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。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林木本植物组成特征

喀斯特常绿落叶阔叶混交林是我国西南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,该森林具有群落结构多样、树种组成丰富、优势物种突出等特点,基于大型动态监测样地的群落特征分析是揭示其生物多样性维持机制的基础。该研究在木论国家自然保护区建立了25 hm2的样地,依照CTFS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254种,隶属于64科161属;独立个体总数为110370株(含分枝为144679株),平均胸径为4.14 cm。(2)个体数最多的15个树种的个体数之和占到总个体数的78.46％,稀有种有100种,占总树种数的39.37％。(3)群落结构稳定且更新良好,木本植物整体径级结构呈倒“J”形。(4)样地内重要值≥1的树种有26种,占总树种数量10.24％;重要值排名前三的物种分别是小果厚壳桂、栀子皮和香叶树。(5)样地中共有萌生木本植物204种34309株,分属于127属51科,分别占样地总物种、个体数量、属及科数的80.32％、14.42％、78.88％和79.69％。此结果表明木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种组成丰富、群落成熟稳定、更新良好,反映了亚热带非地带性喀斯特顶极群落常绿落叶阔叶混交林的典型特征。     

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。     

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。     

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。     

紫金山森林植被性质与常绿落叶阔叶混交林重建可能性的探讨

紫金山财处长江下游南岸,按中国植被区划,从属于亚热带北缘,其森林植被类型具有亚热带常绿阔叶林向暖温带落叶阔林过渡的特征。从紫金册现状植被来看,具有明显人为扰动痕迹,虽然人工针叶林仍占有重要地位,但现状植被正入于明显的演替之中,一方面以马尾松为优势的阳性针叶林已处于日益衰退境地;另一方面,以栓皮栎、枫香为优势的天然次生落叶阔叶林正在迅速恢复,而苦槠、冬青、石楠等常绿阔叶树种在林中明显增多,在局部区域     

天目山常绿落叶阔叶混交林土壤温室气体排放特点

采用静态箱-气象色谱法, 将试验样地按照自上而下分为A、B、C、D 四个梯度的采样点。研究了浙江天目山常绿落叶阔叶混交林2013 年3 月-11 月期间土壤温室气体排放的时空变化特点, 并分析了不同梯度的土壤温湿度与气体排放通量的相关性。结果表明: (1)天目山常绿落叶阔叶混交林土壤CO₂ 和CH₄ 两种温室气体排放/吸收季节变化特征较一致, 即夏季>春季>秋季; N₂O 排放通量季节变化表现为夏季>秋季>春季。其中, CO₂ 和N₂O 表现为土壤的排放源, CH₄ 为大气的吸收汇。(2)空间上, CO₂ 通量大小表现为: D 采样点> A 采样点> C 采样点 > B 采样点; 土壤对CH4吸收速率表现为A 采样点 > C 采样点 > B 采样点 > D 采样点; 土壤N₂O 通量大小依次为: A 采样点 > C 采样点 > B采样点 > D 采样点。(3)温度是影响天目山常绿落叶阔叶混交林土壤CO₂ 通量重要因子; CH₄ 的吸收通量随温度的升高和湿度的降低而增大; 在海拔较低的地区, 温度是N₂O 通量的重要影响因子, 海拔较高地区, 湿度是N₂O 通量的重要限制因子。     

峨眉山常绿落叶阔叶混交林的生物多样性及植物区系初探

对峨眉山常绿落叶阔叶混交林的群落结构﹑组成﹑生物多样性及植物区系等几方面进行了研究分析。结果显示峨眉山阔叶混交林由226种维管束植物组成,其中被子植物73科137属207种, 占总种数的91.6%,是峨眉山阔叶混交林的重要组成部分;群落分层现象明显,为乔木层﹑灌木层﹑草本层和层外植物4层,其中草本层发育情况差;科分布型是以热带—亚热带﹑热带—温带为主,各占22.7%, 在属的水平上则以温带分布占绝对优势(52.9%),揭示了峨眉山阔叶混交林的区系性质是以温带为主的亚热带类型;生物多样性指数处于较低的水平,在经过人为干扰后,群落处于稳定的恢复阶段。     

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。     

桂林岩溶石山常绿落叶阔叶混交林乔木层优势物种生态位研究

采用样方法对不同资源位群落进行调查,通过冗余分析（RDA）结合Monte Carlo随机置换检验筛选出对桂林岩溶石山常绿落叶阔叶混交林乔木层优势物种分布影响显著的土壤资源轴（土壤有机质、土壤水溶钙、土壤速效氮、土壤全氮、土壤pH值和土壤厚度）。利用Levins生态位宽度指数和Pianka生态位重叠指数对桂林岩溶石山常绿落叶阔叶混交林乔木层14个优势物种在土壤有机质、土壤水溶钙、土壤速效氮、土壤全氮、土壤pH值和土壤厚度6个土壤资源轴上的生态位特征进行研究。结果表明：（1）在土壤有机质和土壤水溶钙资源轴上,生态位宽度最大值为常绿物种檵木（0.89、0.94）;在土壤pH值资源轴上,生态位宽度最大值为常绿物种粗糠柴（0.96）;在土壤速效氮、土壤全氮和土壤厚度资源轴上,生态位宽度最大值为落叶物种南酸枣（0.87、0.99、0.97）。（2）14个优势物种在6个土壤资源轴上,生态位重叠均值由大到小依次为土壤厚度 > 土壤全氮 > 土壤水溶钙 > 土壤速效氮 > 土壤pH值 > 土壤有机质,且均表现为常绿物种与常绿物种形成的种对生态位重叠均值（0.84） > 常绿物种与落叶物种（0.74） > 落叶物种与落叶物种（0.66）。（3）综合6个土壤资源轴,生态位重叠值≥0.5的种对高达480对,占总种对数的87.91%,暗示桂林岩溶石山常绿落叶阔叶混交林乔木层优势物种在资源匮乏且资源异质性高的特殊生境中存在激烈竞争,且乔木层种间关系相对不稳定。     

基于功能性状的中亚热带岩溶常绿落叶阔叶混交林物种多样性维持研究

理解植物功能性状和功能实体在森林群落的分布,有助于探讨物种丧失对森林生态系统功能、冗余和恢复力的影响。为了解脆弱的岩溶石山森林在应对生物多样性丧失的生态系统反馈,对桂林岩溶石山两块1hm²的常绿落叶阔叶混交林的木本植物数据进行了分析。包括基于功能性状计算功能多样性、构建功能实体计算功能冗余以及采用Pearson相关分析和Mantel检验评估物种多样性指标在生态系统的维持机制。结果显示:(1)青冈+大叶榉树群落的功能多样性指标均低于鱼骨木+青冈+圆叶乌桕群落,且两个群落间功能均匀度不相关(P ＞ 0.05),功能丰富度、功能离散度和Rao''s二次熵呈现极显著相关性(P ＜ 0.001),功能分散度呈现显著相关性(P ＜ 0.05)。(2)两个群落的物种丰富度与功能冗余指标表现出相似的线性关系,即物种丰富度与功能实体等级、功能冗余、功能超冗余呈正相关,与功能脆弱性呈负相关关系。(3)不同植物功能性状间、不同功能多样性指标间和不同功能冗余指标间的相关性较强,功能多样性指标和功能冗余指标间无显著相关性,但功能性状与功能多样性指标、功能性状与功能冗余指标均存在不同程度的相关性。而在功能实体与物种多样性指标的相关性方面,呈现出同物种丰富度与物种多样性指标相似的显著度。另外,物种多度与物种丰富度、功能分散度、功能离散度、Rao''s二次熵及功能脆弱性均显著相关。总之,在岩溶石山常绿落叶阔叶混交林中,高功能多样性的群落存在高功能冗余的现象,但功能多样性和功能冗余是相互独立的因素;物种丰富度高的群落所提供的保险效应无法抵消其生态系统的脆弱性。因此,不能仅通过保护物种丰富度来维持生态系统的特有功能,还应充分考虑多度对生态系统功能的贡献,以更有效地实现对岩溶石山森林生态系统的保护。     

鄂西南亚热带常绿落叶阔叶混交林土壤空间异质性

大样地是监测森林生物多样性及生态因子动态变化的重要平台,以湖北木林子国家级自然保护区常绿落叶阔叶混交林为对象,依托15 hm2动态监测样地,对每个400 m2样方进行取样并测定7个化学性质指标,运用地统计与多元统计方法,分析了该大样地内不同土壤因子的富集程度、空间格局、变异性、相关性。结果如下:1)研究区土壤酸性较强,有机质、有效氮、全氮、有效钾丰富,有效磷、全磷亏缺;2)有效氮、全氮、有效磷呈东高西低,p H呈西高东低,有效钾呈斑块状分布,有机质呈中间高,西北与东南低的"凸"型分布,其中以有效钾空间结构最复杂(A=50 m,D=1.96),p H空间结构最简单(A=180 m,D=1.83);3)土壤因子的块基比范围为0.14—0.69,14对因子显著相关(P0.05),其中以全磷的空间自相关最强,并与其余因子显著相关;4)土壤因子的变异系数范围为0.05—0.34,其中全磷、有效磷变异系数最高,分别为0.29和0.34,p H变异系数最低(0.05),土壤全磷在主成分中具有最大载荷(2.27)。结果表明:1)木林子常绿落叶阔叶混交林土壤酸性较强,除了磷素亏缺,其余土壤养分富集;2)土壤的变异性不强,空间分布具有明显的自相关特征,并具有一定的尺度效应;3)除了土壤有效磷以外的土壤因子之间存在较为普遍的相互联系;4)土壤全磷对于土壤的综合变异最具代表性。     

Tree species influences soil microbial community diversity but not biomass in a karst forest in southwestern China

中国西南喀斯特森林树种对土壤微生物群落多样性和生物量的影响陆地生态系统中植物种对土壤微生物群落结构的影响不一,而喀斯特生态系统中植物种对土壤微生物群落结构影响的研究尚未见报道。本研究利用磷酸脂肪酸(PLFA)法,分析了黔中高原型喀斯特常绿落叶阔叶混交林5个优势树种—窄叶石栎(Lithocarpus confinis Huang)、圆果化香(Platycarya longipes Wu)、滇鼠刺(Itea yunnanensis Franch.)、安顺润楠(Machilus cavaleriei H. Lév.)、云贵鹅耳枥(Carpinus pubescens Burkill)—与土壤理化性质对土壤微生物群落组成和生物量的影响。在测试的212个土壤样品 中共检测出132种PLFA,每个样品土壤微生物平均PLFA数量和生物量分别为65.97和11.22 µg g^–1。土壤表层(0–10 cm)的土壤微生物PLFA数量与下层(10–20 cm)土壤接近,但前者土壤微生物生物量显著高于后者(P < 0.05)。树种影响土壤微生物PLFA数量,但对土壤微生物生物量没有影响。云贵鹅耳枥附近的土壤微生物PLFA数量显著高于其他树种(P < 0.05),而其他树种土壤微生物PLFA数量接近。土壤微生物 生物量与表层土壤的理化性质无显著相关,但与下层土壤的有机碳、全氮和全磷含量呈显著正相关 (P < 0.05)。总之,黔中高原型喀斯特森林真菌/细菌生物量比率低,微生物总生物量低,但微生物群落多样性高。树种对土壤微生物群落多样性产生影响。     

基于地形因子的天童地区常绿树种和落叶树种共存机制研究

位于亚热带的浙江天童和古田山常绿阔叶林大样地分布有较高比例的落叶树种,那么它们与常绿树种的共存机制是什么?常绿树种和落叶树种生态习性差异较大,二者对生境的选择应有所不同,我们推测生境分化可能是两类植物实现共存的主要机制。为检验该假设,我们以天童20ha动态样地调查数据为依托,选择个体数≥20的55个常绿树种和42个落叶树种作为分析对象,用典范对应分析(CCA)研究了地形因子对二者分布的影响差异,用torus转换检验来分析常绿树种和落叶树种与各类地形生境的关联。结果如下:(1)CCA分析表明地形因子对常绿树种分布的解释量为19.2%,对落叶树种分布的解释量为7.0%。(2)torus转换检验结果表明,与沟谷成正关联的常绿树种和落叶树种的比例分别为16.4%和28.6%,成负关联的比例分别为40%和7%;与山脊成正关联的常绿树种和落叶树种的比例分别为41.8%和4.8%,成负关联的比例分别为10.9%和47.6%;与受干扰生境成正关联的常绿树种和落叶树种的比例分别为16.4%和42.9%。上述结果说明地形对常绿树种分布的影响大于落叶树种;两个植物类群对生境的选择多呈现相反格局,尤其是在沟谷生境和山脊生境,这进一步表明生境分化是常绿树种和落叶树种共存的重要机制之一,生态位理论在一定程度上能较好地解释亚热带常绿阔叶林物种多样性的维持。