湖南栎类天然次生林林分空间结构对灌木物种多样性的影响

林分空间结构会显著影响其林下植被多样性,为明确其影响灌木物种多样性的关键因子,以栎类天然次生林为研究对象,利用Pearson简单相关分析、多元线性逐步回归法与典型相关分析探索乔木层空间结构与林下灌木物种多样性的相关关系,为保护林下植被多样性提供生态经营建议。以混交度、聚集指数和开敞度表达林分空间结构,以Margalef指数、Pielou指数和AuclairGoff指数作为灌木物种多样性评价指标,利用3种统计分析方法分析两者之间的相关关系,研究结果表明:(1)Pearson相关分析结果显示混交度对灌木层Pielou指数和AuclairGoff指数影响显著(P0.05),其余指数均不显著;(2)多元线性逐步回归分析结果显示林下灌木物种多样性受到多个林分空间指标的综合影响,其中Pielou指数受到混交度、聚集指数和开敞度的显著影响,AuclairGoff指数受到混交度与开敞度的显著影响;(3)典型相关分析结果显示,第一对典型相关变量通过显著性检验,典型相关系数为0.5427,林分空间结构与灌木层多样性指标两组变量在整体上相关性较强,其中混交度是影响力最大的变量。因此,欲提高栎类天然次生林下灌木物种多样性,应选择以调整树种结构为主,综合考虑林木空间分布格局的调整方案。     

湖南栎类天然次生林幼树更新特征及影响因子

以湖南典型栎类天然次生林为研究对象,基于51块样地的调查数据,采用k-means聚类分析划分林分类型,研究湖南不同栎类天然次生林幼树更新特征,分析了湖南不同栎类天然次生林幼树更新指标(幼树密度、幼树平均地径、平均高以及平均冠幅)与环境因子、林分因子的相关性,旨在阐明环境因子、林分因子对幼树更新的影响,以期为湖南不同栎类天然次生林的恢复与经营管理提供理论依据。结果表明:(1)利用聚类分析可将研究区内栎类天然次生林划分为5个类型,包括甜槠锥栗混交林(CC)、亮叶水青冈多脉青冈混交林(FC)、石栎樟树混交林(LC)、枹栎甜槠混交林(QC)、青冈栎混交林(CG)。(2)不同类型栎类天然次生林更新幼树优势种分化明显,物种丰富度差异显著(P0.05)。5种不同栎类次生林幼树密度均未超过500株/hm~2,更新情况较差;幼树数量差异显著(P0.05),为亮叶水青冈多脉青冈混交林石栎樟树混交林青冈栎混交林枹栎甜槠混交林甜槠锥栗混交林;生长情况差异显著(P0.05),为青冈栎混交林亮叶水青冈多脉青冈混交林枹栎甜槠混交林甜槠锥栗混交林石栎樟树混交林。(3)相关分析结果显示,不同类型次生林幼树更新的主要影响因子存在差异。甜槠锥栗混交林中幼树密度与腐殖质厚度呈显著负相关(P0.05);幼树平均高与灌木盖度呈显著正相关(P0.05);幼树平均地径与草本盖度、灌木盖度呈显著正相关(P0.05)。亮叶水青冈多脉青冈混交林中幼树密度与海拔、腐殖质厚度、枯落物厚度呈显著正相关(P0.05),与草本盖度呈极显著正相关(P0.01);幼树平均地径与郁闭度呈显著负相关(P0.05);幼树平均高、幼树平均冠幅与坡位呈显著正相关(P0.05)。石栎樟树混交林中幼树密度与坡向、土壤厚度呈显著正相关(P0.05),其余因子对幼树生长无显著影响。枹栎甜槠混交林中幼树密度与郁闭度、乔木密度呈极显著正相关(P0.01),与坡位呈显著负相关(P0.05);幼树平均冠幅与坡度呈显著负相关(P0.05)。青冈栎混交林中幼树平均地径与土壤厚度呈显著正相关(P0.05),与乔木密度呈极显著正相关(P0.01);幼树平均冠幅与灌木盖度呈显著正相关(P0.05)。     

四川柏木人工林林下植被生物量与林分结构的关系

森林结构与林下植被生物量的关系是森林持续经营与森林碳计量监测的科学基础,但一直缺乏必要的研究。以四川柏木(Cupressus funebris)人工林为研究对象,揭示林下植被生物量(Wu)、灌木生物量(Ws)和草本生物量(Wh)与林分结构的关系,并试图构建区域性林下植被生物量估测的混合模型。结果表明:(1)乔、灌、草群体共12个结构因子中,灌木群体的平均基径(Ds)、盖度(Cs)、高度(Hs)、体积(Vs)与林下植被生物量关系更紧密,在林下植被生物量模型构建中更有效;(2)多模型拟合与比较表明,柏木林Ws最佳估算模型为Ws=0.0005V1.0411s(R2a=0.762,P0.001,n=40),而Wu的最佳估算模型为ln Wu=0.0158Hs+0.0111Cs-0.5358(R2a=0.695,P0.001,n=40),但对于Wh未能获得较为理想的估算模型(R2a0.410,P0.01,n=40);(3)林分密度(Du)整合进入多元线性模型提高了林下植被生物量的估测精度,ln Wu=a+b Du+c Hs+d Cs(R2a=0.721,P0.001,n=40)。研究为区域性林下生物量估测模型构建提供了新论据。     

蒙古栎次生林的生长更新与林下植被多样性对林分密度的响应

以辽宁省抚顺市清源县蒙古栎天然次生林为对象,在2018年对6块面积为0.1 hm²的蒙古栎样地进行疏伐,并于2020年调查样地内植被的生长情况,研究疏伐后形成的600(低密度)、720(中密度)、900株·hm^-2(高密度)3种密度对林木生长、林下实生苗更新与林下植被多样性的影响。结果表明: 由于疏伐后间隔年份较短,不同密度下树高、胸径无显著差异。但低密度下林冠对称指数显著高于高密度,表明树冠生长对于林分密度的响应比树干生长更迅速。中密度下实生更新苗数量最多,且相同苗高的实生苗地径显著高于其他两个密度,中密度下实生苗更新与幼苗生长都好于高、低密度。林中共有植物70种,隶属于41科67属,其中木本植物蒙古栎、胡枝子与草本植物山罗花、三叶委陵菜占优势地位。灌木层与草本层的优势度指数、均匀度指数和多样性指数在中密度下表现最佳,表明该立地条件下林分密度保持在720株·hm^-2时更有助于辽东山区蒙古栎次生林的可持续发展。     

丰林自然保护区天然次生林林分结构及其生长量的研究

本文根据在丰林自然保护区次生林内进行专业调查的材料,从林分结构、生长和枯损等林分动态方面入手,讨论了次生林在未受干扰状况下的发生、发展动向,为天然次生林的合理经营和科学管理提供了依据。     

林分密度对杉木人工林林下植被和土壤性质的影响

以杉木人工林为研究对象,探究4种林分密度（A：650株/hm²;B：1100株/hm²;C：1250株/hm²;CK：1650株/hm²）林下物种多样性、生物量以及土壤理化性质及其之间的相关性。结果表明：（1）灌木层Shannon-Wiener指数、Patrick丰富度指数及草本层中Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Patrick丰富度指数随林分密度的增加均呈现出双峰型变化趋势,在密度A和C处均出现峰值;灌木层Simpson指数、Pielou均匀度指数随林分密度升高而降低,且灌、草层4种多样性指数最小值均出现在密度CK处。（2）草本层生物量比灌木层高。草本层总生物量（地上+地下）随密度的增大而减少,凋落物的量则随密度的增大而增大。（3）土壤养分含量和林下植物多样性指数随林分密度增大的变化趋势大致相同,且有机质含量在密度A取得最大值。（4）灌木层Shannon-Wiener指数、Patrick丰富度指数与全氮、水解氮、有效磷、有机质呈显著正相关;草本层植被物种多样性与土壤理化性质无显著相关性。（5）各指数与灌木层生物量的相关性较强。综上所述,密度A （650株/hm²）能够促进杉木林林下植被发育,增加林下植被物种多样性、生物量和有机质,可提升维持地力的能力,有利于杉木林稳定持续发展。     

马尾松人工林林分密度对林下植被及土壤性质的影响

采用样方调查及取样分析方法,研究广西大青山南亚热带不同密度马尾松人工林林下植被及土壤特征.结果表明:马尾松人工林自然发育14 a后,林分密度从1050 株·hm^-2增加到1800株·hm^-2,林下灌木层物种多样性指数增高.密度为1800 株·hm^-2时,多样性指数最高.当林分密度继续增大到2250 株·hm^-2,灌木层物种多样性指数却呈降低趋势.林下草本物种多样性指数对林分密度变化的响应不敏感;在林分密度影响下,林下灌木生物量与灌木层物种多样性指数变化规律一致.随着林分密度的增大,林下草本生物量呈降低趋势;不同密度马尾松人工林土壤理化特性差异显著(P<0.05).除全K、速效K和速效P外,土壤表层(0～20 cm)养分含量与林下灌木层物种多样性指数变化趋势一致.不同密度林地速效K和速效P含量变化波动较大.密度为2100 株·hm^-2的林分土壤 全P含量较高.中密度(1800 株·hm^-2)林地的土壤持水量和孔隙度均较高,土壤容重较低.     

林下植被的生物量分布特征及其作用

林下植被是森林生态系统的重要组成部分。研究林下植被的生物量特征及其生态作用对深入研究森林生态系统结构和功能有重要意义。本文归纳了森林林下植被的生物量分布特征与森林的类型、龄级和林分特征等因子之间的变化关系,分析了林下植被在维持森林生态系统营养元素循环、保持水土、指示森林环境状态变化、影响森林林分的生理生态特征和森林演替、保护动物的栖息地以及维持生态平衡等方面的主要生态作用。     

黄龙山天然次生林辽东栎种群空间格局

种群的空间分布格局是研究种群特征、种间相互作用以及种群与环境关系的重要手段。为更好地了解黄龙山天然次生林内辽东栎(Quercus wutaishanica)的种群特征,在该林区中油松(Pinus tabulaeformis)-辽东栎-白桦(Betula platyphylla)天然次生混交林和辽东栎天然次生纯林内分别选取并设立1块1 hm2的样地。根据样地调查规范对两块样地中的乔木进行空间定位并进行每木调查。研究参照静态生命表,采用径阶替代年龄的方法,将辽东栎种群不同生长阶段的分段问题转换为根据胸径(DBH)的大小划分生长阶段。研究中将辽东栎划分为4个不同生长阶段:幼龄阶段A,3 cm≤DBH10 cm;中龄阶段B,10 cm≤DBH20 cm;近熟龄阶段C,20 cm≤DBH30 cm;成过熟龄阶段D,DBH≥30 cm。利用O-ring统计分析方法的手段,分析2块样地中辽东栎的种群空间分布格局。本次研究分别采用单变量、双变量分析方法分析各生长阶段的空间格局、不同生长阶段间相互关联性。结果表明:(1)辽东栎种群在两块样地内的径级结构均符合倒"J"型,从径级分布角度说明两块样地的天然更新状况都良好;(2)辽东栎的空间分布格局与尺度有密切关系,两块样地在大、中尺度水平上基本表现为随机分布,但是在较小尺度上均表现为聚集分布,在样地Ⅰ中0—6 m尺度上尤为突出;(3)同一样地内各生长阶段的空间分布格局不同,幼龄个体在小尺度均表现为聚集分布,在样地Ⅱ中0—11 m尺度上尤为突出;(4)样地中不同生长阶段间相互关联性也不尽相同,样地Ⅰ中各生长阶段间关联性均不明显;样地Ⅱ中,幼龄的个体与中龄的个体间在小尺度上表现出显著的正相关性,而与近熟个体和成、过熟个体在小尺度上表现为明显的负相关性。在2—5 m尺度上,中龄个体与成过熟个体也表现出一定的负相关性。辽东栎种群是黄龙山天然次生林重要的建群种之一,研究其不同生长阶段个体的空间分布规律有助于掌握黄龙山区辽东栎生长现状;研究不同生长阶段的空间关联性有利于深入了解其群落的发展趋势,并为对种群聚集性较大的区域开展结构化森林经营提供重要依据。     

Mass‐ratio and complementarity effects simultaneously drive aboveground biomass in temperate Quercus forests through stand structure

Forests play a key role in regulating the global carbon cycle, a substantial portion of which is stored in aboveground biomass (AGB). It is well understood that biodiversity can increase the biomass through complementarity and mass‐ratio effects, and the contribution of environmental factors and stand structure attributes to AGB was also observed. However, the relative influence of these factors in determining the AGB of Quercus forests remains poorly understood. Using a large dataset retrieved from 523 permanent forest inventory plots across Northeast China, we examined the effects of integrated multiple tree species diversity components (i.e., species richness, functional, and phylogenetic diversity), functional traits composition, environmental factors (climate and soil), stand age, and structure attributes (stand density, tree size diversity) on AGB based on structural equation models. We found that species richness and phylogenetic diversity both were not correlated with AGB. However, functional diversity positively affected AGB via an indirect effect in line with the complementarity effect. Moreover, the community‐weighted mean of specific leaf area and height increased AGB directly and indirectly, respectively; demonstrating the mass‐ratio effect. Furthermore, stand age, density, and tree size diversity were more important modulators of AGB than biodiversity. Our study highlights that biodiversity–AGB interaction is dependent on the regulation of stand structure that can be even more important for maintaining high biomass than biodiversity in temperate Quercus forests.     

间伐对杨桦次生林冠层结构及林下光照的影响

自然或人为干扰产生的森林冠层结构和林下光照差异是造成林下环境异质性、物种多样性的主要原因,对森林生态系统的结构、过程与格局具有重要作用.以桃山林场2块50 m×50 m的杨桦次生林固定样地为研究对象,分别作为间伐和对照样地,于2012—2016年、2018年获取样地冠层影像,通过方差分析、马尔科夫模型等方法分析其冠层结构、林下光照动态及间伐后林冠的恢复规律.结果表明: 间伐措施能显著调整冠层结构和林下光照,并能持续较长的作用时间,但调整效果随时间逐渐降低;间伐后冠层结构及林下光照的变化速度随时间推移而降低,间伐后前3年林冠恢复速度较快,3年后恢复速度降低并趋于平缓;林下光照与林冠开度呈显著正相关,与叶面积指数呈显著负相关,其中林下散射辐射与冠层结构参数的相关性最大,且间伐样地冠层结构与林下光照的相关性大于对照样地;间伐后冠层的恢复速度与林冠开度大小有关,林冠开度越大,林冠恢复越快,向更小林冠开度转移的时间越早.马尔科夫模型能够模拟冠层结构分布的变化,可用来预测冠层结构动态.     

Effects of biodiversity,stand factors and functional identity on biomass and productivity during the restoration of subtropical forests in Central China

恢复梯度上华中亚热带森林生物多样性、林分因子及功能特性对生物量、生产力的影响 草地群落上进行的控制实验大都发现生物多样性对生态系统功能有显著促进作用。然而,在天然林中,多样性与林分因子、群落功能特性的相对作用大小仍存在争议。本文在森林恢复梯度上,研究这3类因素对生物量和生产力的相对影响。我们在湖北神农架设置了处于不同恢复阶段的24块(600 m²)亚热 带森林样地,计算了林分生物量和生产力。选择5个关键的植物功能性状,并计算了群落的功能多样性(功能丰富度、功能均匀度和功能离散度)和性状的加权平均值(CWM)。使用一般线性模型(GLMs)、变异分离等方法探究林分因子(密度、林龄、群落最大树高等)、功能特性、物种和功能多样性对生物量和生产力的相对重要性。研究结果表明,随着森林恢复,林分生物量和生产力显著增加,群落物种丰富度显著增加,而功能离散度显著降低。变异分离结果表明,多样性对生物量和生产力的单独效应不显著,但可能通过与林分因子和功能特性的协同效应来影响生物量和生产力。总体而言,我们发现林分因子对亚热带森林生物量和生产力的影响最大,功能特性显著影响生产力,但不影响生物量。这些结果说明,在森林经营中,调整林分结构和群落物种特性是提高森林碳储量和固碳潜力的有效途径。     

Effects of overstory and understory vegetation on the understory light environment in mixed boreal forests

Abstract. The percentage of above-canopy Photosynthetic Photon Flux Density (%PPFD) was measured at 0, 50 and 100 cm above the forest floor and above the main understory vegetation in stands of (1) pure Betula papyrifera (White birch), (2) pure Populus tremuloides (Trembling aspen), (3) mixed broad-leaf-conifer, (4) shade-tolerant conifer and (5) pure Pinus banksiana (Jack pine) occurring on both clay and till soil types. %PPFD was measured instantaneously under overcast sky conditions (nine locations within each of 29 stands) and continuously for a full day under clear sky conditions (five locations within each of eight stands). The percentage cover of the understory layer was estimated at the same locations as light measurements. Mean %PPFD varied from 2% at the forest floor under Populus forests to 15% above the understory vegetation cover under Betula forests. Percent PPFD above the understory vegetation cover was significantly higher under shade intolerant tree species such as Populus, Betula and Pinus than under shade tolerant conifers. No significant differences were found in %PPFD above the understory vegetation cover under similar tree species between clay and till soil types. The coefficient of variation in %PPFD measured in the nine locations within each stand was significantly lower under deciduous dominated forests (mean of 19%) than under coniferous dominated forests (mean of 40%). %PPFD measured at the forest floor was positively correlated with %PPFD measured above the understory vegetation and negatively correlated with cumulative total percent cover of the understory vegetation (R² = 0.852). The proportion of sunflecks above 250 and 500 mmol m^–2 s^–1 was much lower and %PPFD in shade much higher under Populus and Betula forests than under the other forests. Differences in the mean, variability and nature of the light environment found among forest and soil types are discussed in relation to their possible influences on tree succession.     

祁连山东部森林林分结构和环境因素对草本物种多样性的影响

林下草本物种多样性在维持西北干旱与半干旱地区的生态系统服务功能方面起着重要作用,探究其相关影响因素,可为祁连山东部地区的人工生态公益林的可持续经营提供理论基础。选取位于祁连山东部地区的针叶纯林、阔叶纯林、针叶混交林、针阔混交林(人工林)为研究对象,在相关性分析的基础上构建草本物种多样性的多因素参数预测模型和结构方程非参效应模型,探究多重因素(林分空间结构、林分非空间结构、环境因子)间的关系以及对林下草本物种多样性的影响程度。结果表明:(1)针阔混交林中林下草本的科、属、种数量最多。(2)平均胸径、平均树高、角尺度、混交度、大小比、坡度与草本物种多样性呈显著性相关(P<0.05)。(3)平均胸径是影响林下草本Simpson多样性指数的关键因子;坡度是影响林下草本Shannon-Wiener多样性指数的关键因子;角尺度、混交度是影响Pielou均匀性指数的关键因子;平均胸径、平均树高是影响物种丰富度的关键因子。(4)结构方程非参效应模型显示林分结构是影响草本物种多样性的关键因子(P<0.001),环境因子是影响草本物种多样性的重要因子(P<0.05)。因此,在后续森林植被恢复措施中,应当着重考虑林分的空间结构,形成随机分布的异龄复层混交林,以增加光合利用效率并遵循生态位互补理论,从而提高草本多样性。