本文選題：森林演替　切入點：功能性狀　出處：《中國林業(yè)科學研究院》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：演替能顯著改變森林群落結構和生態(tài)系統(tǒng)功能,葉片功能性狀和生態(tài)化學計量學分別將葉片性狀和元素平衡關系與生態(tài)過程聯(lián)系起來。長白山自然保護區(qū)擁有完整的原始闊葉紅松林生態(tài)系統(tǒng),并與周邊分布的不同林齡的楊樺次生林,共同形成了從先鋒到頂級群落的次生演替系列。本論文研究了長白山闊葉紅松林演替過程中主要樹種的葉片功能性狀和生態(tài)化學計量學的變異性,為深入理解森林演替過程中群落結構和生態(tài)系統(tǒng)功能的動態(tài)及其機制提供新的見解。本文主要研究結果如下:1.基于11個20 m×20 m不同林齡的樣地數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)隨著闊葉紅松林演替系列的進行,群落喬木組成和樹種多樣性發(fā)生明顯的變化,而喬木生物量從10年生(16.0-32.5 t ha-1)、30年生(171.1-206.7 t ha-1)、70年生(226.2-285.2 t ha-1)楊樺林向200年生(328.3-514.2 t ha-1)闊葉紅松林持續(xù)增加。有趣的是,不耐陰的水曲柳(最大壽命280年)和一般耐陰的蒙古櫟(最大壽命270年)在演替前期和后期都占據(jù)一定優(yōu)勢地位,而不耐陰的白樺和山楊(最大壽命均為150年)在演替后期被淘汰,說明物種的替代是耐陰性和壽命共同變化的結果。2.對于自然生境下不同演替階段6個主要樹種的小樹和大樹,方差分析和主成分分析共同表明,在所分析的13個葉片功能性狀中,不耐陰前期樹種與耐陰后期樹種的主要差異不是光合能力(飽和光強下的光合速率)或光合潛力(最大羧化速率和電子傳遞速率),而是比葉重(LMA)。然而,這種差異僅在光照條件不同的小樹階段表現(xiàn)明顯,而當前期和后期樹種都發(fā)育成為冠層大樹之后,這種差異消失甚至發(fā)生逆轉。3.所有樹種的單位質量葉片光合能力(Amass)都隨個體發(fā)育而下降,即使林下遮光后期種小樹Amass也比林冠大樹高。但不耐陰前期樹種單位面積葉片光合能力(Aarea)隨個體發(fā)育下降,而耐陰后期種Aarea隨個體發(fā)育增加。進一步定量分析表明,在個體發(fā)育過程中,前期樹種主要通過改變葉片內部N分配和光合N利用效率來調整光合能力,而后期樹種主要通過改變葉片結構(即LMA)來優(yōu)化光合表現(xiàn)。4.頂級樹種紅松是一種常綠針葉樹種,樹冠由不同年齡的葉片組成。結果表明,紅松小樹Amass和氣孔導度(gs)均高于大樹,與大樹更受水力限制的假說一致。此外,通過對比當年生和1年生葉片的功能性狀,發(fā)現(xiàn)林下遮陰小樹葉片LMA和光合生理性狀比冠層大樹更易受葉齡的影響,這可能是由于林下光照限制了葉片生長導致的。5.不同演替階段7個樹種葉片碳(C)、氮(N)含量和C:N比在森林發(fā)育過程中保持穩(wěn)定;而除了山楊外,其他樹種枝條或細根C、N含量和C:N比變化顯著。這意味著葉片C:N化學計量穩(wěn)定性高于枝條和細根。群落水平上葉片C:N比在林齡70年生以下的楊樺林保持穩(wěn)定,而在200年生闊葉紅松林顯著增加,說明演替頂級群落擁有更高的N利用效率。表層土壤(0-10cm)C含量與N含量等速變化,因而土壤C-N之間保持耦合,但植物器官和凋落物不存在這種C-N耦合關系。
[Abstract]:Succession can significantly change the forest community structure and ecosystem function, leaf functional traits and ecological stoichiometry were linked to leaf traits and balance the relationship between elements and ecological processes. The Changbai Mountain Nature Reserve has original broad-leaved forest ecosystem, and with different ages surrounding the distribution of secondary poplar birch forest, formed from pioneer to secondary succession climax. This paper studied the variability of leaf functional traits and ecological stoichiometry of main tree species of broadleaved Korean pine forest in Changbai Mountain in succession, provide new insights into the dynamic mechanism and its deep science community structure and ecological system in forest succession function. The main results of this paper are as follows: 1. based on 11 20 m * 20 m different age of the sample data, found with the broad-leaved Korean pine forest succession, community composition and tree Tree species diversity changed obviously, and the tree biomass from 10 years old (16.0-32.5 t HA-1), 30 years (171.1-206.7 t HA-1), 70 year old Yang Hualin (226.2-285.2 t HA-1) to 200 years (328.3-514.2 t HA-1) in broad-leaved Korean pine forest continued to increase. Interestingly, no shade of water ash (maximum life span of 280 years) and the shade of the oak in Mongolia (the maximum life span of 270 years) will occupy a certain advantage in the early and late succession, without shade of birch and poplar (maximum life span is 150 years) was eliminated in the late successional species, that alternative is resistant to negative and common life changes the results of.2. for the 6 main tree species in natural habitats in different successional stages of trees and trees, variance analysis and principal component analysis show that in the 13 leaf functional traits analysis, shade intolerant species and shade tolerant species in the late stage of the main difference is not photosynthetic capacity (full The photosynthetic rate and light intensity) or photosynthetic potential (maximum rate of carboxylation and electron transfer rate), but the specific leaf weight (LMA). However, the difference only in the performance of young trees of different illumination significantly, and when the early and late species have developed into canopy trees, leaves the unit mass the differences disappear or even reverse.3. of all species of photosynthetic capacity (Amass) decreased with the development of individuals, even under the forest trees for Amass than the late shading canopy trees. Not resistant to leaf Yin early successional tree species photosynthetic capacity per unit area (Aarea) with individual development and decline, the shade of late Aarea with individual the development of further increased. The quantitative analysis showed that during ontogeny, early successional tree species mainly by changing the internal N distribution and leaf photosynthetic N use efficiency to adjust the photosynthetic capacity, while the latter species mainly by changing the structure of leaves (LMA). Optimization of photosynthetic performance of.4. top species of Korean pine is an evergreen conifer, a crown of leaves of different age. The results show that the pine tree Amass and stomatal conductance (GS) were higher than that of trees, the more favorable the hydraulic limitation hypothesis and trees. In addition, by comparing the year and 1 year old leaf functional traits influence of forest shade, small leaf LMA and photosynthetic physiological traits are more susceptible than leaf canopy trees, which may be due to the limitation of understory light leaves led to the growth of.5. in different successional stages of 7 species of leaf carbon (C), nitrogen (N) content and C:N ratio remained stable in the forest development process; in addition to Aspen, other tree branches or root C, N content and C:N ratio changes significantly. This means that the leaf C:N stoichiometry stability is higher than the level of community branches and fine root. Leaf C:N ratios remained stable in the age of 70 years under Yang Hualin, and The 200 year old broad-leaved Korean pine forest increased significantly, indicating that the successional climax community had higher N utilization efficiency. The surface soil (0-10cm) C content and N content changed at the same speed, so the soil C-N remained coupled, but there was no C-N coupling relationship between plant organs and litter.

【學位授予單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S718.5

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本文編號：1644350