火干扰对北方针叶林林下植被结构与功能动态的影响

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北方针叶林是地球上最大的森林生态系统,在全球碳循环和气候调节中起着至关重要的作用。虽然面积很大,但是生物多样性相对较低。林下植被是北方针叶林中物种丰富度最高的部分,其物种数占北方针叶林植被总数的90%以上,是该生态系统物种多样性的重要组成部分。以往针对北方针叶林的研究主要集中在林冠层,对林下植被的关注较少。实际上,林下植被对北方针叶林群落结构的形成具有长期持续的效应。林下植被可以影响树木更新、凋落物的分解及土壤养分库的建立,是北方针叶林系统重要的自然驱动因子。在北方针叶林生态系统中,火干扰是首要的自然干扰类型,通过影响环境因子,控制火后群落构建过程,是影响林下植被群落构建的主要控制因子。目前关于林下植被的研究多集中在对物种丰富度及组成变化上的研究,缺乏对其群落构建过程、地上净初级生产力(ANPP)及地上生物量变化过程的研究。为解决这些问题,本研究选择中国大兴安岭北方针叶林作为研究对象,通过调查不同林龄林下植被,研究火后不同演替时期林下植被群落结构和功能的动态变化,阐明其内在机制。经过调查取样及实验测试和统计分析,得到以下结论:  (1)在呼中自然保护区内,火后3年(演替初期)、13年(演替早期)火烧迹地及附近未火烧区(演替晚期)三个不同演替时期林下植被物种丰富度和组成之间差异显著。林下植被的物种丰富度和多度受火烧时间、地形、海拔和有机质层厚度的影响。在这些因子中,火烧时间对林下植被群落构建的影响最强,其次为地形因子,如坡位。  (2)林下植被的各组分α多样性与β多样性具有不同的动态格局,β多样性指数之间的相关性高于α多样性之间的相关性。随着演替时间的推移,林下植被群落由谱系发散转变为谱系聚集,群落构建过程由竞争排斥和扩散限制主导转变为由环境过滤和成种过程主导。尽管不同的生态过程影响群落构建过程,但占优势的过程是环境过滤。  (3)林下植被ANPP随着演替时间的推移,呈上下波动的趋势,且在火后4年时达到最高,而林下植被的地上生物量呈逐渐升高的趋势,在火后27年基本恢复到火前水平。影响林下植被ANPP的生物影响因子包括物种丰富度、多度、系统发育多样性和功能多样性,非生物影响因子包括土壤氮含量,其次为土壤氮含量的异质性和土壤pH值的异质性。林下植被的地上生物量随着演替时间的推移,逐渐升高,这主要是因为林下灌木生物量的增加。林下植被ANPP与物种丰富度呈负相关关系,而与物种多度呈正相关关系,说明林下植被中少数优势物种控制林下植被生产力。
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