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长白山区采伐林隙更新及其微生境研究

宋新章  
【摘要】: 林隙是一种经常发生的小规模干扰,在森林的结构、动态和多样性维持中起着重要作用,已成为当前森林生态学研究的最活跃领域之一。间伐作为最重要的营林技术之一,对森林的可持续经营是必不可少的。间伐产生的林隙一般是小尺度和短暂的,但对森林结构的发展、对林地状况如光照、土壤养分含量、凋落物分解等起到了关键性作用。因此,有必要对间伐林隙内的更新状况开展深入研究,这对于加快森林更新,促进森林可持续经营具有重要的现实意义。长白山林区是我国东北天然林区的典型代表,多年的开发利用已导致原始天然林资源锐减,森林生态系统趋于退化。因此探讨采伐林隙干扰对森林更新的影响,对于长白山林区乃至东北国有林区的森林更新及森林可持续经营都具有积极的推动作用。 本文从采伐林隙内生态因子的作用规律及林隙内幼苗的更新响应两个方面对长白山林区较具代表性且为经营主体的次生杨桦林、次生阔叶林和阔叶红松林等3类林型内的采伐林隙进行了研究。研究结果表明: 长白山区次生杨桦林采伐形成的林隙面积多数在50~200 m~2之间,一般山7~10株山杨、白桦或山槐被伐后形成。地上光照是林隙内气候因子中的主导性因子,对幼苗的高生长和叶生长有较大的阻碍作用,空气湿度和地面湿度则分别对幼苗的个体密度产生有利和不利的影响。100~150 m~2大小的林隙内PAR最高,气温和地温随林隙面积的增大而增加,相对湿度的高低与林隙面积大小无明显关系。林隙内的PAR、气温和地温均大于非林隙林分,地上PAR大于地表,但气温和空气相对湿度均低于地表。林隙北部的PAR最大,其次是西部和东部,南部最低;中心及南部的气温和地温最高,东部最低:西部的湿度最高,中心和南部最低。凋落物对幼苗的径生长有显著的促进作用,TK含量对幼苗种密度的积极促进作用随时间的推移而减弱,对幼苗高生长和径生长的不利作用逐渐显现。土壤PH值的提高对幼苗的存活和生长均有显著的促进作用。林隙内外的凋落物量和TN、TP、TK和SOM含量及PH值基本无差异,但随林隙面积、年龄的不同而显著不同,林隙内不同部位间的凋落物量差异显著,南缘和西部的凋落物量最大,中心最少。不同部位间的TN、TP、TK含量和PH值基本无差异,但SOM含量差异较大,林隙南部最高,北部和东部最低; 次生杨桦林不同大小、年龄林隙内的种子库储量差异显著。50~100 m~2林隙内种子库储量最大,且随林隙形成时间的延长而减少。林隙内不同部位间的种子库储量变化较大,种子的种密度和个体密度变化不一致。种子库中水曲柳、紫椴、山槐、色木槭占优势,这4个树种的种子数量占种子总量的74.3%以上。地表凋落物层对种子掉落进入土壤有明显的阻滞作用。在林隙形成初期,种子库主要由O层种子库决定,但随时间的推移L层种子库对整个种子库的贡献越来越大。林隙内种子库的多样性样高于非林隙林分。更新幼苗的密度和生长状况同土壤种子库无显著相关关系。 在次生杨桦林林隙形成初期,灌木幼苗在更新中占绝对优势,随着时间的推移,乔木幼苗的优势逐渐增强。林隙内每年萌发幼苗的数量逐年减少,同土壤种子库中的种子储量随时间而减少的趋势相一致。更新幼苗中色木槭、椴木、水曲柳、山荆和山槐等阳性树种占优势,同种子库中这些树种占优势相对应。林隙内更新幼苗的生长状况显著优于非林隙林分,100~200 m~2大小的林隙内幼苗的种类和数量最多,生长最好,物种多样性也较高,优势度突出。在次生杨桦林的经营改造过程中,应以轻度择伐为主,以期形成100~200 m~2大小的采伐林隙,既有利于幼苗的更新生长,物种多样性也能维持在较高水平,从而加快次生杨桦林向阔叶混交林的演变进程。 以椴树、色木槭和蒙古栎为主的次生阔叶林采伐林隙的面积较小,多数在60m~2以下。一般由3~4株锻树、蒙古栎和山槐被伐后形成。地上光照在林隙内各气候因子中占主导地位,对幼苗种密度有较大的不利影响,地面温度对幼苗的高生长有显著的阻滞作用。<20 m~2大小的林隙内PAR最高,大林隙内的气温和地温低于小林隙。林隙内的PAR、气温和地温均大于非林隙林分,地上PAR大于地表,但气温和空气相对湿度均低于地表。林隙南部、北部及中心的温度最高,东部的温度最低。东缘的湿度最高,中心及西缘的湿度最低。土壤TN含量对幼苗的种密度有显著的决定性作用,TP含量对幼苗的径生长有较大的促进作用,TK含量对幼苗的高生长有很强的促进作用。随着时间的推移,幼苗受土壤养分的影响越来越小。林隙内外的凋落物量和TN、TP、TK和SOM含量及PH值基本无差异,但随林隙面积、年龄的不同而显著不同。林隙内不同部位间的凋落物量差异显著,西缘最多,北缘最低。不同部位间的TN、TP、TK含量和PH值基本无差异,但SOM含量差异较大,林隙南部最高,北部和东部最低。 次生阔叶林20~40 m~2林隙内土壤种子库的储量最大,且随时间延长而减少。林隙内不同部位间的种子库储量变化较大,种子的种密度和个体密度变化不一致。种子库中紫椴、糠椴、拧筋槭和青楷槭占优势。林隙内种子库的多样性样低于非林隙林分。更新幼苗的密度和生长状况同土壤种子库无显著相关关系。 次生阔叶林采伐林隙形成后10年到14年这段时间内,物种多样性总体上呈下降趋势,优势种渐趋突出,多度分布也趋于均匀。随着林隙面积的增大,多样性下降,优势种愈加突出。林隙内幼苗的多样性显著高于非林隙林分。更新幼苗中红松、色木槭、山槐、椴木和假色槭等阳性树种占优势,同种子库中的优势树种有较大差异。20~40 m~2大小的林隙内幼苗的生长状况最好,红松幼苗在40~60 m~2林隙中的优势最显著,表明20~60 m~2大小的林隙较适于幼苗特别是红松幼苗的更新。因此,在次生阔叶林的经营过程中,采伐强度应控制在15%以下,尽量形成20~60 m~2大小的林隙,以促进幼苗的更新生长尤其是红松幼苗的更新。 长白山区阔叶红松林采伐林隙面积较大,多数在100~500 m~2之间,一般由5~12株云杉、红松、蒙古栎、假色槭或千金榆被伐后形成。气候因子间的相互作用不强,主导性因子不突出。地面光照对幼苗种密度尤其是个体密度的消极影响则随时间的延长而增强,地面温度对幼苗高生长的阻碍作用随时间的推移而减弱。林隙内的PAR随林隙面积的增大而增加。大林隙内的温度低于小林隙,林隙内的PAR、气温和地温均大于非林隙林分,地上PAR大于地表,但气温和空气相对湿度均低于地表。林隙东部的气温和地温最高,其余部位间无显著差异。林隙西部的湿度最高,东缘的湿度最低。凋落物对幼苗生长的促进作用随时间推移而逐渐显现。土壤PH值的升高对幼苗径生长有显著的促进作用,但对不同种类幼苗的萌发尤其是存活有较强的抑制作用。林隙内外的凋落物量和TN、TP、TK和SOM含量及PH值基本无差异,但随林隙面积、年龄的不同而显著不同。林隙东缘、西缘和南部的凋落物量较高,中西部的凋落物量最低。不同部位间的TN、TP、TK含量和PH值基本无差异,但SOM含量差异较大,中西部最高,中北部、中南部和中东部较低。 阔叶红松林种子库中种子的个体密度对幼苗的种密度或个体密度的提高有积极的促进作用,但种子的种密度对幼苗的种密度或个体密度甚至高生长和径生长有不利的影响。200~500 m~2林隙内的种子库储量最大,且随时间延长而增加。林隙内不同部位间的种子库储量变化较大,种子的种密度和个体密度变化不一致。地表枯落物层对种子掉落进入土壤有明显的阻滞作用。在林隙形成初期,种子库主要由O层种子库决定,但随时间的推移L层种子库对整个种子库的贡献越来越大。种子库中色木槭、红松、紫椴和蒙古栎占优势。林隙内外种子库的多样性样无明显差异。 林隙形成初期,更新幼苗的种类组成较丰富,红松、云杉和青楷槭等树种占优势地位。随着林隙年龄的增加,物种多样性逐渐下降,假色槭、色木槭和椴木等在更新中逐步占据优势。300~500 m~2林隙内更新幼苗的高生长和径生长最好,500~600 m~2林隙内更新幼苗的多样性最大。红松幼苗在非林隙林分内的优势地位比林隙内突出。因此,在阔叶红松林的管护经营中,应以中度择伐为主,尽量形成300~500m~2大小的林隙,以促进森林的更新,但同时应注意保护非林隙林分内的红松幼苗。


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