海南島熱帶季雨林群落生態(tài)學研究.pdf

1、隨著全球變化的發(fā)展，極端氣候出現(xiàn)頻率將逐漸增加，熱帶地區(qū)的年降水量及其分配格局正在發(fā)生明顯的變化，主要體現(xiàn)在旱季持續(xù)時間和降水變化幅度的顯著提高，生境旱化使熱帶森林面臨著嚴重的威脅。由于眾多落葉物種及其獨特功能性狀的存在，熱帶季雨林群落具有較強的干旱適應能力，因而，加強熱帶季雨林群落生態(tài)學的研究，對于全球氣候變化背景下的熱帶林生物多樣性保育和生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營都具有重要的理論和實踐意義。海南島的熱帶季雨林分布在與低地雨林相似的低海拔范圍內(nèi)但生

2、境較差的局部區(qū)域，通過全部或大部分落葉等調(diào)節(jié)機制對季節(jié)性干旱進行整體適應，同時對群落環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。本文選擇海南島霸王嶺林區(qū)典型的熱帶季雨林為主要對象，同時以相似海拔范圍內(nèi)的熱帶低地雨林及其被干擾后產(chǎn)生的轉化季雨林為對照，通過大量的典型樣方（合計8.75hm2）調(diào)查，研究了熱帶季雨林的生境、群落組成、結構及多樣性特征，分析了群落內(nèi)組成植物的主要功能性狀、物種豐富度與個體多度、種—多度關系和生物量分配等隨群落類型和環(huán)境條件的變化規(guī)律。通

3、過野外試驗，分析了季雨林優(yōu)勢樹種及相似海拔范圍內(nèi)典型樹種幼苗更新的影響因素。本研究的成果將有助于闡明季雨林群落主要特征的產(chǎn)生及物種多樣性的調(diào)控機制，揭示季雨林主要群落特征對季節(jié)性干旱所引發(fā)的環(huán)境變化的生態(tài)適應規(guī)律，從而為熱帶森林的保護、恢復與可持續(xù)經(jīng)營提供科學依據(jù)。通過研究得出以下主要結果：
　　1.以野外樣方調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎，對海南島霸王嶺林區(qū)熱帶季雨林分布海拔范圍內(nèi)的熱帶森林進行了數(shù)量分類與排序。結果表明：應用TWINSPAN和

4、DCA可將熱帶季雨林分布海拔范圍內(nèi)的熱帶森林劃分為3個類型：熱帶季雨林、熱帶低地雨林和轉化季雨林。DCA排序顯示三種森林群落分布與一定的環(huán)境因子組合密切相關，熱帶季雨林與坡度和裸巖面積呈顯著正相關，熱帶低地雨林與海拔和凋落物厚度呈顯著正相關，轉化季雨林則與海拔呈正相關，而與坡度呈負相關。轉化季雨林是介于熱帶季雨林和熱帶低地雨林之間的一種群落類型。
　　2.利用熱帶季雨林群落及其分布海拔范圍內(nèi)的轉化季雨林和熱帶低地雨林群落的野外調(diào)查

5、數(shù)據(jù)，對比分析了熱帶季雨林群落的組成、結構及多樣性特征。結果表明：熱帶季雨林群落中科、屬、種豐富度及喬木物種豐富度低于轉化季雨林及熱帶低地雨林。三種群落類型中低密度種均較多，其中以熱帶季雨林中最少，熱帶低地雨林最多。三種群落類型中林分平均胸徑、平均高都是熱帶季雨林＜轉化季雨林＜熱帶低地雨林，但群落的樹木密度則是熱帶季雨林＞轉化季雨林＞熱帶低地雨林。物種豐富度及多度在熱帶季雨林及熱帶低地雨林和轉化季雨林中均隨徑級和高度級的增加而減小。熱帶

6、季雨林中落葉物種豐富度及個體多度均顯著高于轉化季雨林和熱帶低地雨林。轉化季雨林中的落葉物種大都來自于熱帶季雨林。落葉物種豐富度及個體多度所占比例在熱帶季雨林群落中最高，而熱帶低地雨林中最低，轉化季雨林則居中。在熱帶季雨林群落中，落葉物種的豐富度和多度在喬木中所占比例均顯著高于灌木和木質(zhì)藤本植物。
　　3.通過對熱帶季雨林群落及其分布海拔范圍內(nèi)的轉化季雨林和熱帶低地雨林群落植被和環(huán)境的野外調(diào)查，分析了熱帶季雨林分布海拔范圍內(nèi)物種豐富

7、度及多度與環(huán)境的關系。單因素相關分析表明，木本植物總物種豐富度分別與林分郁閉度、海拔高度和土壤含水量成正相關，與裸露裸巖面積成負相關，而與坡度沒有顯著的相關性。落葉物種豐富度則分別與林分郁閉度、海拔高度和土壤水分含量成負相關，而與坡度和裸巖面積成正相關。逐步回歸分析表明，總物種豐富度僅與海拔高度有關，回歸方程為（R=0.925，P=0.000）。而落葉物種豐富度與裸露裸巖面積和坡度成正相關，與海拔及土壤含水率負相關，逐步回歸關系可用方程

8、（R=0.989，P=0.000）來描述。單因素相關分析表明，木本植物總個體多度則與裸巖面積呈正相關，分別與海拔高度和土壤含水量呈負相關。落葉物種多度則與坡度呈正相關，分別與郁閉度、海拔高度和土壤含水量呈負相關。逐步回歸分析表明，木本植物總個體多度及落葉物種個體多度均僅與土壤含水量有關，回歸方程分別為10.153y=0.154x+（坡度）（土壤水分含量）（巖石覆蓋率）海拔高度0.1520.292)0.15130.5060.023(+?+

9、?y=xy=3907.472?100.469(R=0.846，P=0.000）和x(R=0.870，P=0.000）。y=1676.237?59.606
　　4.利用熱帶季雨林群落及其分布海拔范圍內(nèi)的轉化季雨林和熱帶低地雨林群落調(diào)查數(shù)據(jù)及樹木的七種主要功能性狀（落葉、具刺、潛在高度、SLA、種子重量、傳播方式及木材密度）測定（或查找）數(shù)據(jù)，分析了熱帶季雨林群落樹木不同功能性狀的大小及物種豐富度和多度在各主要功能性狀中的分布。結果表

10、明：熱帶季雨林中落葉與具刺物種豐富度和個體多度均顯著高于熱帶低地雨林和轉化季雨林。熱帶季雨林中樹木潛在高度最低，并且在不同潛在高度范圍內(nèi)的物種豐富度及個體多度也最低。三種群落類型在比葉面積較大（＞20 m2/kg）時具有相同的物種豐富度和個體多度，但熱帶季雨林中擁有最大數(shù)量的較小比葉面積（＜10 m2/kg）的個體多度。熱帶季雨林中種子重量顯著低于熱帶低地雨林和轉化季雨林，但三種群落類型在中等種子重量大?。?0mg～200mg）時物種豐

11、富度及個體多度無顯著差異，而熱帶季雨林沒有種子重量較大（＞200mg）的物種，并且動物傳播的物種豐富度及個體多度也低于熱帶低地雨林和轉化季雨林。三種群落類型的木材密度及不同密度大小范圍內(nèi)（除400～600kg/m3外）的物種豐富度及個體多度無顯著差異。
　　5.為了分析熱帶季雨林分布海拔范圍內(nèi)熱帶森林群落中的樹木組配規(guī)律，利用6種物種—多度關系模型（分割線段模型、幾何級數(shù)模型、對數(shù)正態(tài)模型、Zipf模型和Zipf-Mandelbr

12、ot模型、中性理論模型）對熱帶季雨林群落及熱帶低地雨林和轉化季雨林群落的物種—多度關系進行了模擬。結果發(fā)現(xiàn)：熱帶季雨林中模擬效果最好的是Zipf-Mandelbrot模型，其次為Zipf模型；熱帶低地雨林中模擬效果最好的是中性理論模型，其次為對數(shù)正態(tài)分布模型，其余模型模擬效果均較差；轉化季雨林中僅有Zipf-Mandelbrot模型模擬效果較好，其余所有模型模擬效果均較差。檢驗進一步支持了上述結果。我們的研究表明，在海南島霸王嶺熱帶季雨

13、林分布海拔范圍內(nèi)，中性理論適合于密閉的熱帶林（熱帶低地雨林），但卻不適用于稀疏的熱帶林（熱帶季雨林）或受人為干擾后恢復的密閉的熱帶林（轉化季雨林），而生態(tài)位理論則恰好相反，它不適用于密閉的熱帶林，而適合于稀疏的熱帶林或受人為干擾后恢復的密閉的熱帶林。
　　6.通過對熱帶季雨林優(yōu)勢樹種（海南欖仁Terminalia hainanensis）及相似海拔范圍內(nèi)典型樹種（青梅 Vatica mangachapoi，荷木 Schima su

14、perba和銀珠 Peltophorum tonkinense）幼苗的17個月移栽及不同處理（移除地上植被、挖溝、挖溝+移除地上植被處理和對照）試驗，分析了熱帶季雨林優(yōu)勢樹種及相似海拔范圍內(nèi)典型樹種幼苗更新的影響因素。結果表明：移除地上植被、挖溝、挖溝+移除地上植被處理顯著增加了荷木幼苗旱季、雨季及實驗期間的存活率，也增加了海南欖仁幼苗旱季及青梅實驗期間的幼苗存活率，對銀珠幼苗來說，則是移除地上植被增加了其旱季及實驗期間的幼苗存活率。此

15、外，移除地上植被和挖溝+移除地上植被處理也增加了荷木、海南欖仁和銀珠幼苗的生長率。而土壤水分含量的增高則提高了3種幼苗（青梅，荷木和銀珠）存活率及所有幼苗的生長率。高土壤水分含量對應著高的幼苗存活率和生長率。我們的研究表明，地上、地下競爭及水分梯度對熱帶季雨林分布海拔范圍內(nèi)典型樹木幼苗的存活和生長有顯著影響，地上、地下競爭及水分梯度是限制幼苗存活與生長的主要因素。
　　7.利用群落野外調(diào)查數(shù)據(jù)及生物量模型，估測了熱帶季雨林分布海拔

16、范圍內(nèi)不同熱帶森森林群落類型的生物量大小及其分布特征。結果表明：熱帶季雨林總生物量（205 Mg/hm2）低于熱帶低地雨林（409 Mg/hm2），而與轉化季雨林（176 Mg/hm2）無顯著差異，但熱帶季雨林具有最高的落葉物種及最低的常綠物種生物量。總生物量在大于5徑級內(nèi)熱帶低地雨林最高，第一徑級內(nèi)熱帶季雨林最高，第二、第三、第四徑級內(nèi)三種群落無顯著差異。熱帶季雨林中落葉物種生物量在所有徑級中均為最高，但常綠物種生物量除第一