亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)研究进展

生物多样性与生态系统功能的关系(BEF)及其内在机制是当前生物多样性研究领域的热点问题。长期以来,以草地生态系统为主的BEF研究积累了大量研究成果,而基于森林生态系统的相关研究则相对较少。亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)是目前包含树种最多、涉及多样性水平最高的大型森林控制实验样地。该文总结了基于BEF-China平台的研究进展,特别是生物多样性对生态系统生产力、养分循环以及多营养级相互作用关系等方面的影响,并提出了未来BEF-China的研究应注重高通量测序和遥感等新兴技术的应用,在生物多样性的多维度、生态系统的多种组分与多种功能以及BEF研究的多种尺度等交叉方向上持续开展深入研究。针对BEF-China研究成果的梳理有助于理解驱动亚热带森林生物多样性与生态系统功能关系的内在机理,为生物多样性保护和生态修复提供科学依据。

基于激光雷达技术估算钱江源国家公园森林的地上生物量

【目的】采用激光雷达结合地面调查的方法,拟合并预测钱江源国家公园森林的地上生物量,为国家公园森林生态系统保护和动物生境质量评估提供基础数据。【方法】采用冠层结构指数量化亚热带常绿阔叶林的冠层高度和垂直复杂度,并结合地面调查数据和地形数据,用模型拟合和预测钱江源国家公园的地上生物量。【结果】冠层结构指数中,与地上生物量的相关程度从大到小依次为冠层平均高度、冠层垂直复杂度、冠层最大高度。钱江源国家公园生物量分布主要在27.24~210.31 Mg/hm^(2)(0.05~0.95分位数),平均为111.21 Mg/hm^(2),总的生物量约为2.57×10^(6) Mg。【结论】结合冠层指数和地形变量能较好地模拟和预测钱江源国家公园地上生物量。钱江源国家公园有大面积低海拔集中分布的常绿阔叶林,冠层平均高度和冠层垂直复杂度都比较大,地上生物量高;同时,也有大面积人工林和次生林,这些人工林和次生林主要分布在国家公园成立后才开始保护的两个片区,冠层平均高度和冠层垂直复杂度小,地上生物量较低,有待进一步恢复。

钱江源国家公园木本植物物种多样性空间分布格局

以数据为支撑的物种多样性空间分布是自然保护地适应性保护和管理的基础,但当前大多数自然保护地缺乏全域物种多样性观测数据。本研究以钱江源国家公园全域663个20 m×20 m木本植物样方调查数据为基础,分析了国家公园内观测物种丰富度、稀疏物种丰富度、胸高断面积和树木个体数量的空间变化,比较了这些变量在国家公园各功能区块间的差异。结果显示木本植物物种多样性的热点分布区与钱江源国家公园核心保护区基本匹配。两个物种丰富度在核心保护区古田山区块和长何齐区块及一般控制区古田-苏庄区块最大,三者的观测物种丰富度无显著差异(P>0.05),古田山区块和古田-苏庄区块的稀疏物种丰富度无显著差异,但均显著大于长何齐区块;古田山区块和古田-苏庄区块的两个物种丰富度指标变异程度小于其他区块,且这两个区块间无显著差异(P>0.05)。齐溪区块、长何齐区块和古田山区块胸高断面积大于其他区块,古田-苏庄区块次之,前三者无显著差异,古田-苏庄区块显著小于长何齐区块和古田山区块。古田山区块和古田-苏庄区块树木个体数量最小。长何齐区块齐溪片区部分胸高断面积大、个体数量小,而在长虹和何田片区胸高断面积小、个体数量大。一般控制区长虹-何田区块和古田-洪源区块两个物种丰富度最小,胸高断面积最小。结果表明,从生物多样性角度来看钱江源国家公园的功能分区基本合理,扩展了对国家公园物种多样性热点和保护空缺的认识:古田山区块木本植物个体大、物种最丰富,与其毗邻的一般控制区古田-苏庄区块物种同样丰富、个体略小,可将其纳入保护核心区以利于钱江源国家公园主要生态系统完整性保护;核心保护区长何齐区块长虹和何田片区物种多样性低、个体小、密度大,待加强保护和修复;长虹-何田区块和古田-洪源区块物种少、个体小、干扰强,待社区发展和保护协同。本研究将为钱江源国家公园生物多样性适应性保护和管理提供科学支撑。

中国森林生物多样性监测网络:二十年群落构建机制探索的回顾与展望

中国森林生物多样性监测网络(CForBio)目前已经沿纬度梯度从寒温带到热带布设23个大型森林动态样地,监测1,893种木本植物,代表我国木本植物种类的近1/6。CForBio的主要目标之一是研究森林群落的构建机制。本文综述了近20年来CForBio在群落构建机制探索方面取得的进展,包括生物多样性时空格局、生境过滤、生物相互作用、局域扩散和区域因素以及利用新技术取得的新认知等。CForBio研究发现:(1)生境过滤和扩散限制共同决定种–面积关系及β多样性等多样性格局,但二者的相对作用在不同样地及不同尺度存在差异;(2)生境过滤对局域群落构建的作用广泛存在,但很难量化其对群落构建的重要性;(3)同种负密度制约在不同气候带样地普遍存在,负密度制约的强度主要由植物菌根类型介导,并随植物生活史类型、功能性状及环境变化而变化;(4)扩散限制在局域群落构建中发挥关键作用,而区域因素如区域地质历史、区域物种库大小等塑造不同生物地理区群落之间的生物多样性差异;(5)宏观和微观两个方面的新技术促进群落构建机制的研究。在宏观方面,遥感技术以低成本使大范围、多尺度的连续群落生物多样性监测和时空比较研究成为可能;另一方面,叶绿体基因技术和代谢组学等微观技术能促进推导群落构建的分子机制。同时,本文还总结了以往研究的不足,并展望了基于森林动态样地开展群落构建机制研究的未来发展,特别强调了:(1)关注群落构建研究中的尺度问题;(2)深入开展多维度(物种、功能和系统发育)、多营养级生物互作相关的研究;(3)拓展全球变化对群落构建影响的研究;(4)融合观测–实验–模型多种手段开展群落构建机制的研究;(5)连结“群落构建理论研究”和“森林管理实践”。总之,中国森林生物多样性监测网络的长期监测和联网研究是森林群落构建机制研究的重要基础,也是推动群落构建理论、解决森林管理难题的重要平台。

中国森林生物多样性监测网络(CForBio):二十年进展与展望

大型森林动态监测样地是研究群落尺度森林动态变化的最优途径之一。中国森林生物多样性监测网络(CForBio)始建于2004年,是全球森林生物多样性监测网络(ForestGEO)最活跃的组成部分之一。CForBio森林动态监测样地一般为20ha,同时建立3-5个1-3ha辅助样地,以统一技术规范对胸径≥1 cm的木本植物进行定位监测,旨在长期监测中国主要森林类型的生物多样性格局与动态,研究其形成和维持机制。本文简要介绍了CForBio的概况、主样地建设、数据共享、能力建设、基于长期监测数据的主要科学发现以及科学支撑和服务,夯实CForBio监测与研究、拓展专题网络并加强能力建设,可为以监测数据为基础的森林生物多样性保护管理决策以及国际履约提供科学依据。

多角度看森林——“天空地”一体化生物多样性监测和研究体系

亚热带常绿阔叶林是我国独特的地带性森林植被类型,在我国分布最广,南北纵跨约10度(24°~32°N),东西横贯约25度(99°~123°E),占我国国土面积的1/4,是全球常绿阔叶林的主体,生物多样性仅次于热带雨林区。北纬30°线贯穿四大文明古国,是一条神秘而又奇特的纬线,钱江源国家公园就位于北纬30度。

亚热带森林中环境和物种多样性对灌木存活的影响

灌木是森林生态系统的重要组成部分,在维持物种多样性、促进养分循环、保护幼苗更新以及促进营养级相互作用等方面具有重要作用,其存活情况对森林群落组成和生态系统功能具有重要意义。但亚热带森林中灌木的存活情况及其影响因素仍有待探究。本研究依托于中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究平台(BEF-China),利用105个不同乔木与灌木多样性相嵌套样方中2012年和2019年的灌木个体存活数据,以及样方水平的土壤养分数据、地形数据、物种多样性数据和物种水平的功能性状数据,通过构建一系列广义线型混合模型(GLMM)探讨了非生物因素、生物因素以及灌木功能性状对灌木存活的影响。结果表明:不同灌木物种的存活率具有显著差异。坡度较小的山谷、山鞍部位以及土壤碳氮比较高的环境更有利于灌木存活;乔木和灌木多样性对灌木存活影响有限,但乔木多样性的增加可通过形成更郁闭的林冠提高灌木存活;灌木功能性状显著影响灌木存活,且倾向于保守型生活策略(即较小的比叶面积、叶片氮含量、气孔大小,较高的叶干物质含量、木质密度)的灌木物种具有更易于存活。通过模型比较发现,包含所有因素的全模型对灌木存活的解释度最高,不同影响因素的贡献率由大到小依次为非生物因素、灌木功能性状以及生物因素。本研究表明灌木存活受到多方面因素的共同影响,尽管土壤和地形等非生物因素的变化影响了灌木的存活,但不同灌木由于功能性状间的差异同样形成了不同的存活表现,而物种多样性的直接影响可能需要更长时间的监测才能更加显著。

2018年浙江古田山24公顷亚热带常绿阔叶林动态监测样地林冠结构与地形数据集

林冠结构与地形因子共同影响着森林重要物种资源及生境的时空变化,而针对我国地带性森林生态系统高精度林冠结构和地形数据集极为缺乏。基于近地面遥感平台获取的激光雷达数据,可以获取精确的林冠结构和地形数据。本研究以位于钱江源国家公园核心保护区的24公顷亚热带常绿阔叶林动态监测样地为研究对象,对该区域2018年基于近地面遥感技术获取的激光雷达点云数据进行计算分析及质量控制,获取该样地的林冠结构和地形数据。通过实时动态测量(RTK)的地面数据对数字高程模型(DEM)进行精度检验和验证,表明DEM的高程中误差为0.07米,数据具有较高精度。古田山24公顷亚热带常绿阔叶林动态监测样地为典型的中亚热带低海拔常绿阔叶林,本数据集可以为亚热带常绿阔叶林生物多样性监测和研究提供数据支撑。

中国中亚热带常绿阔叶林群落木本植物多样性比较

常绿阔叶林是我国亚热带的地带性植被类型,也是我国最重要的植被类型之一。常绿阔叶林植被型下各种群落类型的物种组成、结构、动态等特征已有大量研究,本研究基于浙江的天童和古田山、湖南的八大公山以及云南的珠江源、雕翎山和鸡足山6个大型常绿阔叶林动态监测样地的调查数据,对其木本植物的物种组成、区系成分、生长型类型百分比、种–面积关系进行了综合比较,以期进一步了解中国中亚热带常绿阔叶林在东、中、西部地区的物种多样性差异。结果显示:(1)中国中亚热带中部的八大公山样地物种的科、属、种丰富度最高,其次为东部的天童和古田山样地,而西部的珠江源、雕翎山和鸡足山样地的丰富度最低,相同植被类型样地的物种组成相似性最高,东、中、西部的常绿阔叶林植被的物种组成存在显著的差异;(2)东部样地木本植物的科、属均以热带区系为主,尤其泛热带分布的科、属最多,而中、西部样地虽然以热带科为主,但以温带属居多,北温带分布属最多;(3)东、中部3个样地木本植物以乔木成分为主,天童、古田山和八大公山样地乔木种比例分别是57.4%、51.6%和55.9%,西部样地灌木(珠江源、雕翎山和鸡足山样地分别是56.9%、54.2%、48.5%)成分均高于乔木(43.1%、41.7%、42.7%),中部样地木本植物落叶种(59.2%)占比远高于常绿种(40.8%),东、西部样地则是常绿种比例高于落叶种,天童、古田山、珠江源、雕翎山、鸡足山样地常绿种比例分别是51.3%、59.1%、62.7%、69.8%、58.3%;(4)八大公山和雕翎山样地的常绿种(分别有97种和67种)和落叶种(141种,29种)在数量上差距最大,雕翎山和珠江源样地的常绿种(69.8%,62.7%)和落叶种(30.2%,37.3%)在比例上差距最大。上述研究结果反映了中国中亚热带典型常绿阔叶林、山地常绿落叶阔叶混交林、半湿润常绿阔叶林的群落物种组成、物种多样性和群落结构的差异,为指示中亚热带常绿阔叶林植被从东到西的物种周转特征和植被变化规律提供了科学依据。

浙江钱江源国家公园的野生动物:亚热带常绿阔叶林的秘宝

亚热带森林之眼钱江源国家公园试点区(以下简称“钱江源国家公园”)位于浙江省开化县西北部,地处浙江、江西、安徽三省交界处。钱江源国家公园在空间上由原古田山国家级自然保护区、钱江源国家森林公园以及连接上述两地的生态区域构成,总面积252平方公里。该区域是生物多样性保护关键地区之一,承载着钱塘江水源地和中亚热带低海拔常绿阔叶林自然系统的生态安全。