卡廷加灌丛次生演替新模式：早期物种持续主导与稀有物种渐进积累

《Journal of Arid Environments》：Secondary succession in the Caatinga is composed of species that persist throughout all chronosequence

本文通过13个片段（7-52+年）的时空替代法（chronosequence）研究，揭示了巴西卡廷加（Caatinga）灌丛遵循独特的次生演替模式：早期物种（66%）在整个演替序列持续存在，物种丰富度随年龄增长，但群落变化主要由优势种群数量波动驱动，而非物种替代。该发现挑战了传统演替理论（如floristic relay模型），为开放植被生态系统（光照非限制因子）演替机制提供了新见解。

　　

章节亮点

研究区域

卡廷加半干旱形态气候区位于南纬3°至8°的巴西东北部，是南美洲三大半干旱区之一（Ab'Saber, 1974）。该干旱炎热区域具有明显的非地带性（亚赤道）特征，降水时空分布不均（年降水量500-750毫米），气温较高（普遍27-29°C）。高温导致潜在蒸散量高企（估计1500-2000毫米/年），加剧了干旱胁迫。

abiotic条件变化（土壤性质）

土壤以浅层为主，0-20厘米表层为壤质砂土，富含可利用磷、有机质和总有机碳（附表A1）。总体而言，群落年龄对土壤理化性质无显著影响（附表A2）。仅土壤磷有效性（P）与区域年龄呈负相关。

植物区系组成与物种多度

我们共调查3,440株个体，涵盖17科40种。豆科（Fabaceae，占35%）和...

讨论

我们发现有力证据表明卡廷加演替不同于其他热带干旱森林和热带雨林，遵循一种替代性演替模型。经典演替模型（Clements的植物接力模型，1916；Egler, 1954）预测物种组成在演替过程中发生序列更替，每个植物区系组出现在特定阶段。这些植物接力模型似乎更适用于演替由光照梯度驱动的森林（如冠层郁闭的森林），其中耐荫性成为后期物种建立的关键。然而，在像卡廷加这样具有开放物理结构（冠层开阔度12.3%-39.5%）的植被中，光照并非限制因子，早期成功物种（对干旱胁迫具有适应性）可在所有演替阶段持续存在。我们的结果支持这一假设：大多数物种（66%）在早期阶段（7-15年）出现后持续存在于整个时空序列，包括老龄林。此外，物种丰富度随演替时间增加，主要源于稀有物种的渐进积累，而非优势物种的替换。群落组成变化（F=54.7；df=11；p=0.003）主要由优势物种多度波动解释，而非物种周转，这与初始植物区系组成模型（Egler, 1954）一致，但结合了促进（facilitation）元素（稀有物种随时间积累）。因此，我们提出卡廷加遵循一种混合模型，整合了不同理论框架的要素：早期物种通过耐受（tolerance）机制保持主导，而后期物种通过促进或随机定居过程逐渐加入。

结论

尽管我们承认本研究基于有限数量的小样地且缺乏不同地点年龄的重复——这限制了我们发现的普适性——但植被组成和结构沿时空序列的一致变异模式为理解卡廷加演替动态提供了宝贵见解。即使分析比我们研究更大的区域（0.25公顷），Oliveira等人（2023）报告了按演替阶段的总物种丰富度...