凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

枝条数量作为重要的枝条特征因子,对树冠结构特征、树木生长及木材质量具有重要的影响.本研究以辽宁省清原县大孤家林场日本落叶松人工林为研究对象,基于负二项分布模型构建包含水枝的日本落叶松一级枝条数量混合效应预估模型,又基于负指数模型构建包含水枝的日本落叶松一级枝条密度混合效应预估模型.结果表明:对于一级枝条数量模型来说,考虑样木水平的混合效应模型可以有效地降低异方差性和自相关性,拟合效果优于传统模型.模拟结果表明,树木的冠长率越大,枝条的数量越多.将最优一级枝条数量基础模型的截距作为随机效应参数的混合效应模型被确定为最优模型,其Ra2=0.552,均方根误差为7.242.对于一级枝条密度来说,考虑样木水平的混合模型同样降低了模型的异方差性和自相关性,枝条的密度随着冠长率的增大而增大.将最优的一级枝条密度基础模型的截距与着枝深度作为随机效应参数的混合效应模型被确定为最优模型,其Rae=0.792,均方根误差为4.447.本研究构建的日本落叶松枝条数量及密度模型为制定科学的森林经营方案以提高木材质量奠定了重要基础.

土壤氮矿化速率限制着森林土壤有效氮素供给能力,但目前关于黄土高原次生林演替过程土壤氮矿化特征的认识还不清楚.选择黄土高原黄龙山次生林区草本阶段、灌木阶段、先锋乔木群落阶段、混交森林群落阶段和顶级森林群落阶段等5个演替阶段的9种群落类型,测定了其林下土壤氮矿化速率,并分析了土壤理化性质、凋落物养分特征和土壤酶活性及其对氮矿化的影响.结果表明:随着演替进展,土壤有机碳和氮不断积累,土壤硝态氮和铵态氮含量逐渐增加,凋落物养分和土壤酶活性也发生了显著变化.土壤硝化速率从草本群落阶段到顶级森林群落阶段显著增加了 71.73％;土壤氨化速率一直为负值且持续负向增加;土壤净矿化速率从草本群落阶段的(0.16±0.06)mg kg-1 d-1逐渐增加到混交森林阶段的(0.31±0.08)mg kg-1 d-1,但从混交林群落到顶级森林群落阶段有所下降.土壤理化性质(路径系数-0.530)和酶活性(路径系数-0.268)对氮矿化速率有显著的直接作用;凋落物养分对氮矿化速率的影响来自于其直接作用(路径系数-0.283)和通过调控土壤理化性质、酶活性产生的间接影响(路径系数-0.315).结果有助于认识黄土高原植被演替过程中土壤氮循环过程,对森林可持续经营也有一定的意义.

营造乡土树种人工林和桉树人工林是我国南亚热带森林经营的常见模式.为探究土壤真菌群落多样性及功能对乡土树种和桉树人工林的响应特征与机制,该研究以南亚热带 4 个乡土树种人工林[马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)、米老排(Mytilaria laosensis)、红锥(Castanopsis hystrix)]和外来树种尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林为对象,基于各林分土壤(0～20 cm)真菌 18S rRNA高通量测序数据,利用FUNGuild数据库,比较分析乡土树种与尾巨桉人工林土壤真菌群落多样性和功能类群的差异特性及影响的主导土壤环境因子.结果表明:(1)5 个研究林分的土壤真菌优势门均为子囊菌门和担子菌门,但不同乡土树种林分与尾巨桉林的土壤真菌优势目存在差异.(2)尾巨桉林土壤真菌群落α多样性高于乡土树种人工林,其群落组成结构也与乡土树种人工林存在显著差异(P<0.05).(3)4 个乡土树种人工林土壤的腐生营养型的相对丰度高于尾巨桉林,并且火力楠林和米老排林土壤丛枝菌根真菌的相对丰度明显高于尾巨桉林,尾巨桉林土壤共生营养型以及外生菌根真菌和木材腐生菌的相对丰度明显高于乡土树种人工林.(4)pH是导致尾巨桉林与乡土树种人工林土壤真菌群落多样性和功能类群差异的主要土壤环境因子.综上认为,在南亚热带地区将尾巨桉林改建成火力楠林或米老排林可提高土壤养分水平,提升土壤生态功能.

亚热带次生常绿阔叶林普遍存在生长滞缓、固碳功能和经济价值低下等问题,迫切需要通过人工抚育提高其生态系统功能.对植物功能性状及其多样性的深入研究,能够找寻植物共存与群落稳定发展的内在机制,为提升森林生态系统功能的实践提供基础.为了探究人工抚育对亚热带次生常绿阔叶林质量提升的影响,以杭州午潮山国家森林公园内的次生常绿阔叶林为研究对象,实施了不同强度的抚育措施,通过群落植被复查,分析群落植物功能性状以及功能多样性对不同强度人工抚育的响应.结果发现:抚育 2 年后,群落最大潜在树高与叶片氮、磷、钾含量显著上升,而叶片干物质含量和叶片叶绿素含量均有显著下降,比叶面积有下降趋势,两种强度的抚育之间差异不显著;叶片干物质含量、叶绿素含量与叶片氮含量间的相关性由不显著变为了显著负相关,而叶片干物质含量与叶片叶绿素含量,叶片磷、钾含量与叶片氮含量,叶片磷含量与叶片钾含量间的相关性由不显著变为显著正相关;在 20%强度抚育下,功能丰富度指数均值从对照的 0.52 显著下降为 0.16,功能均匀度指数与功能分离度指数的均值则分别上升到 0.61 和 0.67,显著高于对照组的 0.51 和 0.56;在 10%强度抚育下,功能丰富度有所下降,功能均匀度与功能分离度均有所上升,但差异不显著.研究表明,人工抚育在一定程度上改变了群落水平的植物功能性状与功能多样性,提高了群落植物利用资源的能力和效率;而适度的抚育强度更能解放资源空间,对群落产生的影响更加明显.该结果为亚热带次生常绿阔叶林的经营与管理提供依据与参考.

正确认识自然恢复过程中的生物多样性格局及群落构建变化规律是区域生态恢复及生物多样性保育的前提和基础.目前,关于生物多样性格局及群落构建机制的研究多基于地带性植被类型开展,而针对喀斯特森林这类特殊植被的研究涉及很少,这极大地限制了区域生态恢复及森林经营.本文以茂兰国家级自然保护区的退化喀斯特森林为研究对象,通过建立不同自然恢复阶段固定样地,对比分析不同自然恢复阶段幼苗、幼树和成树的物种多样性和物种组成差异,探索退化喀斯特森林自然恢复中物种多样性变化趋势与群落构建机制.结果表明,退化喀斯特森林自然恢复过程中,物种多样性呈现先上升后稳定的趋势;幼苗的物种丰富度逐渐降低,而成树的物种丰富度逐渐增加;自然恢复早期的幼苗、幼树和成树物种组成逐渐趋同于老龄林成树,表明该区域退化森林的自然恢复具有一定方向性.本研究结果表明喀斯特森林自然恢复过程中的物种组成变化一定程度上受确定性过程影响,为人工促进森林恢复提供一定理论参考,同时对喀斯特森林经营与管理具有重要意义.

为探讨不同种源树木对干旱-复水的生理生态响应,该研究以广东与福建种源木荷为对象,通过盆栽控水方式模拟干旱及复水条件,研究两个种源木荷的水力及碳生理特征、脯氨酸(Pro)及超氧化物歧化酶(SOD)对干旱-复水的响应.结果表明:(1)对照情况下,广东种源木荷的茎木质部水势(Ψxylem)、叶片相对含水量(RWC)、光合速率(4sat)与气孔导度(Gs)均低于福建种源木荷的.(2)两个种源木荷的水力特征、Pro与SOD对干旱-复水的响应呈一致趋势,其中Ψxylem、RWC与Pro均能较快恢复至对照水平,而茎木质部栓塞程度与SOD未恢复至对照水平.(3)福建种源木荷叶片的Asat对干旱的敏感性较广东种源的高且复水后恢复至对照水平需要更长时间.(4)复水后福建种源木荷非结构性碳水化合物(NSC)的恢复速率高于广东种源木荷.综上认为,福建与广东两个种源木荷均不能通过短期复水(30 d)来修复被栓塞的木质部.尽管广东种源木荷的光合速率能够更快地恢复至对照水平,但其光合速率低于福建种源木荷,并且其NSC的恢复能力较福建种源荷的低.因此,在未来干旱加剧背景下,广东种源木荷的生长及存活可能受到更大威胁.该研究结果有助于了解种源地气候条件对树木抗旱性的影响,为未来森林的经营与管理提供了理论参考.

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

台风是影响我国陆地生态系统结构和功能的主要自然灾害之一,尤其对东南沿海地区植被具有明显的干扰效应.为深入了解台风对我国沿海地区植被的影响及其响应,基于MODIS增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)和叶面积指数(Leaf Area Index,LAI),分析了 2001-2019年间不同等级的台风对植被EVI和LAI的影响,评估台风登陆时植被的抵抗力及台风过后植被的恢复力.结果表明:(1)2001-2019年间,共有70个台风登陆我国东南沿海地区,其中,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)的数量分别为35、26和9个.我国台湾省的台风登陆次数最多,为26个,其次为广东省(20个);(2)在整个研究区范围内,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)登陆后的EVI净变化率分别为4.88％、-7.48％、-1.85％,LAI净变化率分别为22.28％、-65.70％、-17.60％;(3)在经历台风干扰后,沿海地区大部分植被可在3个月之内得到恢复,其中浙江省与广东省植被的恢复时间较长,海南省与台湾省植被的恢复时间较短.研究结果对我国沿海地区森林经营管理和生态环境保护具有重要意义.

研究群落内主要物种的种间联结、生态位宽度与重叠及群落稳定性,能够了解群落结构及优势物种的资源利用习性,对森林经营管理和植被恢复与重建具有重要的意义.基于黔中喀斯特山地贵阳市乌当区2021年7月的马尾松群落调查数据,采用方差比率法(VR)、x2检验、Spearman秩相关检验、Levins生态位宽度指数、Pianka生态位重叠指数和M.Godron稳定性等方法,对该群落主要物种的种间联结、生态位及群落稳定性进行分析.结果表明:该群落乔木层、灌木层和草本层主要物种间的总体关联性均呈不显著正关联,66.67％—80.95％的种对均无显著关联,种间关联较松散且相关性较弱,各物种间呈独立分布格局;马尾松的重要值和生态位宽度最大(为20.78),与伴生物种间均存在生态位重叠;群落整体及各垂直层次的稳定性均远离20/80,处于不稳定状态.因此,在喀斯特山地生态恢复和保护工作中,应优先选择生态习性和生物学特性相近的物种,合理调整植被组成以维持种间平衡,提高群落稳定性.