森林乔木稀有种和常见种时空分布格局研究

How distributions of rare and common tree species respond to environmental and spatial variables and their dynamics are important to understand the mechanisms underlying species coexistence in forests. The establishment of long-term monitoring forest dynamics plots provides reliable tree census datasets for such kind of researches. However, most previous studies, especially those based on forest dynamics plots, focus on common tree species, with very few studies paid attention to rare species. Rare species is a principal component of community species diversity.Their distribution and performance is very critical to understand the mechanisms responsible for the community assembly. In this project, we will use the one time census datasets of rare and common trees ≥ 1 cm in diameter at breast height (DBH) of 5 forest dynamics plots, which ditributing from tropic to temporate zone of China, and Panamanian forest dynamics plot in Central America to explore the responses of rare and common species to topography (niche) and space (neutrality). Based on two-times census dataset of trees ≥ 1 cm DBH from Bubeng and Ailaoshan plots of Yunnan, we will identify the differences in growth and survival performances between rare and common species. Our primary goal of this project is to identify the effect of niche and neutral processes on the coexistence of common and rare species. The outputs of this project will present substantial knowledge for protecting biodiversity and provide a sound theoretic basis for forest management and design blueprint of nature reserve.

阐明稀有种和常见种对环境和空间的响应及其动态表现是揭示物种共存机制的关键。大型长期监测森林动态样地(大样地)的建立为此类研究提供了可靠的乔木普查数据。然而，迄今为止基于大样地的研究多限于常见种，对稀有种的研究极少。稀有种是组成群落物种多样性的主要成分，探明其分布和表现规律才能深入理解群落物种共存机制。本项目拟用中国热带到温带的5个大样地以及中美洲巴拿马大样地单次普查胸径≥1cm乔木的分布数据分析稀有种和常见种与地形(生态位)和空间(中性)的相关性；用云南补蚌和哀牢山大样地两次普查胸径≥1cm的乔木数据分析稀有种和常见种生长和存活的差异；以揭示生态位和中性过程对稀有种和常见种共存的作用。研究结果将为保护森林树种多样性提供重要的理论依据，并为制定合理的森林经营管理措施以及保护区设计方案提供理论依据。

物种共存和群落构建是群落生态学的关键基础。本项目着力于解决中性过程和生态位过程对乔木群落的空间分布贡献。具体从点格局思路、集合群落思路分别探讨了二者对乔木不同生活史阶段的相对贡献、以及对稀有种和优势种的相对贡献来回答前述问题。点格局方面，以巴拿马BCI岛的50公顷样地和西双版纳补蚌20公顷样地热带森林树种群落为研究对象，采用模拟环境异质性、散布限制和二者综合作用的三种点过程模型模拟不同径级的乔木分布，并汇总叠加不同径级的模拟群落以最终实现模拟径级效应对群落构建的作用。集合群落方面，使用方差分解的方法研究了分布于亚洲和美洲的8个大型森林动态样地（中国的6个纬度梯度样地和美洲2个热带和温带样地）的稀有种和优势种对环境和空间的响应差异。结果发现：（1）我们的结果主要表明散布过程是决定群落水平种—面积曲线和物种水平点格局的关键过程；环境模型和综合模型分别在物种和群落两个水平发挥重要作用。为了深入理解形成物种分布的生态学过程，评估点过程模型对群落分布格局拟合的优劣需要使用多个反映物种和群落种水平的分布特征指数（summary statistics）；通过影响散布过程，径级效应促进了热带森林群落构建。（2）（a）在不同的尺度（样地大小和样方大小）代表中性的空间过程始终是主导稀有种和优势种分布的关键过程；此外，该结论对于alpha和beta多样性均适合。（b）物种多度水平从稀有种过渡到优势种空间贡献、环境贡献、及其二者比值均呈现明显的递增趋势，特别是群落的物种组成结构。然而，这种上升趋势随着样方尺度的增大而减小。Space（c）海拔落差和样方大小与群落的beta多样性显著负相关，样地大小对beta多样性没有影响。综合地，优势种较稀有种而言更具备可预测性；空间过程是主导物种分布的核心过程；研究群落聚集的机制必须明确考虑稀有性和优势性对研究结果的影响，从而得到关于群落构建更客观的结论。