论文部分内容阅读
能量是生态系统过程的趋动力,系统内的一切生命活动都伴随着能量转化与传递;因此,生态系统发展过程中的热力学普遍规律是生态学与生物物理学长期以来共同的研究焦点。源于热力学的生态(火用)理论是当前生态系统自组织研究过程中较常见的目标函数,多用于湿地和水生生态系统等的研究中,森林生态系统研究中案例匮乏。
森林生态系统是森林群落与其所在环境在功能流的作用下形成的具有一定结构、功能的自组织系统。作为陆地生态系统的主体和重要的可再生资源,森林在人类社会经济的发展过程中发挥着极其重要的作用。南亚热带森林生态系统在全球生态环境研究中占居独特而重要的地位。作为我国人口密度最大的区域之一,受人类活动的影响,本地区森林的可持续发展面临着严重的威胁。
本研究运用生态(火用)理论方法,采用S.E.J(o)rgensen等人提出的β值和J.C.Fonseca等学者提出的C值量化分析了鹤山乡土林、针叶林和马占相思林等三种人工群落12~27龄间的结构发展动态,探讨了生态(火用)理论方法在森林研究中的应用。同时,为更好地表征物种的群落热力学地位,构建并使用了群落(火用)贡献率(Pc)和层次(火用)贡献率(PL)两个指标,丰富了森林系统生态(火用)的计算方法。主要结果如下:(1)12至27龄间,三种人工林群落生态(火用)均持续增长,乔、灌、草层发展不同步,但互有影响。乔木层是群落生态(火用)和群落结构(火用)的主要贡献者,在群落结构的稳定和复杂性的发展与维系中发挥着重要作用。案例结果在验证了生态(火用)最大化假说的同时,揭示了生态(火用)最大化路径与机理的复杂性以及当前生态(火用)计算方法的不成熟状态。
(2)本研究中,20至22龄间是乡土林和针叶林群落发展的拐点。20龄后的乡土林和针叶林群落生态(火用)增加速率以及利用外界能量形成和维持群落稳定的效率逐渐放缓甚至有所降低,表明20龄后即可以考虑根据乡土人工林和针叶人工林的群落特点进行适当林分改造,以维持群落的持续发展。虽然2000年观测样地的更换对马占相思林群落发展过程规律的研究产生了一定影响;但24龄后的马占相思林群落生态(火用)的增长主要源于除马占相思外其他物种的发展贡献,同时这一时期群落生态(火用)的形成和维持效率也趋于稳定或开始下降,说明新观测样地内的马占相思群落也表现出一定退化特征。由于三种人工林在群落发展过程中,均遇到一定“瓶颈”限制,可结合各自群落结构特点,进行改造。
(3)生态(火用)指标与部分土壤环境因子、生物量、多样性指数等的相关性分析表明生态(火用)能反映部分群落的传统信息。而使用物种遗传信息C值计算得到的生态(火用)则易受C值悖论的影响。虽然两种主流的权重方法各有利弊,但是它们试图解释的物种遗传(进化)信息仍能在各自结果中得到体现。目前,尚不存在完善的物种权重,限制了生态(火用)理论的应用与推广。