北热带喀斯特季节性雨林幼苗库建成及转化机制

The tropical karst seasonal rain forest is forming and developing on the carbonate bedrock with the climatic conditions of tropical northern margin. It is the most unique type of karst forests in the world with high level of diversity and endemic species. However, the mechanism of formation and development of seedling bank of this forest is still unclear. Therefore, to analyze the mechanism of formation and development of seedling bank is helpful for understanding the community assembly of the northern tropical karst seasonal rain forest. In this project, the process of formation and development of seedling bank will be analyzed based on more than 4 years seed and seedling investigation and continuous monitoring in a 15-ha northern tropical karst seasonal rain forest dynamics plot in Nonggang National Nature Reserve, Guangxi. Besides that, we will specially focus on the karst characteristic habitat monitoring and increase the frequency of seed and seedling monitoring. The process of seeds dispersal, seedlings survival and growth will be quantified by using the long term field monitoring data and systematic mathematics simulation. Moreover, several important hypotheses such as environmental filtering, negative density dependence, competition-colonization trade-off to elucidate some mechanisms of seedling bank formation and development in the tropical karst forests will be tested. This project aims to provide a guide for the following karst forests ecological studies. Furthermore, results of this study will provide scientific basis and theoretical foundation for biodiversity conservation of tropical karst forests and rehabilitation of karst rocky desertification.

喀斯特季节性雨林是在热带北缘湿润气候条件、碳酸盐岩基质上形成的独特森林类型，保存大量特有物种，具备重要生态功能。目前对该森林的幼苗库建成和转化机制仍缺乏了解，而对幼苗库建成及转化过程重要科学问题的探索，是明晰群落构建过程及机制的关键。本项目以广西弄岗喀斯特季节性雨林15 ha监测样地为研究平台，在前期翔实的植被调查和累积4年的种子雨、幼苗监测基础上，增加种子雨及幼苗的监测密度并延续监测，同时针对热带喀斯特特殊生境因子开展研究。通过将长期、大面积的野外监测数据和系统的数学模拟技术相结合，定量描述物种的种子扩散、幼苗存活、幼苗生长等时空格局，检测不同生境类型中生境过滤、负密度制约、竞争-拓殖权衡等重要过程对幼苗存活的影响，探索热带喀斯特森林幼苗库建成及转化的机制。可为后续喀斯特森林生态学研究提供技术方法，为喀斯特季节性雨林生物多样性保育及石漠区退化生态系统修复提供科学理论支撑。

本项目以广西弄岗喀斯特季节性雨林15ha监测样地为研究平台，在前期植被调查和种子雨、幼苗监测基础上，根据喀斯特峰丛地貌生境特点，完善了树木种子雨收集器和幼苗样方的布设，微环境监测样方布设；针对不同生境因子开展分析。探索改进了特殊地形条件下的热带喀斯特森林幼苗监测方法，定量描述种子扩散、幼苗存活、幼苗生长的时空格局，检测生境过滤、负密度制约等重要过程对幼苗存活的影响，初步探明热带喀斯特森林幼苗库建成及转化的机制。结果表明，喀斯特季节性雨林幼苗数量总体较为稳定，累计监测到108个树种的8095棵幼苗，隶属于87属45科，其中鱼骨木和闭花木两个物种的幼苗约占全部幼苗数量60%以上，幼苗更新随着种子雨的产生表现出明显的关联性，种子对幼苗的补充是幼苗库建成的主要驱动力。种子雨和幼苗在空间分布上都具有较强的异质性，不同生境条下种子雨和幼苗的物种组成具有较大差异，母树和地形对幼苗分布有显著影响。林隙的存在、林隙周长和林隙面积均对幼苗密度表现显著的负效应；同时地形因子中的凹凸度、平均海拔和岩石裸露度对幼苗密度也有显著影响，且均表现为显著正效应。群落物种补偿过程主要受到种子来源限制和扩散限制的联合作用。物种种子重量与种子数量存在显著负相关，符合竞争-拓植权衡的预测；而种子重量与幼苗死亡率存在显著正相关，不符合前期预测，该结果与喀斯特生境条件有关。通过本项目研究，摸清了喀斯特原生性森林的物种组成和幼苗更新关键环节，可为喀斯特区域生物多样性保育、植被生态系统稳定性维持与自然保护地管理提供科学依据，也可为相邻区域的喀斯特石漠化山地植被近自然修复是适生植物选择和群落配置提供理论指导。项目共发表相关学术论文14篇 (其中第一标注1篇、第二标注10篇)，包括SCI期刊论文6篇(影响因子＞3的期刊3篇)。已申请发明专利2件，获授权实用新型专利1件。培养毕业硕士研究生2名。