Density dependence on tree survival in an old-growth temperate forest in northeastern China

Abstract

Abstract• Density dependence is a major mechanism for shaping plant communities. However, its role in regulating diverse, mixed natural tree communities is less certain.• In this study we investigated density-dependent effects in a large-scale (25 ha) old-growth temperate forest in northeastern China. Spatial patterns of neighborhood distribution in the plot were analyzed using various methods for inferring competition, including (1) pair correlation function to determine spatial patterns of pre-mortality and post-mortality and (2) neighborhood analysis of individuals to examine the extent to which tree survival is correlated with other covariates.• Results showed that, for common species, 3 of 5 canopy species and 3 of 8 midstory and understory species were random in mortality. Negative density-dependent mortality was not found when trees reach 1 cm in DBH. There was no significant correlation for canopy species between tree survival and conspecific abundance, but largely positive correlations for midstory and understory species. In contrast, tree survival was found to negatively correlate with conspecific basal area for most species, indicating strong intraspecific competition. No strong interspecific density dependence was found in the forest. Mots-clés :compétition / mortalité dépendante de la densité / effets du voisinage / analyse du modèle spatial / forêt tempérée Résumé -La survie des arbres dépend de la densité dans une ancienne forêt tempérée du nordest de la Chine.• La dépendance par rapport à la densité est un important mécanisme pour la formation des communautés végétales. Toutefois, son rôle dans la régulation de diverses communautés mélangées d'arbre est moins certain.• Dans cette étude, nous avons enquêté sur les effets densité-dépendance à une grande échelle (25 ha) dans une ancienne forêt tempérée, dans le nord de la Chine. Les modes de distribution spatiale de voisinage ont été analysés en utilisant diverses méthodes pour estimer la concurrence, y compris : (1) des paires de fonction de corrélation afin de déterminer les structures spatiales de pré et postmortalité et (2) l'analyse du voisinage des individus pour examiner dans quelle mesure la survie de l'arbre survivant est corrélée avec d'autres variables.• Les résultats ont montré que, pour les espèces communes, 3 des 5 espèces de la canopée et 3 des 8 de l'étage moyen et du sous-étage, la mortalité était aléatoire. Aucune mortalité densité-dépendante négative n'a été détectée lorsque les arbres atteignent 1 cm de diamètre à hauteur d'homme. Il n'y avait pas de corrélation significative pour les espèces de la canopée entre la survie des arbres et l'abondance conspécifique, mais il y avait des corrélations positives pour l'étage moyen et le sous-étage.• En revanche, la survie des arbres était corrélée négativement avec la surface terrière conspécifique pour la plupart des espèces, indiquant une forte concurrence intraspécifique. Aucune dépendance visible de la densité interspécifique n'a été détectée dans la forêt.

Distribution patterns and associations of dominant tree species in a mixed coniferous-broadleaf forest in the Changbai Mountains

“…However, due to the limited experimental conditions, we did not include saplings of DBH < 5 cm in our analysis. Therefore, some discrepancies with previous studies may exist in terms of spatial distribution patterns and spatial associations within lower height classes Zhang et al 2007;Zhang et al 2009). In addition, the spatial patterns of species may have been generated by the interplay of various factors, such as selective cutting (Lei et al 2007), forest fire (Yu et al 2009), physiological effects (Peres-Neto and Legendre 2010), and disturbance (Allstadt et al 2012).…”

“…With increases in radius, results at coarser distances include information at finer distances within the circle. O-ring statistics can effectively rule out the influence of cumulative effects; they are developed from Ripley's K function by replacing the circles of Ripley's K function with rings, which can isolate specific distance classes and analyze spatial patterns at a given distance r (Fortin and Dale 2005;Hao et al 2007;Xu et al 2009;Zhang et al 2009). O-ring statistics include both univariate and bivariate procedures.…”

Density dependence across multiple life stages in a temperate old-growth forest of northeast China

“…For example, Stoll and Newbery (2005) studied the growth of medium-sized (10 to <100 cm diameter at breast height, dbh) trees of ten abundant overstory dipterocarp species and found strong negative effects of neighbors on their growth in a lowland forest in Borneo. Similarly, Zhang et al (2009) found tree survival was negatively correlated with conspecific basal area for 8 of 13 focal species with dbh ≥ 1 cm in the temperate forest of Changbaishan Mountain, China. Thus, previous studies indicate that negative density dependence exists at both early and later life-history stages of trees.…”

Negative Density Dependence Regulates Two Tree Species at Later Life Stage in a Temperate Forest

“…Therefore, NDD can result in lower growth and survival of local abundant species [2]. The supporting results include observational [2]–[8] and experimental studies [9]–[13] that take place in tropical [14]–[17], subtropical [18] and temperate forest [19]–[22]. Johnson et al [23] even further concluded that NDD explains the latitudinal gradient of tree species richness.…”