热带树木从种子到 1 厘米径级的生命历程:填补森林生态研究关键空白

【字体: 时间:2025年05月12日 来源:Forest Ecosystems 3.8

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  为解决幼苗寿命及动态研究不足问题,研究人员对热带树木开展从种子到 1 厘米径级(dbh)幼苗寿命研究。通过 25 年种子和幼苗普查,发现不同物种间种子到 1 厘米 dbh 的存活率和时间差异大,这为森林生态模型提供精确数据。

  在神秘而广袤的热带森林中,树木的生长繁衍一直是生态学家们密切关注的焦点。树木的生命周期包含多个阶段,其中从种子到幼苗再到成年树的过程充满了挑战与奥秘。长期以来,在树木研究领域,幼苗阶段常常被忽视。虽然幼苗在树木生命周期中起着关键作用,其再生生态位能够解释成年树共享栖息地时物种的生态位划分,许多物种共存模型也依赖于种子和幼苗的种群动态,但目前对幼苗寿命的研究却十分匮乏。以往的研究中,幼苗生态位的观察往往仅持续一两年,无法涵盖幼苗漫长的成长过程,导致重要阶段被错过。而且,树轮年代学虽然能反映成年树的部分信息,但却遗漏了树木的繁殖和幼苗阶段。因此,为了深入了解热带树木的种群动态,填补这一研究空白,来自国外的研究人员开展了一项意义重大的研究。
研究人员以巴拿马巴罗科罗拉多岛(Barro Colorado Island)的 50 公顷森林地块为研究区域,对 300 种树的各个生命阶段进行监测。他们重点选取了 17 种在幼苗普查中数量充足的物种,通过细致的野外调查和复杂的数据分析,得出了一系列重要结论。研究发现,不同物种从种子到 1 厘米 dbh 的预测平均存活率差异高达 1000 倍,种子到 1 厘米 dbh 的幼苗寿命在不同物种间从 5.1 年到 53.1 年不等,中位数为 20.3 年。结合之前对 1 厘米 dbh 之后树木寿命的研究,估算出不同物种的完整寿命从 41 年(先锋物种)到 320 年(耐荫物种)不等。这些结论为理解热带树木的种群动态和生态系统功能提供了关键数据,也让我们对热带森林的生态机制有了更深入的认识,该研究成果发表在《Forest Ecosystems》。

在研究过程中,研究人员运用了多种关键技术方法。首先是长期的野外监测,从 1981 年开始,该地块就对≥1 厘米 dbh 的树木进行普查,1994 年起又增加了种子和幼苗的普查。通过设置不同规格的样方和陷阱,对种子、幼苗和成年树进行全面计数和测量。其次是构建过渡矩阵,将幼苗划分为不同的大小和年龄阶段,根据连续两年的普查数据计算各阶段间的转移概率,以此来预测种群的未来变化。最后利用数值投影,基于观测到的过渡矩阵,从种子开始进行投影,计算种子存活到 1 厘米 dbh 的比例和所需时间。

在研究结果方面:

  • 过渡率:年龄对小于 20 厘米的幼苗(阶段 I)的过渡率影响显著,多数物种中,随着年龄增长,生长概率增加,生存概率也在一定程度上提高。但当幼苗长到 20 厘米以上(阶段 II),年龄对生长和生存的影响不再显著。在较大阶段(II、III 和 IV),年生长过渡率通常低于 10%,年生存率可达 80%-90%。
  • 生存情况:种子的发芽率在大多数物种中处于 0.01 - 0.15 之间,但在某些物种中差异较大。从发芽到 1 厘米 dbh 的存活率在不同物种间相差 200 倍,从种子到 1 厘米 dbh 的存活率相差 1000 倍。此外,成年树的平均年繁殖力与种子到 1 厘米 dbh 的存活率呈负相关。
  • 寿命:不同物种的幼苗到 1 厘米 dbh 的平均寿命差异很大,最快的先锋物种只需 5.1 年,最慢的物种则需要 53.1 年。而且,同一物种内幼苗达到 1 厘米 dbh 的时间也存在很大差异。结合幼苗和成年树的寿命研究,发现先锋物种的总寿命较短,在 41 - 75 年之间,而耐荫物种的总寿命较长,可达 110 - 320 年。

研究结论和讨论部分表明,该研究首次对热带树木幼苗寿命进行了严格估算,为森林生态模型提供了精确数据,有助于更准确地理解物种共存和森林动态。但研究也存在一定局限性,例如使用基于离散类别的过渡矩阵,假设同一类别内个体相同,可能与实际情况存在偏差。不过,总体而言,这项研究为热带森林生态研究开辟了新的道路,未来研究可在此基础上进一步深入,通过更多的实地观测和实验,完善对热带树木种群动态的认识,为森林保护和管理提供更科学的依据。

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