神农架亚热带常绿落叶阔叶混交林大样地物种组成与结构

常绿落叶阔叶混交林是中亚热带的地带性植被类型。为完善神农架国家公园(候选区)生物多样性监测体系、补充中国森林动态监测网络,进一步探究中亚热带常绿落叶阔叶混交林的物种多样性维持机制和森林动态,中国科学院武汉植物园于2023年在湖北省神农架国家公园(候选区)官门山园区建立了一块面积为5 hm^(2)(东西250 m,南北200 m,方向为正南正北)的常绿落叶阔叶混交林永久监测样地。基于调查数据,对样地内胸径(距离地面1.3 m高处主干直径,DBH)≥1 cm的木本植物(不含竹藤)的物种组成、基本特征、结构和空间分布等方面进行了初步研究。结果表明:样地内存活独立个体数为18450个,隶属于56科101属164种。其中,落叶树种118种,常绿树种46种;常见种(>10株/hm^(2))46个,偶见种(≥1株/hm^(2),≤10株/hm^(2))80个,稀有种(<1株/hm^(2))38个。常绿、落叶阔叶树种个体数占比分别为73.90%和26.10%,重要值占比分别为53.25%和46.75%,样地为典型的常绿落叶阔叶混交林。植物区系以北温带成分为主(33个属),占总属数的32.67%;同时兼具热带成分,共30个属,占总属数的29.70%。各林层层次清晰,群落以曼青冈(Quercus oxyodon,n=5147)、巴东栎(Quercus engleriana,n=1041)、雷公鹅耳枥(Carpinus viminea,n=265)和台湾水青冈(Fagus hayatae,n=147)为主要建群种,重要值分别占总数的15.57%、6.13%、2.52%和2.19%,其胸高断面积分别占总胸高断面积(159.51 m^(2)/hm^(2))的15.30%、9.73%、4.42%和4.66%。川钓樟(Acer oliverianum)和多脉青冈(Quercus multinervis)为亚乔木层优势种,猫儿刺(Ilex pernyi)和细齿叶柃(Eurya nitida)为灌木层优势种。从物种径级结构来分析,动态样地内个体的平均胸径为7.05 cm,整体径级分布呈倒“J”型,DBH≤5 cm的个体占优势(57.07%),群落结构稳定,物种更新良好。6个优势种均呈聚集分布,随着空间尺度的增加,种内聚集程度变小,趋向于随机分布;排除环境异质性后出现大尺度均匀分布。

森林碳库特征及驱动因子分析研究进展

森林碳库作为全球碳库的重要组成部分,在区域以及全球碳循环中发挥重要作用。森林生态系统有机碳库主要由3部分组成:活植物碳库、土壤有机质碳库和死植物体碳库。各碳库时空差异很大,使研究森林碳储存机制存在很大的不确定性。在全球或者区域尺度上,森林生物量(与森林碳储量密切相关)呈现出清晰的分布格局,但对于这些格局的驱动因子与地上生物量的相关关系和尺度外推程度尚有很大的争议。分别讨论了气候、土壤、地形和生物因子对地上生物量的影响;而后,从各生态因子与地上生物量之间的直接或者间接关系入手,分析了各因子与生物量之间的交互作用,认为目前运用相同的处理方式来研究环境因子和生物因子对森林生物量的影响是不合适的。文章最后介绍两种新的研究方法:层次模型和生境分类,以期用来重新评估生态因子对森林生物量的影响,有助于更准确的了解森林碳储存机制。

八大公山中亚热带山地常绿落叶阔叶混交林物种组成与结构

山地常绿落叶阔叶混交林在我国主要分布在中亚热带1000～2000 m中山地带。八大公山位于武陵山系北端,中亚热带北缘,具有保护较好的典型山地常绿落叶阔叶混交林。为了研究常绿落叶阔叶混交林动态和川东-鄂西植物多样性形成及维持机制,按照CTFS(Center for Tropical Forest Science)样地建设标准,中国科学院武汉植物园于2010-2011年在湖南八大公山(Badagongshan,BDGS)国家级自然保护区建立了一个25 hm2(500 m×500 m)中亚热带山地常绿落叶阔叶混交林动态监测样地(Forest Dynamic Plot)。本研究以样地内所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物(不含竹藤)为研究对象,分析该样地区系成分、群落组成、垂直结构、径级结构和空间分布。结果表明:八大公山样地属于典型的山地常绿落叶阔叶混交林,植物以泛热带分布科(24.50%)和北温带分布属(24.56%)占优势,包括9种珍稀濒危植物。样地内木本植物合计53科、114属、238种(含种下分类单位),186556株存活个体。落叶树144种,常绿树94种。壳斗科(Fagaceae)、杜鹃花科(Ericaceae)、樟科(Lauraceae)和山茶科(Theaceae)占据优势;个体数超过1000的有38个物种,以常绿树种(63.16%)为主;稀有种(<25株)103个(占样地物种总数43.28%)。群落垂直结构可分为乔木层(优势树种多脉青冈Cyclobalanopsis multinervis和亮叶水青冈Fagus lucida)、亚乔木层(优势种长蕊杜鹃Rhododendron stamineum和黄丹木姜子Litsea elongata)和灌木层(优势种短柱柃Eurya brevistyla和薄叶山矾Symplocos anomala)。个体数超过1000的树种和稀有种主要来自灌木层。由于生长型限制,样地内树种平均胸径较小(5.41 cm),DBH<5 cm的个体占优势(68.40%)。主要优势树种的径级结构呈现倒J型。

林冠结构和地形对亚热带常绿落叶阔叶林林下幼苗物种多样性和功能多样性的影响

森林结构和地形是森林生态系统最明显的特点,也是影响林下幼苗存活和物种多样性的关键因子。该研究采用半球面摄影方法提取八大公山生长监测样地(共1.2 hm2)林冠结构参数,通过调查地表层木本植物幼苗的组成和多度,获取常见植物幼苗叶片功能性状,结合详细的地形信息,利用空间同步自回归模型探究林冠结构变量及地形因子对幼苗物种多样性及功能多样性的影响。结果表明:(1)八大公山亚热带山地常绿落叶阔叶林林冠结构复杂度较高,最大林冠高的平均值达到19.94 m,叶面积指数、平均叶倾角和林冠覆盖度分别为2.94、30.88°和0.87;(2)林冠结构变量和地形因子能够解释32.6%~48.4%的林下幼苗物种多样性指数变异和28.5%~70.2%的功能多样性变异,但地形因子对幼苗物种多样性的影响很小;(3)预测在亚热带常绿落叶阔叶林高海拔的山坡上,有较低的叶面积指数和平均叶倾角群落有较高的幼苗物种多样性;而在低海拔山脊上,较低的叶面积指数和平均叶倾角群落林下幼苗层有较高的功能多样性。此结果对科研人员和林业工作者开展野外森林更新情况评估和样方调查将有所帮助。

湖南八大公山黄杉种群结构和群落特征研究

利用样方法对湖南八大公山黄杉(Pseudotsuga sinensis Dode)群落进行调查,分析黄杉群落的物种组成、区系特征、径级结构和物种多样性。结果显示,群落内共有维管植物132种,隶属于48科89属。群落垂直结构明显,分为乔木层、灌木层和草本层,黄杉是乔木层的优势种,另有檵木(Loropetalum chinense(R.Br.)Oliver)、马尾松(Pinus massoniana Lamb)和油桐(Vernicia fordii(Hemsl.)Airy Shaw)等主要伴生种,檵木为灌木层优势种,两色鳞毛蕨(Dryopteris setosa(Thunb.)Akasawa)为草本层优势种。群落区系组成以泛热带分布和北温带分布为主,具有明显的亚热带向温带过渡的性质。种群年龄结构可分为稳定型向衰退型过渡和衰退型2个类型,样方中幼苗和幼树极度缺失,中龄和老龄个体居多。黄杉、钩栲针阔混交林的物种多样性高于黄杉纯林,其中灌木层的多样性指数最高,乔木层的物种多样性指数最低。群落冠层郁闭度高造成的幼苗缺失可能是影响其濒危的主要原因,建议采取人为干扰创造林窗、加快繁殖技术研究等措施扩大其种群数量。

负密度制约假说的研究进展

负密度制约假说被认为是维持热带森林较高生物多样性的重要机制之一,其主要描述由于资源竞争和有害生物侵害,导致同种个体死亡率增加,从而为其他物种提供生存空间和资源,促进物种共存。通过介绍不同气候带影响负密度制约的驱动因子,以及影响负密度制约强度的生物和非生物因子,本文阐述了最近十余年负密度制约相关研究的进展。其次,通过介绍负密度制约的纬度梯度格局及其存在的争议,讨论了负密度制约的理论意义。最后,利用文献计量学分析方法,探讨了负密度制约近年来的发展趋势以及今后的发展方向。

极小种群野生植物长果安息香种群结构与动态特征

本研究对分布于湖南桑植和石门、湖北五峰和秭归4个现存区域的极小种群野生植物长果安息香(Changiostyrax dolichocarpa C.J.Qi)群落进行了调查,并绘制种群结构图,建立静态生命表,绘制存活曲线进行生存分析,利用时间序列预测分析种群未来发展趋势。结果显示:桑植、石门和五峰种群均属增长型,秭归种群属衰退型,这4个区域长果安息香种群对外界干扰均具有较高的敏感性;存活曲线都趋向于Deevey-Ⅱ型,死亡率在前期相对稳定,但后期逐渐上升;生存分析结果表明,桑植和秭归种群较早进入衰退期,主要受环境压力的影响,石门和五峰种群进入衰退期相对较晚,主要受生理衰退的影响;时间序列分析显示,在未来2~8个龄级时间内,桑植、石门和五峰种群的幼龄个体数量会减少,中老龄个体数量会增加,秭归种群幼龄和中龄个体逐渐减少,老龄个体先增加后逐渐减少,须采取适当的抚育措施,以避免种群衰退。针对长果安息香的生存现状,建议加强对原生境的保护和人工繁殖技术的研究,以促进种群数量的稳定增长。

湖北神农架中亚热带山地落叶阔叶林25 ha动态监测样地群落物种组成与结构特征

神农架落叶阔叶林是中亚热带北缘山地保存较好的典型森林植被类型。为探究中亚热带落叶阔叶林的物种多样性维持机制和森林动态,中国科学院武汉植物园按照全球森林生物多样性监测网络(Forest Global Earth Observatory,ForestGEO)和中国森林生物多样性监测网络(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network,CForBio)的建设标准,于2022年在神农架南坡建设了一个25 ha的落叶阔叶林森林动态监测样地。本文基于样地内所有胸径≥1 cm的木本植物(不含竹、藤)调查数据,分析了其物种组成、植物区系特征、群落结构。结果表明:该样地海拔落差334 m,含木本植物149种(包含变种),61,054个独立个体(包括分枝共有97,664个体),隶属于44科79属,其中常绿和落叶树种分别为28种和121种;稀有种(<1株/ha)有44种(29.5%);有萌枝的个体占总个体数的26.8%,其物种数占样地物种总数的93.3%。样地科的分布以热带分布(19科,43.2%)占优势,属的分布以北温带分布(35属,44.3%)占优势。该群落乔木层以锐齿槲栎(Quercus aliena var.acutiserrata)和米心水青冈(Fagus engleriana)为优势种,其重要值分别占7.5%和6.6%。样地树种的平均胸径为7.71 cm,胸径≤10 cm的个体占优势(76.7%)。群落径级结构整体上呈倒“J”型,优势物种的径级结构主要呈现类倒“J”型和正态分布型。神农架中亚热带山地落叶阔叶林具有丰富的物种多样性,相较于纬度相近的样地,其物种多样性更高;植物区系多样;群落结构稳定,根萌比例高,物种更新良好。

八大公山常绿落叶阔叶混交林根萌能力

根萌是森林更新的重要方式之一,对种群和物种多样性的维持具有重要意义.在自然群落中,地形因子以及进化历史对木本植物根萌能力的影响仍有待研究.本研究利用八大公山25 hm2常绿落叶阔叶混交林长期监测样地第一次调查数据,旨在分析根萌能力与地形因子的相关性,以及根萌能力是否具有显著的谱系信号.研究发现:(1)样地根萌总数为54184棵,具根萌现象的个体33039棵,占样地总个体数的17.71%;(2)Torus转换检验表明根萌能力与海拔、凹凸度、干旱度指数呈显著的负相关,与地形湿润指数呈显著的正相关.这可能是由于水流的冲刷作用,低海拔的沟谷内受干扰较强,生产力较低,因而增强了物种的根萌能力;(3)样地常见的126个根萌物种的根萌能力有显著但较弱的谱系信号.在不同生活型中,只有灌木层和落叶植物具有显著的谱系信号,乔木层、亚乔木层和常绿植物谱系信号不显著.这说明根萌能力在进化历史中是一个不稳定的性状.结果表明,八大公山样地木本植物的根萌能力受地形因子以及进化历史的显著影响.

神农架国家公园植物多样性监测与评估研究

植物多样性监测与评估是生物多样性保护和规划管理的基础。神农架作为我国生物多样性保护的关键地区之一,研究该区域植物多样性的监测手段与评估方法,对我国各类自然保护地具有一定的借鉴意义。通过简要综述神农架地区植物多样性监测与评估研究现状,在分析现有研究存在的问题与不足基础上,提出了具系统性、持续性的监测方案,并尝试构建了该地区植物多样性综合评价体系,以期为神农架国家公园植物多样性的有效保护提供科学支撑与合理建议。

微生境对黄梅秤锤树野生种群叶片功能性状的影响

植物功能性状可以反映植物应对环境变化的适应策略。本文以黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)当前唯一野生种群为对象,比较了3种微生境(湖边、种群中心、耕地边)中该物种的叶片功能性状均值、种内变异和叶片生态化学计量特征的差异,分析了黄梅秤锤树对湖岸带微生境变化的响应及其适应策略。结果表明:(1)3种微生境中土壤C、N、P含量没有显著性差异(P>0.05),但土壤C:N和C:P具有显著性差异(P<0.05),土壤类型和养分条件有所不同。(2)黄梅秤锤树叶片功能性状的比较用单因素方差分析和贝叶斯方差分析得出的结果一致,均为叶长、叶面积和比叶面积在中心区域显著高于湖边(P<0.05),而耕地边与湖边和中心区域均没有显著差异(P>0.05);叶N含量在湖边显著高于中心区域和耕地边(P<0.05),而中心区域和耕地边间没有显著差异(P>0.05);叶宽、叶长/叶宽、叶干物质含量、叶C和叶P含量在3种微生境间都没有显著性差异(P>0.05)。(3)黄梅秤锤树叶片的N:P在湖边显著高于中心区域和耕地边(P<0.05),C:N在湖边显著小于中心区域和耕地边(P<0.05),N:P和C:N在中心区域和耕地边没有显著性差异(P>0.05),C:P在3种微生境间都没有显著性差异(P>0.05)。(4)黄梅秤锤树叶片功能性状的总体变异程度在0.02–0.28之间,其中叶片C和N含量在湖边和中心区域的种内变异程度显著较低,表明3种生境中湖边和中心区域黄梅秤锤树种群的稳定性相对较差。(5)湖边黄梅秤锤树主要通过增加叶N含量促进生长;中心区域黄梅秤锤树主要通过增加叶面积和比叶面积以及提高叶N的利用效率来提高光捕获能力促进生长;耕地边黄梅秤锤树的叶N含量和叶面积、比叶面积都处于中等水平,通过性状之间的共同作用使植株生长达到最佳水平。以上结果表明,由于微地形、水位波动和土壤环境条件的差异,黄梅秤锤树对3种生境中的适应策略有所不同,并且不是通过单一性状调整来适应环境的变化,而是通过多种性状之间的权衡达到更好的适应效果。

湖北九宫山甜槠群落结构与优势种的空间分布格局研究

通过对湖北九宫山国家级自然保护区甜槠群落建立的1ha固定森林样地进行植物群落调查,分析了样地内木本植物物种组成、区系成分、种群径级结构和空间分布格局,结果表明:(1)样地内木本植物(DBH≥1 cm)共有132种,隶属于42科78属,其中,杜鹃花科、壳斗科、樟科、蔷薇科、冬青科等是优势科,短柄枹、鹿角杜鹃、青冈、长叶石栎、甜槠等是优势种。(2)样地内植物科、属的分布类型均以泛热带分布类型为主,分别为30.95%和20.51%。(3)样地内所有木本植物个体的径级结构均呈倒"J"型,幼龄个体数量大,森林群落更新状况良好。(4)样地内木本植物个体的空间分布格局以聚集分布为主,部分优势物种在小尺度上呈聚集分布,而在较大尺度上则为随机分布。

湖北九宫山珍稀植物鹅掌楸群落结构与物种组成

为了解珍稀植物鹅掌楸(Liriodendron chinense)种群结构特征,加强其就地保护,基于湖北九宫山国家级自然保护区建立的1 hm;长期监测样地,分析了鹅掌楸所在群落的物种组成、优势种的径级结构和空间分布格局、鹅掌楸的种内关联及其与群落优势种的种间关联。样地共有胸径≥1 cm的木本植物7159株,隶属于40科76属113种。群落优势种为交让木(Daphniphyllum macropodum)、黄山松(Pinus taiwanensis)、格药柃(Eurya muricata)、枹栎(Quercus serrata)、黄丹木姜子(Litsea elongate)、白木乌桕(Neoshirakia japonica)和鹅掌楸。整体径级结构呈倒“J”型,表明该群落更新良好。鹅掌楸的径级结构为波动型,表明有较大潜力发展成稳定的种群。鹅掌楸主要分布在样地的东南角,表现出明显的生境偏好。其空间分布格局在0~32 m和34~35 m尺度上表现为聚集分布,在50 m尺度上表现为均匀分布。鹅掌楸的幼树与中龄树、幼树与成年树以及中龄树与成年树在大部分尺度上无关联,仅在个别尺度上呈现正关联或负关联。鹅掌楸与该群落的其他优势种在小尺度上均表现为负关联。总体来说,该群落类型为过渡性的针阔混交林,物种组成和群落结构处于不稳定阶段,应加强保护和管理以促进鹅掌楸天然种群的更新与生存。

极小种群野生植物黄梅秤锤树群落结构与动态

本文以极小种群野生植物黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)当前唯一的野生种群为依托建立了1 ha的固定样地,研究了黄梅秤锤树野生植物群落的物种组成、优势种的径级结构、黄梅秤锤树的空间分布格局、种内与种间空间关联性和种群更新特征。样地内共记录到胸径≥1.0 cm的木本植物31种,隶属于21科28属。群落更新良好,样地中所有1,225株个体中小径木占比为67.18%。群落优势种为麻栎(Quercus acutissima)、枸骨(Ilex cornuta)、朴树(Celtis sinensis)和黄梅秤锤树。麻栎的径级结构呈单峰型,为衰退型种群;枸骨、朴树和黄梅秤锤树的径级结构呈倒"J"型或偏倒"J"型,表明更新良好。黄梅秤锤树的空间分布格局在小尺度上呈聚集分布,在大尺度上呈随机或均匀分布,并且与其他3个优势种(麻栎、枸骨、朴树)在空间上主要呈负关联性。黄梅秤锤树的成树和幼苗、幼树和幼苗都是在小尺度上呈负关联性,在大尺度上关联性不显著,而成树和幼树在整体上关联性不显著。黄梅秤锤树的萌蘖现象非常明显,萌蘖数与母株胸径具有极显著的正相关性(R^2=0.330,P<0.001),萌蘖率与相对幼苗密度具有极显著的负相关性(R^2=0.438,P<0.001)。总体来说,高比例的小径木和普遍的种间负关联均表明该群落处于演替的早中期,物种组成和群落结构还未达到稳定阶段。作为长江中下游冲积平原区具有代表性的残存风水林,该野生植物群落在生物多样性维持和珍稀植物保护方面具有重要的作用,应加强保护和管理。

湖南八大公山25 ha常绿落叶阔叶混交林动态监测样地群落组成与空间结构

湖南八大公山国家级自然保护区位于武陵山系北缘,区内分布有大面积的常绿落叶阔叶混交林,物种多样性丰富,群落结构复杂。中国科学院武汉植物园按CTFS (Center for Tropical Forest Sciences)建设规范于2010–2011年在保护区内建设了一个25 ha的动态监测样地,为亚热带山地森林群落多样性长期动态监测提供了理想的平台。本文初步分析了八大公山25ha样地的群落组成与空间结构。结果表明:群落内共有木本植物存活个体186,575株,隶属于53科114属232种;个体数超过1,000株的有38个物种(贡献87%的个体数),个体数最多的物种为黄丹木姜子(Litsea elongata);样地内稀有种(≤25株)种数占样地总物种数的44%,而个体数仅为样地总个体数的0.4%。样地内个体平均胸径为5.41cm,其中68.4%的个体DBH≤5cm,DBH≥20cm的个体数(7,474株)仅约占总个体数的4%;个体胸径直方图呈倒"J"形,表明样地处于良好更新与正常生长状态。样地的种–面积关系图显示物种数随样地面积的增加而同步增加,其增长速度由迅速增长逐渐趋于稳定,取样面积10 ha时可以涵盖90%以上的物种; 1 ha小样地个体数平均为7,261.8±974.8 (SD),物种数平均为128.2±8.2 (SD), Shannon-Wiener指数平均为3.56±0.11 (SD),Pielou均匀度指数变异最小,平均为1.69±0.06 (SD);个体数与各多样性指数均无显著相关,表明在该样地中物种多样性的取样效应不明显,物种数量增加的原因可能来自于其他因素的控制。

湖北自然植被概况:植被研究历史、分布格局及其群落类型

本文在文献研究和野外调查数据的基础上,从植被研究历史、植被类型组成和分布规律等方面,介绍了湖北省自然植被研究情况,并参考"《中国植被志》编研"拟定的分类系统,拟定了新的湖北省自然植被分类系统.湖北植被研究历史可大致分为三个阶段,分别是标本采集和森林资源勘察阶段(20世纪70年代前)、全面调查和植被区划阶段(20世纪70年代到21世纪初)和自然保护区调查阶段(21世纪初到2015年).湖北的自然植被可分为森林、灌丛、草本植被、沼泽和水生植被等4个植被型组,植被型组又可划分为15个植被型、72个群系组、232个群系,其分布存在明显的纬度、经度和垂直分布格局.建议湖北植被未来研究要以详实的样方资料为基础,加强灌丛和草地植被的调查研究,对植被进行定量分类和排序,加强人才队伍建设,推动《湖北植被志》的编研.

亚热带山地常绿落叶阔叶混交林物种幼苗功能性状差异研究

以湖南八大公山25 hm2常绿落叶阔叶混交林动态监测样地中24个常见物种为研究对象,按照不同生长阶段(H1:5≤H<20 cm、H2:20≤H<40 cm、H3:40≤H<80 cm、H4:80≤H<130 cm、H5:H≥130 cm且DBH<1 cm)获取了826株幼苗并测量了叶片和茎干功能性状,分析了不同生长阶段、冠层和叶片习性幼苗功能性状变异,以及不同功能性状对幼苗存活的影响。结果表明:(1)幼苗功能性状在不同生长阶段差异显著,随着幼苗生长,比叶面积(SLA)、叶片碳氮比(C/N)呈现下降趋势,比茎密度(SSD)、叶柄长度(PL)、叶片氮磷比(N/P)和叶绿素含量(Chl)呈现升高趋势;(2)SLA在灌木层、亚乔木层和乔木层间无明显变化,叶片厚度(LT)、Chl和N/P在3个冠层间变化显著,SSD和PL均在灌木层和乔木层间无明显变化,C/N在灌木层和亚乔木层间无明显差异;(3)常绿树种幼苗具有较高的Chl和LT,落叶树种幼苗具有较高的SLA、叶片氮含量(LNC)、叶片磷含量(LPC)和PL;(4)个体大小对幼苗存活具有显著正效应,LPC促进落叶树种幼苗存活,抑制常绿树种幼苗存活。在植物生活史早期,不同功能群植物针对林下低光环境采取了不同生长适应策略,不同生长阶段幼苗也根据光环境的改变调整自身功能性状。另外,八大公山常绿落叶阔叶混交林中幼苗的生长主要受氮素限制,且这种限制作用随着幼苗生长逐渐减弱。