河流湿地是非常重要的湿地类型,其中河流湿地土壤能够有效维持河流湿地生态系统的稳定性.土壤碳氮磷是支撑湿地土壤质量和植被生长的关键营养元素,利用高光谱遥感数据对其进行估算对实现湿地土壤养分信息的快速和准确检测具有重要意义.土壤粒径作为土壤最重要的属性之一,对土壤样本的光谱反射率有着重要影响,并且是影响土壤结构、阳离子交换能力、植物养分可用性等的重要因素.以陕西黄河湿地省级自然保护区为研究区,于2022年8-9月采集477份湿地表层土壤样本,经过室内过筛处理后得到1.0 mm、0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm四种不同粒径的土壤样本.基于原始光谱数据及一阶微分转换光谱数据对土壤碳、氮、磷含量建立不同粒径的偏最小二乘回归、随机森林、高斯过程回归3种预测模型,比较建模R2以及RMSR选择最优模型,并筛选敏感波段构建模型进行评价.研究结果显示:(1)光谱反射率数值随土壤粒径的减小而增大,0.1 mm粒径的预测模型相比于其他粒径始终有着更好的精度;(2)基于一阶微分光谱建立的土壤有机碳、全氮、全磷含量估算模型均具有更高的精度;(3)基于敏感波段建立的偏最小二乘回归模型,建模R2范围0.62-0.98,验证R2范围0.36-0.94,相比其他模型具有更优秀更稳定的反演效果.研究结果表明通过控制土壤粒径建立土壤碳、氮、磷含量的估算模型是可行的,选择合适的粒径大小能够提高反演模型估算精度.而偏最小二乘回归作为具有较高精度的反演模型可以帮助提高模型的稳定性和预测能力,从而更准确地估算土壤中的碳、氮、磷含量.研究结果为基于高光谱遥感的不同粒径处理的湿地表层土壤碳、氮、磷定量反演提供坚实的理论支撑与技术支持.

因生态位的高度重叠,森林更新早期草本植物同更新幼苗间存在着激烈的光能、养分及水分竞争,由此显著影响到森林更新过程.以山西省庞泉沟自然保护区蒙古栎更新幼苗为研究对象,设置4种草本竞争模式(无竞争、全竞争、地上竞争、地下竞争),2种土壤养分梯度(4 g/m2、32 g/m2),2种土壤养分分布模式(均质、异质),进行草本竞争盆栽试验.结果表明:1)草本竞争、土壤养分状况对幼苗更新均存在显著影响(P＜0.05).其中,幼苗各生长指标在无竞争、地下竞争处理间的差异,显著表明地下竞争效应的存在性,地上竞争效应同理.2)基于线性模型,对幼苗苗高、叶片总面积、叶片总生物量、三个细根亚径级根系表面积而言,草本竞争主效应的贡献率分别为80.66％、67.49％、49.39％、40.26％、59.09％、53.26％,同土壤养分浓度相比,草本竞争的森林更新效应更高;在土壤养分异质条件下,二者交互效应甚至显著大于土壤浓度主效应;草本竞争各组分分析结果表明地下竞争效应的贡献率始终处于主导地位.3)基于结构方程模型,揭示草本竞争森林更新效应及其内在组分的具体作用途径.在无竞争与全竞争处理下,幼苗更新潜力对光能吸收及养分吸收的标准化回归系数分别为0.61、0.46,表明草本竞争主要通过光能吸收影响幼苗的更新过程;草本竞争内在组分的群组分析中,地上竞争与地下竞争相应的标准化系数分别为0.31、0.74,表明后者是主要的作用途径.在定量评价草本竞争及其内在组分森林更新效应的基础上,深入探讨其作用机理,加深了人们对其在森林更新早期生态效应的认识,为森林更新实践提供理论指导.

目的:探究安徽潜山板仓省级自然保护区常绿落叶阔叶混交林物种组成和群落结构.方法:按照CTFS的建设标准,在安徽潜山板仓省级自然保护区建立1 hm2的森林监测固定样地.对样地内所有胸径(DBH)≥1 cm 的木本植物进行调查,并从群落物种组成、区系特征、重要值、群落垂直结构和径级特征等进行分析研究.结果:该固定样地内DBH≥1 cm 的木本植物共有3 572 株,隶属于34科66属98种;其中樟科、豆科、蔷薇科、壳斗科等有较大优势.从属的水平上看,温带区系成分占总属数的71.43%,热带区系成分占25.40%,区系具有过渡性,且温带成分明显.样地稀有种17种,占总物种数的17.35%.重要值≥1.00%的物种共有22个,重要值最大的为毛柄连蕊茶13.05%、其次为豹皮樟11.04%和山胡椒7.13%.样地内所有植株平均胸径为4.60 cm,平均高度为4.3 m,群落径级分布呈"J"型,表明群落结构总体稳定和健康生长状态.结论:样地内木本植株数量较多,物种丰富,具有天然次生林典型特征.区系成分复杂,具有明显的过渡特征.植被由落叶阔叶混交林向常绿阔叶林演替.

森林径级结构是树木生长、竞争、死亡等过程的综合反映,也是估算森林生物量、判断森林演替阶段与健康状态以及预测森林碳汇潜力的基础依据.林学领域早期对径级结构的研究以统计描述为主,多采用常见的概率分布函数来拟合样地尺度上径级结构的动态变化,缺乏对其形成机制的阐释.随着宏观生态学的发展,最大熵原理、中心极限定理等被用于解释大尺度上发现的相对一致的森林径级结构,但这类模型侧重概率统计,对具体生态学过程的分析仍然欠缺.2000年以来,在原始成熟森林中发现的径级结构的幂律特征催生了一系列理论研究,包括代谢尺度理论、林窗演替理论等.这些理论尝试从树木个体大小和资源利用之间的关系,以及树木对资源的竞争过程来演绎径级结构达到稳态时幂律特征的形成机制.种群统计平衡理论为稳态径级结构的分析提供了一般性框架,揭示了不同的树木生长速率和死亡率如何导致径级结构特征的变化;在此基础上,种群统计最优性假设为径级结构的分析提供了新的视角.数学层面上,转移矩阵、积分投影、偏微分方程等都是径级结构动力学分析的有力工具,但由于这类数学模型的时间动态解析求解较为困难,研究中通常预先假定森林处于理想的结构平衡状态.而在实际情况下,结构非平衡往往是森林的常态,也是森林碳库变化与碳汇潜力估算的基础.为了更好预测全球变化背景下的森林动态趋势,应明确环境因子对径级相关的树木生长速率、死亡率的影响,并发展径级结构动态特征的解析方法.

旨在探讨南亚热带常绿阔叶林地上碳储量空间分布特征及其影响因素,为了解该区域森林的碳汇功能提供理论依据.通过对鼎湖山南亚热带常绿阔叶林 20 hm2固定森林样地调查数据,采用一元线性回归分析和主成分分析方法,划分优势种和非优势种,研究地上碳储量的空间分布和生物/非生物因素的影响,获取了以下结果:(1)优势种对鼎湖山南亚热带常绿阔叶林地上碳储量贡献更大(1533.85 Mg,74.72%),尤其是大径级物种(1389.68 Mg,67.69%).优势种地上碳储量(CV=0.635)的空间分布较非优势种(CV=0.690)更加均匀.(2)物种多样性与优势种和总体地上碳储量负相关,而与非优势种正相关.(3)群落总体、优势种和非优势种的地上碳储量均与结构多样性显著正相关.然而,结构多样性对非优势种地上碳储量的影响程度高于优势种.(4)群落中的土壤营养度、凹凸度与地上碳储量正相关.综上所述,通过提升非优势种的物种多样性可以增加鼎湖山南亚热带常绿阔叶林地上碳储量.此外,改善土壤营养条件也有助于提升南亚热带森林的碳汇功能.

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.

对光环境的灵敏响应使得森林中常见的光照异质性成为影响植物自我更新的关键因素,然而植物地下根系结构对光照的响应较为难测而缺乏深入研究.为探究不同光强下木麻黄根系响应策略,以一年生木麻黄(Casuarina equisetifolia)幼苗为试验材料,模拟森林幼苗生长的林外(CK)、林缘(L1)、林窗(L2)和林下光环境(L3)设置4种光照强度,测定及分析木麻黄幼苗的生长、根系形态、细根解剖结构及碳氮含量等指标.结果表明:(1)L1下,幼苗采取维持高度,降低横向生长的方式,保证正常累积生物量,随光照强度的下降,株高、地径、叶片生物量及地上部分生物量逐渐下降.(2)在根系表型上,幼苗随光限制的加重呈现抑制纵伸但促进根系的横向生长,其中总根长、根平均直径及根体积达到显著差异.在径级结构上,细根发育程度随光照减弱而下降;而适当的遮光(L1)促进粗根生长但L3时除根尖数较CK上升外,根长度、根表面积、根体积均显著下降.(3)1-3级细根解剖变化较大,相较CK,1级细根皮层细胞面积显著增加,但根半径、维管柱结构、表皮厚度等指标则显著下降,2级细根根半径、皮层细胞面积、表皮厚度明显减少,但维管柱结构仅在L2、L3时显著下降;3级细根根半径、皮层细胞面积和维管柱面积均较CK显著增大,L1时维管柱结构下降,但随光照减弱加重,维管柱面积和中柱占比均明显增加.(4)在碳氮含量上,CK与L1无显著差异,TC在L2时显著下降,TN则在L2时显著上升,TC、TN均在L3达到最大,而C∶N随光强降低逐渐下降.综上所述,光限制时,木麻黄生物量及碳分配稳定根茎部分生长,采取"弱化吸收,强化储存"收缩型生长策略;当限制加重时,光合和呼吸作用失衡导致植物对细根投入养分的浪费,并最终造成林木死亡.研究结果为林下植被的更新提供理论参考.

神农架落叶阔叶林是中亚热带北缘山地保存较好的典型森林植被类型.为探究中亚热带落叶阔叶林的物种多样性维持机制和森林动态,中国科学院武汉植物园按照全球森林生物多样性监测网络(Forest Global Earth Observatory,ForestGEO)和中国森林生物多样性监测网络(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network,CForBio)的建设标准,于2022年在神农架南坡建设了一个25 ha的落叶阔叶林森林动态监测样地.本文基于样地内所有胸径≥1cm的木本植物(不含竹、藤)调查数据,分析了其物种组成、植物区系特征、群落结构.结果表明:该样地海拔落差334m,含木本植物149种(包含变种),61,054个独立个体(包括分枝共有97,664个体),隶属于44科79属,其中常绿和落叶树种分别为28种和121种;稀有种(＜1株/ha)有44种(29.5％);有萌枝的个体占总个体数的26.8％,其物种数占样地物种总数的93.3％.样地科的分布以热带分布(19科,43.2％)占优势,属的分布以北温带分布(35属,44.3％)占优势.该群落乔木层以锐齿槲栎(Quercus aliena var.acutiserrata)和米心水青冈(Fagus engleriana)为优势种,其重要值分别占7.5％和6.6％.样地树种的平均胸径为7.71 cm,胸径≤ 10 cm的个体占优势(76.7％).群落径级结构整体上呈倒"J"型,优势物种的径级结构主要呈现类倒"J"型和正态分布型.神农架中亚热带山地落叶阔叶林具有丰富的物种多样性,相较于纬度相近的样地,其物种多样性更高;植物区系多样;群落结构稳定,根萌比例高,物种更新良好.

川西亚高山森林作为西南林区主体,是长江上游的生态屏障,该区域植被恢复方式主要为人工恢复和自然恢复,比较不同恢复方式下森林的物种组成和群落结构动态变化,对于川西亚高山森林恢复与重建有重要的意义,可以为制定合理的森林管理策略提供科学依据.基于茂县山地生态系统定位研究站不同恢复模式形成的的华山松人工林、油松人工林和自然恢复的次生林野外调查数据,分析了 2005-2020年乔、灌、草三个层次的群落结构特征和多样性.结果表明:(1)不同恢复途径下,乔木层物种数都呈现增加趋势,华山松人工林、油松人工林、自然恢复的次生林乔木层物种数分别增加了 11种、7种、8种;(2)华山松人工林中华山松重要值从48.06％降低到31.1％,乡土阔叶树种四川蜡瓣花进入乔木层,2020年重要值增大至21.62％,油松人工林中油松重要值逐渐降低,从43.59％降至29.76％;自然恢复的次生林中,乡土树种锐齿槲栎逐渐成为第一优势种,2020年重要值增至19.9％.(3)华山松人工林、油松人工林和自然恢复的次生林中,温带区系成分分别占总属数的71.43％,80.77％和84％,温带区系特征明显.(4)华山松人工林和油松人工林乔木层径级结构均为偏正态分布;而自然恢复的次生林径级分布呈倒"J"形,以小径级个体为主.(5)不同林型的乔木层高度在15年间呈现增加的趋势,具体表现为油松人工林＞华山松人工林＞自然恢复的次生林.(6)乔木层Shannon-wiener指数和Simpson指数均表现为自然恢复的次生林显著大于两个人工林,丰富度指数和均匀度指数表现为油松人工林最大;灌木层4个多样性指数均表现为油松人工林最大;草本层的丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson指数均表现为油松人工林较大,均匀度指数没有显著差异.结论:人工林恢复速度大于自然恢复的次生林,但自然恢复的次生林更新能力更强,且更有利于多样性的保存.两个人工林逐渐由常绿针叶林演替为以常绿针叶树为主的针阔混交林,自然恢复的次生林演替为以常绿阔叶树为主的针阔混交林.

空间关系是影响森林生长与群落演替的重要因素,种间关系是其重要组成部分,研究空间关系有利于了解森林群落的生长更新、功能作用与演替进程.利用移动窗口法对凉水自然保护区 10.4 hm2 样地不同径级的红松与主要伴生树种做空间相关性研究,并进行多尺度比较,得到不同尺度下不同径级红松与主要伴生树种个体的空间关系特征.研究结果表明:(1)红松与伴生树种的相互关系复杂多样,多种相互关系并存,表现出阔叶红松林群落结构的复杂性与稳定性.大径级红松压制同径级伴生树种,二者呈极显著负相关,但其对小径级伴生树种有庇荫作用,二者呈极显著正相关.(2)红松与主要伴生树种的相互关系在不同尺度、径级上均有极显著差异.尺度越大,红松与主要伴生树种的相关系数变化速率越小;伴生树种的径级越大,红松与主要伴生树种的相关系数变化速率越大.(3)红松与伴生树种的相关性具有尺度特征,主要表现在大尺度(≥60 m)范围上,在小尺度(＜60 m)上相关性较弱.红松与伴生树种在相同径级与不同径级的结合方式上表现出不同的空间关系.同径级的红松与伴生树的种间关系多表现为负相关,不同径级的红松与伴生树种种间关系多表现为正相关.(4)以种间关系确定样方最小面积,凉水保护区临界样地面积为 60 m×60 m.该研究集中于不同尺度下不同径级的红松与伴生树种的种间关系,解释优势种红松与伴生树种在森林的空间关系以及群落结构特征,为东北地区阔叶红松林的森林管理提供参考意见.