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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 通过树轮生态学分析，深化了对云南铁杉森林的干扰历史、生长模式、更新和死亡率的认识；
2. 研究了干扰事件对云南铁杉森林生长和更新动态的具体影响，并基于历史干扰背景，对其潜在未来发展趋势展开预测；
3. 提供了对云南铁杉林生态特性和自然干扰响应的深入理解，为森林资源的保护和管理提供了科学依据。
01
研究背景
温带森林中树种的组成及其相对优势的变化是一个由多种因素综合作用形成的复杂生态现象，如环境条件、生物相互作用、自然干扰等，它们在不同的地理范围和时间周期内相互作用，共同决定了森林生态系统的发展。干扰事件的严重性和规模决定了其对森林生态系统影响的深度和广度。高强度的干扰虽然发生频率不高，但一旦发生，就可能导致整个林分的更新或更替，形成所谓的大型不频繁干扰(LIDs)；而低强度的干扰可能导致局部树木的死亡，形成林冠空隙，这些空隙的大小直接影响树种的建立、生长和竞争能力，是维持森林多样性和异质性的关键因素。这些干扰事件不仅对森林的结构和功能产生即时影响，而且还会通过改变光照、养分和水分的可用性，为不同生态需求的树种提供了适宜的生长条件。此外，林冠空隙还改善了幸存的树木生长条件，使它们能够利用邻近树木死亡而释放的资源，实现快速生长。
云南铁杉(Tsuga dumosa D. Don)是一种在喜马拉雅地区常见的大型、长寿、耐荫的常绿针叶树种，在不丹西部和中部的温带地区占据主导地位。这些森林的亚林冠层和林下层通常由被子植物构成。与其他森林类型相比，铁杉森林远离人类居住区，其生态动态更多地受自然干扰的影响。尽管不丹是一个内陆国家，但仍会受到来自孟加拉湾热带气旋的影响。
目前人们对于这些风灾或气旋如何影响森林的认识还相对有限，而且关于这些森林的干扰历史、生长模式、更新和死亡率的实证数据也相对缺乏。鉴于此，本研究通过树轮生态学分析，综合不丹中部铁杉老龄林的过去干扰历史和结构，描述干扰事件对森林生长和更新动态的影响，并基于历史背景预测这些森林的潜在未来发展趋势。
02
研究方法
在不丹中部的2个不同地形位置的铁杉老龄林中建立样地，分别命名为HEM1和HEM2。在每个样地中，随机选取位置设立0.25 ha的样方，并在每个样方中对直径大于10 cm的树木进行树轮样本采集。将采集的树轮样本使用砂纸打磨至年轮清晰可见，随后使用高分辨率扫描仪进行扫描。使用精度为0.01 mm的Coorecorder 8.1.1测量树轮宽度，并利用COFECHA对数据进行统计验证；将每年的增长量平均化，获得每棵树的平均生长年表。
通过分析树轮宽度序列，使用径向生长平均方法识别历史上的干扰事件，计算目标年份前后十年间的年轮宽度变化，估算树木生长速率的变化。使用卡方检验分析气旋发生与树木生长释放和再生事件之间的关系。研究与孟加拉湾热带气旋相关的高风速、强降雨和洪水事件等相关气候数据，及其对森林干扰的影响。将树轮学数据与气候、地形和生物多样性数据相结合，构建气旋影响下森林干扰和再生的概念模型。
图 1｜研究地点位置与气候
图 2｜根据《全球热带气旋气候图集》分类, 1590年至2020年间孟加拉湾2类和3类气旋分布
03
研究结果
图 3｜HEM1(a)和HEM2(b) 研究样地内3个0.25公顷样地的树木胸径分布图
图 4｜HEM1(a)和HEM2(b) 研究样地内所有存活树木的招募和累积基面积图
图 5｜(a) HEM1 3个研究样地合并后的生长释放模式图; (b) HEM1样地所有存活树木的招募日期图
图 6｜(a) 基于每5年的释放事件, HEM2所有3个样地的干扰年表记录; (b) 每5年所有存活树木的招募日期图
图 7｜1590-2020年间生长释放与气旋事件 (2类和3类) 关系的马赛克图
图 8｜生长释放与招募事件关系的马赛克图
图 9｜铁杉林中气旋-生长释放-招募过程的概念模型图
Cite this article
Tenzin, K., Nitschke, C. R., Allen, K. J., Trouvé, R., Nguyen, T. V., & Baker, P. J. 2024. Stand dynamics of old-growth hemlock forests in central Bhutan are shaped by natural disturbances. For. Ecosyst. 11, 100204.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100204
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100204
关于本刊
《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子4.1，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
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森林生态系统(英文)
微信号：Forest Ecosystems
https://www.sciencedirect.com/journal/forest-ecosystems
编辑：唐珊珊
审核：李杰
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