密度制约和环境异质性对云杉次生林物种更新及功能性状的影响研究

Refering to the technical specifications for tropical rain forest sample plots established by the Center for Tropical Forest Sciences（CTFS）, we are going to make a series of study in our established 4 ha Guandi Mountain permanent forest dynamic plot. In this study, we has investigated trees and shrubs of different growth form by positing them. we are doing a 5-year continuous dynamic monitoring work about seedlings in different stages and seeds. We will measure seed size, leaf area and specific leaf area, leaf dry matter content, leaf nutrient element content and environmental factors. At community and species level, we hope to research the effects of density-dependence on species regeneration and functional traits of secondary cold-temperate Picea forest in northern China from multiple different scales by using acquired data to establish general linear mixed models (GLMMs), and furthermore to explore the disturbance of environmental heterogeneity in this ecological process. The implementation of this project will confirm the density-dependence effects and it's adaptations to cold temperate forest, and provide a new explanation for communities building from the viewpoint of the response of species characteristics to density-dependence and environment. The study is not only hopeful to supply a beneficial supplement for species diversity maintenance theory, but also to provide important theoretical foundations for sustainable management of forests resources in northern China.

本项目以关帝山林区已建立云杉次生林固定样地为研究平台，按照CTFS热带雨林样地的技术规范，获取样地内不同生长型乔、灌木定位调查和不同龄级幼苗、种子5年连续动态监测数据。并通过测定定位植株种子大小、叶片大小及比叶面积、叶片干物质含量、叶片营养元素含量等功能性状指标，同时结合环境因子的调查分析，建立混合效应模型，在群落和物种水平的多个尺度上分析种子扩散、不同龄级乔灌木幼苗幼树的存活及其功能性状的密度制约及距离效应，并探讨密度制约物种更新及功能性状过程中的环境异质性干扰。综合评价密度制约和环境异质性对华北寒温性针叶次生林物种更新及其功能性状影响的相对重要性。研究将验证温带寒温性森林中的密度制约效应及可适性，并从物种自身功能性状对密度制约及环境的响应上给物种群落构建过程提供新的解释，从而为探讨森林群落生物多样性维持理论和物种共存机制做有益补充，并为华北地区森林资源可持续经营管理提供重要基础依据。

为密度制约和环境异质性对华北寒温性针叶次生林物种更新及其功能性状的影响，项目研究了华北寒温性云杉次生林：（1）云杉次生林木本植物组成、结构及空间分布；（2）云杉次生林木本植物幼苗更新格局；（3）云杉次生林木本植物功能性状的分布格局；（4）密度制约对木本植物幼苗存活的影响及尺度效应；（5）环境异质性对木本植物更新及功能性状的影响。结果表明，（1）样地共有木本植物30种，隶属于11科22属，总个体数为26218。乔木优势树种青杄和华北落叶松的空间分布无论在个体数量还是聚集程度上均随径级变化而呈现不同的格局特征。（2）云杉林下主要更新树种华北落叶松和云杉更新苗呈明显的聚集性空间分布特征。（3）云杉叶片鲜干比、叶面积、叶绿素和碳、氮、磷含量等重要功能性状随年龄和海拔变化并通过在根、枝、叶各器官间相互关联和协调分配来增强其生态适应性。（4）样地同种内或不同种间大、中、幼树相邻个体间空间关联性具有一定范围内的尺度效应，树种更新的密度制约效应总体表现为青杄为耐阴性树种，其幼苗倾向于在邻近成体周围的庇荫环境下更新存活；而华北落叶松为典型喜光性树种，其幼苗倾向于在邻近成体周围较远距离的尺度范围内更新存活。（5）环境中的土壤氮矿化及土壤pH值、有效氮、有效磷、有效钾、有机质含量等因子呈明显的空间异质性特征，并且受地形因子海拔和凹凸度影响较大。云杉更新苗分布格局与土壤有效氮异质性存在明显空间关联性，在土壤NH4+-N含量相对高的斑块中，云杉更新苗发生数量多，在NO3--N含量较高或铵、硝态氮的比例较低的土壤环境中，落叶松更新苗发生数量较多。受海拔影响的土壤因子如土壤含水量、土壤碳、氮、磷含量的空间变异对云杉幼苗的叶片鲜干比、叶面积、叶绿素，以及叶、枝、根的碳、氮、磷含量等功能性状均产生影响。研究结果为探讨森林群落生物多样性维持理论和物种共存机制做有益补充，并为华北地区森林资源可持续经营管理提供重要基础依据。