俄罗斯大果沙棘人工林稳定性研究

发布时间：2017-05-21 07:57

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【摘要】：大果沙棘人工林是单优势群落,其稳定性问题就已经成为本领域研究者所关心的首要问题。基于此,本文以黑龙江省孙吴县大河口林场引种俄罗斯大果沙棘为研究对象,在分析研究区域的沙棘种群结构与空间格局的基础上,重点分析不同发育阶段和生境条件下俄罗斯大果沙棘人工林的土壤水分和养分变化过程和规律、俄罗斯大果沙棘种群内部稳定性的影响因素以及种群内不同龄级大果沙棘个体的分布格局与空间关联性,以此研究和揭示大果沙棘人工林的生长特性、生物群落和生物量的变化规律,在此基础上完成对大果沙棘人工林种群稳定性的定量描述,以及探究大果沙棘人工林群落成长过程的生境稳定性,该研究成果可为人工林稳定性建造提供理论依据,进而完成研究区域的森林经营、造林设计及种群生态恢复,并为最终实现俄罗斯大果沙棘天然更新和植被群落天然恢复和生态建设提供理论依据。本文的研究结果如下：1)不同发育阶段大果沙棘人工林平均树高、平均冠幅、郁闭度、土壤含水量、不同生境、土壤理化性质等的排列顺序为：11年生7年生2年生撂荒地,大果沙棘人工林对土壤具有改良作用,使得土壤理化性质得到改善,随林龄增长而表现得更加明显,11年生大果沙棘人工林对土壤改良的效果最明显,2年生大果沙棘由于栽植年限短,改良效果不明显。此外,土壤化学性质中平地与低洼地较好,漫岗最差；平地土壤的物理和化学性质最好,低洼地次之好,低洼地长期处于积水状态,水分过多,使得土壤pH值较低,土壤偏酸性。2)基于生理整合的耗-益分析表明,保持根状茎连接显著提高了遭受遮光处理分株(母株和子株)的地径和树高生长,尤其是提高了遭受遮光处理分株的存活率；基于地径、树高总增长量的耗-益分析表明,对俄罗斯大果沙棘未遮光处理的分株没有产生显著的耗费,但使受到光胁迫处理的分株显著受益,并验证了Slade和Hutching的研究成果。此外,生理整合的存在能帮助俄罗斯大果沙棘人工林忍受一定程度的不良环境,进而巩固沙棘人工林的稳定性。3)基于研究区大果沙棘径级个体数目与年龄研究可知,随着龄级的增加,小径级个体(级苗)所占比例呈现出大-小-大的变化趋势,大径级的个体呈现逐级增多的趋势,随着年龄的增加,研究区种群整体径级呈现增大的趋势,且处于增长期。在11a大果沙棘人工林种群中,呈现非正态分布,幼生苗个体和大径级个体数量较多,中间径级个体较少,说明种群通过种内竞争而减缓其增长速度,沙棘人工林种群呈现出由稳定期-衰退期-稳定期恢复的转变趋势。4)研究大果沙棘单种群的空间格局分布的结果表明,整个种群明显呈现集群分布特征,在尺度为1m时表现为最大程度聚集；对于径级1、2和5,在尺度内为显著的集群分布；对于径级3当尺度小于19m时,为集群分布,当尺度大于19m时为随机分布；对于径级4,尺度在小于7m时,是明显的集群分布,尺度在7-13m时,为随机分布与集群分布,但偏向随机分布,尺度大于13m时变为明显的随机分布。5)为了更直观的表达沙棘平均地径和平均树高的生长过程,基于统计SPSS13.0软件的支持下,本文实现了对沙棘平均地径和平均树高的生长过程的方程拟合,在对拟合方程进行分析基础上获得最优模型。“S”型曲线函数是其平均地径生长过程的最佳模型,拟合方差R2值最高,为0.998,其拟合方程为：Y=e×(2.2458.3.768/X)R2=0.998；三次函数最能描述沙棘的树高生长过程的最佳模型,平均树高的拟合方差R2最高,为0.980,其拟合方程为：Y=-0.5205+0.9076X-0.1128X2+0.0046X3 R2=0.9806)本文基于野外调查样点区域植被指数遥感求解的基础上,建立遥感植被指数和实测样点俄罗斯大果沙棘生物量的回归分析,定量反演研究区俄罗斯大果沙棘人工林的生物量,进而探究该生物量的空间格局分布状况,多元回归遥感植被指数模型的精度要高于单遥感植被指数的精度,该生物量的遥感模型为：y=-5.651+2.656RVI+12.056NDVI+0.169DVI+6.591TNDVI,R2=0.909,该结果表明沙棘遥感模型的计算预测值与理论值存在较好的相关关系,但基于遥感指数模型预测生物量值比生物量实测数值高。7)基于俄罗斯大果沙棘人工林优势种群数量动态研究可知：不同发育阶段和地理坡向的成熟沙棘种群的径级结构分布都接近倒J字形,源于沙棘种群的自我更新和极强的克隆能力,能够实现大果沙棘人工林的天然更新；沙棘人工林在半阳坡和半阴坡天然化程度和均匀度指数要高于其他坡向的,沙棘人工林各物种在阴坡分布不均匀,但生态位重叠度较高,竞争比较激烈,稳定性较差。8)基于不同群落土壤养分含量和地上生长状况灰色关联度分析可知：两不同龄级不同地形土壤肥力比较为：平地11a大果沙棘土壤肥力最高,低洼地7a大果沙棘土壤肥力最次,土壤相对较贫瘠；在相同立地条件下大果沙棘人工林生长状况的排列顺序为：11年生大果沙棘人工林7年生大果沙棘人工林2年生大果沙棘人工林；不同林分的生长状况关联度排序为：平地11a大果沙棘漫岗11a大果沙棘平地7a大果沙棘低洼地7a大果沙棘漫岗7a大果沙棘低洼地11a大果沙棘,平地11a大果沙棘的关联度最高,低洼地11a大果沙棘最差。
【关键词】：大果沙棘 生态效应 生长特性 生物量 遥感模型 稳定性分析
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S793.6
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 大果沙棘研究现状14-16
• 1.1.1 俄罗斯大果沙棘的稳定性研究15
• 1.1.2 俄罗斯大果沙棘人工林克隆内分工研究15-16
• 1.1.3 俄罗斯大果沙棘人工林觅养行为研究16
• 1.2 人工林稳定性研究进展16-21
• 1.2.1 群落稳定性的概念17-19
• 1.2.2 群落稳定性的机制19-20
• 1.2.3 国内外人工林稳定性的研究现状20
• 1.2.4 稳定性研究趋势分析20-21
• 1.3 研究的目的、意义21-22
• 1.4 研究内容22-24
• 2 研究区概况与研究方法24-29
• 2.1 研究区自然概况24-25
• 2.1.1 地理位置24
• 2.1.2 地形地貌24
• 2.1.3 气候特点24
• 2.1.4 土壤类型与植被24-25
• 2.1.5 土地利用状况25
• 2.2 研究方法25-27
• 2.2.1 野外调查25-26
• 2.2.2 室内测定26-27
• 2.3 数据分析27
• 2.4 技术路线27-29
• 3 大果沙棘人工林生态效应研究29-35
• 3.1 大果沙棘人工林生长状况29-30
• 3.1.1 不同发育阶段大果沙棘人工林生长状况29
• 3.1.2 不同地形大果沙棘人工林生长状况29-30
• 3.2 大果沙棘人工林土壤含水率分析30-31
• 3.2.1 不同发育阶段大果沙棘人工林土壤含水率分析30-31
• 3.2.2 不同地形大果沙棘人工林土壤含水率分析31
• 3.3 大果沙棘人工林土壤理化性质分析31-34
• 3.3.1 不同发育阶段大果沙棘人工林土壤物理性质分析31-33
• 3.3.2 不同地形大果沙棘人工林土壤理化性质分析33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 环境因素对俄罗斯大果沙棘人工林稳定性的影响35-43
• 4.1 样地选择与实验方法35
• 4.2 不同遮光条件下俄罗斯大果沙棘生长状况35-40
• 4.2.1 粗眼遮光(60% NS)对俄罗斯大果沙棘生长的影响36-38
• 4.2.2 细眼遮光(30% NS)对俄罗斯大果沙棘生长的影响38-40
• 4.3 不同立地条件沙棘人工灌木林土壤性质40-41
• 4.3.1 不同立地条件沙棘人工灌木林土壤物理性质40-41
• 4.3.2 不同地形条件沙棘人工灌木林土壤化学性质41
• 4.4 本章小结41-43
• 5 不同发育阶段俄罗斯大果沙棘种群内部稳定性的研究43-58
• 5.1 光照对俄罗斯大果沙棘人工林的影响44-47
• 5.1.1 生长情况影响44-45
• 5.1.2 稳定性影响45-47
• 5.2 不同发育阶段俄罗斯大果沙棘种群结构变化47-51
• 5.2.1 不同发育阶段俄罗斯大果沙棘种群径级结构48-49
• 5.2.2 不同发育阶段大果沙棘种群高度级结构49-51
• 5.2.3 不同发育阶段俄罗斯大果沙棘种群结构分析51
• 5.3 不同发育阶段俄罗斯大果沙棘人工林种群分布51-54
• 5.4 不同发育阶段俄罗斯大果沙棘人工林点格局分析54-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 俄罗斯大果沙棘人工林生长特性分析与生物量评估58-96
• 6.1 数据的收集与整理58
• 6.2 研究方法58-62
• 6.2.1 经验生长方程58-59
• 6.2.2 理论生长方程59-60
• 6.2.3 模型的拟合60-62
• 6.3 俄罗斯大果沙棘人工林生长预估模型62-88
• 6.3.1 种群年龄结构的定量分析65-68
• 6.3.2 俄罗斯大果沙棘与测树等相关因子之间的关系68-84
• 6.3.3 俄罗斯大果沙棘人工林生长过程分析84-88
• 6.4 俄罗斯大果沙棘生物量回归方程88-95
• 6.4.1 俄罗斯大果沙棘生物量回归方程建立88-89
• 6.4.2 俄罗斯大果沙棘生物量的分布89-90
• 6.4.3 俄罗斯大果沙棘生物量遥感监测模型90-95
• 6.5 本章小结95-96
• 7 俄罗斯大果沙棘人工林稳定性及其适生环境综合分析96-100
• 7.1 优势种群数量动态指标96
• 7.2 植物物种多样性指标96
• 7.3 土壤水分、养分指标96-97
• 7.4 人工林群落稳定性综合评判97-98
• 7.4.1 不同群落土壤养分含量灰色关联度分析97
• 7.4.2 不同群落植被地上生长状况灰色关联度分析97-98
• 7.5 俄罗斯大果沙棘群落稳定性分析98
• 7.6 本章小结98-100
• 8 结论与讨论100-103
• 参考文献103-111
• 攻读学位期间发表的学术论文111-112
• 致谢112-113

【参考文献】

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本文编号：382995