山西太岳山針闊混交林主要樹種共存機(jī)制研究.pdf

1、為了探討山西太岳山針闊混交林主要樹種共存機(jī)制，該研究參照CTFS（Centre for Tropical Forest Science）樣地調(diào)查方法，于2014年7月-8月在山西太岳山國家森林公園植被保護(hù)完好地區(qū)建立4 ha森林監(jiān)測樣地，對胸徑內(nèi)大于1 cm的木本植物進(jìn)行了統(tǒng)計，分析了研究樣地中的物種組成。并從密度制約、Janzen-Connell假說和土壤養(yǎng)分異質(zhì)性三個方面入手對該區(qū)群落的共存機(jī)制及多樣性維持進(jìn)行了研究。具體實施方案如

2、下：
　?。?）為了揭示太岳山主要樹種的空間分布格局以及該區(qū)物種的生態(tài)適應(yīng)對策和種群動態(tài)，我們把樣地中的主要喬木樹種分為幼樹（1 cm≤DBH≤10 cm）、小樹（10 cm30 cm）3個生長階段，并在去除空間異質(zhì)性的基礎(chǔ)上，采取不規(guī)則區(qū)域的點格局分析方法，定量分析了樣地中主要樹種在0-100 m尺度上的空間分布格局，探討了枯立木對樹種分布格局的影響，以及用雙關(guān)聯(lián)函數(shù)g?(r)研究了種群不

3、同生長階段的格局類型。結(jié)果表明：本次共調(diào)查木本植物9698棵，其中包括枯立木209株。結(jié)合各樹種重要值及其野外考察結(jié)果，遼東櫟、白樺、油松、鵝耳櫪、野山楂、色木槭在群落中占優(yōu)勢，為該群落的主要優(yōu)勢物種；研究區(qū)主要樹種以聚集型分布為主，加入枯立木后，種群聚集程度降低并趨于隨機(jī)分布；該區(qū)種群生長過程中分布格局隨時間的變化表現(xiàn)出動態(tài)變化過程，隨著年齡的增長甚至有降低的趨勢，這種變化過程是對種群自身的生物學(xué)特性和環(huán)境條件的綜合反應(yīng)，同時也初步確

4、定種內(nèi)競爭和密度制約效應(yīng)對該區(qū)樹種的分布有一定的影響。
　　大尺度空間異質(zhì)性對密度制約效應(yīng)可能帶來的影響采用異質(zhì)性泊松過程模擬來排除，使用雙變量隨機(jī)標(biāo)簽零模型（Bivariate random labeling）和“案例-對照”設(shè)計（Case-control design）檢驗了樹種不同生長階段的空間關(guān)系以及距離響應(yīng)的密度制約效應(yīng)，進(jìn)一步探究了密度制約效應(yīng)對于該區(qū)森林植物多樣性的維持機(jī)制。結(jié)果表明：該研究所檢驗的6個優(yōu)勢種普遍受到

5、生境異質(zhì)性作用的影響。當(dāng)去除生境異質(zhì)性作用的影響后，所研究的物種還受到不同程度的密度制約效應(yīng)，但是這種密度制約的稀疏效應(yīng)并不完全存在于植物的整個生命周期，它只存在于物種的某個生活史階段；密度制約的距離效應(yīng)在研究區(qū)因物種而異，并不普遍。
　?。?）為了驗證Janzen-Connell假說在該區(qū)群落物種共存中的適用性，我們在0-5 m，5-10 m，10-15 m，15-20 m及20-25 m，這5種尺度下，清點了主要樹種周圍的幼樹

6、(1 cm≤DBH≤8 cm)及成樹(DBH>30 cm)的數(shù)量，分析了成樹周圍幼樹隨距離的變化情況；用領(lǐng)體指數(shù)測定了樣木周圍同種樹的幼樹、成樹和其它樹的影響；計算了主要樹種在不同尺度下的更新率指標(biāo)，分析了同種成樹對其附近更新的影響。結(jié)果表明：Janzen-Connell假說的密度及距離依賴對保持這一群落的物種多樣性沒有關(guān)鍵性作用；然而，異種領(lǐng)體比同種鄰體的數(shù)量更多，更密集，說明研究區(qū)有較低的同種鄰體的負(fù)效應(yīng)而導(dǎo)致的強烈的為獲取資源或特

7、定的自然天敵的種內(nèi)競爭，即樹木有較低的死亡率。該文的研究結(jié)果不能完全證明Janzen-Connell法則的作用，但在成樹周圍非同種樹木的數(shù)量遠(yuǎn)大于同種樹，為其它樹種的成活提供了更多的空間，從而促進(jìn)該區(qū)群落的物種共存。
　?。?）為了探討研究區(qū)土壤養(yǎng)分異質(zhì)性與物種共存的關(guān)系，該文根據(jù)土壤樣點數(shù)據(jù)，利用SPSS17.0軟件對研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行了描述性統(tǒng)計。為進(jìn)一步了解土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性，我們將土壤特性數(shù)據(jù)經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后，采用GS+

8、（Version7.0）軟件對其進(jìn)行了半方差函數(shù)分析，并進(jìn)行了模型的擬合。并利用CCA排序分析了土壤因子與植物種之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：研究區(qū)各營養(yǎng)元素的變異系數(shù)在27.37％-56.35%之間，屬于中等程度的變異；該區(qū)土壤元素的塊金值均較小且為正值，說明在本研究尺度上由隨機(jī)因素引起的空間變異較小，在當(dāng)前采樣密度下存在由實驗誤差、采樣誤差、采樣間距的變異等隨機(jī)因素共同引起的不同程度的變異以及由這些變異引起的正基底效應(yīng)；pH、有機(jī)質(zhì)、全氮

9、、速效鉀含量的空間結(jié)構(gòu)比C0/(C0+C)均大于0.8，表明該研究區(qū)它們的含量具有較強的空間自相關(guān)性。半方差模型的擬合效果表明，土壤全磷、有效磷含量符合指數(shù)模型，堿解氮、全氮、有機(jī)質(zhì)符合球狀模型，pH符合高斯模型，速效鉀含量符合線性模型，他們能較好地反映7個指標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)特征；CCA排序結(jié)果顯示，油松與土壤全氮、有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，野山楂、遼東櫟與有效磷、pH呈負(fù)相關(guān)，與速效鉀為正相關(guān)關(guān)系，白樺與有效磷關(guān)系密切且呈正相關(guān)關(guān)系，鵝耳櫪與土壤堿

10、解氮關(guān)系密切，這種植物對不同養(yǎng)分條件的偏好必然影響這些種在群落中的分布，成為它們在群落中共存的基礎(chǔ)，也正是這些不同的養(yǎng)分條件促進(jìn)了該研究區(qū)物種的共存及多樣性的維護(hù)。
　　綜上，密度制約、Janzen-Connell法則以及土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性對于太岳山森林群落的物種共存以及多樣性的維持均有重要貢獻(xiàn)，如果把生境異質(zhì)性、擴(kuò)散限制、密度制約、Janzen-Connell法則和土壤養(yǎng)分的空間異質(zhì)性這幾種物種共存機(jī)制都揉合到一個種群分布預(yù)測