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植物群落的形成、波动、更新、演替以及植物群落多样性变化等群落动态过程与植物种群的迁移、定居、竞争、发展密切相关,进而涉及到群落植物种子的扩散机制、分布格局、土壤种子库的形成、生活史对策等问题,这些生态问题之间相互关系的探讨和研究对深入了解群落生物多样性变化机制和濒危植物的保护以及森林生态系统的演替和恢复等都具有理论指导作用。
本研究以种群为基础,群落为主体,生态系统为目标,研究方法上有所创新。
通过在鼎湖山自然保护区设样带(1160m*10m)研究植物群落不同演替阶段的土壤种子库、种子雨、幼苗的分布格局和动态特征,探讨森林群落更新过程中不同阶段的相互关系。主要研究结果如下:
1.鼎湖山样带种子雨年输入数量为108粒/m2,分属39种植物。南亚热带森林种子雨的显著特点是全年都有种子雨输入,但物种数量和密度有显著的季节特征,雨季输入量较低,旱季则较高。雨季输入和旱季输入的种子雨将面临着不同的环境选择压力。
2.尺度对种子雨的分布格局有显著的作用,在小尺度下,种子雨的物种数量和密度变异较大,主要受微环境的影响,在较大尺度下,种子雨物种数量和密度主要受地上植被特征的影响。
3.种子雨中物种丰富度:常绿阔叶林>针阔混交林(后期)>针阔混交林(干扰),这是由于随着演替的进展,森林的物种组成和森林的结构趋于多样和复杂。整个样带种子雨与样带地上植被物种相似性Sorensen系数为0.35,共有种百分比为0.64;从群落尺度,Sorensen系数0.23-0.29,表明相似性较低。
4.有72种植物出现在样带土壤种子库中,平均种子密度为405粒/m2。木本植物有55种、平均密度为156粒/m2,其中灌木的种子密度高于乔木。有草本植物17种,平均种子密度为249粒/m2。
5.不同群落土壤种子库物种丰富度为:常绿阔叶林(30种)>针阔混交林(后期)(25种)>针阔混交林(干扰)(19种),表明森林群落的发育程度对森林土壤种子库物种组成有重要的影响。
6.土壤种子库与地上植被物种相似性Sorensen系数是0.41,与成熟植物种比较时,Sorensen系数是0.56;乔木共有种是85.71%。灌木中Sorensen系数为0.50;共有种为44.42%。草本植物Sorensen相似系数为0.28,共有种为38.89%。
7.全年都有新生幼苗出现。全年新生幼苗中有61种植物,平均密度为29.82株/m2,其中:乔木种20种,平均密度为1.52株/m2;灌木26种(藤本植物10种),平均密度为8.39株/m2;草本植物15种(蕨类5种),平均密度为19.91株/m2。
8.从旱季转入雨季时,新生幼苗物种数和个体数开始显著增加,此时新生幼苗物种数和个体数的季节动态与温度和降雨量呈明显的正相关。但在雨季进入旱季时,虽然温度仍较高,新生幼苗数量和密度显著较少。清除枯落物层处理中较不清理枯落物层新生幼苗数量,乔木增加了36%,灌木增加了75.86%,草木增加了4.98%。但在旱季有下降趋势。
9.新生幼苗中乔木种物种丰富度和个体数均为常绿阔叶林>针阔混交林(后期)>针阔混交林(干扰)。而草本植物个体密度为:针阔混交林(干扰)>针阔混交林>常绿阔叶林。
10.新生幼苗库的个体数量相对土壤种子库减少了92.64%,幼苗库的个体数量相对新生幼苗又减少了86.55%。
本文主要的研究结论:
1.南亚热带森林更新过程中的显著特征是全年都有种子雨输入和新生幼苗的出现。雨季输入的种子雨和萌发的幼苗与旱季输入的种子雨和萌发的幼苗将面临着不同的环境胁迫,这显示了与温带森林更新不同的特点,表明其在更新过程采取的策略与南亚热带森林的水热条件相适应。在种子雨中,不同种的输入高峰期有分异现象;在新生幼苗库中,相同生活型的物种由于种子特征不同,出现的高峰期也有一定的分异,这是南热带森林更新过程中,能维持较高生物多样性的重要机制之一。
2.南亚热带森林各更新阶段物种组成较为丰富,远高于温带森林和草原。同时另一个显著的特点是木本植物类的物种丰富度较高,在各更新阶段,木本植物物种数量都占优势,与南亚热带森林具有丰富的木本植物多样性相一致。南亚热带森林土壤种子库个体密度是地上植被幼苗层个体密度的几十倍或者上百倍,有充足的潜在的幼苗来源,表明南亚热带森林具有较强的更新潜力,这对于维持南亚热带森林较高的生物多样性和退化的南亚热带森林的恢复具有重要的意义。
3.物种的生活史对策是影响种群更新的关键因子之一,也是影响群落演替的一个重要因子。南亚热带森林植物在更新过程中的更新策略复杂多样,有些物种保持较高的种子雨输入水平,有些则维持丰富的土壤种子库,还有些则拥有较丰富的幼苗库,这些策略对不同物种在不同演替阶段针对不同生境成为群落优势种具有重要作用,是群落演替的重要机制之一。
4.对南热带森林更新过程比较分析,各更新阶段的物种相似程度较低,各更新阶段之间的相互关系比较复杂,这些现象说明了南热带森林群落物种替代机制的复杂性,多种替代机制并存。
5.人为干扰对森林更新过程的物种组成和个体密度影响较大。在各更新阶段,人为干扰较重的群落的物种丰富度都低于其他干扰较轻的群落;在种子库中,其草本植物的个体密度远大于木本植物;其木本植物个体密度远低于其他干扰轻的群落;对于新生幼苗,其木本植物密度也最低,而草本植物密度最高。
6.从各更新阶段的数量分析,随着更新过程的进展,植物种的个体数量减损率非常高,能够发展到幼苗层的比例很低。