九连山人工和自然恢复森林物种多样性特征及其环境解释

发布时间：2020-05-12 15:15

【摘要】：人类活动的加剧导致大面积森林资源丧失,随着原始林面积的不断减少和片段化,逐渐形成了裸地或者次生林,同时也加快了物种灭绝的速率,全球生物多样性减少和丧失对生态系统功能的影响是当前生态学最为关注的领域之一。因而,人为干扰后森林是否能够恢复到干扰前的水平是当前关心的问题。目前主要森林恢复模式有采伐后人工栽植造林树种的人工恢复模式和采伐后自然演替的自然恢复模式,而人工恢复模式和自然恢复模式在群落结构、物种多样性和谱系多样性上有何差别,环境因素在恢复过程中所发挥的作用值得关注。本研究选择九连山三个典型森林群落为对象,分别为未受人为干扰的原始常绿阔叶林、自然恢复36年的次生林以及人工栽植杉木后自然恢复42年的人工杉木(Cunninghamia lanceolata)林,在固定地设置、植被调查及主要环境因子测定的基础上,分析三种类型森林的群落结构、物种多样性和谱系多样性(包括α和β多样性)随森林类型及环境因子的变化规律;最后,分析了次生林-原始林、杉木林-原始林两种不同恢复模式下,植被群落多样性指数与不同环境因子的相关性。主要研究结果如下:(1)次生林和杉木林优势科和胸高断面积上有一定的相似性,但在主要树种上存在较大差别,进展演替至原始林仍需较大的物种更替率;原始林径级分布接近倒“J”型指数递减,群落较其他两种林型稳定。杉木林相对于次生林径级分布更接近倒“J”型指数递减,但在在小树个体上比例较小。垂直结构上,次生林较杉木林层次明显,但矮树偏少,可能由于刚经历了自然稀疏过程;且在成年树的累积速度上低于杉木林。(2)α多样性指数上,物种多样性水平:原始林次生林杉木林,原始林和次生林均表现为谱系聚集结构,而杉木林表现为谱系发散结构;β多样性指数上,不同类型林分内部以及它们之间的物种和谱系β多样性差异显著,其中原始林内部谱系结构表现为谱系聚集结构,内部亲缘关系较为接近且内部物种组成差异较小。而原始林与杉木林,次生林与杉木林之间物种组成还存在较大的差异,群落间物种亲缘关系表现较为疏远。(3)不同类型森林环境因子差异显著。土壤化学性质上,原始林总体上具有最高的养分含量,次生林有机碳含量低于杉木林,而全磷、铵态氮含量则显著高于杉木林。原始林林下光强较弱,林分结构较为郁闭,有最高的叶面积指数和最低的林冠开度,次生林相对于其他两种林分,林下光强较强,林分较为稀疏,叶面积指数较小且林冠开度较大。(4)在杉木林-原始林的人工恢复模式和次生林-原始林的自然恢复模式,物种多样性受到环境因子的显著影响,环境因子均能解释物种多样性的大部分变异(73%和78%),其中土壤、光照、地形3类交互作用解释量最大,其中海拔、叶面积指数、有效磷、林冠开度均有重要作用,并且人工恢复模式下,土壤因素单独解释了较多变异,而自然恢复模式地形和土壤单独解释了较多变异。(5)不同恢复模式下,环境因子对谱系结构的影响差别较大,杉木林-原始林的人工恢复模式下,土壤铵态氮、硝态氮以及叶面积指数与谱系多样性指数呈显著正相关,土壤全磷与坡向与净谱系亲缘关系呈显著正相关,与土壤有效磷呈负相关。因而,人工恢复模式下,土壤速效氮和磷含量是影响人工恢复谱系结构格局的主要因素。而次生林-原始林的自然恢复模式下,谱系多样性和有效磷呈显著负相关,与海拔呈显著正相关,环境因子与净谱系亲缘关系均无显著性关系。自然恢复模式下,土壤有效磷和海拔是影响自然恢复谱系结构的主要因素。总体上杉木林和次生林与原始林在群落结构、物种多样性和谱系多样性上均存在一定的差异。从杉木林至原始林的人工恢复模式和从次生林至原始林的自然恢复模式,物种多样性和谱系多样性都在朝群落进展演替的方向进行,土壤、地形和光照等环境因子在物种多样性恢复方面发挥了较大的作用,但谱系多样性恢复方面,环境因子发挥的作用有所不同。综合看来,从次生林至原始林的自然恢复模式物种多样性和亲缘关系更为接近,群落结构及多样性更有利群落的进展演替推进。
【图文】：

落叶树种 27 种，多度为 502 株，常绿树种个数占样方 10.4%。度量多维标定图可以看出，不同恢复类型的林分和原始林 NMDS 第一轴即可很明显地区分三种不同的森林类型，生林、原始林(图 1)。同一种林分类的物种则比较聚集，组成差异不大。

原始林第Ⅰ（1≤DBH＜5cm）、Ⅱ（5≤DBH＜10cm）以及第Ⅵ（DBH≥4内个体数远远大于其他两种类型林型，而杉木林在中间等级Ⅲ（10≤DBH＜（20≤DBH＜30cm）、Ⅴ（30≤DBH＜40cm）个体数大于其他两种类型。次在第Ⅰ（1≤DBH＜5cm）、Ⅴ（30≤DBH＜40cm）和Ⅵ（DBH≥40cm）等级个外，其他等级上个体数居中。杉木林幼树（1≤DBH＜5cm）个体数占总个体数的 51.76%，小树(5cm≤DBH体数占总个体数的 15.97%，成年树（DBH≥10cm）个体数占总个体数的 3生林幼树（1≤DBH＜5cm）个体数占总个体数的 35.89%，小树(5cm≤DBH体数占总个体数的 31.99%，成年树（DBH≥10cm）个体数占总个体数的 3始林幼树（1≤DBH＜5cm）个体数占总个体数的 59.45%，小树(5cm≤DBH体数占总个体数的 20.44%，成年树（DBH≥10cm）个体数占总个体数的 2始林幼树的个体数占总数比例远大于其他两种类型林型，说明群落更新良好级胸径上个体数小于杉木林，在径级结构上的个体数减少速度远高于杉木林，径级分布上接近倒“J”型指数递减，群落较其他两种林型稳定。杉木林径同样接近倒“J”型指数递减，但在中间等级Ⅲ（10≤DBH＜20cm）个体数偏高性小于原始林。次生林样地幼树、小树和成年树的个体数差异不大，总体径本呈现线性递减的趋势，相对于其他两种林型，，次生林稳定性最差。
【学位授予单位】：江西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S718.5

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本文编号：2660414