尺度内地形异质性较高,目前尚缺乏地形等非生物因子和生物因子如何影响喀斯特地区土壤矿质元素空间分布方面的研究。本文在弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha森林动态监测样地中沿海拔梯度设立的100个凋落物收集器所在位点进行土壤取样,对样品中的K、Ca、Mg 3种矿质元素含量进行测定,并基于空间回归模型和变差分解等方法对喀斯特季节性雨林中土壤K、Ca、Mg与生态因子之间的关联进行定量分析,探讨非生物因子和生物因子与其空间分布特征的内在关联,以期为北热带喀斯特生物地球化学循环研究和脆弱喀斯特生态系统保护提供科学依据。结果表明,研究区内土壤K、Ca、Mg均存在空间自相关性, Ca与海拔和凹凸度显著正相关,主要聚集在山脊区域; K与地形湿润度指数显著正相关,主要在洼地聚集; Mg在中坡位表现出聚集特征。变差分解显示生态因子对土壤K、Ca、Mg空间分布的驱动作用强于空间结构,单个生态因子中海拔的解释度最高,并且非生物因子的解释度总体上高于生物因子,生物因子中物种丰富度解释度最高,同时Mg的聚集伴随着较高的物种丰富度...     

少花蒺藜草入侵对沙质草地氮库的影响

以我国北方大面积发生的入侵植物少花蒺藜草为对象,研究了其对科尔沁沙质草地土壤氮库和地上植物氮库的影响,并在室内条件下,以自然生境中少花蒺藜草伴生牧草披碱草和扁穗冰草为对照,利用¹⁵N同位素技术分析了少花蒺藜草的生物固氮能力.结果表明:与对照裸地和本地植物鹅观草样地相比,少花蒺藜草入侵地土壤总氮库分别显著增加47.5%和20.8%,土壤铵态氮库分别显著降低25.6%和25.2%.与鹅观草相比,少花蒺藜草地上部分植物氮库显著降低18.7%.少花蒺藜草的¹⁵N原子丰度、¹⁵N原子百分超、¹⁵N原子加权百分超均显著低于披碱草和扁穗冰草.少花蒺藜草和披碱草的氮肥利用率分别为48.5%和47.0%,差异不显著.与披碱草相比,少花蒺藜草生物固氮率为60.2%Ndfa.少花蒺藜草对氮素高效利用的特征,揭示了其适应沙质草地生态系统并蔓延的一种生态适应机制.     

Diversity of climbing seed plants and their reproductive habit in a karst seasonal rain forest in Nonggang,Guangxi, China

Aims Diversity of climbing seed plants and their reproductive habits and characteristics are central for the understanding of community structure and dynamics of forests and hence are important for forest protection. However, little is known about the climbing seed plants in northern tropical karst seasonal rain forests. Here, using the data of the species diversity and reproductive habits of climbing seed plants in Nonggang, Guangxi, China, we aim to 1) explore the species diversity and distribution of climbing seed plants in northern tropical karst seasonal rain forests, 2) study the flowering and fruiting phenology and 3) the associations of reproductive characteristics to the environment. Methods Species composition, preferred habitat, flowering time, fruiting time and fruit types of climbing seed plants were surveyed. The seasonality of flowering and fruiting were analyzed by concentration ratio and circular distribution. Climbing seed plants were divided into three groups according to their growth forms and places in spatial forest structure: bush ropes, herbaceous vines and lianas. Monthly flowering ratios, fruiting ratios, fruit types and their ratios in different groups were determined. These relationships of flowering ratio, fruiting ratio, fruit type and its ratio to meteorological factors were investigated using Pearson correlation analysis. Important findings There were a total of 333 species of climbing seed plants in Nonggang karst seasonal rain forest, belonging to 145 genera and 56 families. Bush ropes, herbaceous vines and lianas contained 119, 88 and 126 species, respectively. At species level, herbaceous vines were more abundance in valleys, while bush ropes and lianas were more abundance on slopes. Flowering and fruiting of climbing seed plants occurred seasonally, with flowering peaking in April to September, while fruiting peaking in July to December. The seasonality of flowering and fruiting in bush ropes was weaker than in herbaceous vines and lianas. Flowering ratio was significantly positively correlated with rainfall and air temperature, which suggest that flowering peaks in monsoon season. Peak time for fruiting was about three months later than the peak time of flowering, around the end of monsoon season. The ratio of samara species to all fruiting species in lianas was significantly positively correlated with wind speed, but negatively correlated with rainfall and air temperature. It showed that samara in lianas tended to occur in dry season with high wind speed. In conclusion, species diversity and the seasonal features of reproduction of climbing seed plants in Nonggang karst seasonal rain forest were closely related to the spatial and temporal variations of habitat resources.     

西双版纳热带季节雨林的树种组成和群落结构动态

研究了西双版纳热带季节雨林1 hm2(hectare)动态监测样地1993年与2007年之间树种组成和群落结构的变化。对样地中胸径≥5 cm的乔木进行了每木调查。目前其树种组成的热带分布科、属所占比例分别为91%和94%,具有较高比例的热带植物区系性质。在1993年与2007年两次调查之间,树种数量由145种增至179种,仅有1到2个个体的稀有树种所占比例从54%降为51.1%。从森林的垂直结构来看,A、B、C三层的个体死亡率分别为12.8%、12.9%和19.0%,各层树木的增长率分别为-8.5%、-1.4%和44.8%。与此相对应,C层小径级的树木所占比例有较大提高。虽然小径级的树木在种类和数量上比例增大,但个体数量和种类组成相对稳定的A、B层优势树种变化不大,维持了群落结构的稳定性。14 a间,群落中新增加的具有先锋性质的树种不超过5个。1993年时,A、B两层尚有先锋树种存在,2007年已经从A、B两层中退出。因此,从14 a间树种组成和群落结构的变化来看,虽然具有树木的死亡和增补,但其物种成分和群落结构的总体格局没有明显的变化,处于动态平衡过程中。     

Ecology of seed germination of eight non-pioneer tree species from a tropical seasonal rain forest in southwest China

We compared various aspects of the seed biology of eight non-pioneer tree species from a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, SW China, that differ in time of dispersal, size and fresh seed moisture content (MC). Seeds were tested for germination under laboratory conditions after dehydration to different moisture levels and under 3.5, 10 and 30% solar irradiances in neutral-shade houses. For six species, germination was also compared in forest understory (3.5% light) and center of a forest gap (32.5% light). Under continuous dehydration over activated silica gel, 100% of seeds of four species had lost the ability to germinate after 48 h, and those of all species except Castanopsis hystrix (decreased from >90 to 30% germination) had lost the ability to germinate after 120 h. Four species did not differ in final germination percentages at the three irradiances (i.e. uniform germination). However, final germination percentages of Horsfieldia pandurifolia and Litsea pierrei var. szemaois were significantly lower in 30% than in 10 or 3.5% light, and seeds of Antiaris toxicaria and C. hystrix germinated to higher percentages in 30 and 10% than in 3.5% light. Mean time to germination (MTG) of the eight species (forest and shade house data combined) ranged from 5–5 days for Pometia tomentosa to 72–207days for L. pierrei; MTG for four species was ≤21 days. There was no obvious relationship between relative desiccation resistance and either time of dispersal, MTG or uniformity of germination at the three light levels, or between seed size and MC or MTG. However, the relationship between seed MC at maturity (25–60% fresh mass basis) and MC at 50% loss of seed viability (12.4–42.5%) was significant. Seven of the species fit Garwood’s (Ecol Monogr 53:159–181, 1983) rapid-rainy germination syndrome and one, L. pierrei, either her delayed-rainy or intermediate-dry germination syndrome. However, fresh, non-dehydrated seeds of all eight species germinated in ≤30 days at constant 30°C in light.