林下小径竹类与冠层树种共存机制研究

Interactions between plants in the forest understory and forest canopy characteristics are important determinants of forest community structure and dynamics. Dwarf bamboos are dominant understory species in some subalpine forests and subtropical mountain forests and have been reported as a key factor in forest community dynamics and canopy structures. Dwarf bamboos impact seed dispersal, survival and growth of canopy tree seedlings and saplings; meanwhile, canopy structures inhibit the development of understory dwarf bamboos. The trade-off between this impacts and inhibition could be the mechanism of co-existence of canopy tree species and understory dwarf bamboos. Unfortunately, there is few references focus on these research topics. On the base of dominant canopy trees’ life history characteristics, combining the methods of experimental population ecology and experimental community ecology, the present proposal plan to discuss the effects of understory dwarf bamboo on the community micro-environments, community dynamics, canopy structures, population dynamics of dominate trees and the effects of canopy trees on the dwarf bamboo populations. The present proposal aims to discuss how the “ecological filter”of dwarf bamboo is achieved, reveal the mechanisms of co-existence of understory dwarf bamboos and canopy trees and find out how the dwarf bamboo maintain the dominance of canopy trees, test the hypothesis of stability of canopy structures controlled by dwarf bamboos. The study will be beneficial to understand the mechanisms of co-exietence of canopy trees and understory bamboos and guiding people to manage the bamboo forest better.

林下植物和森林冠层特征的相互作用对森林群落结构和动态有重要影响，林下优势小径竹类对森林群落的动态和冠层结构有重要作用。林下小径竹类影响冠层树种的种子散布及幼苗幼树的生长和成活，而冠层结构则控制林下竹类种群的优势度，这种影响和控制之间的平衡可能决定林下竹类和冠层树种的共存。但目前林下小径竹类与林冠树种共存关系的研究还未引起重视。本项目拟通过林下小径竹类对群落环境、群落动态、林冠层结构、优势种种群动态的影响和竹类种群自身在不同林冠环境下的变化的研究，探讨小径竹在群落更新中“生态过滤器”功能实现的过程和机制，揭示小径竹类与冠层树种共存的原因和机理，验证林下小径竹类对群落冠层树种种类组成有选择效应、稳定群落中小径竹类可以同冠层树种共存以及群落的内部调控可以通过冠层结构的改变从而达到协调和控制小径竹类“入侵”的假设。项目意在探索小径竹类对森林动态影响的作用机制，为竹类森林的抚育和管理提供参考。

西南地区山地森林林下小径竹类容易扩展形成灌木层单优种，地面其他物种往往难以突破这层植被。林下小径竹和森林冠层特征的相互作用对森林群落结构和动态有重要影响，对森林群落的动态和冠层结构有重要作用。项目通过林下小径竹类对群落环境、群落动态、林冠层结构、优势种种群动态的影响和竹类种群自身在不同林冠环境下的变化的研究，探讨了小径竹在群落更新中“生态过滤器”功能实现的过程和机制，揭示了小径竹类与冠层树种共存的原因和机理。研究表明：（1）森林不同演替/更新阶段，林下小径竹的优势度有显著的改变，随森林演替进行小径竹类由初期的稀疏侵入至演替中期的繁茂到演替末期的衰退；（2）小径竹的侵入繁盛和衰败过程与不同演替阶段林冠层物种的组成及其形成的光环境有着紧密的联系，群落可以通过调控冠层结构的改变，从而达到协调和控制小径竹种群的发展，使得冠层树种和小径竹之间能形成一种稳定共存关系；（3）不同演替阶段林下小径竹类的发展过程，强烈改变了林下地表及土壤环境，极大影响了冠层树种的更新；（4）冠层树种的更新受到小径竹竹冠的双向“过滤”作用，即种子达到地表的下行过滤以及幼苗和幼树穿透竹冠的上行过滤，小径竹的生态滤网作用在一定程度上影响了冠层树种的种类组成和数量结构，进而对整个群落特征形成影响；（5）林冠的环境影响和小径竹类的生态滤过作用是现存森林植被形成的原因，林下小径竹类和冠层树种能够在森林演替的过程中实现共存。项目研究结论为：林下小径竹类的优势度由冠层环境决定，在森林演替的不同阶段优势度不同；小径竹类阻碍乔木树种的更新，现存冠层树种是小径竹类生态过滤的产物；小径竹类和冠层树种共存是竹类和乔木树种相互作用，共同适应的结果。项目研究的意义及生态启示：在对灌木层小径竹类占优势的森林的经营和管理中，由于竹类会阻碍乔木树种的更新，往往造成森林演替的时间延长，若需进行抚育干预以达到稳定的顶极或特定目标的森林演替阶段，应该选择在森林演替的特定时期进行作业；竹木共存对于乔木树种有明显的选择作用，在森林的经营管理中应该予以重视。我们的研究初步解释了小径竹类对森林动态影响的机制及竹木共存的原因，为森林更新理论的发展提供了更多证据，并可为竹类森林的抚育和管理提供指导和参考。