火山喷发后的长白山森林景观历史重构

Forest succession in Changbai Mountains is expected to reach climax after the volcano eruption occurred 800 years ago. However, current most forest succession has not reached the climax and great differences exist in succession stages among four terrestrial aspects. It has been reported that volcano itself played a role in effecting forest succession. Studies hypothesized that erosion of tephra deposition created a lagged effect on vegetation succession by affecting seeding establishment and regeneration. In fact, vegetation succession is not only affected by seeding establishment and regeneration, but also seed source and dispersal. Thus, seed dispersal also played a role in post-volcano forest recovery. A thorough understanding about the lagged effect of seed dispersal and tephra deposition erosion on vegetation succession is key to explaining current vegetation distribution and succession stage. Thus, this proposal intends to investigate two key research questions that integrate field data collection, model simulations, and spatial statistic: 1) how to reconstruct forest landscape of Changbai Mountains after the eruption, 2) quantified the lagged effect of seed dispersal and tephra deposition erosion on vegetation succession. The proposal will provide scientific basis for reconstructing vegetation succession after a volcano eruption.

800年前火山喷发后，按照森林演替规律，植被早应完成一个演替周期，但目前大部分植被不仅没有达到演替顶级，且各坡向演替进程差异很大。已有研究论证这是火山喷发对生态系统作用的结果，并提出火山灰侵蚀滞后植被演替假说，阐明火山灰侵蚀对植被演替进程具有制约作用。然而森林植被恢复不仅受幼苗更新与生长的限制，还受到种源与种子传播的限制。本项目提出火山喷发后的植被演替需要考虑种子传播过程的作用，阐明种子传播到某一空间位置的时间对植被演替进程的制约作用。量化种子到达时间与火山灰侵蚀对植被演替滞后的时间，才能全面解释长白山植被分布及演替时间。因此，本项目拟采用野外调查、森林景观模型模拟和空间统计相结合的方法，重构800年前长白山火山大喷发后的森林历史景观，量化种子到达时间与火山灰侵蚀过程对植被演替的制约作用，为构建完整的火山活动干扰下的植被演替时间序列提供科学依据。

按照森林植被演替规律，800年前火山大喷发后，长白山植被早应完成一个演替周期，恢复到火山喷发前的演替顶级状态，植被分布服从垂直带规律。然而，目前长白山大部分森林植被没有达到演替顶级，且各坡向演替进程差异很大。已有研究论证这是火山喷发对生态系统作用的结果，并提出火山灰侵蚀滞后植被演替假说，阐明火山灰侵蚀对植被演替进程具有制约作用。然而森林植被恢复不仅受幼苗更新与生长的限制，还受到种源与种子传播的限制。本项目提出火山喷发后的植被演替需要考虑种子传播过程的作用，阐明种子传播到某一空间位置的时间对植被演替进程的制约作用。量化种子到达时间与火山灰侵蚀对植被演替滞后的时间，才能全面解释长白山植被分布及演替时间。因此，本项目拟采用野外调查、森林景观模型模拟和空间统计相结合的方法，解决以下2个科学问题：1）如何结合野外调查、景观模型模拟、及森林演替规律，来重构火山喷发后长白山森林景观？2）量化种子传播（到达某一空间位置的时间）与火山灰侵蚀过程对植被演替进程的制约作用。研究内容主要包括四方面：1）确定火山喷发后植被演替的种源信息以及研究区范围；2）确定火山喷发后地带性树种建群的时间；3）重构并验证火山喷发后长白山森林植被的历史演替动态；4）量化种子到达时间与火山灰侵蚀过程对森林植被演替的制约作用。重要研究结果包括确定火山喷发破坏的森林范围，确定火山喷发后的种源信息，构建重构历史景观的森林景观模型数据库，重构并验证火山喷发后长白山森林植被的历史演替动态。本项目的研究内容补充了火山灰侵蚀演替滞后假说，属于生态学与地理学重要的研究命题，为模拟未来植被演替动态、构建完整的火山活动干扰下的植被演替时间序列提供科学依据。