为分析我国热带北缘季雨林的不同演替阶段的群落特征,该研究对广东阳春鹅凰嶂典型季雨林中4种(A、B、C、D)不同植物群落展开调查,对群落的物种组成、多样性和空间结构等进行分析,判断成熟度差异,预测演替方向,并提出优化建议.结果表明:(1)4种群落林层单一,小径级木与下层木占主体地位,具有 1～3 种明显的优势树种.(2)Shannon-Wiener 指数为 2.72～3.74,Simpson 指数为 0.90～0.97,Pielou 均匀度指数为0.74～0.89,各群落多样性特征差异显著.(3)4种群落乔木胸径大小比数为0.49～0.51,角尺度为0.56～0.61,混交度为0.54～0.83,林分空间结构指数为60.57～71.44,林分空间结构距离为53.15～68.53.(4)综合群落基本特征、多样性和空间结构特征的分析得出,各群落的成熟度排名为D＞A＞C＞B.综上认为,4种群落都处于演替前期或中期,乔木个体胸径和树高发展空间较大;群落整体处于中庸生长状态,个体均呈轻微聚集分布,树种表现为中度、强度或极强度混交,空间结构与理想林分存在一定距离.随着成熟度的增加,4种群落都继续以阳性树种作为主要优势树种进行演替,并初步具备该区域地带性顶极群落的典型植被特征;季雨林群落物种多样性提高,并向混交度增加、空间结构优化、稳定性增强的趋势演替.该研究结果为群落构建机制和森林结构优化等提供科学依据.未来应对该区域加强监管与保护,同时应对该地区的植被生态学和生物多样性保护展开广泛监测与深入研究.

林分空间格局研究对认识和理解森林群落结构的生态学过程具有重要作用.适宜的样地尺度不仅可以有效降低工作和时间成本,也可以提高林分属性的精确估计.同时,抽样尺度的适宜程度对科学评价林分空间结构调整也具有重要的现实意义.以关帝山庞泉沟4 hm2云杉次生林固定监测样地为研究对象,运用样地划分法和空间点格局的K2函数,评估了林分主要树种空间格局随样地面积变化的规律.结果表明:通过重要值排序,选取云杉(青杆+白杆)、华北落叶松、桦树(白桦+红桦)+其它阔叶树(花楸+辽东栎+山杨+山楂)作为主要树种(组).随着样地尺度的减小(从4 hm2到0.25 hm2),空间分布格局主要表现为较小尺度(≤4m)的聚集分布过度为随机分布与均匀分布,以及聚集和随机分布交替出现.所有树种的次级样地与参考样地的一致性指数差异显著,云杉和华北落叶松组合1 hm2样地一致性指数最高,而桦树和其它阔叶树完整1 hm2样地一致性指数最高;此外,云杉、华北落叶松和桦树0.25 hm2样地与组合1 hm2样地空间格局一致性指数组间差异显著.研究认为1 hm2样地尺度可以作为该地区云杉次生林空间分布格局的最小尺度.研究为探索云杉次生林空间格局的变化规律及样地抽样尺度的选取方面,提供了一定的理论基础和技术依据.

物种多样性是生物多样性的重要组成部分.森林演替过程中物种多样性的变化会直接影响生态系统功能和稳定性.因此,揭示森林演替过程中物种多样性变化及其与影响因子之间的关系,对于准确预测森林生态过程和生物多样性格局具有重要意义.该研究选择大兴安岭北部白桦(Betulapla typhylla)林(演替前期)、白桦-兴安落叶松(Larix gmelinii)混交林(演替中期)和兴安落叶松林(演替后期)为研究对象,采用空间代替时间的研究方法,分析我国寒温带地区森林演替过程中物种多样性的变化规律及其与影响因子之间的关系.结果表明:(1)大兴安岭北部森林演替过程中物种丰富度和多样性呈显著增加趋势,演替初期Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数分别为2.42和2.69,演替末期则分别为5.90和3.43;而物种Pielou均匀度指数无显著差异.(2)随森林演替的进行,植物群落的相似性逐渐降低,差异性逐渐增强,Jaccard指数、Sorenson指数和Bray-Curtis指数均减小.(3)森林演替过程中土壤pH、有机质含量、全氮含量和全磷含量对物种多样性存在显著影响,其中全氮含量和全磷含量是演替前期和中期物种多样性的主要影响因子,土壤pH和有机质含量是影响演替后期物种多样性的主要因子.(4)随着演替的进行,林分空间结构对物种多样性的影响逐渐增强,角尺度和大小比数是影响物种多样性的主要空间结构因子.以上结果表明大兴安岭北部森林演替过程中土壤因子对物种多样性具有主导作用,而林分空间结构对森林演替过程中物种多样性的驱动作用也不容忽视.

喀斯特地区森林的空间结构演变规律是全球森林研究的关键科学问题之一.为探究喀斯特常绿落叶阔叶林空间结构动态,研究以木论国家级自然保护区内喀斯特常绿落叶阔叶林2 hm2固定监测样地为研究对象,以2007、2012、2017年3次调查数据为基础,利用空间结构参数角尺度(Wi)、混交度(Mi)与大小比数(Ui)对群落空间结构特征动态变化进行分析.结果表明:(1)空间结构参数的一元分布结果表明,2007-2017年林分随着林龄增大逐渐向轻微团状分布状态演变;混交度处于强度混交水平,呈向极强度混交方向演变的趋势;从大小比数来看,林分呈中庸状态,随林分增长表现为向亚优势的方向转变.(2)不同径级林木空间结构研究结果表明,径级为1～15 cm的树木角尺度、大小比数、混交度随林分生长逐渐增大;随径级增大,大小比数取值呈逐渐降低趋势,混交度呈逐渐升高趋势.(3)主要优势树种空间结构研究结果表明,2007-2017年间5个优势树种组均呈现轻微团聚分布;大小比数呈现亚优势偏向于中庸分布状态,混交水平处于强度混交水平,逐渐向极强度混交方向演变.综上所述,目前木论喀斯特常绿落叶阔叶林林分呈现轻微团聚分布,混交程度较强,林分偏向于亚优势分布状态,群落较稳定,林分更新状况良好,正向顶极群落方向逐渐演替.该研究关于喀斯特常绿落叶阔叶林植被结构动态变化的分析对预测森林未来发展的变化趋势具有重要参考借鉴意义.

为探究湘西石漠化区湿地松-马褂木人工混交林林分结构及土壤理化性质,该研究以湘西石漠化地区湿地松-马褂木人工针阔混交林为对象,利用植物群落学分析和野外取样检测的方法,分析林分结构和土壤理化性质,运用Winklemass 1.0计算林分空间结构参数,并用三维离散随机变量分析了优势种的空间分布格局.结果表明:(1)林分内胸径(DBH)≥2 cm的林木株数为897 plants·hm-2,隶属于15科16属.主林层为湿地松,平均DBH为32.3 cm,重要值为44.2％;次林层为阔叶树,中幼龄林木居多,其中樟树、马褂木为优势树种,重要值分别为17.1％和13.2％.此外,还存在较多处于劣势生态位的天然更新种.(2)林木的水平分布格局偏向于随机分布((W)=0.503);林分整体趋向于中庸偏劣势过渡的态势((U)=0.505);种间隔离程度较高(M=0.689),林木混交状况良好.空间结构参数的三维离散随机变量表明,湿地松87.3％为优势和亚优势,马褂木41.7％为亚优势、26.9％为中庸态势,樟树23.5％为中庸态势、56.8％为劣势和绝对劣势.(3)林分土壤pH值趋于中性;与撂荒地相比,林分土壤的容重、持水量、孔隙度、有机碳、全钾、全氮、全磷等因子均明显改善,但整体而言,林分土壤仍然较为贫瘠,局部土壤紧实,保水能力差.综上表明,湿地松、马褂木作为先锋树种生长43年后,林分有向异龄林、强度混交林演替的趋势;林分内中幼龄阔叶树株数占比较大,近熟林出现断层,老龄针叶树占据优势生态区位,需抽针补阔、间针育阔,择伐劣势木,促使林分向阳生性阔叶树为主、中生性和耐阴性阔叶树为次的林分结构演替.该研究结果为湘西石漠化区的植被恢复、人工林结构优化和土壤改良提供了理论依据.

为研究木本植物自然恢复过程中生态系统碳密度对群落结构变化的响应机制,选取百山祖国家公园高、中、低3种杉木萌条保留密度(1154、847和465株·hm-2)下自然恢复初期林分为研究对象,分析生态系统碳密度及其组分与树种多样性、林分结构多样性(胸径变异系数)、林分空间结构参数(混交度、角尺度、大小比数、密集度)之间的关系.结果表明:随杉木萌条保留密度减少,树种多样性(物种丰富度指数、Shan-non 多样性指数)增加;林分结构参数中胸径变异系数、林分密度和混交度随杉木萌条保留密度减少呈升高趋势,不同杉木保留密度处理林分分布格局均为均匀分布,林木生长状态均为亚优势,林分密集程度均为比较密集.高、中、低3种杉木萌条保留密度处理乔木层碳密度分别为57.56、56.12和46.54 t·hm-2,土壤层碳密度分别为104.35、122.71和142.00 t·hm-2,生态系统碳密度分别为164.59、182.41和190.13 t·hm-2,林下植被层和凋落物层碳密度在不同处理之间变异较小.不同杉木保留密度处理生态系统碳密度分配特征均为土壤层(63.4％～74.7％)＞乔木层(24.5％～35.0％)＞林下植被层与凋落物层(0.8％～2.0％).方差分解结果表明,乔木层碳密度变化主要受林分结构多样性影响,土壤层碳密度受树种和结构多样性共同影响,而生态系统碳密度主要受树种多样性影响,林分空间结构参数对生态系统碳密度及其组分影响相对较小.在试验区杉木人工林向天然林转变过程中,杉木萌条保留密度显著影响生态系统碳积累,保留较低的杉木密度(500株·hm-2左右)更有利于林分固碳增汇.

基于2019、2021年浙江省森林资源连续清查数据,选取天然阔叶混交林样地,运用多项式回归等统计方法,分析地形和林分空间结构对主要先锋树种年均胸径生长量的影响.结果表明:木荷、青冈、白栎、柯、甜槠和苦槠胸径分别介于5～50.8、5～41.5、5～50.8、5～43.9、5～55.5和5～46.1 cm,划分为小径级(6～12 cm)、中径级(14～24 cm)和大径级(＞26 cm)3个径级.木荷和青冈的年均胸径生长量分别以半阴坡和阴坡最高,各径级增幅分别为2.9％～15.7％和1.1％～41.2％.随坡度的增加,大径级木荷、柯、甜槠和苦槠年均胸径生长量均降低,木荷降幅最高,为27.0％;而各小、中径级林木整体上无显著差异.坡位对各小径级林木年均胸径生长量整体上无显著影响,而中、大径级木荷、青冈和大径级白栎、柯年均胸径生长量随着从下坡、中坡、上坡到山脊的坡位变化整体上均降低,其中柯降幅最高,为28.1％,甜槠的变化则相反.适当提高混交度有利于中、大径级林木年均胸径生长量的增加,木荷以中度混交为宜,青冈、白栎和柯以低、中度混交为宜,而苦槠和甜槠以强度混交为宜;小径级林木各混交度下无显著差异.大小比数仅对大径级青冈、白栎和柯年均胸径生长量有显著影响,表现为亚优势-中庸下林木年均胸径生长量显著高于中庸-劣势.研究区林木年均胸径生长量主要受到坡向和混交度的影响.

林分结构可以表征森林群落光的可利用性和光环境的异质性,对群落物种组成的变异具有重要驱动作用.然而,目前还鲜有研究将林分结构用于解释群落物种组成的变异.本研究以哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶林20 ha森林动态监测样地及其周边区域按公里网格设置的19个1 ha森林动态样地为研究对象,将林分结构参数、环境因子和空间结构变量共同作为解释变量,采用基于冗余分析的变差分解和层次分割方法,在局域和区域尺度上同时解析群落物种组成变异的驱动因素.结果表明,在局域和区域尺度上,纳入林分结构后均提高了对物种组成变异的解释率.在局域尺度上,加入林分结构作为解释变量后,单纯的空间结构的解释率明显下降,林分结构与环境因子累计贡献了41.0％的解释率.在区域尺度上,林分结构与环境因子累计贡献了23.0％的解释率.从局域到区域尺度,环境过滤的相对作用明显增强.林分结构指示的光的可利用性对林冠下方的树种组成具有较强的塑造作用,今后的研究应进一步探讨林分结构对亚热带常绿阔叶林物种组成变异的驱动机制.

分析油松生态公益林空间结构并进行经营迫切性评价,为油松生态公益林空间结构的优化调整奠定理论基础.基于北京九龙山油松生态公益林的实测数据,选取混交度、大小比数、角尺度、密集度、林层指数、开敞度和竞争指数7个空间结构参数分析油松生态公益林的空间结构特征,并从密度、格局、竞争和混交等方面选取10个指标构建了经营迫切性评价指标体系并确定评价标准,进而对油松林进行了经营迫切性评价.结果表明:(1)油松纯林和油松混交林都接近随机分布,但油松纯林空间结构较为简单,树种组成单一,以零度和弱度混交为主,呈现单种聚集趋势;(2)林木大小分化不明显,主要树种油松与华北落叶松的优势度较大;(3)林木之间较为密集,处于密集的林木比例较高;(4)绝大部分林木都分布在中林层与上林层,林层结构不太明显;(5)两种林分处于中度竞争状态,与油松纯林相比,油松混交林的开敞度较小,生长空间较为不足;(6)油松纯林与混交林的经营迫切性指数分别为0.6与0.5,经营迫切性等级为特别迫切和十分迫切,说明油松生态公益林多数状态特征不符合标准,急需通过采取有效的经营措施优化林分配置,改善森林状况,以实现油松生态公益林可持续发展.

林分空间结构会显著影响其林下植被多样性,为明确其影响灌木物种多样性的关键因子,以栎类天然次生林为研究对象,利用Pearson简单相关分析、多元线性逐步回归法与典型相关分析探索乔木层空间结构与林下灌木物种多样性的相关关系,为保护林下植被多样性提供生态经营建议.以混交度、聚集指数和开敞度表达林分空间结构,以Margalef指数、Pielou指数和Auclair&Goff指数作为灌木物种多样性评价指标,利用3种统计分析方法分析两者之间的相关关系,研究结果表明:(1)Pearson相关分析结果显示混交度对灌木层Pielou指数和Auclair&Goff指数影响显著(P＜0.05),其余指数均不显著;(2)多元线性逐步回归分析结果显示林下灌木物种多样性受到多个林分空间指标的综合影响,其中Pielou指数受到混交度、聚集指数和开敞度的显著影响,Auclair&Goff指数受到混交度与开敞度的显著影响;(3)典型相关分析结果显示,第一对典型相关变量通过显著性检验,典型相关系数为0.5427,林分空间结构与灌木层多样性指标两组变量在整体上相关性较强,其中混交度是影响力最大的变量.因此,欲提高栎类天然次生林下灌木物种多样性,应选择以调整树种结构为主,综合考虑林木空间分布格局的调整方案.