单优势种与混合热带森林的稳定性：基于生物量的竞争模型所带来的启示

《Journal of Ecology》：Stability of monodominant and mixed tropical forests: Implications from a biomass-based competition model

　　

摘要

1. 热带雨林通常表现出较高的树种多样性，但某些林分由单一物种占主导地位，该物种可占冠层比例超过一半。这些结果是如何产生的仍有待确定。在此，我们采用基于生物量的Lotka-Volterra竞争模型，分析了单优群落和混交林的群落动态及稳定性。
2. 我们使用了来自刚果民主共和国伊图里四个10公顷永久样地的清查数据，在那里单优势的Gilbertiodendron dewevrei林分与共同优势种Cynometra alexandri和Julbernardia seretii的混交林并存——这两种物种在区域内其他地方的相似环境条件下也已知能形成单优势林分。该模型估计了物种特有的生物量生产力对同种和异种叶生物量的响应。
3. 该模型成功预测了两种森林类型在稳定平衡状态下的单优势现象和物种生物量丰度。优势地位的产生源于摆脱种内自我限制，而非更强的种间竞争能力，这挑战了经典解释。单优势物种具有很高的单种叶生物量渐近值（约4 Mg ha^?1），使其在同种竞争下仍能占据优势。这一高承载力反映了相对于内生增长而言对同种叶生物量的敏感性较弱。其他物种的单种渐近值较低（<1 Mg ha^?1），当它们能够入侵单优势林分时，以低丰度稳定共存。
4. 单优势物种积累生物量缓慢（约1500年），需要长期的无干扰条件。将G. dewevrei从物种库中排除可以提高平衡状态的物种丰富度和多样性，同时导致群落水平的生物量和生产力下降。这表明正向的多样性-生产力关系并非普遍适用。
5. 综合。我们的发现表明，多样性丰富的森林可能容易变成单优势林，这由经历较弱种内自我限制的物种所驱动。本研究的建模方法提供了一种简单、量化的工具，可预测热带森林动态并指导恢复和管理工作。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

同行评审

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数据可用性声明

树木清查数据可通过正式申请获取；有关伊图里样地的信息请见ForestGEO网站 https://forestgeo.si.edu/sites/africa/ituri，以及Pasoh样地的信息 https://forestgeo.si.edu/sites/asia/pasoh。我们使用了Kohyama等人（2025）的R代码，并根据从样地数据估计物种参数的需求进行了修改（可在zenodo仓库获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.14405402）。所有物种参数见表 S1，位于 补充材料中。