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《华中农业大学》 2013年
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鄂中低丘区水土保持林结构与功能关系研究

贾秀红  
【摘要】:水土保持林是我国中部低丘区主要生态公益林类型之一。本研究以湖北省太子山林场为例,选择马尾松林、柏木林、杉木林和麻栎林4类纯林以及针阔混交林、阔叶混交林、栎类混交林和针叶混交林4类混交林(共22种林分类型)作为研究对象,揭示林分与景观两个层次上的水土保持林结构与功能的关系,以期为我国中部地区水土保持林的生态系统管理提供更丰富的理论和实践依据。本文主要研究结果如下: (1)对林分结构特征进行分析,结果显示:研究区各林分夏季叶面积指数LAI变化范围为2.514-3.689,落叶阔叶林的LAI最大;各纯林随着年龄的增加,直径分布曲线越来越接近于正态分布曲线,混交林的直径分布曲线分为反J型曲线、近似于正态分布曲线和多峰山状曲线三种类型;整体来看,8种混交林有50%属于弱度混交,针阔混交林的混交度低于阔叶混交林的;四类纯林中近熟林和成熟林林下的灌木物种丰富度较高,混交林灌木层的物种数主要集中在8-10种,灌木层的总盖度变化范围为7%~40%;在马尾松林分灌木层中,中龄林与成熟林之间的Sorensen指数(S1)和Jaccard指数(CJ)最大(即物种相似性最高);针叶纯林的草本层中,各龄组之间物种组成的相异度取值(βc)差异不明显。 (2)对土壤理化性质进行分析,林分0-40cm土层容重变化范围为1.32g/cm3~1.41g/cm3、毛管孔隙度变化范围为18.19%~54.75%、非毛管孔隙度变化范围为4.55%-15.28%;从整体来看,研究区林分土壤的有机质含量丰富、全氮量稍丰富、全磷量属于缺少等级、全钾量中等、碱解氮丰富、速效磷含量处于中等水平、速效钾含量稍丰富,研究区0-20cm土壤养分均属于中等变异;对各林分保育土壤功能指标进行因子分析,得到各评价指标的权重,评价结果显示:各林分的保育土壤功能存在一定的差异,以阔叶混交林、麻栎林和柏木近熟林的土壤生态功能最好。 (3)选取林冠枝叶生物量、冠层最大持水量、灌草生物量、灌草最大持水量、凋落物现存量、凋落物最大持水量、凋落物有效拦蓄量、土壤饱和蓄水量和土壤有效蓄水量等9个反映林分林冠层、灌草层、凋落物层和上壤层这四个层面持水蓄水能力的指标,运用SPSS软件对各林分持水蓄水功能指标进行因子分析,计算出评价指标的权重值,得到各林分的综合得分,结果表明:阔叶混交林、麻栎纯林和柏木纯林的保水功能较强。 (4)采用层次分析(AHP)法对石龙林场水土保持林的生态功能从保育土壤功能和持水蓄水功能两个方面进行研究,计算出各生态功能指标的影响权重,构建了典型水土保持林生态功能模型,并通过综合评分法计算出各类林分生态功能综合得分值:总体来看,麻栎林、阔叶混交林和柏木中壮龄林表现出较强的水土保持功能(麻栎成熟林的综合得分最大),马尾松、杉木的近熟林与成熟林以及针阔混交林的生态功能次之,针叶混交林和各类针叶幼龄林的最差。 (5)对功能因子与结构因子作逐步回归和通径分析,结果表明:土壤厚度、叶面积指数、凋落物厚度、乔木混交度和林分年龄对土壤物理化学特征的影响均较显著,林分年龄、株数密度、凋落物厚度对林分持水蓄水功能产生较大的影响,尤其是凋落物层在保育土壤和持水蓄水两方面均能发挥显著作用;综合层次分析法和逐步回归模型,得到研究区林分结构与功能的模型为: 式中,Z表示水土保持林生态功能量化指标;X1为林分年龄(或优势树种年龄);X2为林分密度;X3为平均胸径;X4为叶面积指数;X5为平均树高;X6是乔木混交度;X7为灌草丰富度;X8为灌草盖度;X9为凋落物厚度;X10为土壤厚度。 (6)采用二类调查数据和林相图结合的方法对石龙林场和仙女林场的景观类型进行分类,将林场内水土保持林划分出马尾松林、柏木林、杉木林、麻栎林、针叶混交林、针阔混交林、栎类混交林和阔叶混交林共8类景观类型,选取斑块数(NP)、斑块面积(CA)、平均斑块面积(PA)、斑块密度(PD)、斑块面积变异系数(PA CV)、边缘密度(ED)、形状指数(SI)、斑块分维数(FD)和聚合指数(AI)这9个指标对两个林场的景观结构特征进行分析,对各指标因子进行标准化后进行多元逐步回归,得到景观功能指标因子与结构特征因子的关系模型如下: 式中,Y1表示水土保持林林地总养分含量指标;Y2表示水土保持林林地总持水蓄水功能量化指标;X1为平均斑块面积;X2为斑块面积变异系数;X3为斑块密度;X5为形状指数;X6为分维数;X7为聚合指数。 (7)综上可得,研究区内的水土保持林以阔叶混交林、栎类混交林、麻栎纯林和柏木纯林的生态功能较优,参照这4类林分的结构特征,提出林分层次上鄂中低丘区水土保持林的理想结构为:异龄、复层、混交的结构状态;具体特征包括叶面积指数LAI2.733、直径结构为反J型或近似正态分布曲线、林分混交度≥0.5、灌草层总盖度约55%、灌草层α多样性指数(物种丰富度)16、凋落物厚度35cm。在森林经营中要重视凋落物的组成、分解和现存量等对林分功能的影响。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S718.5

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