吉林蛟河针阔混交林群落构建机制及其对采伐干扰的响应

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiyin1976
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群落构建机制一直是生态学研究的重点问题。近年来,学者们主要围绕生态位理论和中性理论进行相关的验证工作,但是在局域群落构建机制方面始终没有得到相对一致的结论。生态位理论主要关注环境过滤和竞争排斥等确定性过程在群落构建中的作用,而中性理论强调随机过程和扩散限制的重要贡献。随着统计模型和理论研究的进步,综合运用多种方法,考虑多方面的群落特征和影响因素来探讨群落构建机制已经成为最主流的分析手段。本文以吉林蛟河针阔混交林大面积固定样地2010和2015年两次动态监测数据和样地内的采伐干扰数据为基础,从群落分类结构、系统发育结构及群落内树木个体的生长死亡动态等方面分析了群落构建过程中的主要生态学机制,同时探究了采伐干扰对群落结构和动态的影响,研究结果为解释群落物种共存提供了理论和事实依据,在预测植物群落对采伐干扰的响应方面具有一定的指导意义。  1.群落分类结构是群落内物种间亲缘关系的一种直观反映形式。本文首先分析了吉林蛟河针阔混交林群落的分类结构特征,并结合两种不同的群落随机零模型判断影响群落构建的主要生态学过程。研究结果表明:针阔混交林群落分类结构具有一定的尺度依赖性,随着尺度的增大,属种比和科种比均呈现下降趋势。通过比较实际群落与随机群落分类结构的差异,我们发现在局域尺度上环境过滤和扩散限制作用对群落构建的影响要强于种间竞争。对比基于群落分类结构和系统发育结构检验出的群落构建机制结果,发现二者表现出了相对一致的结论,因此基于分类结构的群落构建机制研究方法可以推广到尚未具备全面的物种进化信息的区域。  2.群落构建是时间尺度上的动态过程,因此其影响机制可以体现在群落的动态变化中。全面分析森林生态系统动态变化可以帮助解释物种多样性维持、物种共存和群落构建等诸多复杂的生态学问题。在我们的研究样地中,树木个体死亡率表现出明显的种间差异,但是特定物种强烈的生境偏好并不意味着种群动态指标如死亡率等在生境间的显著差异。利用广义线性混合效应模型分析了树木个体的存活与自身胸径、同种邻体胸高断面积和、异种邻体胸高断面积和及四个地形因子之间的关系。结果表明:(1)群落水平上,包含胸径、生物变量和非生物环境变量的全模型很好地拟合了树木个体的存活概率,证实了负密度制约效应和生态位过程对东北地区森林群落构建的影响;(2)不同种组间个体死亡的概率存在显著差异,种组水平的模型分析结果显示:林冠层和亚林层个体的存活表现出与同种邻体胸高断面积和之间显著的负相关。地形因子对灌木层个体存活影响更大。特别地,亚林层树木个体的存活与异种邻体胸高断面积和存在正相关关系,这一结果从一定角度证实了种群保护假说。综合来看,树木的死亡并非是一个完全随机的过程,在我们的研究样地内,基于生态位理论的确定性过程在群落构建中发挥着主导作用。  3.不同于以往关于树木生长的研究,本文重点关注邻域物种多样性与树木个体生物量生产力的关系,同时控制个体胸径及其邻域的生物和非生物环境等指标的影响,通过检验生态位互补效应的存在与否分析群落构建中的主要生态学过程。基于树木个体并考虑空间自相关的广义最小二乘回归模型的分析结果显示:在群落水平上,香农多样性指数与个体生物量生长之间呈现显著的正相关关系,证明了我们的研究样地内存在生态位互补效应,这一效应的出现代表不同物种之间存在明显的生态位差异,从而保证了物种的稳定共存。控制生物竞争和非生物环境协变量的影响之后,物种多样性对生物量生产力的促进效应要强于以往未考虑控制变量的结果,同时环境变量显著影响绝大多数物种的个体生长,如果不加以考虑,可能会掩盖物种多样性的真实效应。  4.采伐是对森林群落的一种重要的人为干扰,分析采伐对群落结构和动态的影响对预测干扰影响下的群落构建机制变化具有十分重要的现实意义。在全面分析经营样地采伐干扰特征的基础上,对比经营样地和对照样地的结构和动态变化,结果发现低强度的采伐干扰对林分的扰动较小,群落结构能够较快恢复。经营样地的死亡率低于对照样地,但其更新状况并未得到明显的改善,表明尽管样地内进行的采伐能够在一定程度上优化林分结构,但是天然林内物种的更新对非生物环境条件和邻体竞争更为敏感,低强度的采伐干扰不能改变乔木树种对于绝大部分资源的竞争优势,幼树仍然难以获得足够的资源和生活空间。由于我们对经营样地内的采伐个体也进行了定位监测,在分析经营样地中不同物种个体径向生长的影响因素时加入表征邻域采伐强度的指标,没有发现采伐干扰对个体生长的显著影响,表明采伐虽然改变了林下的小环境,但是保留木的生长还与采伐地的物种组成和地形条件等因素密切相关,此外树木生长对采伐干扰的响应可能存在一定的时滞效应,采伐对群落动态的影响需要较长的时间才能有所显现。
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