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《北京林业大学》 2009年
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长白山退化云冷杉林演替动态及恢复研究

龚直文  
【摘要】: 森林是由树木为主体所组成的地表生物群落,自然界生长的森林是地球表面自然历史长期发展的地理景观(《中国森林》编辑委员会,1997)。森林是陆地生态系统的主体,是人类和多种生物赖以生存和发展的基础。森林具有复杂的结构和功能,不仅为人类提供了大量的木质林产品和非木质林产品,并具有历史、文化、美学、休闲等方面的价值,而且在保障农牧业生产条件、维持生物多样性、保护生态环境、减免自然灾害和调节全球碳平衡和生物地球化学循环等方面起着重要的和不可替代的作用。因此,森林资源的保护与可持续经营是当今全球共同关注的焦点。 本文以吉林省汪清县金沟岭林场为研究区,以杨桦次生林为主要研究对象,运用植被生态学、数量生态学、森林经理学等有关理论和技术,以地面样地调查和统计学方法为基础,运用定量化分析方法研究了退化云冷杉林森林生态系统的演替变化规律,并分析不同演替阶段的乔木树种的种间联结性、空间分布格局、林分直径结构、径阶生长与枯损模拟研究、杨桦次生林生长过程与演替动向分析,以及提出退化云冷杉林林分结构调整技术措施。本研究对于指导次生林植被恢复、次生林改造,从而加快次生演替进展,促进林业生态环境建设具有一定指导意义。本研究主要取得了以下研究成果: (1)演替阶段划分是植被恢复研究的重要内容。运用“空间代替时间”的方法,建立长白山退化云冷杉林森林演替过程中各阶段群落标准地,实测所有胸径大于5cm的胸径和坐标等数据。利用种间联结测定,主成份分析,最优分割法定量研究了长白山过伐林区退化云冷杉林的次生演替过程。结果表明:在次生演替过程中,白桦、山杨归为衰退种组;红松、云杉、冷杉归为进展种组;枫桦、落叶松、椴树、色木、榆树、水曲柳、黄菠萝和山槐归为其他树种组。其演替过程分为5个阶段:第1与2阶段为不同恢复程度的杨桦次生林群落,目前主要是以白桦、山杨、椴树、色木占优势的杨桦阔叶混交林;第3阶段为杨桦和云冷杉为主的针阔混交林阶段;第4阶段为云冷杉林阶段;第5阶段为云冷杉针阔混交林阶段。天然次生林各演替阶段的定量划分为该研究地区植被恢复、次生林改造以及林业生态环境建设提供重要理论和现实依据。 (2)通过方差分析,x~2检验和种间联结系数AC值等的计算,对杨桦次生林和云冷杉针阔叶混交林阶段林分总体种间联结性进行了定量分析。研究结果表明:杨桦次生林群落内出现12个乔木树种之间的总体关联性的方差均值VR=0.932,接近1,表现为无相关性;在针阔叶混交林阶段,群落主要种间的总体关联性表现为正相关,说明该阶段的群落已处于和该地区环境条件相适应的稳定阶段,群落总体正关联性随着演替进程而加强。多树种间总体联结性反映了群落内各树种间相关性的总体趋势,树木种群的关联关系进一步说明,该群落处于杨桦次生林向云冷杉针阔叶混交林过渡的阶段。 (3)运用空间点格局分析方法中的Ripley's K(t)和K_(12)(t)函数分析退化云冷杉林各个演替阶段的先锋树种、顶级树种和其他树种的空间格局和空间关联性。研究结果表明:①从杨桦次生林、云冷杉林到云冷杉针阔混交林演替过程中,林分整体空间分布格局由聚集分布过渡为随机分布,先锋树种早期呈聚集分布状态,到了演替后期呈随机分布;其他树种在总体上都是小尺度上为聚集分布,而大尺度上是随机分布;顶级乡土树种云冷杉、红松在20号云冷杉针阔混交林样地中,>12m的尺度,L(t)值中偏离0较远,向着均匀分布方法发展。②次生演替过程中先锋树种和顶级树种种间关系由先期的负关联变到正关联,树种之间共同利用资源;杨桦次生林中先锋树种杨桦和其它伴生树种之间在所有尺度下均呈负关联,到15 m尺度时关联显著;项级树种与其他树种二者在所有尺度上都呈正关联。因此,分析种内或种间关联时,不同尺度有着明显多样的格局。 (4)利用林分空间结构参数—混交度、大小比数和角尺度三个参数,分析了研究区杨桦次生林从1989年到2005年的空间结构信息演变过程。研究结果表明:该林分已由随机分布生长到轻度聚集分布;林分内各树木之间的直径差距正在逐渐缩小;该林分已经从中度混交过渡到强度混交。随着林分次生演替进程,林分中杨树、白桦和柞树等先锋树种逐渐退出所在群落,而当地云杉、冷杉和红松等顶级群落树种则演变为优势树种。 (5)分析了杨桦次生林直径分布特征,通过威布尔函数和负指数函数2种直径分布模型的模拟和检验,发现两者都能用于异龄次生林的直径分布模拟中。此外,还计算了次生异龄林中连续的两个径阶中的株数之比(常数q值),分布范围在1.26~1.49之间。 (6)以长白山过伐林区金沟岭林场的云冷杉林4个局级固定样地连续12年的观测数据资料为研究对象,利用固定样地内主要针叶树种红松、冷杉和云杉,从1978年到1984年间隔6年内的胸径与定期平均生长量对应值数据,建立林木径阶生长转移概率模型,预估林木径阶平均生长量,并利用1990年观测数据进行检验,结果表明所建概率模型实际应用误差较小,精度较高;同时本文还分析了1978年至1990年12年间云冷杉混交林的枯损林木的株数分布特征,通过模型模拟和检验,表明Weibull分布函数适合用于异龄混交林的枯损株树分布模拟。 (7)根据山杨、白桦解析木资料,利用Richards方程拟合了白桦和山杨的胸径、树高和材积的生长方程,分别编制了二者的生长过程表;同时根据径阶组划分标准,统计各树种在不同径阶组中的株数及其所占的比例,从而对林分内各乔木树种的演替动向进行分析。研究结果表明:山杨和白桦作为林分内的先锋树种,处于衰退趋势;红松、冷杉与云杉为地带性顶级树种,将在地带性顶级群落中占据为优势树种;其他树种在演替过程中变化不明显。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S718.5

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