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.

通过林木根系研究中不同吸收根的判定标准下根系空间分布特征的差异对比,阐明根系分级标准对吸收根空间分布格局的影响,提升根系研究精度,明确林木根系有效"觅食"区域.在7年生毛白杨林分中于5株样树周围挖取780个土柱,选取根系形态指标:根系平均直径(RD)、根系表面积密度(RAD)、根长密度(RLD)和根系体积密度(RVD)研究其垂向与径向的分布动态,并分析不同吸收根判定标准对毛白杨细根空间分布以及各形态指标的影响.结果表明:选取2 mm作为吸收根判定标准确实会导致运输根被误判为吸收根,但其空间分布特征仍能反映吸收根的真实空间分布格局.而且在该判定标准下,判定标准对于实际的细根形态和空间分布情况是否会产生的影响由于监测指标的不同以及研究位置的变化而不同.其中RAD、RLD和RVD的空间分布特征基本相同,但RVD的差值比例远高于其他指标,且深土层的差值比例普遍高于浅土层.因此,以2 mm为吸收根判定标准时,选取RLD和RAD更能准确反映吸收根的真实空间分布格局,且该标准更适用于在进行相对较浅的土层中开展研究,采用2 mm为阈值划分吸收根研究细根垂直分布特征时建议以各形态指标在各个土层所占比例来进行描述.本研究仅针对毛白杨开展,研究结果在不同树种间是否存在普适性仍有待后续开展类似研究进一步验证.

褐梗天牛(Arhopalus rusticus Linnaeus)是一种对松、杉、柏等林木危害非常严重的蛀干害虫,主要危害针叶树的衰弱木以及火灾后的枯立木,是继松褐天牛之后携带拟松材线虫能力最强的蛀干害虫.为了更好地控制其危害,深入地研究其种群空间格局,运用地统计学方法分析了3块受害程度不同的油松林内褐梗天牛幼虫和成虫的空间分布特性.结果表明:3种受害程度不同的林分内,褐梗天牛的危害具有显著差异,轻度受害林分内有虫株率为30.8％,中度受害林分内有虫株率为44.3％,而重度受害林分内高达78.3％.根据变异函数曲线图分析得知:轻度受害林、中度受害林和重度受害林内褐梗天牛幼虫种群空间分布最优拟合模型分别为高斯模型、高斯模型和指数模型,成虫的种群空间分布最优拟合模型均为线性模型.在3种林分中褐梗天牛幼虫数量具有明显的空间依赖性,轻度受害林、中度受害林和重度受害林内幼虫数量的空间依赖范围分别是19.10、11.97、61.98m,其空间连续性强度分别是0.646、0.784和0.500;成虫的空间依赖范围分别是43.08、43.23、44.17m,其空间连续性强度分别是0.044、0.021和0.171,但其成虫的数量在空间呈随机分布,没有表现出空间依赖性.根据垂直分布图分析得出:褐梗天牛幼虫和成虫在油松上主要集中聚集在某个高,然后随着高度增加密度降低,随着高度接近地面密度也降低.用Kriging插值法生成的空间分布图显示幼虫在空间分布上具有明显的聚集性,其聚集中心主要集中在林地中心,由林地中心株向整个林地扩散,而成虫则表现为随机分布.

选择福建万木林保护区内两块典型中亚热带天然阔叶林样地为对象,按分层和不分层两种情形,研究了小尺度(＜20m)范围内各组成树种的单物种-面积关系(individual species-area relationship,ISAR),以探讨局部生物多样性格局及其维持机制.结果表明,两个群落的乔木层都可以划分出受光层和非受光层两个亚层.以受光层林木为圆心进行ISAR分析,发现在小尺度范围大多数受光层林木为局部生物多样性的中性种,只有个别树种在个别尺度上有显著的促进或排斥作用.研究途径避免了对非随机作用在维持局部生物多样性中的相对重要性的高估.不分层时,乔木层内同样以中性树种为主.研究结果支持小尺度范围内调查的典型中亚热带天然阔叶林的物种多样性由中性作用主导的结论.

以蒙古栎天然次生林中的蒙古栎(Quercus mongolica)种群为研究对象,在吉林省汪清林业局塔子沟林场设置了2块1hm2群落组成和结构存在差异的样地(样地A、样地B).采用相邻网格调查法将每块样地划分为100个10m×10m的调查单元,精确定位单元内每株林木的空间坐标(X,Y),调查所有胸径(DBH)≥1cm的林木基本信息.采用径阶替代年龄的方法,将蒙古栎划分为4个不同的生长阶段:Ⅰ龄级(1cm≤DBH＜ 10cm),Ⅱ龄级(10cm≤DBH＜20cm),Ⅲ龄级(20cm≤DBH＜30cm),Ⅳ龄级(DBH≥30cm).运用单变量、双变量成对相关函数、标记相关函数、标记变异函数,分析了不同群落中蒙古栎种群在不同空间尺度上的分布格局.结果显示:(1)两块样地中蒙古栎在大尺度上均呈随机分布,聚集分布主要集中在中小尺度,这主要是由Ⅰ、Ⅱ龄级的蒙古栎在中小尺度上的强度聚集所致,两块样地均未出现均匀分布的格局;样地A中蒙古栎聚集的尺度和强度均明显大于样地B中蒙古栎的聚集;(2)样地A中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级的蒙古栎之间在中小尺度上呈正关联,高龄级与低龄级之间则呈负关联,尤其是Ⅳ龄级与Ⅰ、Ⅱ龄级之间;而样地B中几乎未出现负关联的格局,各龄级之间以无关联为主,伴随以小尺度和低强度的正关联;(3)样地A中蒙古栎的空间自相关性较强,尤其体现在林木胸径方面;相比之下,样地B中胸径和树高的空间自相关得以减弱.上述结果表明,研究的空间尺度大小、物种的生长阶段、群落的发育程度均会给蒙古栎种群的空间分布格局造成影响.该研究有助于深入了解蒙古栎及蒙古栎次生林的现状、生长特性和发展趋势,可为东北林区大面积的蒙古栎天然次生林的可持续经营提供参考.

以蒙古栎天然次生林中的蒙古栎种群为研究对象,在吉林省汪清林业局塔子沟林场设置2块1 hm2的处于不同演替阶段的样地(A、B).采用相邻网格调查法将每块样地划分为100个10 m× 10 m的调查单元,对单元内每株林木的空间坐标进行精确定位,调查所有胸径≥1 cm的林木基本信息.采用地统计学分析的半方差函数法和分维数对蒙古栎种群各林木属性的空间异质性程度、组成、尺度、方向进行分析;运用克里格插值法对具有空间自相关的树木属性进行无偏估计并绘制分布图,分析其空间分布格局.结果表明:两块样地各林木属性的最优半方差函数以指数模型和球状模型为主,呈聚集分布,但样地A较样地B的空间自相关程度更高,空间连续性更大;两块样地内部,胸径和东西冠幅均表现出较强的空间异质性和空间自相关性.两块样地各林木属性均在南北方向上表现出较强的空间异质性.此外,样地A在西北-东南方向上也存在较强的空间异质性,而样地B则在东北-西南方向存在较强的空间异质性.两者相比,样地A的空间异质性强度更高、尺度更大.样地A中胸径和东西冠幅变异明显,而样地B中东西冠幅和南北冠幅变异明显.分维数值反映的结果与标准半方差函数值的结果基本一致.样地A各林木属性变量以斑块状和条带状分布为主,空间分布格局和变化趋势明显,而样地B各林木属性变量分布破碎,格局复杂.上述结果说明,种群属性特征、群落发育程度、空间尺度大小和空间水平方向可能影响种群的空间格局.基于地统计学的分析方法有助于定量、直观地描述种群的生长现状和发展趋势,可为东北林区大面积的蒙古栎天然次生林的可持续经营提供理论基础.

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.

以云南沾益大毛寺原生天坑为例,获取坑内植物群落林木个体相对位置信息,进行角尺度、混交度、林层指数等林木空间结构参数与坑底植物群落空间格局分析,并运用点格局分析方法进行单个种群的空间分布特征以及不同种群间的空间关联性分析.结果表明:大毛寺原生天坑坑底植物群落在空间分布上呈现随机分布,林木物种呈中度混交,林木垂直分层虽较简单,但结构稳定,具有发育成熟的顶极森林群落的空间分布特征;坑底植物群落的种群主要呈聚集分布,种群间呈负关联,且处于同一垂直层次上种群间空间负相关性更强,垂直层次相差越大,空间竞争性越小,而随着空间范围的增大,空间负关联越弱;坑内生态系统具有较高的稳定性,是难得的物种自然栖息地和生态避难所,独特生境中形成的稳定植物群落结构在喀斯特地区生态恢复研究中具有重要的借鉴意义和导向作用.