不同类型人工阔叶红松林高等植物物种多样性

采用Shahnon—Wiener多样性指数、均匀度指数和优势度指数等指标研究了辽宁东部山区人工营造20年生5种阔叶树水曲柳、刺愀、紫椴、色赤汤、白桦与红松形成的混交林及人工红松纯林内各层次高等植物物种多佯性,并对该6种林分的垂直结构进行比较。结果表明,人工阔叶红松混交林内植物种类丰富,数量较多;红松纯林内的植物种数仅为人工阔叶红松混交林的42％～52％,植物总数量只有混交林的11％～37％。人工阔叶红松林各层次高等植物物种多样性均好于人工红松纯林,但与原始阔叶红松林相比。人工阔叶红松林的物种多样性还较低。在林分垂直结构方面,人工阔叶红松混交林的成层现象明显,层次结构复杂,垂直多样性丰富;红松纯林只有1个主林冠层,灌木层、草本层较矮,林分垂直结构单一。     

长白山自然保护区阔叶红松林林隙更新的研究

通过对林隙及非林隙林分组成树种数量特征的对比分析,研究了长白山自然保护区阔叶红松林中主要树种对林隙的更新反应特点,阐述了林隙在阔叶红松林结构与多样性维持中的作用．随着林隙与非林隙的交替变化,红松和阔叶树以及主林层和中下层树种的相对优势（或重要性）亦呈现出交替变化的规律．林隙提高了阔叶红松林的物种丰富度,增加了其多样性,为不同特性物种的共存提供了可能,从而保持了阔叶红松林的整体稳定性．     

长白山阔叶红松林结构多样性的初步研究

在林业可持续发展的背景下,对森林实施生态系统管理,必须保护和维持森林的生物多样性。这就要求在森林调查和经营过程中增加林分结构多样性方面的内容,因此必须充分认识森林结构包括的内容,并研究制订简便实用的结构多样性指标。本文采用目测分层盖度结合无样地点四分法取样进行林分结构因子调查,设计了一套简便的林分结构指标体系,并对长白山红松阔叶混交林及其次生林进行了林分结构多样性的测定研究。结果表明：基于分层盖度构建的林分垂直多样性指数和水平结构异质性指数,可以较好地表示林分的基本结构特征,同时借助点四分法测定的物种多样性指数和对倒木、站干、林隙等的统计,可以较全面地描述阔叶红松林的林分结构因素。应用该方法测定不同的原始林样地的林分结构,得到的林分结构指标与其他林分结构因素的描述,同常规林学调查结论一致并更全面;同时对不同采伐方式的林分结构进行了测定,结合相应的常规指标测定对比,表明该结构指数不但能较好地表示群落的空间结构特征,同时也能对比不同经营方式对林分结构造成的影响,如择伐方式比皆伐方式对林分的结构影响相对较小而且结构恢复时间较短,从而说明对阔叶红松林这种复层异龄混交林的森林类型而言,择伐是一种更适合的通过结构调控进行生态系统管理的方式。在对生态系统进行经营管理过程中,采用该方法能有效地说明林分的垂直结构复杂性和水平结构异质性及重要的林分结构因子存在状况,因而更适合当前森林生态系统管理的要求。文章进一步分析了林分结构指标待改进的部分与研究方向。     

中国东北小兴安岭阔叶红松林更新及其恢复研究

研究了中国东北小兴安岭地区阔叶红松林的更新和红松的生长及其影响因素。研究结果表明由于成树树冠的遮蔽作用所导致的光照减少是制约幼树生长和存活的关键因素。阔叶红松林是该区最典型和稳定的植被类型,但是在过去的50a中,由于皆伐和更新不良导致了它的分布面积和蓄积量的减少。阔叶红松林是地带性“顶极”植被,并通过具有连续性年龄结构的树种有规律的替代和演替过程中不同阔叶树种组成而处于优势地位。这种林型无疑应作为一种重要的基因库加以保护。次生阔叶林是在阔叶红松林受干扰后出现的,但它的种类组成简单,而且结构也很不稳定。因此,必须对现有的林分结构加以调整以利于林分的长期稳定和高产。同时,提出了红松阔叶林的恢复和重建的经营方式。     

功能多样性对典型阔叶红松林生产力的影响

为比较生物量比率假说与生态位互补假说在解释生产力变异的相对重要性,探讨生物多样性和生产力之间的关系是否受到生物和非生物因素的影响,该研究依托小兴安岭9 hm~2阔叶红松(Pinus koraiensis)林动态监测样地,通过计算群落初始生物量、物种多样性、功能多样性、植物性状的群落加权平均值和测定环境因子,运用线性回归模型、结构方程模型,比较了物种多样性和功能多样性与生产力的相关性。结果表明:(1)物种多样性和功能多样性均对生产力有显著作用,功能多样性比物种多样性与生产力的关系更为密切;(2)功能多样性指数比群落加权平均值能更好地解释生产力变异,说明生态位互补假说更适用于解释阔叶红松林群落内生产力的变异;(3)生物多样性与生产力的关系受生物因素与非生物因素的共同作用,相较于多样性和功能性状组成(植被质量),初始林分生物量(植被数量)能更有效地解释生产力的变异。生物多样性与生产力关系的研究应从植被质量与植被数量同时出发,评估生态系统过程的多种非生物和生物驱动因素,同时维护森林功能多样性,加强植物与土壤环境的保护,对有效增加生产力和维持生物多样性具有重要意义。     

吉林蛟河阔叶红松林木本植物物种多样性及群落结构与生产力的关系

该研究以吉林蛟河阔叶红松林为分析对象,比较了物种多样性和群落结构对生产力的影响,试图为解释多样性-生产力关系、指导森林经营管理提供科学依据。研究利用11.76 hm~2大样地中10 973株木本植物数据,通过线性回归模型分析了7个物种多样性和群落结构指标与生产力的相关性,进而利用结构方程模型比较了物种多样性和群落结构对生产力的影响。结果显示:(1)在线性回归模型中,物种多样性和群落结构均对生产力有显著作用,其中物种多样性均匀度指数与生产力显著负相关,群落结构的香农指数与生产力显著正相关,基尼系数与生产力显著负相关。(2)在结构方程模型中,群落结构对生产力的影响比物种多样性更强。研究认为群落结构对生产力的作用比物种多样性更大,在森林经营管理中,提高群落结构复杂性对促进生产力具有重要的意义。     

择伐对阔叶红松林资源可持续利用的影响

科学评估目前的择伐方式对森林结构与功能的影响对区域森林资源的可持续利用具有重要意义。以择伐过的阔叶红松林为研究对象,并以原始林为对照,分析了择伐对物种组成、林分结构以及对木材生产的影响。结果表明,低强度择伐(≤20%)对物种组成和蓄积结构均没有显著影响,而高强度择伐则显著改变了物种组成和蓄积结构。择伐后林分蓄积量均显著小于原始林,不同择伐强度间没有显著差异。择伐显著影响了用材树种的数量和质量,导致择伐后样地中用材树种的株数和蓄积量均显著减少,严重影响了林分的木材持续生产能力。因此,从阔叶红松林木材可持续利用角度来看,需要重新思考红松不作为采伐树种的用材林经营技术模式。     

功能多样性对典型阔叶红松林生产力的影响

为比较生物量比率假说与生态位互补假说在解释生产力变异的相对重要性, 探讨生物多样性和生产力之间的关系是否受到生物和非生物因素的影响, 该研究依托小兴安岭9 hm ²阔叶红松(Pinus koraiensis)林动态监测样地, 通过计算群落初始生物量、物种多样性、功能多样性、植物性状的群落加权平均值和测定环境因子, 运用线性回归模型、结构方程模型, 比较了物种多样性和功能多样性与生产力的相关性。结果表明: (1)物种多样性和功能多样性均对生产力有显著作用, 功能多样性比物种多样性与生产力的关系更为密切; (2)功能多样性指数比群落加权平均值能更好地解释生产力变异, 说明生态位互补假说更适用于解释阔叶红松林群落内生产力的变异; (3)生物多样性与生产力的关系受生物因素与非生物因素的共同作用, 相较于多样性和功能性状组成(植被质量), 初始林分生物量(植被数量)能更有效地解释生产力的变异。生物多样性与生产力关系的研究应从植被质量与植被数量同时出发, 评估生态系统过程的多种非生物和生物驱动因素, 同时维护森林功能多样性, 加强植物与土壤环境的保护, 对有效增加生产力和维持生物多样性具有重要意义。     

辽东山区人工阔叶红松林植物多样性与生产力研究

根据对人工营造20年生阔叶红松林典型样地的调查,分析了人工阔叶红松林的生产力、植物多样性及其相互关系.结果表明,人工营造的20年生红松-白桦、红松-色赤杨、红松-水曲柳混交林林地生产力分别达.529、4.9和5.82 t·hm^-2·yr^-1,高于同龄人工红松纯林(3.812 t·hm^-2·yr^-1);而红松-刺楸、红松-紫椴混交林分别为2.945和2.84 t·hm^-2·yr^-1,低于人工红松纯林.人工阔叶红松林乔木层、灌木层、草本层植物多样性均高于红松纯林;红松纯林内的植物种数仅为人工阔叶红松混交林的42%～52%,植物总数量也只有混交林的11%～37%.人工营造阔叶红松林是迅速恢复、发展顶极阔叶红松林的一种有效措施,但要经历相当长的时间和人为的不断调控.     

多样化松林中昆虫群落多样性特征

马尾松和湿地松是我国南方的2种主要松树。通过对6种不同林分结构下的马尾松林和湿地松林内昆虫群落调查与多样性指数分析,表明2种松树内的昆虫种类和数量无显著差异,混交林中的昆虫群落的种类和数量比纯林多,尤其以捕食天敌类群的种类和数量更为明显。整个昆虫群落和植食类群多样性指数以湿地松林内较大,而天敌(捕食类群和寄生类群)多样性指数则以马尾松林较高。从不同林分结构下昆虫多样性的比较来看,混交林内昆虫群落多样性指数波动较小,明显地高于纯林。但不同林分结构下昆虫多样性随水平分布和垂直分层格局而变化,松树北面和东面各样地之间的昆虫群落多样性指数差异显著,而南、西面之间差异较小;树冠层各样地之间的差异达极显著水平,而枯枝落叶层和树干层之间差异不显著。由此,还进一步讨论了混交林中昆虫群落稳定性问题。     

Vertical variation and economic strategy of leaf trait of major tree species in a typical mixed broadleaved-Korean pine forest

分析不同树种叶片性状的变化有助于了解植物群落结构。该文通过对典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林15种阔叶树种的比叶质量、叶片厚度、叶干物质含量、叶绿素含量指数、叶片碳、氮、磷含量的测定, 分析了冠层高度对叶性状及叶性状间相关关系的影响。结果表明, 水曲柳(Fraxinus mandshurica)和大青杨(Populus ussuriensis)上层的比叶质量显著大于下层, 而其他树种冠层间的比叶质量无显著变化; 叶绿素含量指数在白桦(Betula platyphylla)和春榆(Ulmus japonica)冠层间的分布分别为上层显著大于下层和上层显著大于中层; 单位质量氮含量在水曲柳的中层显著大于上层。叶片性状间存在着广泛的相关性, 比叶质量与叶片厚度、干物质含量在三层间均呈显著正相关关系, 而有些性状, 只在一或二个冠层中存在一定的相关性。山杨(Populus davidiana)和大青杨的叶片倾向于选择光合能力较低、营养浓度较低、呼吸速率较慢的一端, 而黄檗(Phellodendron amurense)和山槐(Maackia amurensis)叶片更倾向于光合能力强、营养物质浓度高的一端。不同树种对光照响应的差异可能会改变不同冠层中叶片的形态和化学性状, 从而有助于群落构建和物种共存。     

Structural diversity promotes productivity of mixed,uneven-aged forests in southwestern Germany

Forest diversity-productivity relationships have been intensively investigated in recent decades. However, few studies have considered the interplay between species and structural diversity in driving productivity. We analyzed these factors using data from 52 permanent plots in southwestern Germany with more than 53,000 repeated tree measurements. We used basal area increment as a proxy for productivity and hypothesized that: (1) structural diversity would increase tree and stand productivity, (2) diversity-productivity relationships would be weaker for species diversity than for structural diversity, and (3) species diversity would also indirectly impact stand productivity via changes in size structure. We measured diversity using distance-independent indices. We fitted separate linear mixed-effects models for fir, spruce and beech at the tree level, whereas at the stand level we pooled all available data. We tested our third hypothesis using structural equation modeling. Structural and species diversity acted as direct and independent drivers of stand productivity, with structural diversity being a slightly better predictor. Structural diversity, but not species diversity, had a significant, albeit asymmetric, effect on tree productivity. The functioning of structurally diverse, mixed forests is influenced by both structural and species diversity. These sources of trait diversity contribute to increased vertical stratification and crown plasticity, which in turn diminish competitive interferences and lead to more densely packed canopies per unit area. Our research highlights the positive effects of species diversity and structural diversity on forest productivity and ecosystem dynamics.     

Measuring seasonal dynamics of leaf area index in a mixed conifer-broadleaved forest with direct and indirect methods

利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index, LAI)。然而, 评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态, 其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI, 对半球摄影法(digital hemispherical photography, DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI, L_e)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时, 测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio, α)、集聚指数(clumping index, Ω_E)和针簇比(needle-to-shoot area ratio, γ_E))的季节变化。结果表明: 3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化, 8月初达到峰值。从5月至11月, DHP测定的L_e比真实的LAI低估50%-59%, 平均低估55%; 而LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e比真实的LAI低估19%-35%, 平均低估27%。DHP测定的L_e 经过自动曝光, α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 但仍比真实的LAI低估6%-15%, 平均低估9%; 相对而言, LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e经过α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明, 考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后, DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态, 其中, DHP的测定精度高于85%, 而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。     

辽东山区原始阔叶红松林主要树种空间结构特征

维持森林结构多样性通常被认为是确保森林生态系统稳定性和生物多样性的有效方式.本研究以辽东山区原始阔叶红松林为对象,运用相邻木空间关系构建林分空间结构参数,探究顶极群落内部主要优势乔木的空间结构特征,并以此顶极群落为借鉴,为低质量次生林改造和人工纯林结构优化经营提供参考.结果表明: 辽东山区原始阔叶红松林林分的径级分布呈倒“J”形,林下更新良好,同时保持一定比例的大径木存在;林分平均角尺度为0.507,整体呈随机分布状态,混交度平均值为0.82,混交度强;平均大小比数为0.506,反映出林分整体处于中庸状态.林分中不同优势度在极强混交维度下出现了一定程度的分化,反映出处于中下层绝对劣势的小径级被压木和主林层的绝对优势木在不同垂直空间上的优化分布与利用.林分中各优势树种的分布也随机镶嵌于总体的随机格局之中.     

Relationships between species diversity or community structure and productivity of woody-plants in a broad-leaved Korean pine forest in Jiaohe,Jilin, China

Aims Based on the dataset of a broad-leaved Korean pine forest in Jiaohe, Jilin Province, this research compared the influences of species diversity and community structure on productivity. We aim to explain the relationship between diversity and productivity for better forest management. Methods We used the data of 10 973 woody-plants in a 11.76 hm² large sample plot and analyzed the correlations between 7 different indices of species diversity or community structure and productivity. Structural equation model was used to compare the effects of species diversity and community structure on productivity. Important findings The results showed that: (1) Both species diversity and community structure had significant effects on productivity when they were considered separately in linear regression analysis, i.e. species evenness was negatively correlated with productivity, the Shannon index of community structure was positively correlated with productivity and the Gini index was negatively correlated with productivity. (2) In the structural equation model, when simultaneously considered, community structure had stronger influence on productivity than species diversity. Our research suggests that, the effects of community structure on productivity are greater than species diversity and it is important to increase community structure complexity to improve forest productivity during forest management.     

物种多样性和系统发育多样性对阔叶红松林生产力的影响

生物多样性与生态系统功能间的关系已成为生态学研究的热点问题之一,其中植物多样性对森林生产力的驱动作用受到广泛关注,而其潜在驱动机制还存在很大争议.本研究依托黑龙江凉水国家级自然保护区典型阔叶红松林9 hm^2森林动态监测样地,利用2005年和2015年的调查数据,采用线性回归和结构方程模型探究不同空间尺度下物种多样性和系统发育多样性对森林生产力的影响.结果表明:物种多样性和系统发育多样性与生产力均呈正相关,随着空间尺度的增大,物种多样性对生产力的作用强度逐渐增强,而系统发育多样性对生产力的作用逐渐减弱;小尺度下系统发育多样性对生产力的影响大于物种多样性.生产力还受到非生物因素影响,在不同尺度下土壤因子与生产力均呈显著正相关,并且随着尺度的增大,土壤因子对生产力的作用逐渐占据主导地位.在今后研究中应将进化信息与生态系统功能相联系,可为其他多样性度量提供额外的解释力,同时还应考虑空间尺度及非生物因素的影响,为深入了解森林生产力的驱动机制提供科学依据.     

长白山温带森林不同演替阶段群落功能性状的空间变化

群落构建机制研究是生态学研究的热点。长白山自然保护区拥有完整的原始阔叶红松林生态系统, 近年来随着物种多样性丧失愈发严重, 对该地区开展群落构建机制研究显得尤为重要。该研究以长白山不同演替阶段的3块5.2 hm ²固定监测样地(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始椴树红松林)为研究对象, 通过采集样地内主要树种的6个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、叶氮含量、叶磷含量、最大树高), 分析不同空间尺度下(5 m × 5 m, 10 m × 10 m, 20 m × 20 m, 30 m × 30 m, 40 m × 40 m, 50 m × 50 m和60 m × 60 m)及不同演替阶段群落性状空间值的变化, 结合零模型的模拟结果对长白山温带森林演替过程中的群落构建机制进行讨论。结果表明: 种库大小对于研究结果具有重要影响。在较大的种库下, 环境过滤作用影响显著。而在样地水平进行研究时, 演替早期和中期, 群落性状空间值与零模型模拟值无显著差异, 在演替的晚期, 群落性状空间值显著高于零模型模拟值。结合多个群落功能多样性指数分析发现, 环境过滤和竞争作用共同决定该地区顶级群落的物种组成。在演替早期大量物种迁入, 群落内物种间存在强烈的资源竞争, 而随着演替进行, 部分物种逐渐被竞争排除出群落, 群落中的物种呈现明显的生态位分化, 竞争作用是维持物种共存的主要机制。     

典型阔叶红松林主要树种叶性状的垂直变异及经济策略

分析不同树种叶片性状的变化有助于了解植物群落结构。该文通过对典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林15种阔叶树种的比叶质量、叶片厚度、叶干物质含量、叶绿素含量指数、叶片碳、氮、磷含量的测定, 分析了冠层高度对叶性状及叶性状间相关关系的影响。结果表明, 水曲柳(Fraxinus mandshurica)和大青杨(Populus ussuriensis)上层的比叶质量显著大于下层, 而其他树种冠层间的比叶质量无显著变化; 叶绿素含量指数在白桦(Betula platyphylla)和春榆(Ulmus japonica)冠层间的分布分别为上层显著大于下层和上层显著大于中层; 单位质量氮含量在水曲柳的中层显著大于上层。叶片性状间存在着广泛的相关性, 比叶质量与叶片厚度、干物质含量在三层间均呈显著正相关关系, 而有些性状, 只在一或二个冠层中存在一定的相关性。山杨(Populus davidiana)和大青杨的叶片倾向于选择光合能力较低、营养浓度较低、呼吸速率较慢的一端, 而黄檗(Phellodendron amurense)和山槐(Maackia amurensis)叶片更倾向于光合能力强、营养物质浓度高的一端。不同树种对光照响应的差异可能会改变不同冠层中叶片的形态和化学性状, 从而有助于群落构建和物种共存。     

The need for a canopy perspective to understand the importance of phenotypic plasticity for promoting species coexistence and light-use complementarity in forest ecosystems

Because of their overwhelming size over other organisms, trees define the structural and energetic properties of forest ecosystems. From grasslands to forests, leaf area index, which determines the amount of light energy intercepted for photosynthesis, increases with increasing canopy height across the various terrestrial ecosystems of the world. In vertically well-developed forests, niche differentiation along the vertical gradient of light availability may promote species coexistence. In addition, spatial and temporal differentiation of photosynthetic traits among the coexisting tree species (functional diversity) may promote complementary use of light energy, resulting in higher biomass and productivity in multi-species forests. Trees have evolved retaining high phenotypic plasticity because the spatial/temporal distribution of resources in forest ecosystems is highly heterogeneous and trees modify their own environment as they increase nearly 1,000 times in size through ontogeny. High phenotypic plasticity may enable coexistence of tree species through divergence in resource-rich environments, as well as through convergence in resource-limited environments. We propose that the breadth of individual-level phenotypic plasticity, expressed at the metamer level (leaves and shoots), is an important factor that promotes species coexistence and resource-use complementarity in forest ecosystems. A cross-biome comparison of the link between plasticity of photosynthesis-related traits and stand productivity will provide a functional explanation for the relationship between species assemblages and productivity of forest ecosystems.     

Vertical stratification of ichneumonid wasp communities: the effects of forest structure and life‐history traits

Parasitoid wasp communities of the canopy of temperate forests are still largely unexplored. Very little is known about the community composition of parasitoids between canopy and understory and how much of this difference is related to forest structure or parasitoid biological strategies. In this study we investigated upon the difference in the community composition of the parasitic wasps Ichneumonidae between canopy and understory in a lowland temperate forest in northern Italy. We used general linear models to test whether parasitic strategy modifies species vertical stratification and the effect of forest structure. We also tested differences in β‐diversity between canopy and understory traps and over time within single forest layers. We found that stand basal area was positively related to species richness, suggesting that the presence of mature trees can influence local wasp diversity, providing a higher number of microhabitats and hosts. The ichneumonid community of the canopy was different from that of the understory, and the β‐diversity analysis showed higher values for the canopy, due to a higher degree of species turnover between traps. In our analyses, the vertical stratification was different between groups of ichneumonids sharing different parasitic strategies. Idiobiont parasitoids of weakly or deeply concealed hosts were more diverse in the understory than in the canopy while parasitoids of spiders were equally distributed between the two layers. Even though the ichneumonid community was not particularly species‐rich in the canopy of the temperate forests, the extension of sampling to that habitat significantly increased the number of species recorded.