西非热带森林树木竞争机制：物种功能属性与土壤水分变化的交互作用

本研究通过分析加纳森林监测网络10年径向生长数据，揭示了热带树种竞争动态的非对称性特征。研究人员采用非线性模型量化了目标树木潜在生长（BAI）受邻体树木功能属性（木材密度、耐阴性）和土壤水分影响的规律，发现高木材密度物种在干旱条件下具有显著竞争优势，较大个体对水分依赖性竞争表现出更强抵抗力。该研究为预测气候变化下热带森林群落结构和功能演变提供了关键理论依据。

　　

热带森林作为地球最重要的生物多样性宝库和碳汇，其群落构建机制一直是生态学研究的核心命题。随着气候变化加剧，西非地区正经历持续的降水减少和干旱加剧，这对依赖稳定水分的森林生态系统构成严峻挑战。传统中性理论认为物种竞争能力等同，但越来越多的证据表明功能性状差异可能导致非对称竞争。然而，关于成年树木如何通过特定功能策略应对环境变化下的竞争压力，特别是水分可利用性变化如何调节种间相互作用，仍缺乏系统研究。

捷克生命科学大学林业与木材科学学院（Czech University of Life Sciences, Faculty of Forestry and Wood Sciences）的研究团队在加纳建立了覆盖湿润至半落叶林的9个1公顷固定监测样地，对15个优势树种（个体数>150）进行长达10年的生长监测。通过整合树木年生长量、邻体空间分布、功能性状和土壤水分数据，揭示了资源分配策略与环境梯度交互作用下热带树木的竞争机制。相关成果发表在《Forest Ecosystems》上。

研究采用的关键技术包括：（1）基于ERA5-Land气候再分析数据的土壤水分空间降尺度（分辨率900m）；（2）15m半径邻域竞争指数（NCI）建模；（3）最大似然法拟合非线性生长模型；（4）木材密度分类采用k-means聚类；（5）耐阴性分类依据Hawthorne系统。样本来自加纳三个保护区（ANKASA、BOBIRI、KOGYAE）的4,234株乔木（221种）。

研究结果部分：

1. 1.

   木材密度与耐阴性的影响

   木材密度对7/15物种的竞争结果具有决定性影响，高密度木材物种（如Erythrophleum suaveolens，密度0.873 g cm^-3）在干旱条件下竞争优势显著。耐阴性影响4个物种的竞争格局，耐阴邻体（如Carapa procera）比先锋树种产生更强抑制作用。仅Protomegabaria macrophylla和Strephonema pseudocola仅响应邻体大小而非功能性状。

2. 2.

   水分、个体大小与木材密度的交互作用

   干旱使10cm小树对拥挤敏感度比50cm大树高2-3倍（Sterculia tragacantha除外）。木材密度与水分协同作用明显，在5%水分百分位时，高密度邻体使小树生长降低达60%（Cynometra ananta）。大树通过深层根系获取水分，受干旱影响较小。

3. 3.

   竞争动态的非对称性

   竞争强度呈指数衰减（R²=16%-68%），邻体效应在15m内显著。13/15物种表现出非中性竞争，木材密度和耐阴性解释力优于分类学关系。生长-大小关系多呈单调递增，但Funtumia elastica等3种呈现单峰曲线。

讨论与结论：

该研究首次系统揭示了西非热带森林成年树木竞争的功能基础。高木材密度通过构建抗栓塞的木质部（xylem）增强干旱适应力，这种策略在气候变化背景下可能重塑群落组成。耐阴物种的竞争优势印证了光资源分配策略的关键作用。发现大树的水分缓冲能力为"水文再分配"假说提供了新证据，其冠层截留可能加剧小树的竞争压力。

研究创新性地将个体发育（ontogeny）、功能性状和环境梯度整合到竞争模型中，突破了传统中性理论的局限。对非洲热带森林保护具有重要指导价值：（1）干旱敏感物种（如Triplochiton scleroxylon，密度0.335 g cm^-3）需优先保护；（2）木材密度可作为气候变化适应力指标；（3）15m尺度的邻体效应为森林经营提供空间参考。未来研究需结合木质部解剖（vessel anatomy）和水力性状（hydraulic traits）深化机制解析。