亚热带常绿落叶阔叶混交林的功能性群落结构及其动态研究

发布时间：2019-03-17 07:23

【摘要】：植物功能性状是指影响植物存活、生长、繁殖和死亡的生物特征,如最大高度、木材密度、比叶面积、光合能力、固氮能力、叶片养分含量、果实类型、种子大小和散布方式等植物形态、生理和物候等特征,这些特征能够反映植物对外部环境的响应,并且能够对生态系统过程产生强烈影响。功能性群落结构(functional community structure)是指群落中不同物种在多维功能性状空间中的分布和相对多度。基于功能性状的功能性群落结构分析可将植被的基本特性与区域生态系统服务有效的联系起来,已成为现代群落生态学中一个崭新的研究领域。亚热带常绿阔叶林是我国亚热带地区最具代表性的植被类型,是结构最复杂、生物多样性最丰富的地带性植被类型之一,对维护区域生态环境和全球碳平衡等都具有极重要的作用。地带性的亚热带常绿阔叶林在纬度偏北或海拔偏高处,往往会由于适应低温环境而出现不同程度的落叶成分,从而形成亚热带常绿落叶阔叶混交林。有关亚热带常绿落叶阔叶混交林及其生态服务功能的研究还不多,而对其功能性群落结构与动态的研究还没有开展过。本论文以鄂西南两个自然保护区(星斗山保护区和木林子保护区)内典型的亚热带常绿落叶阔叶混交林为对象,在系列固定样地建立和群落与环境特征调查测定的基础上,系统研究了亚热带常绿落叶阔叶混交林的类型及其群落结构与物种多样性特征。以木林子自然保护区内皆伐后处于不同恢复阶段(20年,35年和老龄林)的林分为对象,在测定环境因子与植物功能性状的基础上,探讨了亚热带常绿落叶阔叶混交林物种多样性、植物功能性状、功能多样性及谱系多样性的自然恢复规律,以期为区域森林植被保育及其生态服务功能恢复提供科学依据。主要研究结果如下:(1)应用TWINSPAN分类系统并结合DCA排序,将鄂西南星斗山自然保护区和木林子自然保护区的亚热带常绿落叶阔叶混交林划分为5个群落类型。多元回归分析结果表明海拔、坡向、土壤全氮、土壤全磷、土壤速效氮、土壤速效磷是影响群落分布的主要环境因子,同时,人为干扰也对群落类型的变化产生影响。与热带部分地区树种因土壤水分亏缺而出现旱季落叶的情况不同,亚热带常绿落叶阔叶混交林的形成更多地是受到海拔升高而形成的低温胁迫的影响。(2)5个群落类型内常绿和落叶物种的比例不同。人为活动的干扰会增加落叶物种在群落中的比例,而常绿物种更易受土壤养分的影响。在多数群落类型中小径内常绿物种的多度、胸高断面积和重要值均大于落叶物种,而大径级内落叶物种的物种丰富度、多度、胸高断面积和重要值均大于常绿物种。(3)以木林子自然保护区皆伐后三个不同恢复阶段(20年,35年和老龄林)的亚热带常绿落叶阔叶混交林群落为对象,分析了环境因子和物种多样性特征的自然恢复规律。随着恢复时间的增加,物种多样性表现出单峰型的变化趋势,符合中度干扰假说。在自然恢复的过程中,常绿物种丰富度、多度、胸高断面积逐渐增加,而落叶物种丰富度和多度逐渐下降,但胸高断面积也在逐渐增加。土壤有机质、氮和磷等养分含量随着恢复时间的增加呈现出先下降再升高的趋势,20年次生林和老龄林无显著差异,但是恢复35年的土壤养分与老龄林差异显著。林冠开阔度随着恢复时间的增加而逐渐降低。20年次生林物种分布主要受土壤ph值、全磷及林冠开阔度的影响,常绿物种主要受土壤ph值的影响,而落叶物种主要受到土壤ph值和林冠开阔度的影响。35年次生林物种分布主要受土壤速效钾、全磷和林冠开阔度的影响,常绿物种主要受土壤速效钾和林冠开阔度的影响,而落叶物种则主要受土壤速效钾的影响。影响老龄林常绿和落叶物种分布的主要环境因子是土壤ph值、速效氮和全磷。此外,老龄林的落叶物种还受到土壤速效钾的影响。(4)随着恢复时间的增加,植物功能性状发生了显著的变化。群落水平的比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量呈现下降的趋势,而比茎密度和叶厚度呈现出升高的趋势。通过对不同恢复阶段常绿和落叶物种功能性状平均值的分析发现,各个恢复阶段常绿物种的平均比叶面积、叶氮含量和叶磷含量均显著小于落叶物种,而落叶物种的平均比茎密度和叶片厚度均显著小于常绿物种。不同恢复阶段植物功能性状的变化反映了群落逐渐由生长迅速而对资源快速获取的开拓性的落叶物种被生长缓慢而对资源利用更为保守的常绿物种替代的变化过程。不同恢复阶段群落水平植物功能性状受光照和土壤养分影响的程度不同,恢复早期和中期的次生林主要受林冠开阔度的影响,而老龄林主要受土壤养分的影响。(5)功能多样性各指标随着恢复时间的增加而发生显著的变化。功能丰富度和功能均匀度均呈现单峰型分布的趋势。功能分离度表现出逐渐增加的趋势,但各个恢复阶段之间差异都不显著。功能离散度也表现为恢复中期最高的趋势,老龄林的功能离散度显著小于2个次生林。物种丰富度与功能多样性表现出正相关关系。在20年次生林中,群落功能多样性主要受林冠开阔度、土壤有机质和全氮的影响。35年次生林的功能多样性主要受林冠开阔度和全磷的影响。而老龄林的功能多样性主要受全磷和速效氮的影响。(6)随着恢复时间的增加,群落内植物净谱系亲缘关系指数(NRI)和净最近种间亲缘关系指数(NTI)先下降再升高。在群落恢复过程中,群落谱系结构表现出由聚集转变为发散结构的趋势。群落谱系多样性(PD)随恢复时间的增加呈现出单峰型分布的趋势。恢复早期群落的谱系结构呈现聚集的特征,反映了环境(主要是光照和土壤因子)筛具有重要的作用。而恢复晚期群落的谱系结构呈现发散的特征,说明环境筛的作用在逐渐减少,而物种间的相互作用在逐渐增加。
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【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S718.5
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本文编号：2442056