森林群落林下草本植物物种多样性丰富,然而大多数森林物种多样性研究集中在乔木层,对林下草本植物物种多样性及其影响因子的研究较少.本研究基于北京东灵山20ha森林动态监测样地450个1m× 1m的草本样方调查数据,选择物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener多样性指数(H')、Simpson优势度指数(D)和Pielou均匀度指数(E)作为草本植物物种多样性数据指标,分析了林下草本植物物种多样性与地形和林分结构的相关关系;并采用Pearson相关性分析、回归分析、冗余分析(RDA)及层次分割的方法,探讨了地形因子和林分因子对草本植物物种多样性的影响.结果表明:(1)林下草本植物的Shannon-Wiener多样性指数与坡向呈显著负相关(P＜0.05),随坡向增大(由阳坡转向阴坡)而呈下降趋势;4个多样性指数与海拔、坡度和凹凸度均无显著相关性.(2)物种丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数随林分密度和林地物种丰富度的增大呈下降的趋势,但随平均胸径的增大呈上升的趋势;各物种多样性指数均与胸径变异系数无显著相关性.(3)层次分割结果表明,环境因子对林下草本植物物种多样性的解释率为:林分密度＞平均胸径＞胸径变异系数＞海拔;林分密度是影响林下草本植物物种多样性的主要因子.本研究揭示了不同地形、林分结构对暖温带落叶阔叶林林下草本植物物种多样性的影响,以期加强对森林生物多样性的全面认识,促进森林生态系统及生物多样性的保护.

荆条[Vitex negundo var.heterophylla(Franch.)Rehd.]是马鞭草科牡荆属落叶灌木,是重要的水土保持植物之一.在山西,荆条尤以中条山、吕梁山南端和太行山分布较为集中.以荆条为建群种形成的群落,是山西南部暖温带落叶阔叶林地带的低山丘陵区的代表植被类型之一.本文以山西荆条群落为研究对象,在2011年6-8月采取典型群落调查方法从山西南部垣曲开始往北对山西荆条群落进行调查取样,对其分布范围,群落结构进行研究.主要研究结果如下:荆条群落主要分布在海拔600～ 800 m的低山丘陵地带,调查结果表明山西荆条群落内植物共148个种,隶属于46个科,109个属.荆条群落区系成分复杂,各类成分并存,其中以北温带成分占优势,表现出种子植物种的多样性和属的地理分布型多样性等特征.群落外貌以地面芽为主.

准确地划分地带性主要植被类型分布的适宜区域,可为区域植被恢复与重建、生物多样性保护等工作提供有益的理论参考.在检验1961-2013年东北地区气候变化突变点的基础上,基于东北地区主要植被类型热量指标,研究气候变化对该区域主要植被类型适宜分布区域的影响,并利用2000年和2013年土地类型覆盖数据(MCD12Ql),对推算的适宜分布区域进行验证,结果表明:大兴安岭气温突变点为1982年,其它地区为1988年,东北地区各生态地理区年降水量没有明显的突变点.气温突变点后适宜在东北地区生长的主要植被种类没有变化,但各植被类型的分布区域均有所改变,其中高山冻原、亚高山矮曲林、寒温带针叶林和温带针阔叶混交林适宜分布区域面积减小,暖温带落叶阔叶林和温带草原面积增大.气温突变点前后各植被类型适宜分布区的地理中心均发生了不同程度的移动,其中移动距离最大的是南部地区的亚高山矮曲林,向东北方向移动了135.44km.与主要植被类型实际分布相对比,证明气候变化对研究区植被类型分布可能已经产生了影响.

子午岭国家级自然保护区(35°45′-36°01′N,108°30′-108°41′E)位于陕西和甘肃两省交界的子午岭陕西境内,占地面积406.21 km2,海拔1,100-1,687m,地带性植被类型属华北暖温带落叶阔叶林.保护区内春季多风,夏季炎热,秋季多雨,冬季干旱.年均降水量588.7 mm,且主要集中在6-9月.年平均气温9.2℃,气温年较差25.9℃(刘淑明,2004).保护区内管理严格,少见人为活动.

东灵山暖温带落叶阔叶次生林,是保存较完整的落叶阔叶次生林,其物种组成、群落结构是次生林演替过程的重要体现,也是下一步演替发生的基础.为了更好地研究其演替动态、生物多样性维持机制,以东灵山20hm2样地为固定监测平台,分析了暖温带落叶阔叶次生林的活立木、枯立木物种组成、径级结构、空间格局.结果表明:(1)样地中DBH≥1 cm的活立木共有103702株,植株密度为5185.1株/hm2;枯立木共有4543株,植株密度为204.9/hm2二者均包括了分枝和萌枝的个体数.样地内DBH≥1cm的活立木共有58种,分属于33属18科,DBH≥1 cm的枯立木共有33种,分属于23属15科.(2)活立木与枯立木整体分布随径级增大,均表现出先增大后减小的趋势,小径级个体多度在分布中优势显著.(3)活立木空间分布随径级增大,聚集强度减小,10 cm≤DBH ＜20 cm、DBH ≥40 cm此趋势明显,而20 cm≤DBH ＜40 cm在0-50 m的尺度范围内,规则、随机、聚集分布均出现.枯立木的空间格局,DBH ＜5 cm,DBH ≥40 cm,尺度接近30 m时,随机分布;5 cm≤DBH ＜40 cm,0-50m尺度范围内,聚集分布.空间分布格局显示了径级大小在空间分布上互补,不同径级的个体占据了样地内不同的生态位.(4)不同径级活立木与枯立木关联性分析表明,小径级小尺度,关联显著,大径级大尺度空间关联性逐渐减弱.枯立木的产生,是活立木受密度制约调控、演替地位及演替阶段、生境异质性等因素调控的结果,影响机制有待进一步研究.

秦岭落叶阔叶林是温带-亚热带过渡区保存较好的植被类型,群落结构复杂.为了研究该过渡区植被的生物多样性维持机制,按照CTFS (Center for tropical Forest Science)和中国森林生物多样性监测网络(CForBio)的建设标准,于2015年在陕西省佛坪国家级自然保护区的落叶阔叶林建立了一块面积25 ha的动态监测样地.本文对样地内胸径(DBH)≥ 1 cm的所有木本植物进行了调查和统计,分析了其物种组成、区系特征、径级结构和空间分布格局.结果 表明:样地内DBH≥1 cm的木本植物独立个体有47,739株,隶属于36科66属119种.温带区系成分的科和属分别占总科数和总属数的41.18％和60.00％,温带区系特征明显.稀有种有51种,占总树种的42.86％.落叶树种有106种,占总树种的89.07％,在样地内占绝对优势.重要值≥1的物种共有20个,分别占样地总个体数和总胸高断面积的70.35％和57.41％,重要值最大的物种分别是乔木层的锐齿栎(Quercus aliena var.acutesrrata)、亚乔木层的水榆花楸(Sorbus alnifolia)和灌木层的刺叶栎(Q.spinosa).样地内所有个体的平均胸径为8.61 cm,整体径级分布呈倒”J”型,小径级个体较多,群落更新良好.除了太白杨(Populus purdomii),样地内优势种表现出大尺度的聚集分布,且它们的分布与生境紧密相关,不同物种表现出不同的生境偏好.

暖温带落叶阔叶林在维护区域生态系统功能和平衡中起着重要的作用,研究其在氮添加下的生长和生理生态响应,有助于深入理解暖温带落叶阔叶林在全球氮沉降背景下的生长和变化规律.该研究通过在北京东灵山落叶阔叶林的模拟氮沉降控制实验,以优势种辽东栎(Quercus wutaishanica)和伴生种五角枫(Acer pictum subsp.mono)为研究对象,设置对照和氮添加2种处理,每种处理4个重复,对照样地不做处理;氮添加样地施加尿素(CO(NH2)2),总的氮添加量为100 kg·hm-2·a-1,测定氮添加对其生长和光合生理生态特征的影响.结果 显示:氮添加显著提高了两个树种的净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量,同时扩大了叶片光系统Ⅱ反应中心电子传递体库,增加了基于光合电子流驱动的初级受体醌(QA)被还原的周转次数.氮添加也增加了两个树种当年生枝条的长度和生物量,同时在一定程度上提高了辽东栎种子的质量.辽东栎光合作用氮利用效率、枝条生物量对氮添加的响应程度明显超过五角枫.在未来氮沉降加剧的情景下,东灵山暖温带落叶阔叶林优势种辽东栎的优势地位会进一步加强.

虽然海岛结构相对简单,但在生物多样性和生态功能维持方面起重要作用.以中国东部暖温带、北亚热带、中亚热带和南亚热带的14个海岛为对象,研究森林土壤碳和氮磷养分库的纬度变化特征,并分析其与气候因子和植物多样性的关系.结果表明:土壤碳和氮磷养分库在温度带间差异显著,土壤碳库与氮库在暖温带最低,分别为49.35和1.08 t·hm-2,在北亚热带最高,为137.25和4.63 t·hm-2;磷库在南亚热带海岛最低,为1.3 t·hm-2,在北亚热带最高,为5.19 t·hm-2.各植被类型土壤碳氮磷库在不同温度带间存在显著差异,落叶林土壤碳氮磷库在亚热带高于暖温带;常绿阔叶林土壤碳和氮库不受温度带影响,磷库在北亚热带和中亚热带显著高于南亚热带.年均温、年降水量、土壤含水量和植物物种多样性间的交互作用对土壤碳氮磷库有显著正向影响;植物物种多样性对土壤氮库变化有正向影响,但对磷库具有负向影响.海岛森林土壤碳库的纬度变化趋势与大陆相反,土壤氮磷养分库变化格局与大陆相似;其中,水热和植物物种多样性是驱动中国东部海岛森林土壤碳氮磷库变化的主要非生物和生物因素.

降水格局变化是全球气候变化的重要特征之一,未来气候变化下,较为频繁和严峻的干旱将威胁地球中纬度部分地区的森林,但森林植被如何响应季节性干旱胁迫及其机制尚不清楚.北亚热带-暖温带过渡区分布着以锐齿栎(Quercus aliena var.acuteserrata)为优势树种的落叶阔叶林,研究其水分蒸腾代谢过程对干旱的响应是评估气候变化对过渡区天然落叶阔叶林生态系统水碳影响的关键科学问题.在典型的锐齿栎天然林中通过开展模拟穿透雨减少大型野外实验,采用Granier热扩散式探针技术监测锐齿栎树干液流密度的动态变化,研究了不同径级锐齿栎树干液流密度对模拟干旱的响应规律.结果 表明:(1)穿透雨减少对树干液流密度的影响呈现季节变异.在7月份,林内穿透雨减少显著降低了锐齿栎的树干液流密度,但生长季后期的10月份林内穿透雨减少反而使锐齿栎树干液流密度显著升高.(2)不同径级的锐齿栎树干液流密度在生长季内对干旱有不同的响应,特别是小径级的树干液流密度与其他径级有较多的不同.小径级的锐齿栎树干液流密度在5、7月份表现为减雨样地显著小于对照样地,在9、10月份则表现为减雨样地显著大于对照样地.中径级的锐齿栎树干液流密度在5、10月份表现为减雨样地显著大于对照样地,在7月份则表现为减雨样地极显著小于对照样地.大径级的锐齿栎树干液流密度在6、7月份表现为减雨样地显著小于对照样地,在10月份则表现为减雨样地显著大于对照样地.

秦岭是典型的暖温带-亚热带过渡区.中国森林生物多样性监测网络(CForBio)现有的样地已经基本覆盖了中国大多数气候区,但位于气候过渡带的样地较少.本研究参照CForBio和CTFS (Center for Tropical Forest Science)的技术规范,于2019年在陕西皇冠山省级自然保护区内建立25 hm2(500 m×500 m)森林动态监测样地.本研究以样地内胸径(DBH)≥1 cm的所有木本植物为对象,分析了物种组成、区系特征、径级结构以及优势树种的空间分布格局.结果 表明:样地内DBH≥1 cm的木本植物独立个体有75137株(包括分枝的个体数为95679株),隶属于44科83属121种.群落属的区系类型主要为温带成分,占总属数的71.1％,同时混有一些热带成分.群落优势种明显,前5个物种的个体数超过总个体数的40％,前50个物种的个体数占总个体数的95％,其余61个物种个体数不到样地总个体数的5％.样地所有木本植物个体总径级分布呈倒"J"型.重要值＞5的4个主要物种的空间分布呈现不同的分布格局.随着尺度增大,种内的聚集程度降低,且不同物种的空间分布都受到环境异质性的影响.秦岭暖温性落叶阔叶林物种组成丰富,群落结构稳定,更新良好,反映了暖温带向亚热带过渡的典型特征,且环境异质性可能是影响该样地树种空间分布的重要因素.