保留木对川西亚高山天然次生林树木空间格局影响机制的研究

Remnant trees, remained after large-scale disturbance of forest, have exhibited positive ecological effects on conservation and recovery of ecosystem functions. However, researchers have not fully appreciated the mechanism of effects of remnant trees on spatial pattern of natural secondary forest. By adopting the concept of space as a substitute for time, three recovery stages (shrubs, deciduous broad-leaved forest and coniferous and broad-leaved mixed forest) plots under the same site conditions with size of 100 m × 100 m are selected in two restoration series of natural secondary forests with and without remnant trees in sub-alpine region of western Sichuan, China. In order to reveal the mechanism of effects of remnant trees on spatial patterns of trees in the natural secondary forest, trees in the plots are fully mapped, spatial point pattern analysis including Ripley's L-function and g-function based on null models of different ecological process, are mainly adopted to analyze spatial patterns of different size-classes and spatial associations between remnant trees and others tree species based on the forest community characteristics, and ultimately demonstrate the effects of remnant trees on pioneer trees and climax trees and regeneration pattern in the natural secondary forest restoration process. The results of this project will contribute to the understanding of ecological effects of remnant trees on natural secondary forest restoration process, and may also provide reference for study of restoration ecology of natural secondary forest.

森林受到强度干扰后存留的保留木对生态系统功能的保持和恢复具有综合的生态效应。然而，以往研究尚未能揭示保留木对天然次生林树木空间格局的影响机制。采用空间代替时间的方法，在有保留木和无保留木的两个川西亚高山天然次生林恢复序列中，分别选择立地条件一致的三个自然恢复阶段（灌丛、落叶阔叶林、针阔混交林）样地，样地面积均为100 m × 100 m。结合群落特征，采用全林木定位调查法，采用点格局分析法的Ripley's L和g函数，基于描述不同生态学过程的零假设模型，分析不同恢复阶段保留木与其他树木的空间分布格局及其空间关联性，探明在天然次生林恢复过程中保留木对先锋树种与顶级树种空间分布格局、种间关联和更新格局的影响，从而揭示保留木对川西亚高山天然次生林空间格局的影响机制。项目研究结果将有助于理解天然次生林恢复过程中保留木的生态学效应，亦可为天然次生林的恢复生态学研究提供参考。

森林生态系统受到强度干扰后的保留木对退化生态系统结构与功能的维持和恢复具有多方面的生态效应。然而，以往研究尚未能深入揭示保留木对天然次生林空间格局的影响机制。本研究在有保留木和无保留木的两个川西亚高山天然次生林树木恢复序列中，分别选择立地条件一致的三个自然恢复阶段（阔叶林、针阔混交林、原始林）样地，样地面积均为1 ha。采用全林木定位调查法，采用点格局分析法分析不同恢复阶段保留木与其他树木的空间分布格局及其空间关联性。主要研究内容为：保留木对其周围树木密度空间分布的尺度效应、保留木与不同恢复阶段树木空间关联的动态变化、保留木对不同恢复阶段先锋和顶级树种更新格局的影响、天然次生林树木空间格局的影响机制综合分析。本项目的一些重要研究结果和关键数据：（1）优势树种红桦(Betula albosinensis)与岷江冷杉(Abies faxoniana)的种间、种内竞争关系中，种间（Hegyi单木竞争指数(CI) = 2.484)＞红桦种内(CI = 1.711)>岷江冷杉种内(CI = 1.548)；14.5–15.5 m尺度上，红桦大径级保留木与岷江冷杉幼树呈显著的空间正关联； 6.5–7.5 m的尺度上，岷江冷杉大径级保留木与岷江冷杉幼树呈显著的空间负关联；0–100 m尺度上，岷江冷杉幼苗(≥4年)与两种大径级保留木均呈相互独立的空间关系。（2）在采伐50年后的川西亚高山红桦-岷江冷杉次生林中，大径级保留木的数量和分布对其他树木的空间分布具有显著的影响。对距离保留木0-100 m的幼苗、幼树、小树、中树密度进行O12(r)函数分析，发现这些树木密度均在0-10 m或20 m之间先趋于增大，之后迅速减小，存在一个距保留木的其他不同大小的树木密度最大的特定距离，证实了距离制约效应的存在，本研究丰富和拓展了Janzen-Connell假说。大径级保留木促进了演替后期优势树种岷江冷杉的更新和生长，制约了先锋树种红桦的更新和生长。采伐后存留的大径级保留木加快了红桦-岷江冷杉天然次生林中优势种替代的速度，促进了群落的正向演替。大径级保留木是红桦-岷江冷杉天然次生林中自然调节林分密度发展过程中的重要驱动力。本项目的研究结果将有助于深入理解受到强度干扰后森林生态系统中保留木的多种生态效应，可为退化森林生态系统的恢复与重建提供科学依据和技术手段。