中国热带森林植被类型研究历史和划分探讨

热带森林是我国森林植被的重要组成部分,明确其森林植被类型分类对于生物多样性维持机制研究和保护管理等都具有重要意义。该文以中国热带森林植被分类研究中存在的问题为出发点,通过阐述我国各省区植被类型分类的研究历史,在综合考虑多种生物和非生物影响因素的基础上,提出一个新的热带森林植被类型分类框架以供探讨。结果表明:(1)尽管针对我国热带森林的分布范围和群落特征等都已开展了诸多研究,但对我国热带森林植被类型的划分依据和分类体系仍存在争议。(2)尽管我国的热带森林都处于季风气候区带内,但许多热带地区的森林植被类型并不只是受季风影响,而是气候带、关键气候因子、地形、土壤反馈和物种适应等多种因素共同作用的结果。(3)我国的热带森林植被包括5个植被型,即非典型性热带雨林、热带季雨林、热带山地雨林、热带山顶苔藓矮林(热带云雾林)和热带针叶林,其中热带季雨林植被型包含4种植被亚型[热带落叶季雨林、热带半落叶(半常绿)季雨林、热带常绿季雨林和热带石灰岩(石山)季雨林]。(4)阐明了上述热带森林植被型和植被亚型在我国各省区的分布情况,并提出未来有必要对人工恢复后的热带森林进行评估和植被类型划分。综上所述,该文提出一个新的热带森林植被类型分类框架,以期为今后基于不同地区开展热带森林比较研究提供参考。

不同热带森林空气负离子浓度评价研究

探究中国热带森林改善空气环境质量的功能及其影响因子,为热带雨林国家公园康养资源及生态系统服务功能评估提供基本参数。选择海南尖峰岭4种典型森林类型监测空气负离子浓度及其变化,并以无植被覆盖的开阔地为参照对象,采用相关分析与回归分析等方法研究不同植被类型空气负离子差异及其影响因素,并采用安倍空气离子评价指数、森林空气离子评价模型对不同林分空气质量进行评价。结果表明,(1)尖峰岭热带山地雨林区平均空气负离子浓度为1534-5393 ion·cm^(−3)。不同林分空气负离子浓度差异明显,从高到低排序为:热带山地雨林原始林(5393 ion·cm^(−3))>热带山地雨林次生林(4199 ion·cm^(−3))>鸡毛松(Podocarpus imbricatus)人工林(4009 ion·cm^(−3))>加勒比松(Pinus caribaea)人工林(2606 ion·cm^(−3))>空旷地(1543 ion·cm^(−3))。(2)负离子浓度一年中最高值为5月(雨季),最低值为11月(旱季)。负离子浓度在一天中的最高值出现在10:00-12:00,旱季最低值出现在20:00-21:00,雨季没有明显低峰。(3)林内空气负离子浓度与林分结构(物种多样性指数和结构多样性指数)呈显著正相关关系(P<0.01);与相对湿度呈正相关(P<0.01),而与空气温度和PM2.5质量浓度呈负相关(P<0.05)。(4)各林分空气质量评价指数从小到大依次为:空旷地<加勒比松人工林<鸡毛松人工林<热带山地雨林次生林<热带山地雨林原始林。热带森林改善空气环境质量的能力与林分类型、林分起源有关,天然林>人工林,原始林>次生林,热带森林空气负离子浓度主要受物种多样性和林分结构多样性的影响。

树种组成和径级结构对热带次生林生物量恢复影响的研究

本研究在海南尖峰岭和吊罗山热带林区海拔245~1255 m范围内根据林分恢复时间设立固定监测样地,探讨了森林地上生物量与树种组成和径级结构的关系。结果显示:海南热带次生林平均地上生物量为(155.38±37.16)×10^(3)kg/hm^(2),其中低地次生雨林为(137.91±31.02)×10^(3)kg/hm^(2),山地次生雨林为(160.39±42.13)×10^(3)kg/hm^(2)。自然恢复状态下的生物量恢复率与恢复时间呈显著正相关关系,但难以在短时间内恢复至原始林水平。生物量恢复受树种组成和径级结构的显著影响,大径级林木生物量占比随恢复时间显著增加,小径级林木生物量占比随恢复时间显著降低。恢复26年的山地次生雨林小径级林木生物量占比高出原始林58%,大径级林木生物量占比则低68%;恢复35年的低地雨林次生林小径级林木生物量占比比原始林高30%,大径级林木生物量占比则低20%;随恢复时间增加,速生树种的种类和数量逐渐减少,生物量占比下降7%左右;而慢生树种则均呈增加趋势,生物量增长20%~32%。本研究结果对热带森林的有效保护与科学恢复、提高森林碳汇能力等具有重要的指导意义。

不同产地交趾黄檀种子形态与发芽率研究

研究不同产地间交趾黄檀种子形态与和发芽率间的差异,以期初步选出优良种质,为进一步的遗传改良提供基础。分别对引自泰国5个、柬埔寨4个以及中国1个次生产地的交趾黄檀种子进行形态测定和播种发芽试验。结果表明：交趾黄檀种子的长变异幅度为6.09~7.19mm,宽3.84~4.28mm,厚0.98~1.19mm;千粒重变幅为20.68~33.76g;发芽率最高的是泰-5达87%,最低的是泰-1为39%。不同产地的交趾黄檀的种子形态、发芽率均具有明显差异,因此引种来源有必要进行选择。

海南尖峰岭热带山地雨林60 hm^(2)大样地幼苗物种组成及数量特征

【目的】分析海南尖峰岭热带山地雨林60 hm^(2)大样地幼苗物种组成、分布及数量特征变化规律,更深入了解热带森林群落物种组成和自然更新过程,为进一步探究幼苗分布与生长的影响因素提供参考依据。【方法】在海南尖峰岭典型热带山地雨林,基于2012年建立的1块60 hm^(2)动态监测大样地,连续7年监测其中290个样站(每个样站3个1 m^(2)小样方)的幼苗生长规律,区分幼苗的生活型、菌根类型和物种优势度,分析其物种组成及数量动态变化特征。【结果】2013—2019年共记录到幼苗个体234种60750株,包括4种生活型(乔木、灌木、藤本和草本)和3种菌根类型(丛枝菌根类型AM、外生菌根类型ECM、内生和外生混合类型AM&ECM)。优势物种九节和厚壳桂幼苗广泛分布,其重要值、植株数量和出现频度均在所有物种幼苗中占据前2位。各幼苗样方物种数量分布不均匀,较大部分幼苗物种仅有稀少的植株数量。【结论】海南尖峰岭热带山地雨林幼苗物种组成丰富,存在大量稀有物种,研究结果对了解时间和空间尺度上幼苗的物种组成、分布及数量特征变化以及探究其影响因素具有重要参考价值。

尖峰岭热带山地雨林林冠层乔木某些功能性状的系统发育信号、关联性及其演化模式

热带雨林林冠层具有丰富的物种、功能和系统发育(谱系)多样性,能够显著影响生态系统生物地球化学循环,调节大气水热平衡,缓解气候变化与人为干扰的负面作用。因此热带雨林林冠层功能和谱系生态学研究是目前群落生态学研究的热点之一。选取海南尖峰岭热带山地雨林3个1 hm2样地的林冠层为研究对象,利用样地林冠树种清查数据基于APG III系统发育结构重建样地林冠层系统发育树。利用Blomber's K对和Pagel'sλ指标结合系统发育独立性比较法对组成林冠层乔木树种的结构、化学计量和水力学功能性状(11个性状)的系统发育信号、关联性和演化模式进行研究,以探讨物种亲缘关系对尖峰岭热带山地雨林林冠层多维功能性状关联性及其动态演化的影响。结果表明,有8个功能性状(叶面积、叶厚度和潜在最大高度除外)具有显著的系统发育信号(通过P<0.05的显著性检验),Blomber's K值和Pagel'sλ值分别介于0.202—0.392和0.277—0.847之间,表明尖峰岭热带山地雨林林冠层功能性状普遍存在系统发育保守性。在系统发育背景下,林冠层乔木树种结构、化学和水力学功能性状在物种水平普遍存在显著关联性(P<0.05),表现出趋同或趋异进化;而且林冠层乔木随物种分化其功能性状分化模式大致呈水平"漏斗"状,姐妹类群功能性状间差异性在物种分化早期(大约1亿2千万年前至6000万年前)明显小于其在中后期(大约6000万年前至今)的差异性,导致了林冠层性状空间在中后期迅速膨大。然而林冠层主要功能性状在系统发育树内部每一节点上姊妹类群分化产生的系统发育独立性比较值绝大部分与零模型随机模拟值并无显著性差异。了解系统发育背景下林冠层功能性状的权衡关系及其随物种演化的分化模式与时间动态为进一步探究热带雨林林冠生态系统功能发挥奠定基础。

海南热带滨海城市防台风防护林树种的选择

我国滨海城市森林建设中,景观效果往往重于其生态效果,特别是深受台风危害的热带和亚热带滨海城市,其防台风效益几乎被忽略。以我国海南热带滨海城市为研究案例,在调查滨海城市及其附近的乡土植物群落树种和表现优良的外引树种基础上,试图遴选抗风性能和景观等特性均表现优良的树种,作为建设海南热带滨海城市防台风防护林的主要植物材料,为构建热带多树种、多层次和多效能(特别是防台风防护性能)的近自然城市森林群落提供技术支撑。

地形异质性对尖峰岭热带山地雨林木本植物群落结构及多样性的影响

【目的】探讨热带山地雨林不同地形条件下物种组成及群落结构特征差异,评估物种与地形关联性,为进一步探索热带山地雨林的物种共存机制提供依据。【方法】以海南尖峰岭热带山地雨林60 hm2大样地及其290种木本植物(胸径≥1 cm)为研究对象,通过对大样地每块20 m×20 m样地的平均海拔、坡度和凹凸度3个地形指标进行C-均值模糊聚类,将60 hm2大样地分为不同地形类型,分析不同地形条件下群落物种组成、物种丰富度和植株密度的差异;采用Torus转换检验,对大样地中胸径≥1 cm的独立植株且种群个体数量大于60的230种常见木本植物进行物种与地形关联性分析。【结果】尖峰岭60 hm2大样地可分为低海拔沟谷、陡坡、高海拔沟谷和山脊4类地形,其面积分别为12.6,16.68,15.08和15.64 hm2,对应的物种丰富度分别为274,269,264和267种;种-面积曲线表明,随着取样面积增加,同等面积条件下,低海拔沟谷的物种丰富度始终最大,其他3类地形物种丰富度基本处于陡坡估计值的±1.96×SE置信区间内,三者种-面积曲线相差不大;种-个体数累积曲线表明,随着个体数增加,低海拔沟谷物种丰富度的累积速率最大,陡坡和高海拔沟谷物种丰富度基本处于陡坡估计值的±1.96×SE置信区间内,二者种-个体数累积曲线相差不大,山脊物种丰富度随个体数增加的累积速率最小;高海拔沟谷植株平均胸径最大,陡坡次之,山脊植株平均胸径与大样地植株平均胸径相同,低海拔沟谷植株平均胸径最小;在各个径级内,山脊植株密度均最大,陡坡次之,植株平均胸径≤10 cm时,高海拔沟谷植株密度小于低海拔沟谷,而植株平均胸径≥10 cm时,低海拔沟谷植株密度小于高海拔沟谷;对4类地形内各径级植株数占总植株数的比例进行分析,平均胸径≥30 cm时,比例表现为高海拔沟谷>陡坡>山脊>低海拔沟谷,平均胸径≥50 cm时,比例表现为低海拔沟谷>高海拔沟谷>陡坡>山脊;低海拔沟谷中重要值最大的前3个物种为白颜树、柏拉木和大叶蒲葵,而其他3类地形条件重要值最大的前3个物种均为大叶蒲葵、白颜树和厚壳桂;230种常见植物中,有203个物种(占88.3%)与至少1类地形显著相关,高于世界上其他多个大样地;4类地形显著负相关的物种平均数占被检测物种总数比例表征的地形异质性贡献率为23.7%。【结论】尖峰岭60 hm2大样地中不同地形条件下木本植物群落结构及多样性具有较大差异,4类地形显著相关的物种数明显不同。地形是影响该大样地中木本植物分布的重要因素,与其他影响因素如光照、水分、土壤等多种环境因子共同发挥作用。尖峰岭热带山地雨林森林群落具有生境特化的特性,地形异质性对其物种多样性的维持具有重要贡献。本研究结果同样具有应用价值,如在恢复热带山地雨林植被、改造或营建混交林时,可以根据物种与地形的关联性,在不同的地形条件下选择不同的物种组合。

海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量及其动态

热带山地雨林是海南尖峰岭地区面积最大的植被类型,是陆地生态系统重要的组成部分,研究海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量的长期动态变化规律及其影响因素,有助于了解未来气候环境变化背景下热带森林的响应规律。本研究采用尼龙网收集框法于2013-2017年对尖峰岭60hm2大样地内132个样方的凋落物产量进行为期5年的连续定位观测,测定枝、叶、杂物(含花、果和枝叶碎片)的组分产量,探讨其与气候因子的相关关系。研究结果显示:尖峰岭热带山地雨林年凋落物总产量为617.5~1084.7g/m^2,年均768.6g/m^2,各组分凋落物平均产量由大到小为:叶>枝>杂物,其值分别为507.9、163.4、97.3g/m^2,凋落叶产量占66.1%,为优势组分;凋落物总产量的季节变化为不规则型,出现3次峰值,各组分凋落物产量季节变化呈双峰型,峰值月存在差异;春季、秋季和冬季以叶凋落为主,夏季以枝凋落为主;凋落物总产量及各组分产量受不同气象因子的影响,凋落枝产量与各气象因子均无显著相关,凋落叶产量与月极小气温和平均气温显著相关,凋落杂物产量与日最高气温显著相关,凋落物总产量与平均气温显著相关。研究结果表明海南热带森林凋落物产量一年间呈现3次峰值,其动态变化是受多种气象因素特别是受极端气候因子的影响,这对于了解未来气候环境变化背景下热带森林的响应规律具有重要参考价值。

尖峰岭热带山地雨林豆科树木对邻体树种的影响

[目的]分析海南典型热带山地雨林分布区域尖峰岭60 hm^(2)大样地内豆科树种对邻体树木的影响,并探讨其可能的影响机制。[方法]利用尖峰岭60 hm^(2)大样地的2012年和2018年2次调查数据,对样地内7种豆科树木的邻体非豆科树木的多度、丰富度和存活率进行比较分析。[结果]2次调查期间,7种豆科树木的邻体多度和丰富度无显著变化。与非豆科树木相比,软荚红豆(Ormosia semicastrata Hance)、猴耳环(Archidendron clypearia(Jack)I.C.Nielsen)和亮叶猴耳环(A.lucidum(Benth.)Nielsen)具有较高的邻体多度和丰富度,而肥荚红豆(O.fordiana Oliv.)、木荚红豆(O.xylocarpa Chun ex L.Chen)、长脐红豆(O.blansae Drake)和薄叶猴耳环(A.utile Chun et How)具有较低的邻体多度和丰富度。软荚红豆、肥荚红豆和猴耳环具有较高的邻体树木的存活率,而长脐红豆、薄叶猴耳环、亮叶猴耳环和木荚红豆具有较低的邻体树木的存活率;7种豆科树木对邻体多度、丰富度的影响与其叶片氮含量和固氮能力无显著相关关系,但邻体距离为4 m的豆科树木邻体存活率与叶片氮含量有显著相关关系。[结论]总体上,不同豆科树木对邻体的影响不尽相同,软荚红豆更倾向于对邻体产生有利作用,薄叶猴耳环和木荚红豆对邻体产生抑制作用,而其它4种豆科树木对邻体的多度、丰富度和存活率的影响不一致。

1957-2018年海南尖峰岭热带半落叶季雨林气象数据月动态数据集

世界热带森林复杂多样,热带森林生态系统是对气候变化的响应与适应研究中难度最大和了解最不透彻的陆地生态系统之一。海南尖峰岭森林生态系统国家野外科学观测研究站(简称“尖峰岭生态站”)是我国地理上分布最南端、最早开始森林生态系统研究的森林生态系统类型定位研究站。本文将尖峰岭生态站热带半落叶季雨林区内气象观测场1957-2018年共62年间连续采集的气温、水汽压、相对湿度、降水量、蒸发量、平均风速、日照等原始数据,经过数据处理、质量控制和评估,以月为尺度公开,以期为全球气候变化背景下热带森林生态系统结构与功能的动态变化、响应与适应研究,以及热带森林资源的可持续经营、管理与利用,生态系统的保护等方面提供气象数据方面的基础支撑。

三种类型森林林下植物多样性及生物量比较

对相同立地条件下海南天然次生林、桉树和马占相思林的林下植物多样性及生物量进行调查,通过比较,灌木植物的物种丰富度S、多样性Simpson指数、Shannon-wiener指数,Margalef指数、均匀度Pielou指数为:天然次生林>桉树人工林>马占相思人工林,方差分析前两者之间差异不显著,后两者之间差异极显著;而草本植物的变化趋势为:桉树人工林>天然次生林>马占相思人工林,方差分析结果前二者间除均匀度Pielou指数差异不显著外,其它多样性指数间差异极显著,后二者间差异不显著。灌木植物地上部分总生物量的变化趋势为:天然次生林>桉树人工林>马占相思人工林,草本植物的变化趋势为:桉树人工林>马占相思人工林>天然次生林。

天然次生林人工更新后对土壤物理性质及碳贮量的影响

天然林被人工林取代后对土壤水文物理性质及土壤碳贮量有重要的影响。文章以海南天然次生林人工更新为尾细桉（Eucalyptus urophylla×E．tereticornis）和马占相思（Acacia mangium）林前后的土壤为研究对象，研究分析了人工植被更新对土壤水文物理性质和土壤碳贮量的影响。结果表明：天然次生林更新为桉树、马占相思人工林后，土壤容重增加，土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度减小，0～80cm土壤的最大贮水量、毛管贮水量和非毛管贮水量降低，桉树和马占相思人工林最大贮水量分别降低19．8mm和43.3mm，桉树人工林0-40cm土壤碳贮量降低6．77t．hm^-2，马占相思人工林的增加14．68t·hm^-2。

海南岛尖峰岭野生兰科植物资源分布与保护对策

对海南岛尖峰岭野生兰科植物资源进行了系统调查，结果表明：海南岛尖峰岭野生兰科植物种类十分丰富，具有53属114种，其中附生兰84种．地生兰30种；60％以上的兰科植物分布于海拔700～1200m热带山地雨林中。由于过度无序开发，尖峰岭林区的野生兰科植物资源保存现状不容乐观，因此建议通过健全管理机制、加大宣传力度、加强人工培育研究以及依托旅游发展兰花产业等措施进行有效保护。

海南岛滨海沙生植物叶片功能性状分异及其与土壤因子的关系

为探讨滨海沙生植物对环境的适应策略,对海南岛滨海沙生植物单叶蔓荆、苦郎树、马缨丹、飞机草、假马鞭、厚藤的叶片主要功能性状分异特征及其土壤因子的关系进行了研究。结果表明,热带滨海沙生植物叶片功能性状存在明显的种间分异,叶片功能性状不仅受植物种类的影响,还受土壤因子影响;比叶面积呈现草本>灌木>藤本的规律;叶片的N/P为7.78~10.85,热带滨海沙生植物生长受土壤氮限制;叶片功能性状中Na含量的变异系数最大(18.46%~76.36%),说明不同植物对Na^(+)的吸收存在较大差异,这将影响其在滨海沙地的自然分布;比叶面积、叶干物质含量与叶片的K、Na含量呈负相关,叶N/P与土壤Na^(+)含量呈负相关,叶片Na^(+)含量与土壤有机质、全磷、全钾呈负相关,土壤盐分限制植物对氮磷的吸收,滨海沙生植物通过比叶面积变化来适应盐胁迫。因此,在滨海沙生植被恢复中,施加土壤肥力是其快速恢复的重要措施,叶片Na+含量可作为滨海沙生植物耐盐性筛选的主要指标。

海南岛热带次生草地生物多样性变化的气候驱动效应

草地物种多样性与气候密切相关,前人的研究主要集中在北方次生草地生态系统,而南方热带次生草地物种多样性与气候的关系尚不清楚。基于海南岛6个市县43个30 m×30 m热带次生草地样地的物种基本信息,分析海南岛主要热带次生草地植被物种组成与物种多样性指数,结合Worldclim数据库中提取的19个表征温度和降水的气候变量,探究物种多样性与气候因子的关系,揭示海南岛热带次生草地物种多样性的气候驱动因素。结果表明:海南岛热带次生草地物种丰富度与昼夜温差月均值(BIO2)、等温性(BIO_(3))和气温年较差(BIO7)显著正相关(P<0.050);Simpson指数与年均气温(BIO1)、最冷月份最低温度(BIO6)和最冷季度平均温度(BIO11)显著负相关(P<0.050);Shannon-Wiener指数与最冷月份最低温度(BIO6)显著负相关,与气温年较差(BIO7)显著正相关(P<0.050);降水因子(BIO12、BIO13、BIO14、BIO15、BIO16、BIO17、BIO18、BIO19)与海南岛热带次生草地丰富度、Simpson指数和Shannon-Wiener指数均无显著相关关系(P>0.050)。研究结果说明海南岛热带次生草地已经形成了对热带长期高温的气候适应性,当气温出现剧烈波动,或者出现极端低温条件下,热带草地的物种多样性将受到显著的影响。本研究结果可为探索热带次生草地物种多样性对气候的响应研究提供参考依据。

海南省爵床科分布新记录种—桂越马蓝

笔者在海南尖峰岭发现爵床科Acanthaceae分布新记录种—桂越马蓝(Strobilanthes bantonensis Lin-dau),并对其形态、生境和保护现状进行了描述。引证标本存放在中国林业科学研究院热带林业研究所标本馆(RITF)、华南农业大学标本馆(CANT)和中国科学院华南植物园标本馆(IBSC)。

5种黄檀族珍贵树种碳、氮、磷化学计量

为了解珍贵树种在环境适应中的资源获取与生长策略,对巴里黄檀Dalbergia bariensis、交趾黄檀Dalbergia cochinchinensis、降香黄檀Dalbergia odorifera、大果紫檀Pterocarpus macrocarpus、檀香紫檀Pterocarpus santalinus叶、茎、根中C、N、P化学计量特征进行分析。结果显示,(1)5种黄檀族树种叶片有机物含量在中国地区处于平均水平,叶片具有高N低P的养分特征,其中交趾黄檀可能是一种潜在的高碳汇树种;(2)黄檀族树种的C元素主要储藏在茎中,N、P元素的分配则趋向叶片;(3)黄檀族树种具有较低养分利用效率和较高生长速率,生长过程主要受土壤P元素限制;(4)生态化学计量比变异分析中,C元素的变异系数最小。

氮添加加剧了海南岛尖峰岭热带山地雨林次生林植物生长的磷限制

人类活动改变了生态系统中氮(N)和磷(P)的有效性,正深刻影响着生态系统的养分循环。本研究以海南尖峰岭热带山地雨林原始林和次生林为对象,通过11年野外氮(N)、磷(P)和氮+磷(NP)添加实验,量化氮、磷添加对土壤和植物叶片N、P含量的影响,探讨热带森林的养分限制格局。结果表明:N添加对原始林和次生林土壤和叶片N、P含量均无显著影响;P和NP添加显著提高了原始林和次生林土壤有效P含量,而对叶片N、P含量无显著影响;自然条件下原始林和次生林叶片N∶P均超过16,P与NP添加均显著降低了两种林型叶片N∶P;N添加显著增加了次生林叶片N∶P,而对原始林叶片N∶P影响不显著;次生林中土壤有效N和土壤有效P呈显著负相关,原始林中两者关系不显著,而两种林型中叶片N∶P均与土壤有效P呈显著负相关。上述研究结果表明:尖峰岭热带山地雨林原始林和次生林植物生长均受P限制,P添加可以有效缓解P限制;N添加加剧了热带山地雨林次生林的P限制作用。该研究为增进全球变化背景下的生态系统养分限制格局的了解提供重要的参考依据。

台风对博白林场不同树种的危害及其与林分因子的关系

为了解台风对博白林场不同树种的为害情况及其影响因子,对台风“彩虹”对不同林分位置的39个树种168株树木的受害情况进行了调查。结果表明:(1)不同树种受害情况存在较大差异,针叶树种受害明显轻于阔叶树种;(2)树木的受害情况与其胸径、树高、枝下高、冠幅关系密切,胸径较小、树高较高、枝下高较大、冠幅较大的树木受害较严重;(3)林内的树木受害明显轻于林窗和开阔地的树木,林缘迎风面树木的受害远重于林缘背风面的树木。