吉林蛟河针阔混交林种子扩散和幼苗更新研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 18次 | 上传用户:chenfengling
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种子植物的天然更新主要经历种子雨、种子扩散和幼苗定植三个过程。其中,种子(种子雨或种子库)和幼苗(或幼树)阶段被认为是森林更新过程中最重要和敏感的两个时期,也是未来群落组成和结构的决定性因素。研究种子扩散和幼苗更新二者之间关联性,以及扩散限制、负密度制约效应和生态位过程在种子扩散和幼苗更新过程中的相对重要性,将有助于我们更好地解释生物多样性的形成、维持与进化机制,从而为森林生态系统生物多样性保护提供理论依据。该文以位于吉林蛟河地区的中龄林(the half-mature forest、成熟林(the mature forest:MF)和老龄林(the old growth forest:OGF)3种类型的针阔混交林监测样地为基础,每块样地代表了一个特定的演替阶段。在样地内共设置了451个种子雨-幼苗观测样站。通过连续3年的调查和观测,分析了不同演替阶段的群落中种子雨和幼苗的物种组成及其在时间和空间尺度上的变化格局。检验了局域尺度上负密度制约效应和生态位过程对幼苗存活的影响。分析和评价了扩散限制、密度制约效应和生态位过程在物种多样性维持中的作用。主要研究结果如下:1、蛟河地区不同演替阶段针阔混交林样地中种子雨具有明显的季节动态,有时会呈现双峰模式。绝大多数物种的种子产量存在着较大的年际变异和空间变异,并且空间变异系数远大于年际变异系数。然而种子的年际和空间变异并不随着演替进程的推进而变化。2、用多元回归的方法分析了幼苗数量与林分类型、同种成体胸高断面积之和以及林冠开阔度的关系。结果表明:(1)林下层主要木本植物幼苗的组成在不同演替阶段群落中差异不大,并与样地内主要树种组成保持着一定相似性,但幼苗重要值排序在年际间和不同演替阶段稍有波动。(2)3个样地内幼苗个体数量和物种数都主要集中在5-20 cm高度级之间,之后随高度级增加而逐渐减少,但幼苗个体数量减少得更快。这表明与种间竞争相比,物种内部的相互作用是导致幼苗死亡的主要原因,在一定程度上证实了负密度制约效应在幼苗更新过程中的作用。(3)水曲柳(Fraxinus mandshurica)、色木槭(Acer mono)、青楷枫(Acer tegmentosum)、东北槭(Acer mandshuricum)和紫椴(Tilia amurensis)5个主要树种的幼苗都与同种成体胸高断面积之和呈显著的正相关关系,还呈现出明显的生境偏好,表明扩散限制和生态位过程也会影响幼苗的数量和分布。间接证实了负密度制约效应、扩散限制和生态位过程对温带地区不同演替阶段森林群落中幼苗数量组成的影响。3、幼苗的空间分布对群落更新具有重要意义。对木本植物幼苗的数量分布以及水曲柳、色木槭、杉松(Abies holophylla)和东北槭4个主要树种幼苗与大树的空间关系及其年际变化进行了分析,并用Syrjala检验来分析样站尺度上,幼苗密度、丰富度的空间分布在年际间的差异。结果显示:(1)木本植物幼苗的数量分布在不同群落和年际之间都表现出明显的差异,样站尺度上3个样地内的幼苗密度存在着较大的空间变异性,而幼苗丰富度的空间异质性较低。表明幼苗分布的空间异质性对幼苗密度有着重要影响。(2)样站尺度上幼苗数量、物种数的空间分布在不同年份之间是存在差异的。在一定程度上证实了种子产量、扩散方式和群落组成对幼苗空间分布的影响。(3)从幼苗与大树空问关系来看,4个主要树种的幼苗与成树之间表现出相似的分布格局,表明成体植株的空间分布特征也能够影响幼苗的空间分布。4、对种子限制和定居限制的研究表明,温带森林中也存在着较强的种子限制,并且演替初期种子限制的强度要明显高于演替中期和后期。演替初期和中期物种的更新受限主要受种子产量不足和扩散限制影响,而在演替后期物种的更新主要受扩散限制的影响。种子限制与定居限制之间没有显著负相关关系,表明我们的研究结果并不支持拓殖-竞争权衡促进物种共存的假说。相反,扩散限制与定居限制之间的显著正相关关系,从侧面证明了负密度制约效应对本研究区域物种共存的促进作用。我们的研究并没有发现种子限制和定居限制受种子的大小调控。此外,幼苗的定植主要受到生物因素的影响。5、通过广义线性混合效应模型(generalized linear mixed-effects models, GLMMs)检验了生物和非生物邻体对幼苗存活的影响以及生物邻体对幼苗存活影响的种间差异。结果表明温带森林中存在着负密度制约效应。生物、非生物因素都会影响幼苗的存活,其相对重要性会随着演替进程、幼苗大小、幼苗年龄而变化。对于高度小于20cm、1-2年生的幼苗以及全部群落水平的幼苗来说,负密度制约的强度在物种问存在着显著差异。同时我们还发现,局域尺度的负密度制约效应并没有导致群落补偿趋势。我们的研究结果证实了负密度制约效应和生态位过程对幼苗存活的影响,并且它们的相对重要性会随着幼苗高度、年龄而变化。此外,生物和非生物因素对幼苗存活的影响会随着演替进程而变化。
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