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《北京林业大学》 2004年
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格氏栲(Castanopsis Kawakamii Hayata)种群结构与动态规律研究

刘金福  
【摘要】:格氏栲是我国中亚热带南缘特有珍贵濒危植物,自然分布狭窄,象福建三明格氏栲保护区上千hm~2几乎纯林状态的格氏栲林实属国内外罕见。揭示格氏栲种群受危机制,已成为保护格氏栲的当务之急。本文以格氏栲种群为研究对象,应用数量生态学、植物生态场理论和计算机模拟技术探讨格氏栲种群结构与及其在时空上动态规律,以及影响格氏栲种群动态的各种因素关系,分析其内在机理,从而为探讨格氏栲种群受危机制问题、保护和扩大格氏栲种质资源、营造人工林及可持续经营提供科学依据,这无疑有极为重要的理论和现实意义。 本研究创新点之一首次针对材质坚硬、生命周期长的珍稀树种个体树龄确定方法,提出“年轮-时间序列”树木年龄估测法,建立反映实际个体年龄的组合模型,由此较为准确测定格氏栲个体树龄,是值得推广的又一确定个体年龄的方法。通过分析,格氏栲种群结构呈现哑铃形状,即幼苗贮备丰富,小树、中树偏少,大树较多,出现种群结构片段化现象。采用多种概率分布律拟合格氏栲种群的胸径分布,拟合表明β分布函数较好表达格氏栲种群的胸径分布规律,呈现出种群胸径分布范围较大、中径材占多数等结构。 以种群生命表及生存分析理论为基础,采用“空间推时间”、“横向导纵向”方法,编制了符合前提条件的格氏栲种群标准生命表,分析种群各个年龄或发育阶段的死亡数量、致死原因和生殖力及下代生长的趋势,计算出种群动态变化的重要参数,绘制出死亡密度曲线、危险率函数曲线及生存函数曲线,解析出格氏栲种群个体早期死亡率较高,随着龄阶增加格氏栲种群死亡率降低,呈波动起伏,存活曲线更倾向于DeeveyⅢ变化趋势。由生命表、生殖力表的有关参数,构造出格氏栲的Leslie矩阵模型,模拟计算75年内种群的年龄结构数量。由数学特征根理论,分析格氏栲种群总体上是相对稳定的,模拟出格氏栲生活史中老龄阶段对干扰不敏感,种子和生长阶段对干扰有较大敏感。运用Fourier级数谱分析方法,分析格氏栲种群数量动态呈周期波浪式发展,与格氏栲生长量的周期波动特征基本一致。 运用多种典型聚集度指标、距离法测定不同发育阶段的格氏栲种群空间格局类型及其动态规律,格氏栲种群成树阶段的格局呈随机或聚集度不高的聚集分布,幼苗阶段均呈聚集型分布,随着发育阶段推移逐步扩散,不同生境扩散程度不同,总体趋势由集群向随机分布转变,由聚集度高向聚集度低转变。利用格局强度和纹理指标测定格氏栲林主要种群格局的强度依高到低排列:木姜子>蚊母树>冬青>茜草树>格氏栲>米槠>虎皮楠>木荷,纹理从粗到细顺序:木荷=木姜子>茜草子树>格氏栲=冬青>米槠>蚊母树>虎皮楠。 首次将连续型Weibull分布应用于格氏栲种群空间分布型的拟合,无论何发育阶 摘要 段,格氏拷种群总体上符合威布尔分布的,Weibull分布的形状参数c表征种群聚集 程度,极大丰富了格氏拷种群格局的分布理论。综合运用计盒维数、信息维数、关联 维数探讨格氏拷种群格局的分维特征,不同生境条件种群格局分维特征差异比较明 显,分维均较低,表征格氏拷种群格局强度的尺度变化程度低,空间利用能力差,个 体间关联较弱,个体聚集程度不高,个体分布呈均匀或随机趋向。 本研究创新点之二是首次提出有限的空间种群增长的Logistic改进模型探讨格氏 拷种群基面积增长规律,即ds/dt=rS(1一护/幻,其为通过树种的竞争特性因子0控制, 将指数增长、线性制约、下凹增长和上凸增长非线性制约概括一个统一的自适应性的 非线性制约通用模型。运用改进单纯形法对Logistic改进模型进行优化,表明改进模 型是格氏拷种群优势度增长动态变化的一个极好机理描述式,其增长速度最大是在 141年。 通过定位调查,格氏拷种群有活力的种子雨量为3粒/mZ,有活力的种子雨可分 为E、S型;格氏拷种群种子雨与径级大小密切相关,与气温、湿度、雨量及风速相 关性不显著,且结实大小年现象的个体差异不明显,且种子雨高峰期在每年12月份。 选择不同群落类型、不同海拔分布综合为一维资源位,定量测定除格氏拷、木荷 种群之外,其它大多数种群是狭生态位,种群之间关系复杂,种群之间生态位相似性、 生态位重叠指数反映了中亚热带常绿阔叶林的生态特征。采用种间联结研究系列技 术,测定出格氏拷群落多物种整体间联结性为显著的正联结,格氏拷与钩储、擦树、 罗浮拷、香桂、凉伞树等5个种群形成显著负联结,与其它大多数树种联结程度较弱。 用重要值百分数求取竞争系数,采用Lotka一Volterra竞争方程模拟出格氏拷林将 由格氏拷、木荷种群共优组成,格氏拷种群支配整个群落。运用Hegyi单木竞争指数 模型,定量地分析出格氏拷种群竞争强度随着胸径的增大而逐渐减少,种内、种间竞 争强度与格氏拷胸径之间存在显著的双曲线非线性回归关系。 首次运用多种概率分布模型拟合格氏拷林的乔木层、灌木层、藤本层、草本层的 物种一多度关系,表明格氏拷林各层次物种一多度关系均符合伽玛分布,结合多种物 种多样性指标测定分析,格氏拷林物种多样性介于中亚热带常绿阔叶林与南亚热带季 风常绿阔叶林之间。提
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