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长白山云冷杉针阔混交林天然更新的优化结构和数量标准研究

郭韦韦  
【摘要】:良好、持续的天然更新是保证一个森林可持续发展的前提之一,为了研究最适合林下幼树生长的主林层郁闭度条件,以及不同主林层密度条件下最合理的幼树数量范围和组成结构,基于汪清林业局金沟岭林场检查法I大区内连续三年定位观测的61块20m × 20m的更新样地,两块一公顷大样地和一块50m × 50m近原始林样地,运用森林经理学、统计学和生态学等方法研究了郁闭度从0.61到1.00的云冷杉针阔混交林天然更新幼树的树种结构、株数分布、水平空间格局、幼树生长、进界和枯损模型,结合主林层断面积和q值,分析不同主林层密度下适合的更新幼树数量和组成。同时,对云冷杉林处于不同演替阶段时的3种林型进行调查,分析其更新幼树的组成及生长状态。具体结果如下:通过鱼眼镜头照片计算各样地郁闭度,将郁闭度分为四个等级:0.61-0.70、0.71-0.80、0.81-0.90和0.91-1.00。统计发现,幼树数量随郁闭度的增加呈抛物线趋势---先增大后减少,在郁闭度0.71-0.80之间时样地幼树数量最大,为6680株/ha。色木槭幼树和冷杉幼树是各郁闭度等级下重要值最高的树种。郁闭度0.71-0.80之间时乔木层和幼树层多样性指数最高。同时,隶属函数值结果表明,郁闭度0.71-0.80之间时林分总体稳定性最高。四种郁闭度范围内,主要树种的幼树株数随地径级或高度级均呈倒J型分布,其中,Weibull分布函数拟合幼树的株数分布效果较好。但郁闭度0.91-1.00之间的样地中,云杉幼树株数和地径的最适方程为对数函数,幼树总体的株数分布最适方程为复合函数、增长方程和指数函数。郁闭度0.81-0.90之间的样地内,云杉幼树株数分布最适方程为复合函数、增长方程和指数函数。利用角尺度、大小比数和混交度,以及二阶点格局方法分析不同郁闭度等级下的幼树空间格局。结果表明,郁闭度0.71-0.80时样地平均角尺度最小,大小比数和混交度最高的是郁闭度0.81-0.90的样地。郁闭度0.71-0.80之间时,幼树在0-3m范围内表现出明显的聚集分布现象,其他尺度内以随机分布占优势。空间关联性结果表明,冷杉幼树不宜在自身母树树冠下生长,红松幼树和云杉幼树在小尺度范围内多呈正相关。调查期内,随郁闭度的增加,幼树总体和各优势树种幼树的高度生长量和生长率都呈现先增大后减小的趋势,在郁闭度0.71-0.80时最高。幼树总体地径平均生长量先减小后增大,郁闭度0.71-0.80之间时最低;而紫椴和色木槭幼树的地径生长量在郁闭度0.71-0.80时最大。云杉幼树的地径生长量随郁闭度增加而减小。随着郁闭度的增加,幼树总体、色木槭幼树和冷杉幼树的冠幅生长量逐渐增加;郁闭度0.90以上时幼树总体平均冠幅生长量达12359.7 cm2,是郁闭度低于0.70时冠幅生长量的两倍。多元回归模型的结果显示,幼树的生长受到上层郁闭度、乔木株数、林分断面积、灌木盖度和自身大小等多种因素的影响。利用Poisson模型、零膨胀模型以及Hurdle模型,对主要树种的幼树进界株数和枯损株数进行拟合,结果表明,零膨胀负二项模型(ZINB)能够较好地拟合各主要树种幼树的进界和枯损株数;主林层郁闭度、主林层密度、腐殖质厚度、幼树自身胸径大小等对幼树的进界和枯损有显著的影响。将主林层乔木按照q值和胸高断面积进行等级划分,针对不同q值下的主林层结构和幼树株数对比分析,结果表明,在主林层胸高断面积处于20-30 m2.ha-1且q值为1.4时,幼树的地径生长量和胸径生长量最大,此时,林分的每公顷乔木株数在800-1350株之间,而幼树的数量可达到4267株/ha。当林分胸高断面积在40-50 m2·ha-1时,蓄积量在400 m3·ha-1左右,q值为1.5时,幼树密度在7100株/ha,此时幼树的各项生长量较大。比较不同演替阶段三种林型(杨桦次生林、云冷杉针阔混交林、云冷杉近原始林)内主要树种幼树组成和生长状态。结果表明,随着演替进行,乔木株数密度下降,但胸高断面积显著增大。紫椴、冷杉、云杉等顶级树种重要性增加,先锋树种更新不良,逐渐退出此生态系统。云冷杉林乔木、幼树的株数和分布较为合理,未来可持续发展,而次生林和近原始林幼树数量相对较少。近原始林径阶分布不合理,应采取抚育择伐等措施,调整群落结构,降低郁闭度,改善群落内生长空间分配不均匀性;适当增加林窗,促进冷杉、红松更新及幼树生长,提高群落生物多样性,加速演替进程,促使群落朝健康稳定的方向发展。


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