地形生態(tài)位和擴(kuò)散過程對暖溫帶森林群落構(gòu)建重要性研究.pdf

1、森林約覆蓋地球陸地的31％，擁有世界陸地物種的三分之二以上，在維持全球生物多樣性方面具有重要作用。森林生物多樣性是人類衣食住行原材料的重要來源。在全球范圍內(nèi)保護(hù)森林生物多樣性對人類生存具有重大意義。要使森林生物多樣性得到合理有效的保護(hù)就需要人們從理論上來研究森林群落構(gòu)建也即生物多樣性維持的有關(guān)機(jī)制，了解影響群落構(gòu)建的生態(tài)過程和因子，厘清眾多因子對群落構(gòu)建效應(yīng)的貢獻(xiàn)程度。暖溫帶森林在我國是受人類干擾最早和最為嚴(yán)重的森林類型之一。多年來該區(qū)

2、域恢復(fù)起來的天然次生林在我國保護(hù)森林生物多樣性，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)功能等方面起著越來越重要的作用，是我國環(huán)境恢復(fù)和碳排放的重要增值點(diǎn)。研究東靈山地區(qū)天然次生林的生物多樣性與群落構(gòu)建機(jī)制，不僅有利于了解該地區(qū)生物多樣性形成的原因，為未來暖溫帶森林生物多樣性保護(hù)提供依據(jù)，也為解釋暖溫帶森林物種共存與生物多樣性維持提供理論支持。
　　 本研究以東靈山地區(qū)的暖溫帶森林為研究對象，通過建立20 hm2的暖溫帶落葉闊葉林動態(tài)監(jiān)測樣地，定位每棵樹木

3、個體的位置及物種信息，結(jié)合地形因素從局域尺度上探討了暖溫帶森林群落物種組成與結(jié)構(gòu)，地形因子對群落構(gòu)建的影響及貢獻(xiàn)，擴(kuò)散過程對群落多樣性的影響，以期較為全面和系統(tǒng)地了解暖溫帶森林群落構(gòu)建中隨機(jī)過程與確定性過程的影響及相對貢獻(xiàn)。
　　 (1)以20 hm2樣地內(nèi)胸徑≥1 cm的所有木本植物為對象，分析了暖溫帶森林群落的組成和結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，樣地內(nèi)木本植物有58種，隸屬于18科33屬。獨(dú)立個體的總數(shù)為52，136，包括獨(dú)立個體分枝的總

4、數(shù)為103，284，全部為落葉樹種。群落的區(qū)系類型以北溫帶成分居多，同時混有一些亞熱帶和熱帶成分，屬典型的溫帶森林類型。群落優(yōu)勢種明顯，個體數(shù)最多的前5個種的個體數(shù)占到總個體數(shù)的61％，前20個種占到92％，而其余38個種只占8％。群落成層現(xiàn)象明顯，垂直結(jié)構(gòu)由主林層(19個種)、次林層(18個種)和灌木層(21個種)組成。樣地所有木本植物個體總徑級分布呈倒“J”型，群落更新良好。主林層樹種的徑級結(jié)構(gòu)近似于雙峰或正態(tài)分布，而次林層和灌木層

5、樹種則表現(xiàn)出倒“J”型或“L”型。幾個主要樹種的空間分布表現(xiàn)出不同的分布格局，隨著徑級增大，聚集程度降低?？臻g分布格局顯示主要優(yōu)勢種自身個體在其徑級大小的空間分布上互補(bǔ)，不同徑級的個體占據(jù)了樣地內(nèi)不同的空間位置。
　　 (2)以20 hm2樣地內(nèi)的兩個優(yōu)勢種群為研究對象，對比分析了樣地內(nèi)兩優(yōu)勢種群遼東櫟（Quercus wutaishanica）與胡桃楸（Juglansmandshurica）的同物種不同生長階段，不同物種相同生

6、長階段群體的地形生境差異性。結(jié)果表明，樣地內(nèi)遼東櫟種群主要分布在地形坡度大、南坡、西坡、凸出及高海拔的位置上，成年樹比幼樹更偏好凹地形;胡桃楸種群集中分布在坡度大、北坡、東坡、凹陷及低海拔的地形上，成年樹相比幼樹偏好分布在南坡、東坡及凹陷的位置。Mann-Whitney U檢驗顯示，遼東櫟和胡桃楸各自幼樹與成年樹的地形因子之間都沒有顯著差異(P＞0.05)，種群內(nèi)兩群體的地形分布范圍基本一致;兩物種成年樹群體在海拔因子的選擇上差異顯著(

7、P＜0.05)，幼樹群體除了海拔外，南北坡向上也表現(xiàn)了明顯的差異(P＜0.05)。同種群不同生長階段地形因子的選擇顯示了物種地形生境的限制及保守性，不同種群同生長階段地形因子的選擇顯示了物種間空間分布格局及多樣性的維持。這對于理解暖溫帶森林的物種共存及生物多樣性維持具有重要的意義。
　　 (3)以20 hm2暖溫帶天然次生林為研究對象，基于20-ha樣地DEM地圖，提取海拔、坡度、坡向、凹凸度等地形因子，用GLM模型探討了地形因

8、子對群落物種豐富度與地上生物量的影響。結(jié)果表明，群落地上生物量與物種豐富度分別受不同地形因子的影響，群落地上生物量受Ea，El2，El3，Co3四個非線性因子的顯著影響(p＜0.05)，而物種豐富度則受Sl，El，El2，El3四個非線性因子的顯著作用(p＜0.05)，兩者受海拔相關(guān)因子的影響最大，分別解釋了兩者3.99％和11.09％的變異。地形因子修正了物種豐富度-地上生物量之間的單峰曲線關(guān)系，使其朝著單調(diào)與直線化趨勢變化。以后在探

9、討森林群落物種豐富度-生產(chǎn)力關(guān)系時，地形因子的修正作用應(yīng)該受到重視。
　　 (4)利用20 hm2溫帶次生林森林樣地植被數(shù)據(jù)檢測了局域尺度上森林發(fā)育過程中群落擴(kuò)散過程與生態(tài)位過程的變化，研究了它們在發(fā)育過程中的發(fā)生特點(diǎn)，區(qū)分了2類過程在群落多樣性構(gòu)建中的相對貢獻(xiàn)。結(jié)果顯示，局域尺度擴(kuò)散過程與生態(tài)位過程因群落發(fā)育過程不同而有顯著差異，其中生態(tài)位過程的變化強(qiáng)于擴(kuò)散過程。擴(kuò)散過程受森林發(fā)育過程的影響表現(xiàn)為前期穩(wěn)定，后期下降。群落發(fā)育過

10、程中擴(kuò)散過程伴隨了冠層穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)及分離的垂直結(jié)構(gòu)，提高了群落物種垂直分布的均勻性，促進(jìn)了物種共存。局域尺度擴(kuò)散過程與生態(tài)位過程的交互效應(yīng)是群落構(gòu)建的主要動力，擴(kuò)散過程作用要強(qiáng)于環(huán)境過濾過程。以上結(jié)果暗示除了空間因子等的被動調(diào)節(jié)外，中性過程與生態(tài)位過程對構(gòu)建群落的相對貢獻(xiàn)也受群落發(fā)育階段的影響，群落自身具有主動調(diào)節(jié)構(gòu)建的作用。
　　 以上研究結(jié)果對于認(rèn)識自然條件下暖溫帶森林的群落構(gòu)建機(jī)制具有重要意義，不僅在局域尺度上明確，量化