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Spatial distribution and habitat-association of snags in the tropical karst seasonal rainforest of Southwest Guangxi, China

桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的空间格局及生境关联性分析



全 文 :  Guihaia  Feb. 2016ꎬ 36(2):154-161
http: / / journal.gxzw.gxib.cn
http: / / www.guihaia-journal.com
DOI: 10.11931 / guihaia.gxzw201507024
郭屹立ꎬ 王斌ꎬ 向悟生ꎬ 等. 桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的空间格局及生境关联性分析[J]. 广西植物ꎬ 2016ꎬ 36(2):154-161
GUO YLꎬ WANG Bꎬ XIANG WSꎬ et al. Spatial distribution and habitat ̄association of snags in the tropical karst seasonal rainforest of Southwest Guangxiꎬ
China[J]. Guihaiaꎬ 2016ꎬ 36(2):154-161
桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的
空间格局及生境关联性分析
郭屹立1ꎬ2ꎬ 王  斌1ꎬ2ꎬ 向悟生1ꎬ2ꎬ 丁  涛1ꎬ2ꎬ 陆树华1ꎬ2ꎬ
黄甫昭1ꎬ2ꎬ 文淑均1ꎬ2ꎬ 李冬兴1ꎬ2ꎬ 李先琨1ꎬ2∗
( 1. 广西喀斯特植物保育与恢复生态学重点实验室ꎬ 广西壮族自治区中 国 科 学 院 广西植物研究所ꎬ
广西 桂林 541006ꎻ 2. 广西友谊关森林生态系统定位观测研究站ꎬ 广西 凭祥 532699 )
摘  要: 枯立木是森林生态系统物质循环和能量流动的重要组成部分ꎬ对森林群落动态和演替具有重要作
用ꎮ 该研究以位于桂西南的弄岗北热带喀斯特季节性雨林 15 hm2森林动态监测样地为平台ꎬ以样地中 2011
年第一次植被调查数据胸径(diameter at breast heightꎬ DBH)≥1 cm的枯立木为研究对象ꎬ在充分考虑空间自
相关的基础上分析其不同径级(小径级ꎬ1 cm≤DBH<5 cmꎻ中径级ꎬ5 cm≤DBH<15 cmꎻ大径级ꎬ15 cm≤DBH)
的空间分布格局、枯立木多度与环境因子的相关性及生境关联性等ꎮ 结果表明:枯立木所有个体和小径级分
别在 0~4 m和 0~5 m尺度上表现为聚集分布ꎬ其它尺度为随机分布ꎻ中径级和大径级在 0~ 30 m尺度上均为
随机分布ꎮ 大径级与凹凸度表现为显著负相关ꎬ所有个体和小径级与干旱度指数和样方内所有植株个体数为
显著正相关ꎬ所有个体和小径级与样方内最大胸径和平均胸径呈显著负相关ꎮ 所有个体和小径级与 3种生境
类型间的关联性并不显著ꎻ中径级与山坡呈正关联性、与山脊呈负关联性、与山谷无显著关联性ꎻ大径级与山
谷呈正关联性、与山坡无显著关联性、与山脊呈负关联性ꎮ 在喀斯特季节性雨林中ꎬ枯立木空间分布格局总体
表现为随机分布ꎬ仅小径级在小尺度内聚集分布ꎬ而较大径级在样地中表现出一定的生境关联性ꎻ树木死亡过
程可能是小尺度内密度制约、大尺度内生境过滤和个体自然衰老等生态学过程形成的ꎮ
关键词: 空间点格局ꎬ 相关性ꎬ 环境因子ꎬ 枯立木ꎬ 喀斯特季节性雨林
中图分类号: Q948.1    文献标识码: A    文章编号: 1000 ̄3142(2016)02 ̄0154 ̄08
Spatial distribution and habitat ̄association of
snags in the tropical karst seasonal rainforest
of Southwest Guangxiꎬ China
GUO Yi ̄Li1ꎬ2ꎬ WANG Bin1ꎬ2ꎬ XIANG Wu ̄Sheng1ꎬ2ꎬ DING Tao1ꎬ2ꎬ LU Shu ̄Hua1ꎬ2ꎬ
HUANG Fu ̄Zhao1ꎬ2ꎬ WEN Shu ̄Jun1ꎬ2ꎬ LI Dong ̄Xing1ꎬ2ꎬ LI Xian ̄Kun1ꎬ2∗
( 1. Guangxi Key Laboratory of Plant Conservation and Restoration Ecology in Karst Terrainꎬ Guangxi Institute of Botanyꎬ
Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciencesꎬ Guilin 541006ꎬ Chinaꎻ 2. Guangxi Youyiguan
Forest Ecosystem National Research Stationꎬ Pingxiang 532699ꎬ China )
Abstract: Snag is an important component of forest ecosystemsꎬ and studying the spatial distribution of snags abundance
收稿日期: 2015 ̄07 ̄23    修回日期: 2015 ̄09 ̄28
基金项目: 国家自然科学基金(31500342)ꎻ广西自然科学基金(2015GXNSFBA139050)ꎻ中国科学院“西部之光”项目(人字(2014) 91 号)
[Supported by the National Natural Science Foundation of China (31500342)ꎻ the Natural Science Foundation of Guangxi (2015GXNSFBA139050)ꎻ
“Western Light” Project of the Chinese Academy of Sciences ((2014)91)]ꎮ
作者简介: 郭屹立(1981 ̄ )ꎬ男ꎬ河南鹤壁人ꎬ博士ꎬ助理研究员ꎬ主要从事植被生态学和恢复生态学研究ꎬ(E ̄mail) yiliguo810414@ 163.comꎮ
∗通讯作者: 李先琨ꎬ研究员ꎬ主要从事植物生态学和恢复生态学方面的研究ꎬ(E ̄mail) xiankunli@ 163.comꎮ
and its impacting factors will provide insights of the mechanism of tree death and the succession of community. The ob ̄
jective of this study was to understand how snags would vary with environmental factorsꎬ and to infer the underlying
mechanisms. Our study was based on data from a 15 hm2 study plot investigation in tropical karst seasonal rain forestꎬ
Southwest Guangxiꎬ China. The snags with DBH (diameter at breast height) larger than 1 cm were classified. And the
spatial distribution of snags abundance and its impact factors like spatial and topographic variables were analyzed using
point pattern analysis with K2(r) ̄index and habitat associations analysis with Torus ̄translation tests. Snags were mostly
randomly distributed in the plotꎬ but aggregated at local scales of 0-5 m for small group. Snags and the small group were
significantly positively with ACH (altitude above channel) and abundanceꎬ but negatively the mean DBH and maximum
DBH of each 20 m×20 m quadrat. The large group was only significantly negatively with convexityꎬ while the middle
group was no significant correlation with any environmental factors. Density of snags had no habitat association with three
habitat typesꎬ but the density of larger groups was different significantly associated with three habitat types. The spatial
patterns of snags of karst tropical seasonal rainforest had spatio ̄temporal discrepancy. Snags were randomly distributed in
the mass. The spatial patterns of snags might be formed by density dependence at local scalesꎬ but habitat filter and in ̄
trinsic aging at larger scales.
Key words: spatial distribution patternꎬ correlationꎬ environmental factorsꎬ snagsꎬ karst seasonal rainforest
    枯立木是森林生态系统中一个的重要组成部
分ꎬ在生态系统碳存贮和碳循环等过程中发挥不可
替代的作用(Teodosiu & Bouriaudꎬ2012)ꎮ 它是菌类
植物的生存附体ꎬ是原生和食腐动物的食物来源ꎬ还
是野生动物造穴、栖居、觅食、避难和繁殖后代等行
为特征的重要场所(Kebli et alꎬ2012)ꎮ 枯立木的形
成过程包含众多重要的生态学过程( Zhang et alꎬ
2009ꎻ Bin et alꎬ2011ꎻ Wang et alꎬ2012)ꎮ 因此ꎬ揭
示枯立木分布格局的形成过程和机制对理解森林生
态系统树木死亡机理及群落动态规律具有重要意义ꎮ
树木死亡是森林生态系统中一个重要且复杂的
生态学过程ꎬ形成这一生态学过程的原因很多ꎬ如密
度制约(种间 /种内竞争、病原菌、动物取食等)、生
境过滤、个体自然衰老以及其它随机性事件等
(Metcalf et alꎬ2009ꎻ Wang et alꎬ2012ꎻ 王利伟等ꎬ
2011ꎻ Baldeck et alꎬ2013)ꎮ 时间和空间尺度均会影
响树木死亡格局的产生ꎬ如大的空间尺度上生境过
滤和小尺度上密度制约等生物因素都可能会起到较
大作用ꎻ大龄级个体可能由自然衰老引起ꎬ而小龄级
个体则可能由密度制约、自然随机性事件等引起
(Gray & Heꎬ2009ꎻ Metcalf et alꎬ2009)ꎮ 通常ꎬ树木
死亡这一生态学过程是由多种因素共同作用引起的
结果(Franklin et alꎬ1987)ꎮ 而要揭示这一过程ꎬ需
要对枯立木的空间分布及其影响因子开展多方位的
量化分析ꎮ
目前ꎬ国外围绕树木死亡原因和过程、时空变异
以及对生态系统的影响等开展了研究(Rouvinen et
alꎬ2002ꎻ Lutz & Halpernꎬ 2006ꎻ Liu et alꎬ 2007ꎻ
Bigler & Veblenꎬ2011)ꎮ 而国内关于树木死亡的研
究主要涉及倒木储量、分解速率以及粗木质物残体
(coarse woody debrisꎬ CWD)和细木质残体 ( fine
woody debrisꎬ FWD)在森林生态系统物质循环中的
作用(唐旭利和周国逸ꎬ2005ꎻ 刘翠玲等ꎬ2009ꎻ 刘
妍妍和金光泽ꎬ2010)等ꎮ 此外ꎬ对枯立木的多度格
局和死亡动态也进行了广泛研究(王利伟等ꎬ2011ꎻ
王斌等ꎬ2014bꎻ 卢志军等ꎬ2015ꎻ 玉宝等ꎬ2015)ꎮ
本研究以位于广西壮族自治区弄岗国家级自然
保护区的北热带喀斯特季节性雨林 15 hm2动态监
测样地中的枯立木为对象ꎬ分析其空间分布及其与
环境因子的相关性ꎬ以期为揭示喀斯特季节性雨林
树木死亡机制及群落更新动态提供依据ꎮ 已有研究
认为该区具有生境异质性强、群落结构复杂、特有种
丰富、物种生境关联性强、密度制约不普遍等特征
(黄俞淞等ꎬ2013ꎻ 黄甫昭等ꎬ2014ꎻ 王斌等ꎬ2014aꎻ
郭屹立等ꎬ2015aꎬ b)ꎮ 结合前期研究我们认为ꎬ树
木死亡过程在较大的尺度上受生境异质性影响强
烈ꎬ存在明显的生境关联性ꎬ而在较小的尺度上存在
因密度制约引起的死亡ꎬ此外还与个体的龄级有关ꎮ
基于此ꎬ我们拟回答以下问题:(1) 不同径级枯立木
的空间分布格局ꎻ(2) 不同径级枯立木的分布和形
成过程的影响因素ꎮ
1  材料与方法
1.1 研究区域概况
弄岗国家级自然保护区位于广西壮族自治区崇
5512期            郭屹立等: 桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的空间格局及生境关联性分析
左市的龙州和宁明两县交界处ꎬ大致呈东南-西北
长条状分布ꎬ由弄岗、陇瑞和陇呼 3 大片区组成ꎬ总
面积约 10 077 hm2ꎮ 保护区内目前仍保存着我国少
有的面积较大的生态系统较为完整的典型北热带喀
斯特山地季节性雨林植被类型ꎮ 其土壤类型主要有
淋溶红色石灰土、棕色石灰土、水化棕色石灰土、黑
色石灰土及原始石灰土等ꎮ 据 1971-2000 年水文
气象统计ꎬ该地区年均降水量 1 150 ~ 1 550 mmꎬ最
多达 2 043 mmꎬ最少仅 890 mmꎬ降雨量季节分布不
均匀ꎬ有明显的干湿交替季节ꎬ年均气温 22 °Cꎮ
广西植物研究所依照 CTFS (Center for Tropical
Forest Science)大型固定监测样地建设标准建立了
弄岗北热带喀斯特季节性雨林 15 hm2(300 m × 500
mꎬ 22°25′ N、106°57′ E)定位样地ꎮ 整个样地包括
从山顶、山坡到洼地等一系列喀斯特山地典型的
“峰丛-洼地”生境类型ꎬ具有较强的生境异质性ꎮ
其它样地概况参见黄甫昭等 ( 2014) 和王斌等
(2014a)ꎮ
1.2 植被调查
弄岗喀斯特季节性雨林 15 hm2样地于 2010 年
7月开工ꎬ并于 2011年底完成第 1 次植被调查ꎮ 植
被调查指标主要包括样地内所有 DBH ≥ 1 cm的木
质非藤本个体(包括萌枝和根萌在内)ꎬ记录其物种
名称、胸径、坐标及生长状况等信息ꎮ 据统计ꎬ样地
内 DBH ≥ 1 cm 的独立个体 68 010 株ꎬ包括分枝、
萌枝在内的活体个数为 95 471株ꎬ隶属于 56科 157
属 223 种ꎮ 主要优势种有闭花木 ( Cleistanthus
sumatranus)、苹婆( Sterculia monosperma)和广西牡
荆(Vitex kwangsiensis)等(王斌等ꎬ2014a)ꎮ
据统计ꎬ样地内 DBH ≥ 1 cm 的枯立木个体共
计 2 454株ꎬ胸径多度呈典型的倒“J”型分布ꎬ表现
为小径级个体数量较多ꎬ而随着径级的增大ꎬ个体数
量迅速下降ꎮ 为使分析具有数量统计学意义ꎬ避免
统计学中零值过多等问题ꎬ根据个体的 DBH将所有
枯立木个体划分为 3种径级:小径级ꎬ1 cm≤DBH<5
cmꎬ计 1 344株ꎻ中径级ꎬ5 cm≤DBH<15 cmꎬ计 715
株ꎻ大径级ꎬ15 cm≤DBHꎬ计 195株ꎮ
1.3 数据分析
选择依据单变量成对相关函数[Univariate pair ̄
correlation functionꎬ g(r)]所改进的 K2(r)函数(K2 ̄
index)对枯立木数据进行空间点格局分析ꎮ K2(r)
函数用来描述连续距离间所期望点(points)的数目
差异ꎬ而 g(r)则为连续圆环内所期望点的数目差异
(Schiffers et alꎬ2008)ꎮ 与 g( r)不同ꎬK2(r)并不用
来阐述一系列距离范围ꎬ而是用来揭示事件不是随
机分布的系列距离范围的上限ꎬ能更准确描绘出小
尺度内点分布格局ꎮ 二者存在公式(1)所示关系ꎮ
与 g(r)相反ꎬK2(r) >0 表示规则分布ꎬK2( r) <0 表
示聚集分布ꎬK2(r)= 0 则为随机分布ꎮ 有关 K2(r)
函数介绍可参考 Schiffers et al (2008)和 Zhu et al
(2013)ꎮ 应用 Monte Carlo循环 999次ꎬ产生置信度
为 99%的包迹线以检验点格局分析结果的显著性ꎮ
相关分析过程在 spatstat (Baddeley & Turnerꎬ2005)
和 spatial (Venables & Ripleyꎬ2002)软件包中实现ꎮ
K^2( r)= g^( r+△r)-g^( r-△r) / 20r (1)
用全站仪所得到的精确海拔数据来计算每个
20 m×20 m样方的平均海拔、平均坡向、平均坡度和
平均凹凸度等 4个地形指标(Harms et alꎬ2001ꎻ Va ̄
lencia et alꎬ 2004)ꎬ其中平均坡向进行正弦(sine)和
余弦(cosine)转换(Legendre et alꎬ2009)ꎮ 由于缺少
土壤水分数据ꎬ所以用地形湿润指数( topographic
wetness indexꎬ TWI)和干旱度指数 ( altitude above
channelꎬ ACH)来反映土壤湿度状况ꎬ计算方法参见
Punchi ̄Manage et al(2013)ꎬ合计 7个地形因子ꎮ 此
外ꎬ依据每木调查得到的每样方内所有植株个体数、
胸高断面积 ( cross ̄sectional area at breast heightꎬ
CBH)、最大胸径和平均胸径等 4 个生物因子ꎬ共计
11个环境因子ꎮ
参照 Itoh et al(2010)改进后的 Torus ̄translation
研究方法ꎬ采用校正后的标准差( adjusted ̄standard
deviation)来检验枯立木分布格局与环境因子的相
关性ꎮ 如果经校正后观察值的标准差比 95%置信
区间的模拟值小ꎬ说明枯立木分布和该环境因子显
著相关ꎮ 本研究在 Itoh et al(2010)研究方法的基础
之上采用 Spearman 相关系数来分析枯立木分布格
局和该地形因子的相关性ꎬ如果观察到的相关系数
大于或小于 97. 5%的模拟值ꎬ则表明 P< 0. 05ꎮ 此
外ꎬ我们依据 Comita et al ( 2007)改进后的 Torus ̄
translation法检验枯立木分布格局与样地中采用多
元回归树法(multivariate regression treeꎬ MRTꎬ De’
athꎬ2002)划分为 8 种群丛类型(黄甫昭等ꎬ 2014)
的结论进行归类后的 3 种生境类型 (郭屹立等ꎬ
2015cꎻ 图 1)的生境关联性ꎮ
本文 K2( r)空间点格局分析、Torus ̄translation
检验及其它相关统计分析和绘图等均在 R 3.2.0 (R
Core Team)中完成ꎮ
651 广  西  植  物                                  36卷
2  结果与分析
2.1 枯立木的空间分布格局
总体上ꎬ小径级在相对海拔较高的区域分布较
多ꎬ而大径级在相对海拔较低的区域分布较多(图
1)ꎬ这可能与相对海拔较高区域多分布小乔木和灌
木物种有关ꎮ 枯立木所有个体和小径级分别在 0~4
m和 0~5 m较小的尺度上表现为聚集分布ꎬ其它尺
度为随机分布(图 2:aꎬ b)ꎻ而中径级和大径级则在
0~30 m尺度内均表现为随机分布事件ꎬ其中大径级
在局域尺度上(5~6 m)表现为规则分布(图 2:cꎬ d)ꎮ
图 1  弄岗 15 hm2 样地生境地形图及样地内枯立木
直观空间分布图  白色为山脊ꎻ浅灰色为山坡ꎻ灰色为谷底ꎮ
“􀅰”小径级(1 cm≤DBH<5 cm)ꎻ “ o”中径级(5 cm≤DBH<15
cm)ꎻ “○”大径级(15 cm≤DBH)ꎮ
Fig. 1  Contour map and visual snags spatial distribution
of the 15 hm2 Nonggang forest dynamic plot  White is ridgeꎻ
light gray is slopeꎻ gray is valley. “􀅰” small individuals (1 cm≤
DBH<5 cm)ꎻ “o” middle individuals (5 cm≤DBH<15 cm)ꎻ “○”
large individuals (15 cm≤DBH).
2.2 枯立木和环境因子的相关性
枯立木的分布格局总体上和环境因子的相关性
并不明显ꎬ仅与少数环境因子表现出显著相关性ꎮ
其中ꎬ枯立木所有个体与平均胸径(Spearman’ s rho
=  ̄0. 2396ꎬ P < 0. 001ꎬ 图 3: a ) 和 最 大 胸 径
(Spearman’ s rho =  ̄0.1422ꎬ P<0.001)呈显著负相
关ꎬ而与干旱度指数(Spearman’ s rho = 0.2603ꎬ P<
0.001)和样方内所有个体数 ( Spearman’ s rho =
0.3611ꎬ P<0.001ꎬ 图 3:b)呈显著正相关ꎻ小径级个
体与平均胸径(Spearman’s rho =  ̄0.2987ꎬ P<0.001)
和最大胸径(Spearman’s rho= ̄0.1881ꎬ P<0.001)呈显
著负相关ꎬ而与干旱度指数(Spearman’s rho = 0.2432ꎬ
P<0.001)和样方内所有个体数(Spearman’ s rho =
0.4235ꎬ P<0.001)呈显著正相关ꎻ中径级个体与所有
环境因子相关性并不显著ꎻ大径级个体仅与凹凸度呈
显著负相关(Spearman’s rho= ̄0.1448ꎬ P<0.001)ꎮ
2.3 枯立木的生境关联性分析
不同径级与不同生境的关联性差异较为明显ꎬ
其中枯立木所有个体及其小径级与 3种生境类型均
不存在显著关联性ꎻ中径级与山坡呈正关联、与山脊
呈负关联、与山谷无显著关联性ꎻ大径级与山谷呈正
关联、与山坡无显著关联、与山脊呈负关联(表 1)ꎮ
这表明在运用 Tours ̄translation 剔除空间自相关后ꎬ
枯立木总体上在样地中呈随机分布ꎬ但较大径级个
体在样地中表现出一定的生境关联性ꎬ如中径级多
分布在山坡、大径级多分布于山谷而较少分布于山
脊等ꎮ
表 1  枯立木的生境关联性分析
Table 1  Analysis of habitat associations of snags of
the 15 hm2 Nonggang forest dynamic plot
径级
DBH classes
山脊
Ridge
山坡
Slope
谷底
Valley
1 cm≤DBH<5 cm / / /
5 cm≤DBH<15 cm / + -
15 cm≤DBH - / +
总体 All individuals / / /
  +: 正关联ꎻ / : 无关联ꎻ -: 负关联.
  +: Positive associationꎻ / : No associationꎻ -: Negative association.
3  讨论与结论
喀斯特地区生境特殊性主要表现在水平空间的
高度异质性和垂直剖面的多层次性 (郭柯等ꎬ
2011)ꎮ 其独特的峰丛-洼地地质、地貌特征形成了
从山顶到洼地土壤、水分、光照、岩石裸露率等环境
条件发生一系列急剧的变化(王斌等ꎬ2014bꎻ 郭屹
立等ꎬ2015b)ꎮ 地形对种群的分布格局存在着直接
和间接的影响:首先是相对海拔、坡度、坡向的直接
影响ꎬ其次是地形因子引起光照、温度、水分以及土
壤资源的再分配等的间接影响(黄甫昭等ꎬ2014)ꎮ
而对森林植被产生直接的空间资源再分配ꎬ是影响
林分发展和群落演替的重要因子 (刘妍妍等ꎬ
2009)ꎮ 山脊的土壤稀薄、养分缺乏、 竞争激烈等形
成的“土壤生态位”特化更容易形成枯立木(Yamada
7512期            郭屹立等: 桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的空间格局及生境关联性分析
图 2  弄岗 15 hm2 样地枯立木空间点格局分析  a. 所有枯立木ꎻ b. 小径级ꎻ c. 中径级ꎻ d. 大径级的单变量 K2(r)函数点格局分析
Fig. 2  Point pattern analysis of snags spatial distribution of the 15 hm2 Nonggang forest dynamic plot  a-d. Univariate spatial pattern
analysis of K2(r) ̄index  a. All individuals of snagsꎻ b. Small individuals of snagsꎻ c. Middle individuals of snagsꎻ d. Large individuals of snags
图 3  枯立木分布格局与环境因子的相关性分析  虚线为 5%~95%区间ꎻ 实线为实际相关系数位置ꎻ 以枯立木所有个体与样方
内平均胸径和所有植株个体为例ꎮ
Fig. 3  Analysis of correlation of snags spatial distribution and environmental factors of the 15 hm2 Nonggang forest dynamic plot
  Dashes lines are interval of 5%-95%ꎻ Solid lines are the actual position of relative coefficientꎻ Take the correlations of mean DBH and all individuals
in the quadrats to snags spatial distribution as examples.
et alꎬ2006ꎻ 卢志军等ꎬ2015)ꎮ 因此ꎬ喀斯特独特的
地质、地貌特征以及由此引发的生物因素将会是影
响枯立木分布格局的重要因素之一ꎮ 总体上ꎬ喀斯
特季节性雨林中枯立木小径级在相对海拔较高地区
分布较多ꎬ大径级在相对海拔较低地区分布较多ꎻ而
小径级在较小的尺度上呈聚集分布ꎬ但总体以随机
分布为主ꎮ
在本研究喀斯特季节性雨林样地中ꎬ枯立木的
空间点格局表现为小尺度(0 ~ 5 m)的聚集分布ꎬ其
它尺度则为随机分布ꎬ尤其是径级较大的个体ꎮ 这
851 广  西  植  物                                  36卷
一结论与卢志军等(2015)在八大公山常绿落叶阔
叶混交林中得出枯立木在 0~30 m 尺度内以聚集分
布为主的结论不同ꎮ 一方面可能是因为群落结构和
类型差异ꎻ另一方面可能是因为选择的分析函数不
同ꎮ 在使用单变量成对相关函数(g(r))分析后ꎬ弄
岗喀斯特季节性雨林样地中仅小径级在 0 ~ 24 m 尺
度内为聚集分布ꎬ其它尺度及较大径级则均为随机
分布ꎮ 相比 g(r)函数ꎬK2(r)函数在异质性格局中ꎬ
尤其是生态学过程发生在多尺度空间时更具有优越
性(Schiffers et alꎬ2008)ꎮ
本研究中ꎬ中径级和大径级受环境因子影响很
弱ꎬ这在其空间点格局和与环境因子的相关性分析
中得到了验证ꎮ 其中大径级仅与凹凸度呈显著负相
关性ꎬ这一结论与不同地形中分布的物种特性有关ꎮ
由于受光照、水分、土壤、岩石裸露率等环境因素的
影响ꎬ相对海拔较高地区(如山脊、高坡位等)的物
种多以耐旱、耐贫瘠、喜光的小乔木和灌木为主ꎬ如
毛叶铁榄( Sinosideroxylon pedunculatum)、山榄叶柿
(Diospyros siderophylla)、清香木(Pistacia weinmanni ̄
folia)、黄梨木(Boniodendron minius)ꎮ 而相对海拔
较低地区(谷底)则多以耐涝、耐荫的高大乔木和小
乔木为主(黄甫昭等ꎬ 2014)ꎬ如劲直刺桐(Erythrina
stricta)、广西牡荆(V. kwangsiensis)、苹婆(S. mono ̄
sperma)、对叶榕(Ficus hispida)等ꎮ 这一结论在枯
立木与 3种生境类型的关联性分析中得到了验证ꎬ
如大径级与山脊存在显著负关联、与谷底存在显著
正关联ꎮ
小径级受环境因素影响较为明显ꎬ与干旱度指
数和样方内所有植株个体数呈显著正相关ꎬ与样方
内植株个体的平均胸径和最大胸径呈显著负相关ꎮ
其中ꎬ地形因子中干旱度指数与小径级的正相关性
亦与以上论述一致ꎬ即相对海拔较高的干旱地区因
水分、养分匮乏等有较多的小径级死亡个体ꎬ这也可
能是因为小径级个体易受干旱影响导致死亡率较
高ꎻ而与样方内所有植株个体数的正相关性可能是
因为植株个体多的样方内多以小树为主ꎬ因此种间、
种内竞争以及密度制约引起个体死亡率增大等原因
造成的ꎻ平均胸径和最大胸径较大的样方因存在胸
径较大的个体ꎬ其周围往往个体较少ꎬ由于对资源获
取的绝对优势ꎬ幼苗个体很难进入大树周围ꎮ
在对物种多度进行关联性分析的时候ꎬ物种多
度数据通常伴随数据非正态性、零值过多、空间自相
关的问题ꎬ进而可能会影响模型的拟合效果(Leg ̄
endreꎬ1993ꎻ Wang et alꎬ2009ꎻ Itoh et alꎬ2010ꎻ 王斌
等ꎬ2014b)ꎮ 王斌等(2014b)运用零膨胀负二项模
型以避免数据非正态性且零值过多等问题ꎬ分析了
3种取样尺度下(5 m×5 mꎬ 10 m×10 mꎬ 20 m×20
m)枯立木多度的空间分布及其影响因子等ꎬ研究得
出弄岗样地枯立木的空间分布受空间尺度、地形、群
落类型等多重影响ꎬ表明随着取样尺度的增大枯立
木多度与海拔、坡度、凹凸度等因子的相关性逐渐减
弱ꎬ而与空间相邻因子的相关性逐渐增强ꎮ 而本研
究选用基于 20 m × 20 m 尺度内枯立木多度数据ꎬ
运用 K2(r)函数和 Torus ̄translation检验法分析枯立
木多度在样地内的空间分布格局及其与 3种生境的
关联性ꎬ在研究对象和分析方法选择时充分考虑了
取样大小ꎬ以尽量避免数据非正态性、零值过多和空
间自相关等问题ꎮ 本研究在研究对象的取样大小和
研究方法选择上较好地避免了上述问题ꎮ
枯立木空间分布格局的形成常隐含着诸多生态
学过程ꎬ是生物因素如密度制约 ( Zhang et alꎬ
2009)、非生物因素如生境过滤(Baldeck et alꎬ2013)
以及自然随机过程等共同作用的结果ꎮ 弄岗喀斯特
季节性雨林样地中ꎬ不同径级枯立木形成的生态学
过程差异明显ꎮ 小径级个体的易受性ꎬ对环境、种
间、种内竞争等更为敏感等特征故受密度制约和生
境过滤的双重影响死亡率较高ꎻ中径级和大径级树
木死亡过程为随机过程ꎬ与生境过滤和个体自然衰
老有关ꎬ而与密度制约等机制关系不大ꎮ
致谢  中国科学院植物研究所郭柯研究员、米
湘成副研究员、任海保博士、赖江山博士等参加了样
地选址并给予调查监测技术指导ꎻ中国科学院生物
多样性委员会、广西师范大学生命科学学院学生志
愿者、广西弄岗国家级自然保护区管理局在样地建
设期间给予了指导和帮助ꎮ
参考文献:
BADDELEY Aꎬ TURNER Rꎬ 2005. Spatstat: an R package for an ̄
alyzing spatial point patterns [J]. J Stat Softwꎬ 12(6):1-42.
BALDECK CAꎬ HARMS KEꎬ YAVITT JBꎬ et alꎬ 2013. Habitat
filtering across tree life stages in tropical forest communities
[J]. Proc Roy Soc B ̄Biol Sciꎬ 280(1 766):1-8.
BIGLER Cꎬ VEBLEN Tꎬ 2011. Changes in litter and dead wood
loads following tree death beneath subalpine conifer species in
northern Colorado [J]. Can J For Resꎬ 41(2):331-340.
BIN Yꎬ LIAN Jꎬ WANG Zꎬet alꎬ 2011. Tree mortality and recruit ̄
ment in a subtropical broadleaved monsoon forest in South China
[J]. J Trop For Sciꎬ 23(1):57-66.
COMITA LSꎬ CONDIT Rꎬ HUBBELL SPꎬ 2007. Developmental
9512期            郭屹立等: 桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的空间格局及生境关联性分析
changes in habitat associations of tropical trees [J]. J Ecolꎬ 95
(3):482-492.
DE’ATH Gꎬ 2002. Multivariate regression trees: a new technique
for modeling species ̄environment relationships [J]. Ecologyꎬ 83
(4):1 105-1 117.
FRANKLIN JFꎬ SHUGART HHꎬ HARMON MEꎬ 1987. Tree death
as an ecological process [J]. Biodivers Sciꎬ 37(8):550-556.
GRAY Lꎬ HE Fꎬ 2009. Spatial point ̄pattern analysis for detecting
density ̄dependent competition in a boreal chronosequence of Al ̄
berta [J]. For Ecol Managꎬ 259(1):98-106.
GUO YLꎬ WANG Bꎬ XIANG WSꎬet alꎬ 2015a. Spatial distribution
of tree species in a tropical karst seasonal rainforest in
Nonggangꎬ Guangxiꎬ southern China [ J]. Biodivers Sciꎬ 23
(2):183-191. [郭屹立ꎬ王斌ꎬ向悟生ꎬ等ꎬ 2015a. 广西弄岗
北热带喀斯特季节性雨林监测样地种群空间点格局分析
[J]. 生物多样性ꎬ 23(2):183-191.]
GUO YLꎬ WANG Bꎬ XIANG WSꎬet alꎬ 2015b. Dynamics of density ̄
dependent effects of tree species in a 15 ha seasonal rain forest
plot in northern tropical karst in Nonggangꎬ Guangxiꎬ Southern
China [J]. Chin Sci Bullꎬ 60(17):1 602-1 611. [郭屹立ꎬ王斌ꎬ
向悟生ꎬ等ꎬ 2015b. 弄岗喀斯特季节性雨林 15 ha样地密度制
约效应分析 [J]. 科学通报ꎬ 60(17):1 602-1 611.]
GUO YLꎬ WANG Bꎬ XIANG WSꎬet alꎬ 2015c. Sprouting charac ̄
teristics of tree species in 15 ha northern tropical karst seasonal
rain forest dynamics plot in Nonggangꎬ Guangxiꎬ southern China
[J]. Chin J Ecolꎬ 34(4):955-961. [郭屹立ꎬ王斌ꎬ向悟生ꎬ
等ꎬ 2015c. 弄岗北热带喀斯特季节性雨林 15 ha样地木本植
物萌生特征 [J]. 生态学杂志ꎬ 34(4):955-961.]
HARMS KEꎬ CONDIT Rꎬ HUBBELL SPꎬet alꎬ 2001. Habitat as ̄
sociations of trees and shrubs in a 50 ̄ha neotropical forest plot
[J]. J Ecolꎬ 89(6):947-959.
HUANG FZꎬ WANG Bꎬ DING Tꎬet alꎬ 2014. Numerical classification
of associations in a northern tropical karst seasonal rain forest and
the relationships of these associations with environmental factors
[J]. Biodivers Sciꎬ 22(2):156-166. [黄甫昭ꎬ王斌ꎬ丁涛ꎬ等ꎬ
2014. 弄岗北热带喀斯特季节性雨林群从数量分类及与环境的
关系 [J]. 生物多样性ꎬ 22(2):156-166. ]
HUANG YSꎬ WU WHꎬ JIANG RHꎬet alꎬ 2013. Primary study on
species diversity of plant in Longgang National Nature Reserve of
Guangxi [J]. Guihaiaꎬ 33(3):346-355. [黄俞淞ꎬ吴望辉ꎬ蒋
日红ꎬ等ꎬ 2013. 广西弄岗国家级自然保护区植物物种多样
性初步研究 [J]. 广西植物ꎬ 33(3):346-355.]
ITOH Aꎬ OHKUBO Tꎬ NANAMI Sꎬet alꎬ 2010. Comparison of sta ̄
tistical tests for habitat associations in tropical forests: A case
study of sympatric dipterocarp trees in a bornean forest [J]. For
Ecol Managꎬ 259(3):323-332.
KEBLI HꎬBRAIS SꎬKERNAGHAN Gꎬ et alꎬ 2012. Impact of har ̄
vesting intensity on wood ̄inhabiting fungi in boreal aspen forests
of Eastern Canada [J]. For Ecol Managꎬ 279(1):45-54.
LEGENDRE Pꎬ MI Xꎬ REN Hꎬet alꎬ 2009. Partitioning beta diver ̄
sity in a subtropical broad ̄leaved forest of china [J]. Ecologyꎬ
90(3):663-674.
LEGENDRE Pꎬ 1993. Spatial autocorrelation: trouble or a new par ̄
adigm [J]. Ecologyꎬ 74(6):1 659-1 673.
LI XKꎬ SU ZMꎬ LÜ SHꎬet alꎬ 2003. The spatial pattern of natural
vegetation in the karst regions of Guangxi and the ecological sig ̄
nality for ecosystem rehabilitation and reconstruction [ J]. J
Mount Sciꎬ 21(2):129-139. [李先琨ꎬ苏宗明ꎬ吕仕洪ꎬ等ꎬ
2003. 广西岩溶植被自然分布规律及对岩溶生态恢复重建的
意义 [J]. 山地学报ꎬ 21(2):129-139.]
LIU CLꎬ PAN CDꎬ LIANG Yꎬ 2009. Storage and decomposition dy ̄
namics of coarse woody debris in Picea schrenkiana ̄Dryopteris
filix ̄mas stand [J]. Arid Land Geogrꎬ 32(2):175-182. [刘翠
玲ꎬ潘存德ꎬ梁瀛ꎬ 2009. 鳞毛蕨天山云杉林粗死木质残体贮
量及其分解动态 [J]. 干旱区地理ꎬ 32(2):175-182.]
LIU Dꎬ KELLY Mꎬ GONG Pꎬet alꎬ 2007. Characterizing spatial ̄
temporal tree mortality patterns associated with a new forest dis ̄
ease [J]. For Ecol Managꎬ 253(1):220-231.
LIU YYꎬ JIN GZꎬ 2010. Character of coarse woody debris in a
mixed broad ̄leaved korean pine forest in Xiaoxing ’ an
Mountainsꎬ China [J]. Sci Sil Sinꎬ 46(4):8-14. [刘妍妍ꎬ金
光泽ꎬ 2010. 小兴安岭阔叶红松林粗木质残体基础特征
[J]. 林业科学ꎬ 46(4):8-14.]
LIU YYꎬ JIN GZꎬ 2009. Influence of topography on coarse woody
debris in a mixed broadleaved ̄Korean pine forest in Xiaoxing’an
Mountainsꎬ China [J]. Acta Ecol Sinꎬ 29(3):1 398-1 407. [刘
妍妍ꎬ金光泽ꎬ 2009. 地形对小兴安岭阔叶红松 (Pinus
koraiensis)林粗木质残体分布的影响 [J]. 生态学报ꎬ 29(3):
1 398-1 407.]
LU ZJꎬ LIU FLꎬ WU Hꎬet alꎬ 2015. Species compositionꎬ size classꎬ
and spatial patterns of snags in the Badagongshan (BDGS) mixed
evergreen and deciduous broad ̄leaved forest in central China
[J]. Biodivers Sciꎬ 23(2):167-173. [卢志军ꎬ刘福玲ꎬ吴浩ꎬ等ꎬ
2015. 八大公山常绿落叶阔叶混交林枯立木物种组成、大小级
与分布格局 [J]. 生物多样性ꎬ 23(2):167-173.]
LUTZ JAꎬ HALPERN CBꎬ 2006. Tree mortality during early forest
development: a long ̄term study of ratesꎬ causesꎬ and conse ̄
quences [J]. Ecol Monogrꎬ 76(2):257-275.
METCALF CJEꎬ HORVITZ CCꎬ TULJAPURKAR Sꎬet alꎬ 2009. A
time to grow and a time to die: a new way to analyze the dynam ̄
ics of sizeꎬ lightꎬ ageꎬ and death of tropical trees [J]. Ecologyꎬ
90(10):2 766-2 778.
PUNCHI ̄MANAGE Rꎬ GETZIN Sꎬ WIEGAND Tꎬet alꎬ 2013. Effects
of topography on structuring local species assemblages in a Sri
Lankan mixed dipterocarp forest [J]. J Ecolꎬ 101(1):149-160.
R Core Teamꎬ 2015. R: A language and environment for statistical
computingꎬ R Foundation for Statistical Computingꎬ Viennaꎬ
Austria [EB / OL]. URL http: / / www.R ̄project.org / .
ROUVINEN Sꎬ KUULUVAINEN Tꎬ SIITONEN Jꎬ 2002. Tree mor ̄
tality in a Pinus sylvestris dominated boreal forest landscape in
Vienansalo wildernessꎬ eastern Fennoscandia [ J]. Silva Fennꎬ
36(1):127-145.
SCHIFFERS Kꎬ SCHURR FMꎬ TIELBÖRGER Kꎬ et alꎬ 2008.
Dealing with virtual aggregation a new index for analyzing heter ̄
ogeneous point patterns [J]. Ecographyꎬ 31(5):545-555.
TANG XLꎬ ZHOU GYꎬ 2005. Coarse woody debris biomass and its
potential contribution to carbon cycle in successional subtropical
forests of southern China [J]. Chin J Plant Ecolꎬ 29(4):559-
568. [唐旭利ꎬ周国逸ꎬ 2005. 南亚热带典型森林演替类型粗
死木质残体贮量及其对碳循环的潜在影响 [J]. 植物生态学
报ꎬ 29(4):559-568.]
TEODOSIU Mꎬ BOURIAUD OBꎬ 2012. Deadwood specific density
and its influential factors: a case study from a pure Norway
spruce old ̄growth forest in the Eastern Carpathians [ J]. For
Ecol Managꎬ 283(1):77-85.
VALENCIA Rꎬ FOSTER RBꎬ VILLA Gꎬet alꎬ 2004. Tree species
061 广  西  植  物                                  36卷
distributions and local habitat variation in the Amazon: large for ̄
est plot in eastern Ecuador [J]. J Ecolꎬ 92(2):214-229.
VENABLES WNꎬ RIPLEY BDꎬ 2002. Modern Applied Statistics
with S. 4th [M]. New York: Springer
WANG Bꎬ HUANG YSꎬ LI XKꎬet alꎬ 2014a. Species composition
and spatial distribution of a 15 ha northern tropical karst
seasonal rain forest dynamics study plot in Nonggangꎬ Guangxiꎬ
southern China [J]. Biodivers Sciꎬ 22(2):141-156. [王斌ꎬ黄
俞淞ꎬ李先琨ꎬ等ꎬ 2014a. 弄岗北热带喀斯特季节性雨林 15
ha监测样地的树种组成与空间分布 [ J]. 生物多样性ꎬ 22
(2):141-156.]
WANG Bꎬ XIANG WSꎬ DING Tꎬet alꎬ 2014b. Spatial distribution
of standing dead trees abundance and its impact factors in the
karst seasonal rain forestꎬ Nonggangꎬ southern China [J]. Chin
Sci Bullꎬ 59(35):3 479- 3 490. [王斌ꎬ向悟生ꎬ丁涛ꎬ等ꎬ
2014b. 弄岗喀斯特季节性雨林枯立木多度的空间分布及影
响因子 [J]. 科学通报ꎬ 59(35):3 479-3 490.]
WANG LWꎬ LI BHꎬ YE Jꎬet alꎬ 2011. Dynamics of short ̄term tree
mortality in broad ̄leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed
forest in the Changbai Mountains [ J]. Biodivers Sciꎬ 19(2):
260-270. [王利伟ꎬ李步杭ꎬ叶吉ꎬ等ꎬ 2011. 长白山阔叶红松
林树木短期死亡动态 [J].生物多样性ꎬ 19(2):260-270.]
WANG XGꎬ COMITA LSꎬ HAO ZQꎬ et alꎬ 2012. Local ̄scale driv ̄
ers of tree survival in a temperate forest [ J]. PLoS Oneꎬ
7: e29469.
WANG ZGꎬ YE WHꎬ CAO HLꎬ et alꎬ 2009. Species ̄topography
association in a species ̄rich subtropical forest of China [ J].
Basic Appl Ecolꎬ 10(7):648-655.
YAMADA Tꎬ TOMITA Aꎬ ITOH Aꎬ et alꎬ 2006. Habitat
associations of Sterculiaceae trees in a Bornean rain forest plot
[J]. J Veget Sciꎬ 17(5):559-566.
YU Bꎬ ZHANG QLꎬ WANG LMꎬ 2015. Analysis on distribution
pattern characteristics of standing dead trees in Larix gmelinii
overcutting forest [J]. For Resꎬ 28(1):81-87. [玉宝ꎬ张秋
良ꎬ王立明ꎬ 2015. 兴安落叶松过伐林枯立木分布格局特征
分析 [J].林业科学研究ꎬ 28(1):81-87.]
ZHANG Jꎬ HAO ZQꎬ SUN IFꎬet alꎬ 2009. Density dependence on
tree survival in an old ̄growth temperate forest in northeastern
China [J]. Ann For Sciꎬ 66(2):1-9.
ZHU Yꎬ GETZIN Sꎬ WIEGAND Tꎬet alꎬ 2013. The relative impor ̄
tance of Janzen ̄Connell effects in influencing the spatial patterns
at the Gutianshan subtropical forest [J]. PLoS Oneꎬ 8:74 560.
􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷􀤷
( 上接第 223页 Continue from page 223 )
参考文献:
ARNOLD Kꎬ BORDOLI Lꎬ KOPP Jꎬ et alꎬ 2006. The SWISS ̄MODEL
workspace: a web ̄based environment for protein structure
homology modelling [J]. Bioinformaticsꎬ 22(2):195-201.
ANDERSON CRꎬ JENSEN EOꎬ LLEWELLYN DJꎬ et alꎬ 1996. A
new hemoglobin gene from soybean: a role for hemoglobin in all
plants [J]. Proc Natl Acad Sci USAꎬ 93(12):5 682-5 687.
GARROCHO ̄VILLEGAS Vꎬ ARREDONDO ̄PETER Rꎬ 2008. Mo ̄
lecular cloning and characterization of a Moss (Ceratodon purpu ̄
reus)nonsymbiotic hemoglobin provides insight into the early evo ̄
lution of plant nonsymbiotic hemoglobins [J]. Mol Biol Evolꎬ 25
(7):1 482-1 487.
GOPALASUBRAMANIAM SKꎬ KOVACS Fꎬ VIOLANTE ̄MOTA Fꎬ
et alꎬ 2008. Cloning and characterization of a caesalpinoid
(Chamaecrista fasciculata) hemoglobin: the structural transition
from a nonsymbiotic hemoglobin to a leghemoglobin [ J ].
Proteinsꎬ 72(1):252-260.
LIRA ̄RUAN Vꎬ SARATH Gꎬ KLUCAS RVꎬ et alꎬ 2001. Synthesis of
hemoglobins in rice (Oryza sativa var. Jackson) plants growing in
normal and stress conditions[J]. Plant Sciꎬ 161(2):279-287.
LIU YGꎬ WHITTIER RFꎬ 1995. Thermal asymmetric interlaced
PCR: automatable amplification and sequencing of insert end
fragments from P1 and YAC clones for chromosome walking
[J]. Genomicsꎬ 25(3):674-681.
PESCE Aꎬ COUTURE Mꎬ DEWILDE Sꎬ et alꎬ 2000. A novel two ̄
over ̄two α ̄helical sandwich fold is characteristic of the truncated
hemoglobin family [J]. EMBO Jꎬ 19(11):2 424-2 434.
ROSS EJHꎬ LIRA ̄RUAN Vꎬ ARREDONDO ̄PETER Rꎬ et alꎬ
2002. Recent insights into plant hemoglobins [J]. Rev Plant Bio ̄
chem Biotechnolꎬ 1:173-189.
ROSS EJHꎬ STONE JMꎬ ELOWSKY CGꎬ et alꎬ 2004. Activation of
the Oryza sativa non ̄symbiotic haemoglobin ̄2 promoter by the
cytokinin ̄regulated transcription factorꎬ ARR1 [J]. J Exp Botꎬ
55(403):1 721-1 731.
SCHWEDE Tꎬ KOPP Jꎬ GUEX Nꎬ et alꎬ 2003. SWISS ̄MODEL:
An automated protein homology ̄modeling server [ J]. Nucleic
Acids Resꎬ 31(13):3 381-3 385.
TAMURA Kꎬ STECHER Gꎬ PETERSON Dꎬet alꎬ 2013. MEGA6:
molecular evolutionary genetics analysis version 6. 0 [ J]. Mol
Biol Evolꎬ 30(12):2 725-2 729.
TAYLOR ERꎬ NIE XZꎬ MACGREGOR AWꎬ et alꎬ 1994. A cereal
haemoglobin gene is expressed in seed and root tissues under
anae robic conditions [J]. Plant Mol Biolꎬ 24(6):853-862.
TREVASKIS Bꎬ WATTS RAꎬ ANDERSSON CRꎬ et alꎬ 1997. Two
hemoglobin genes in Arabidopsis thaliana: the evolutionary
origins of leghemoglobins [ J]. Proc Natl Acad Sci USAꎬ 94
(22):12 230-12 234.
VINOGRADOV Sꎬ HOOGEWIJS Dꎬ BAILLY Xꎬ et alꎬ 2006. A
phylogenomic profile of globins[J]. BMC Evol Biolꎬ 6(1):31.
WATTS RAꎬ HUNT PWꎬ HVITVED ANꎬ et alꎬ 2001. A hemoglobin
from plants homologous to truncated hemoglobins of microorganisms
[J]. Proc Natl Acad Sci USAꎬ 98(18):10 119-10 124.
1612期            郭屹立等: 桂西南喀斯特季节性雨林枯立木的空间格局及生境关联性分析