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.

城市扩张所导致的绿地减少、生态环境退化等问题,影响碳达峰、碳中和(简称"双碳")目标的实现."城市双修"通过对被破坏的城市自然生态系统的恢复与重建,有效发挥森林、草原、湿地和土壤的固碳作用,以及优化城市及社区更新方式,改变居民出行和生活方式,有助于城市碳汇能力提升和碳排放的降低.基于2005-2021年我国287个地级市的非平衡面板数据,运用交错双重差分模型评估"生态修复、城市修补"(简称"城市双修")政策的碳减排效应.研究发现:(1)"城市双修"政策使城市碳排放显著降低了 5.6％,但该效应有3年的滞后期;(2)机制分析揭示了城市绿地的增加是"城市双修"政策实现"双碳"目标的重要途径,绿地面积每增加1000hm2,城市碳排放降低1.5％;(3)异质性分析表明"城市双修"政策会扩大碳排放最高和最低城市之间的碳排放差距,城市的生态基础、财政基础以及政策执行力度会影响"城市双修"政策的碳减排效力,并对位于经济发达的东部地区的城市的碳减排助推作用更强.研究据此提出了充分总结推广试点经验、系统推进城市低碳转型、因地制宜开展"城市双修"工作等对策建议.

林火是北方森林更新的重要驱动因子,伴随着火烧产生的一系列产物,在促进或抑制种子萌发方面具有重要作用.而火后种子库中的种子萌发是种子植物主要的更新和恢复途径,相比于草本植物和灌木,国内对于乔木的火后更新恢复研究较少.该研究以大兴安岭地区兴安落叶松(落叶松,Larix gmelinii)种子为研究对象,对热激、火烧灰、光照三种因素进行单因素、双因素及三因素处理,探究其对兴安落叶松种子萌发率和萌发势的影响.对标准化后的数据进行方差分解,探究三种因素交互作用下的主要影响因素和驱动因子.研究结果显示:(1)90 ℃ 5 min干热激的处理下兴安落叶松种子萌发率(61.11％)最高,较对照提高21.11％,90 ℃ 5 min及以上的湿热激处理会使种子失活.火烧灰质量与兴安落叶松种子的萌发率呈正相关关系,1 g火烧灰的加入使兴安落叶松种子萌发率高达71.1％,较对照提高了30％;光照与兴安落叶松种子萌发率呈负相关关系,100％遮光状态下的种子萌发率较对照提高了 14.00％,0遮光则降低了 16.67％.在热激、火烧灰和光照的交互处理中,1 g火烧灰+100％遮光处理的兴安落叶松种子萌发率(57％)最高,比对照高17％.(2)模型评估显示,在热激、火烧灰和光照交互作用中,对兴安落叶松种子萌发率因子贡献度从大到小排序依次为:火烧灰＞干热激＞光照＞湿热激,分别解释了方差分解模型33.0％、31.8％、20.3％、14.9％的非生物多功能性变异.灰分是最主要的非生物驱动因子,在95％置信区间内,因子重要性排序为:火烧灰添加(1.00 g)＞干热激(60 ℃ 3 min)＞遮光度(0)＞湿热激(90 ℃ 3 min)＞湿热激(60 ℃ 3 min)＞遮光度(100％)＞火烧灰添加(0.25 g)＞干热激(120 ℃ 3 min).

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.

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.

开展林窗空间格局与林下木本植物多样性关系的研究,对于认识森林物种共存、生物多样性维持以及生态系统可持续发展具有重要意义.本研究以广西金钟山自然保护区24 hm2永久森林动态监测样地为对象,采用机载激光雷达获取样地点云数据,通过R语言提取林窗并计算各林窗的形状复杂指数,利用相关分析量化林窗特征与林下木本植物多样性的关系.结果表明:该研究区林窗空隙率为6.16％,密度为15.5个·hm-2,平均面积为39.72m2,整体以微小和中型林窗为主;林窗空间分布格局存在地形分异特征,多分布于低海拔和缓坡区域;林窗形状复杂指数与香农指数、物种丰富度指数均呈正相关,且在低海拔和陡坡处表现更加明显.本研究揭示了亚热带森林林窗植被更新特征,对区域生物多样性保护具有一定指导作用.

土壤团聚体在土壤磷贮存和调节磷有效性中起重要作用,然而森林更新方式如何影响土壤团聚体磷组分仍不清楚.本研究选取米槠天然林经不同强度干扰形成的米槠次生林(轻度干扰)、米槠人促更新林(人促林,中度干扰)及杉木人工林(重度干扰)为对象,通过分析土壤团聚体粒径组成、全土和团聚体磷组分、磷吸附指数(PSOR)、磷遗留指数(PLGC)、磷饱和度(DPSM3)等指标,探究森林更新方式对全土及团聚体磷有效性及供磷潜力的影响.结果表明:森林更新方式显著影响土壤团聚体组成.米槠次生林和人促林土壤粗大团聚体(＞2 mm)占比显著高于杉木人工林,而土壤粉黏粒团聚体(＜0.053 mm)则表现为相反趋势.土壤团聚体组成显著影响土壤磷组分含量.土壤活性磷组分(可溶性磷PSOL、速效磷PM3)含量随团聚体粒径减小而降低;总磷(TP)、有机磷(Po)、中等活性磷组分(无机磷PiOH、有机磷PoOH)、闭蓄态磷(POCL)含量、PSOR、PLGC随团聚体粒径减小呈先降低后升高的趋势,具体表现为粗大团聚体和粉黏粒团聚体中的TP、Po和PiOH含量显著高于细大团聚体(0.25～2 mm)和微团聚体(0.053～0.25 mm).森林更新方式显著影响全土和团聚体磷组分含量.米槠次生林全土 TP、Po、PSOL和PM3含量显著高于米槠人促林和杉木人工林,米槠次生林不同粒径团聚体PSOL和PM3含量均显著高于杉木人工林.森林更新方式显著影响土壤团聚体磷组分组成及供磷潜力.米槠人促林土壤不同粒径团聚体PSOL和PM3占TP的比例显著低于米槠次生林,米槠次生林土壤不同粒径团聚体PSOR和DPSM3显著高于杉木人工林.综上,自然更新更有利于维持土壤磷有效性,森林更新会通过改变土壤团聚体组成进而影响土壤磷有效性及供磷潜力.