吉林蛟河针阔混交林内邻域竞争对典型树木生长的影响

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中国东北地区的针阔混交林,属于中国东北长白山山系典型的森林植被区,与相同纬度的其他森林地区相比,针阔混交林地区拥有更多典型物种,并且物种多样性丰富,是研究森林群落构建机制的重要地区。当前,全球气候变化造成森林群落生物多样性改变,随之造成群落内物种相互作用,尤其是邻域个体之间的相互作用产生变化。生态学家长期以来一直认识到物种之间的表型性状差异在维持群落内物种多样性方面发挥着重要作用。同一功能性状在不同物种之间可能存在很大差异,并且这些种间差异可能潜在地影响一个物种在竞争过程和生存策略方面的表现。以往关于竞争性相互作用中功能性状变化作用的实验研究主要集中在一年生植物或多年生草本上。对森林群落内个体树木个体水平上邻域范围内个体功能性状的竞争表现了解有限,尤其是中国东北部的温带森林功能性状与竞争之间的关联机制值得深入挖掘。基于2015-2017年在中国东北吉林省蛟河市针阔混交林内建立的邻域竞争实验(包括三个不同发育阶段林分:中龄林、近熟林、老龄林;两个优势物种:红松和裂叶榆;两类竞争指数:单木竞争指数和邻域模型),通过分析目标树的相对生长率受到的竞争作用,探讨针阔混交林内树木个体的竞争情况以及背后的影响机制。取得了以下主要结果:1)使用不同单木竞争指数评估针阔混交林内两个优势物种(红松和裂叶榆)的生长受到的竞争压力,发现与树高相关的单木竞争指数对于解释两物种生长的表现更好,而经典的利用胸径相对大小、相对距离远近的竞争指数并没有表现出优势。这表明研究所在的针阔混交林内,物种个体生长受到的竞争压力更多的来自于对于垂直空间和光资源的争夺。2)选择针阔混交林林分中的优势物种:保守物种(红松)和拓殖型物种(裂叶榆),作为研究物种,试用邻域竞争模型来量化邻域竞争中功能性状的具体表现。结果发现,红松和裂叶榆两个物种的个体生长面临来自邻域竞争木不同的竞争压力。红松的相对生长率受到其邻域范围内同种和异种竞争木胸高断面积的抑制作用。裂叶榆的相对生长率主要受到竞争木的种间竞争作用和同种竞争木的种内促进作用。不同功能性状对目标树的生长产生不同的作用。红松与其竞争木之间关于叶片中氮和碳含量的差异对红松的生长具有抑制作用。裂叶榆个体的生长压力主要来自周围竞争木的树木高度,叶片碳含量和叶碳氮比。3)不同胸径的树木个体面临着不同程度的来自周围树木个体的竞争压力。胸径较小的个体生长更容易受到来自周围竞争者的抑制作用。红松小树生长受到异种竞争者的抑制作用,而红松大树个体更多的是受到来自相同物种竞争木的竞争压力。裂叶榆小树个体的生长比大树的生长受到来自邻域竞争木的竞争抑制作用更大。不同胸径大小的目标树受到的竞争作用也反应在不同功能性状的表现,红松小树的生长受到来自异种个体在树高和比叶面积上的抑制作用,红松大树受到来自同种个体在所有研究的功能性状的竞争抑制作用。裂叶榆小树的生长受到来自在光资源获取相关性状的竞争木抑制作用,大树主要受到来自种内竞争作用。4)随着目标树与其竞争木间距离的增加,竞争木对目标树的相对生长率的影响减小。除了树高以外,同种竞争木的功能性状对目标树红松生长的竞争作用随着邻域范围的变化表现出相似的趋势。红松的相对生长率在距离约4–8 m的邻域范围内受竞争木的影响最大,其中确定异种竞争木的叶面积和比叶面积对红松的生长有很强烈的竞争抑制作用。在8 m的距离范围内,裂叶榆的相对生长率受到异种竞争木的胸高断面积显著的竞争抑制作用。同种竞争木的功能性状对裂叶榆生长的影响随着距离增加而减弱,并且在6 m之前表现为促进作用。两个物种与竞争木对光资源和营养资源争夺的竞争作用主要发生在距离目标树4–8 m的范围内。5)根据红松在近熟林、中龄林和老龄林三个不同发育阶段针阔混交林分内的竞争指数,发现与胸径大小相关的竞争指数在中龄林内最高,近熟林内最小。这指示中龄林内红松邻域范围内存在更多的距离近且胸径较大的竞争木个体。与树高相关的竞争指数表明老龄林内红松生长的竞争压力最低,中龄林内最高。老龄林内红松的竞争木的平均性状指数值要显著高于近熟林和中龄林,而近熟林和中龄林内红松的竞争木的平均性状指数之间的差异较小。6)针阔混交林的不同发育阶段内红松生长受到的来自竞争木性状不同强度的竞争抑制作用。针阔混交林分发育早期红松生长主要受到邻域范围内竞争木在叶面积和比叶面积上的竞争抑制作用;发育中期红松生长主要受到竞争木在树高和叶面积上的抑制作用;而针阔混交林发育后期的红松个体生长主要受到同种个体的竞争作用和异种竞争木个体在树高、比叶面积和叶碳含量上的竞争抑制作用。综上,针阔混交林内的个体竞争强度与邻域范围大小、树木物种、相对胸径大小和林分具体的发育阶段有关,在预测并量化森林内物种竞争时,需要综合考虑多种类型的竞争指数。不同竞争指数在解释不同物种的生长受到的竞争压力上存在差异,相较于单个竞争指数而言,邻域竞争模型综合考虑邻域内目标树和竞争木的胸高断面积和功能性状的影响,在解释邻域竞争问题上存在优势。在研究森林群落内生物相互作用及对树木生长的影响上,多考虑生物个体间的性状差异和相对距离能有利于精确的评价邻域范围内生物的相互作用。而对于针阔混交林内特定树种生长受到的竞争压力,具体来自种内竞争还是种间竞争,具体表现在竞争木的哪些特定功能性状,还需要更长时间的研究。
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