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森林生态系统结构与功能(如物种多样性、营养库和碳库)的空间分异规律一直是生态学研究的热点问题。我国东部是森林的主要分布区,气候跨度大,地貌特征复杂,几乎囊括了所有的森林生态系统类型。采用统一的方法对18个自然保护区的典型森林生态系统进行调查编目,并对已有报道进行系统收集和整理,从而实现对森林生态系统物种多样性、碳库和营养库的量化分析。所取得的主要成果如下:
(1)森林群落结构与区系特征
幂函数种—面积曲线(S=c×Az)的参数c和z,对数函数种—面积曲线(S=a+b×lnA)的参数a和b均随纬度升高下降,且主要受TEM(年均温)和群落结构的影响。基于种子植物属的热带分布和温带分布比例均主要受空间因子的制约,其平衡点约在26.5°N,即在江西和湖南的中部地区。
(2)物种多样性的空间分异及其形成机制
物种丰富度、多样性和beta多样性均具有显著的纬度梯度性,主要制约因子为TEM和PRE(年降水量),其次是土壤和群落结构。均匀度没有显著的空间分异,主要受群落结构和土壤的影响。丰富度与多样性之间为显著的正相关,而与均匀度呈负相关,不同尺度之间的丰富度、多样性和均匀度均呈显著正相关。
(3)群落间物种相似性随空间距离和环境差异的衰减
就全部群落而言,温度梯度上的初始相似性最低,其次是降水量梯度,最低的是空间梯度。降水梯度上,物种周转速率最快,其次是温度梯度和空间梯度。热带亚热带地区的初始相似性及衰减系数分别小于和大于温带地区。
(4)森林土壤碳库和营养库的空间分异规律
森林土壤碳含量和碳密度均随纬度升高增加,主要受TEM的影响;植被碳库与土壤碳库的比例与纬度呈正相关,受TEM和PRE的共同控制。氮库、磷库和钾库的空间分异规律不同。全氮和全钾含量没有明显的空间格局,而速效钾与空间因子、TEM和PRE均有显著的相关性;磷库则与纬度呈正相关,主要受PRE和pH值的影响。
(5)森林生态系统地上生物量的空间分异规律
建立了基于气候和林龄的预测地上生物量饱和容量的模型,并模拟了东部季风区森林生态系统地上生物量饱和容量的空间格局。对18个保护区典型森林生态系统的分析表明,生物量主要受气候和森林结构的控制,而物种多样性的效应非常有限。