该文献是一篇关于竹子入侵对森林结构和直径-高度全同律(diameter–height allometry)影响的研究报告,发表于《Forest Ecosystems》期刊,文章的作者包括Ouyang Ming(欧阳铭)、Anwar Eziz(安瓦尔·埃兹兹)、Shuli Xiao(萧舒丽)、Wenjing Fang(方文静)、Qiong Cai(蔡琼)、Suhui Ma(马素慧)、Jiangling Zhu(朱江凌)、Qingpei Yang(杨庆培)、Jinming Hu(胡金铭)、Zhiyao Tang(唐志尧)和Jingyun Fang(方景云)等。该文献聚焦于竹子入侵对森林结构的影响,特别是对森林中直径与高度的生长关系(全同律)的影响,研究对象为分布于中国亚热带地区的毛竹(Phyllostachys edulis)入侵情况。
竹子,特别是毛竹,是一种生长迅速且具有强大地下根茎系统的植物,广泛分布于中国的亚热带地区。竹子的快速扩张不仅对生态环境产生了深远的影响,也引起了学术界对其入侵机制的广泛关注。尽管竹子在中国及世界范围内具有重要的经济和社会价值,但它们在一些地区对原生森林的生态系统造成了显著的负面影响,如树木生长抑制、生物多样性丧失、碳储量减少等。然而,竹子如何通过改变森林结构以及如何影响直径与高度的全同律的具体机制仍然不清楚。因此,本文的主要目的是探讨竹子入侵对森林结构及其直径-高度全同律的影响,特别是竹子入侵的强度对森林结构和植物全同律的作用,并进一步分析气候、土壤等因素对这些变化的调节作用。
本文采用了大规模实地调查的方法,在中国41个地点进行了219条竹子入侵梯度的调查。研究覆盖了毛竹分布的主要区域,包括福建、江西、浙江、湖南、安徽、湖北等省份,研究区域的海拔范围从85米至2038米不等。每个地点设立了竹林、混合竹树林和非竹林三种类型的配对样地进行对比研究。
在样地调查中,研究团队首先记录了每个样地的纬度、经度、海拔、坡度、坡向和冠层覆盖度等基本信息,然后测量了所有直径大于3厘米的树木的胸径(dbh)和高度。此外,团队还对灌木层和草本层进行了物种组成、覆盖度和平均高度的记录。为了分析土壤条件,研究者采集了土壤样本并测定了其湿度和氮含量。为了评估气候的影响,团队还使用了湿润指数(P/PET,降水量与潜在蒸散量的比值)作为气候变量,并结合土壤和气候数据进行综合分析。
数据分析方面,研究者使用了“减少主轴回归”(RMA)回归方法来估计不同森林类型和物种的直径-高度全同律的尺度指数(α),并通过一元方差分析(ANOVA)和Tukey HSD检验来检验不同类型森林之间的结构变量的显著性差异。此外,研究者还使用了结构方程模型(SEM)来探讨竹子入侵强度、气候和土壤对直径-高度全同律的影响。
在竹子入侵的不同强度梯度下,研究者发现竹子入侵对森林的结构特征产生了显著影响。具体而言,竹子入侵导致了森林的平均胸径、最大胸径、最大树高和总基面积(TBA)均有所下降,但平均树高和树木密度则显著上升。与非竹林相比,竹林的平均胸径从16.4厘米降至9.8厘米,最大胸径从35.8厘米降至13.7厘米,最大树高从19.6米降至17.0米。此外,竹林的树木密度(3897株/公顷)显著高于混合竹树林(2930株/公顷)和非竹林(1609株/公顷)。
在直径-高度全同律的分析中,研究表明,竹子入侵使得森林的尺度指数(α)显著增大,尤其在竹林中表现最为明显。竹子的尺度指数(αb)较树木的尺度指数(αt)更大,特别是在混合竹树林中,这表明竹子相对于树木在生物量分配上更倾向于高度增长。而随着竹子入侵强度的增加,竹子的尺度指数逐渐趋于变化性较大的状态,而树木的尺度指数则受到树木密度增加的间接促进。
通过结构方程模型(SEM)分析,研究还发现,湿润指数对竹子和树木的尺度指数均具有直接促进作用,而竹子入侵强度和土壤氮含量则分别对竹子尺度指数产生负向影响。湿润指数对竹子尺度指数的贡献最大,其次是竹子入侵强度、土壤氮含量和树木密度。
本研究揭示了竹子入侵对森林结构和直径-高度全同律的影响机制。竹子通过其特有的生长模式,在入侵过程中能够改变森林的结构特征,并对森林中的树木生长产生抑制作用。研究表明,竹子入侵在一定程度上通过提高树木密度间接促进了树木的全同律尺度指数(αt),而竹子自身则由于更高的生物量分配给高度增长,具有较高的尺度指数(αb)。此外,湿润气候条件对竹子和树木的生长均有积极促进作用,尤其对竹子的生长和全同律尺度指数的变化起到了重要作用。
研究的理论价值在于为理解竹子入侵的生态机制提供了新的视角,尤其是在森林生态系统中竹子与树木之间的竞争关系。实际应用价值方面,研究结果能够为竹子入侵的防治和森林生态修复提供理论依据,尤其是在亚热带地区的竹子管理和生态恢复中,具有重要的指导意义。