海南岛热带天然林主要类型的生物多样性与群落组配

近日,由中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所臧润国研究员团队撰写的《海南岛热带天然林主要类型的生物多样性与群落组配》由高等教育出版社正式出版。本书是臧润国研究员及其团队在海南岛十多年研究工作的一个阶段性总结,主要以海南岛的六种热带天然林植被类型为对象,在大范围建立和调查不同规模的森林动态样地系列的基础上,测定了森林植物的主要功能性状和群落内主要环境因子,估测了森林群落或植物功能类群的主要生态功能指标,研究了热带天然林的群落与环境特征、生物多样性的时空分异规律,分析了不同森林类型的群落组配和多样性维持机制,探讨了生物多样性通过植物功能性状与生态功能的相互关系随森林群落类型、恢复阶段、环境因子的变化规律,为了解生物多样性与生态系统功能的耦合关系及动态维持机制奠定基础。该书不仅具有很高的理论意义,而且对于指导热带天然林的保护和恢复具有重要的实践价值。

生物多样性是决定生态系统功能的重要因素,物种丧失可能影响生境变化、生物地球化学循环和生态系统生产力等生态系统结构和功能。因此,系统理解生物多样性与生态系统功能之间的关系将有助于我们更好的应对日益严重的生物多样性丧失和生态系统功能下降的严峻现实。目前,大多数有关生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning, BEF)的控制实验主要在草原生态系统中进行,很少在生物多样性高、群落结构复杂的热带森林生态系统中开展相关工作。热带林在缓解全球气候变化和保护生物多样性方面具有非常重要的作用,同时热带林也是研究BEF耦合关系的理想场所。在与生态系统功能相关的指标中,功能多样性能够比物种多样性更好地反映生态系统功能。森林植被的功能多样性与森林生态系统的多个功能特征直接相关,因此可以作为判断森林生态系统退化等级和恢复阶段的功能性指标,也可以作为量化森林生态系统功能(如生物量、固碳效应等)和服务的间接指标。
群落组配指的是群落物种多样性的形成和维持过程。研究群落组配规律有助于揭示影响物种共存的各种因素,因此它已经成为当前研究生物多样性维持机制的热点。群落内的物种共存指区域种库的物种经过多层环境过滤(environmental filter)和生物作用(biotic interaction)被选入局域群落的过程,这些非生物作用和生物作用被认为是群落组配机制。近年来生态学家通过功能性状来研究群落组配机制,根据功能性状在不同组织水平的变化、功能性状与环境的相关性及零假设模型来分析群落的物种共存。群落中某些关键性状的变异可以反映植物对资源利用的生态策略,而由其组成的功能多样性随环境梯度的变异则可以揭示群落中物种的共存机制。近20年的研究表明,森林、灌丛、湿地和草地群落物种功能性状表现为趋异或趋同性,即物种共存是生态位分化的结果,但植物功能性状格局和它们的权衡(trade-off)对尺度有依赖性。
热带林是生物多样性最高、生态功能最强的陆地生态系统,在维护地球生态平衡中具有至关重要的作用。热带天然林的植物物种多样性要比地球上任何生境中的都高。据统计,占地球陆地覆盖面积7%的热带林中生存着地球上约50%的物种。海南省是我国最大的热带省份,海南岛的热带林属于亚洲雨林的北缘类型,在区系和结构上均与典型的亚洲雨林有较大的差别,同时又是我国森林植被中区系和结构最为复杂的类型,与我国大陆的森林植被有较大的差异,具有很高的多样性、特有性和复杂性,是我国乃至世界的宝贵自然财富,具有十分重要的保护价值和科学意义。海南岛在尖峰岭、霸王岭、五指山、吊罗山等都保存有一定面积的原生热带低地雨林、季雨林、山地雨林、山地常绿林、山地矮林等以及它们的演替系列,同时也具有由各类热带林被破坏后所形成的各种退化生态系统类型,包括不同年代、不同采伐方式和不同采伐强度干扰后形成的次生林,少数民族在不同年代刀耕火种后形成的不同大小和处于不同恢复阶段的植被斑块,台风等大型干扰破坏后形成的处于不同恢复阶段的干扰斑块,群落内小型树冠干扰后形成的不同大小和恢复阶段的林隙斑块,农耕撂荒后形成的灌木林、荒草地,人工种植橡胶等经济作物后形成的低产人工林地和严重水土流失地等,这些不同类型的热带林生态系统为我们开展热带天然林保护和恢复的研究提供了良好的野外调查、对比试验和系统分析的研究对象。海南岛有非常明确的自然边界,其干扰体系、地质历史过程和与周边区系的关系较易于分析,有利于对天然林生态系统的形成和变化规律的认识;海南岛全岛中高周低,地貌地势既复杂多变又有明显的规律性,岛内生态因子、生境、生物群落类型呈现明显的受不同方位影响的水平梯度和垂直梯度变化规律;加之群落结构复杂,生态系统的格局及其动态关系都有不同程度、不同方式的表达。
基于植物功能性状研究热带天然林生物多样性与生态功能及其组配规律,有助于全面理解热带天然林生态系统的功能发挥机制。本书以海南岛不同森林群落类型为对象,基于植物功能性状研究热带天然林的群落与环境特征、物种多样性、功能多样性和谱系多样性的时空分异规律,分析不同森林类型的群落组配规律。第1章总结了全球热带林生物多样性与群落组配研究进展;第2章介绍了我国海南岛热带天然林的主要植被类型;第3章以海南岛霸王岭林区六种典型热带森林植被为对象,初步构建了海南岛木本植物功能性状库,分析了群落结构及生物多样性随植被类型的变化规律;第4章以海南岛尖峰岭林区的热带天然林为对象,系统分析了典型热带天然林物种多样性时空动态及维持的基本规律;第5章以海南岛霸王岭和尖峰岭林区的典型热带天然林为对象,探讨了功能性状、生物多样性及地上生物量随海拔梯度、生境类型和演替阶段的变化规律,深入研究了功能性状和生物多样性如何响应环境变化并影响群落地上部分生物量;第6章以海南岛霸王岭林区不同恢复阶段的热带低地雨林幼苗库为对象,研究了不同生长型木本植物幼苗功能性状随自然恢复过程的变化趋势及影响因素,揭示了不同恢复阶段幼苗的增补动态;第7章以海南岛霸王岭热带低地雨林刀耕火种后不同恢复阶段的次生林为对象,分析了不同恢复阶段的物种组成及空间格局动态,研究了树种空间关联动态;第8章以海南岛霸王岭林区典型的热带季雨林为对象,研究了热带季雨林的生境、群落组成、结构及多样性特征,分析了群落内植物的主要功能性状、物种丰富度与个体多度、种-多度关系和生物量分配等随群落类型和环境条件的变化规律;第9章以海南岛霸王岭林区典型的热带天然针叶林群落及其与热带低地雨林或热带季雨林形成的热带针叶林-阔叶林生态交错区为研究对象,研究了环境因子、群落结构、植物功能性状和生物多样性随林分区域的变化规律,探讨了热带针叶林-阔叶林生态交错区的群落组配机制;第10章以海南岛霸王岭林区不同方式采伐后恢复的山地雨林为对象,分析了采伐干扰后群落的物种组成和结构动态,研究了不同采伐方式对生物多样性的影响。而有关海南热带山地雨林群落结构与功能等方面的研究,在团队的前期专著《海南岛热带林生物多样性及其形成机制》、《海南岛热带林生物多样性维持机制》和《海南岛热带天然林主要功能群保护与恢复的生态学基础》中另有详细介绍。第11章以海南岛霸王岭热带云雾林(热带山地常绿林与热带山顶矮林的统称)为对象, 通过定量分析和零假设模型研究热带云雾林群落内的物种共存和群落组配机制;第12章以热带天然林中的附生植物为对象,分析了物种多样性、附生类型多样性、生活型多样性以及空间分布,探讨了热带天然林内附生维管植物的多样性特征和空间分布格局。
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