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《中国林业科学研究院》 2007年
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海南岛热带山地雨林植物功能群划分及生态关键种的确定

邓福英  
【摘要】: 热带森林对全球生物多样性保护和生态系统功能的维系起着非常重要的作用。然而,热带林极高的物种多样性和结构复杂性,使得生态分析非常困难,若将其物种按照一定规则划归为不同的功能群,将十分有利于热带林的科学研究和经营管理。本文以海南岛霸王岭林区作为海南岛热带林的典型区域,以反映不同环境因子、干扰类型和恢复时间的热带山地雨林为研究对象,在大面积(15hm~2)样地调查的基础上,依据物种的7个功能特性(喜光性、潜在高度、板根大小、木材密度、种子生物量、传播方式和落叶/常绿性),分别把物种划分为不同类别的功能群,应用NMS分析了各功能群随不同干扰类型和恢复时间热带山地雨林群落的变化规律。应用PCA分析了各功能特性因子之间的相关关系,并应用TWINSPAN综合多个功能特性因子将热带山地雨林中的植物物种划分为13类功能群,最后应用DCCA排序阐述了各功能群随不同环境因子、干扰类型和恢复时间的变化规律,最后应用不同指标确定了各功能群的生态关键种。通过研究得出以下主要结论: 1.海南岛的热带山地雨林按照其立地条件,可大致划分为坡地山地雨林和沟谷山地雨林两大类,按照其受干扰的情况又可划分为老龄林和次生林(主要是由于采伐和刀耕火种形成的)等类型。海南岛热带山地雨林中乔木和灌木的相对多度最高,其次是草本和藤本植物,而附生和棕榈植物很低。乔木的相对多度与土壤有机质和离老龄林的距离成正相关,在采伐后恢复的山地雨林次生林中的分布最高。灌木的相对多度与生境的石砾含量成负相关,在沟谷山地雨林老龄林中的分布最低。草本、棕榈和附生植物的相对多度与生境的湿度、土壤石砾含量、pH、全P和K正相关,主要分布于沟谷山地雨林老龄林中,且随着恢复时间的增加而增加。藤本植物在热带不同类型山地雨林中的相对多度分布差异不明显。 2.耐荫性功能群在热带山地雨林中的相对生物量和相对多度最高,其中强耐荫性的功能群主要分布于沟谷山地雨林老龄林,中性或偏荫性功能群则主要分布于坡地山地雨林老龄林。喜光性功能群在山地雨林次生林中的相对生物量和相对多度最高,尤其是刀耕火种后恢复起来的次生林。随着刀耕火种后恢复起来的次生林恢复时间的增加,强耐荫性功能群的相对生物量和相对多度增加,而喜光性功能群则逐渐减少。强耐荫性功能群的相对生物量与恢复时间、土壤石砾含量、pH、全P和速效K成正相关,与海拔高度和土壤有机质成负相关性,而喜光性功能群的相对生物量与采伐强度成正相关性,与土壤速效N和全N成负相关性。 3.潜在高度中等(15-25m)的功能群在热带山地雨林中有最高的相对生物量和相对多度,潜在高度较高的功能群主要分布于沟谷山地雨林老龄林,其次是坡地山地雨林老龄林。随着刀耕火种后山地雨林次尘林的恢复时间增加,高冠层功能群的相对生物量和多度增加,其它功能群发生的变化不明显。高冠层功能群的相对生物量与土壤的石砾含量、pH、全P和速效K成正相关,与土壤有机质负相关。 4.大板根功能群在林冠层有最高的相对生物量和相对多度,尤其是沟谷山地雨林老龄林的林冠层。无板根的功能群分布较广,以山地雨林次生林最高。随着刀耕火种后山地雨林次生林的恢复时间增加,大板根功能群的相对生物量和相对多度增加,而小板根功能群减少。大板根功能群的相对生物量与干扰后的恢复时间、石砾含量、土壤pH、全P和速效K含量成正相关,而与海拔高度、土壤速效P和有机质成负相关。 5.小木材密度功能群在干扰后处于不同恢复阶段的山地雨林次生林中有最高的相对生物量和相对多度,其次是沟谷山地雨林老龄林。随着刀耕火种后山地雨林次生林的恢复时间增加,小木材密度功能群的相对生物量和相对多度减少,而大材密度的功能群增加。大木材密度功能群的相对生物量与海拔高度和土壤有机质成正相关,与采伐强度、恢复时间、土壤石砾含量和pH成负相关。 6.小种子功能群在刀耕火种后恢复起来的山地雨林次生林和沟谷山地雨林老龄林有最高的相对生物量和相对多度,而大种子的功能群主要分布于采伐后恢复起来的山地雨林次生林和坡地山地雨林老龄林,水分差异对种子大小的影响远大于干扰类型和恢复时间。随着刀耕火种后山地雨林次生林的恢复时间增加,小种子功能群的相对生物量和相对多度减少,而大种子功能群增加。 7.动物传播种子的功能群在热带山地雨林中的相对生物量和相对多度较高,尤其是坡地山地雨林老龄林最高。自体和风传播种子功能群的相对生物量和相对多度极低,其中自体传播种子的功能群主要分布于沟谷山地雨林老龄林或刀耕火种后恢复的山地雨林次生林,而风传播种子的功能群主要分布于采伐后恢复的山地雨林次生林。随着刀耕火种后山地雨林次生林的恢复时间增加,自体传播种子功能群的相对生物量和相对多度增加,而风传播种子功能群减少。动物传播种子功能群的相对生物量与采伐强度和土壤速效K成负相关,而自体传播种子功能群的相对生物量与土壤石砾含量和全P成正相关,风传播种子功能群的相对生物量与采伐强度成正相关。 8,常绿性功能群在热带不同山地雨林中有最高的相对生物量和相对多度,而落叶性功能群的分布极低且主要分布于山地雨林次生林中。随着刀耕火种后山地雨林次生林的恢复时间增加,常绿性功能群的相对生物量和相对多度增加,而落叶性功能群减少。常绿性功能群的相对生物量与海拔高度、坡向、土壤速效P和土壤有机质成正相关,与土壤pH和速效K成负相关,而落叶性功能群的相对生物量与采伐强度成正相关。 9.综合考虑物种的7个功能特性,可将热带山地雨林的所有物种划分为13类功能群,主要贡献因子是潜在高度、板根大小、种子大和木材密度,其次是物种的喜光性和落叶/常绿性,而种子传播方式最低。其中,潜在高度与种子生物量和板根大小之间成正相关;种子生物量与喜光性、自体和风传播方式成负相关,与木材密度和动物传播方式成正相关。此外,喜光性、木材密度、种子生物量和种子传播方式均与物种的落叶与常绿性相关。 10.沟谷比坡地山地雨林老龄林的功能群有更大的潜在高度和板根,且含有一定数量依赖于风或自体传播种子的落叶性物种,而坡地比沟谷山地雨林老龄林的功能群有更大的种子和木材密度,主要由动物传播种子的常绿性物种组成.随着刀耕火种后山地雨林次生林的恢复时间增加,功能群的潜在高度、种子生物量及木材密度增加,且由依赖于风传播种子的落叶性物种过度到动物传播种子的常绿性物种。 11.林冠层比其下层林的功能群有更高的潜在高度、板根、种子生物量和木材密度,可有效地指示生境的N、P、K、pH、水分和海拔高度的梯度变化,而低冠层或下层林较大的板根或种子生物量的功能群也能够在一定程度上指示生境的变化,但明显弱于冠层林的功能群。 12.应用物种的相对生物量、相对胸高断面积、相对多度、相对频度和重要值等5种方法,分别确定了各功能群的关键种。除了受种源影响较大的少数物种(如广东胡椒和毛荔枝)外,各关键种随不同干扰类型及恢复时间的变化趋势,均与对应的功能群相类似,说明了本文确定的关键种对各功能群较强的指示性。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q948

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