疏伐对低效柏木人工林生态支持功能的影响

发布时间：2017-06-26 23:11

  本文关键词：疏伐对低效柏木人工林生态支持功能的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：20世纪80年代,川中丘陵区种植了大面积的柏木人工林,由于初植密度过高、管理不善,林分郁闭成林后,生物多样性降低、水土流失严重,成为典型的低效林,亟需得到改造。疏伐作为低效林分近自然改造的重要措施,是提高低效林生态支持功能的有效方法,但其对低效林生态支持功能影响的具体过程、不同疏伐方式和强度下的林分生态支持功能有何差异、疏伐后林分生态支持功能随时间的变化趋势、如何科学评价低效林生态支持功能恢复的效果等,都是在对低效柏木人工林疏伐改造研究过程中需要解决的关键问题。为此,该研究利用空间代替时间的方法,选取了低效柏木人工林间伐和林窗式疏伐2种疏伐模式,设置15-17%、24-26%、34-36%、48-50%的4种强度间伐类型和45～55 m2、90～110 m2、140～16 Om2、190～210 m2的4种面积大小林窗式疏伐类型,以非疏伐林分为对照；通过测定物种丰富度等45个指标,全面了解了疏伐后生长2～3、11～15、20～24年3个时间段的林分生态支持功能的变化情况。此外,该研究还利用主成分分析、聚类分析等方法,对疏伐林分生态支持功能进行综合评价,确定不同疏伐类型和强度林分生态支持功能的高低。其主要研究结果如下：(1)不同疏伐强度林内光热湿度调节及土壤养分改良功能特征。间伐后,从极弱度到强度间伐,林内PAR增加155.44～588.92 μmol·m-2·S-1,气温升高1.10～4.01℃,空气湿度降低3.32～16.93%,土壤含水量减少2.77～12.43%；土壤碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量分别提高5.11～16.47 mg·kg-2、0.40～1.07 mg·kg-2、20.70～44.21 mg·kg-2和26.06～32.59 g·kg-1,间伐强度越大,变化幅度越大。林窗式疏伐后,PAR和气温从高到低、空气湿度和土壤含水量由低到高分别为极大林窗、大林窗、中林窗、小林窗和对照；土壤碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量为中林窗大林窗极大林窗小林窗对照。(2)不同疏伐强度林分生长促进功能特性。间伐后,乔木胸径、冠幅较对照林增大,不同间伐强度林分之间,乔木高度差异不显著(P0.05),乔木郁闭度间伐后降低；灌木高度、盖度、草本层盖度、枯落物厚度、单株柏木材积在间伐后显著提高(P0.05)且与间伐强度呈正向相关。林窗内灌木、草本生长指标,枯落物层厚度较对照显著提高(P0.05),中林窗内增幅最大。林分生长与环境指标相关性分析表明,PAR、土壤营养元素和有机质对林分生长质量的影响较大。(3)不同疏伐强度林下土壤种子库多样性功能特征。间伐林内土壤种子库总密度介于817～1436 seeds·m-2,对照林为500 seeds·m-2;间伐后,林下0-5 cm土层种子库密度占总密度的46.46～52.14%,枯落物层和5-10cm土层种子库密度所占比例较低。种子库科属种数,物种丰富度、均匀度Pielou指数和多样性Shannon-Wiener指数呈现出强度间伐中度间伐弱度间伐极弱度间伐对照的趋势。与对照林比较,林窗内土壤种子库总密度提高536～1110 seeds·m-2,且土壤种子库分布区系更加复杂、多样性更加丰富,中林窗内变化幅度最大。疏伐干扰后,土壤种子库禾本科、菊科、蔷薇科等植物种类和数量增幅较大。与环境相关性分析表明,土壤种子库多样性与林内土壤营养元素和有机质含量具有极强的相关性。(4)不同疏伐强度林分地表植物多样性功能特征。间伐后,地表植物科、属和种数分别增加4-13科、6～17属和7～18种；乔木、灌木和草本分别增加2～5种、2～6种和3～6种；优势种增加2-4种；均匀度Pielou指数增加0.02～0.07、多样性Shannon-Wiener指数提高0.47～1.17。林窗式疏伐后较对照林,植物科、属、种数,乔、灌、草种数,多样性Shannon-Wiener指数增加均达到显著水平(p0.05),且中林窗内的植物组成区系更加复杂和多样性更加丰富。与环境因子相关性分析表明,地表植物多样性与PAR、土壤碱解氮、速效磷、速效钾和有机质等环境因子的相关性系数绝对值在0.8以上。疏伐林内土壤种子库与地表植物的相似系数介于12.12～26.23%,相似度较低。(5)不同生长阶段林内光热湿度调节及土壤养分改良功能变化。间伐和林窗式疏伐后林分生长2～3、11～15、20～24年,PAR和气温变化表现为生长初期中期中后期；空气湿度、土壤含水量、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质为生长初期中期中后期。聚类分析分为三类,间伐后生长初期、中期、中后期、林窗式疏伐后生长中后期聚为一类；林窗式疏伐生长初期和中期归聚为一类；间伐对照和林窗对照聚为一类。(6)不同生长阶段林分生长促进功能变化。间伐后2～3、11～15、20～24年,乔木高度、胸径、冠幅、郁闭度,灌木高度、枯落物厚度和单株柏木材积表现出生长初期中期中后期；灌木盖度从高到低排序为生长中期、初期和中后期；草本盖度为生长初期中期中后期。林窗式疏伐后灌木和草本生长变化趋势与间伐林分一致。聚类分析分为三类,间伐生长初期、中期、林窗式疏伐生长初期、中期聚为一类；间伐中后期和林窗式疏伐中后期聚为一类；间伐对照和林窗对照聚为一类。(7)不同生长阶段林下土壤种子库多样性功能变化。间伐和林窗式疏伐后,土壤种子库总密度表现为生长初期中期中后期；种子库物种数、属数、科数从高到低分别为生长初期、中期、中后期。间伐和林窗式疏伐林内,种子库草本种数在生长初期最多,分别为11和13种；灌木在生长中期最多,分别为6和7种；乔木在生长中后期最多,分别为4和5种。种子库a多样性指标中物种丰富度、均匀度Pielou指数、多样性Shannon-Wiener指数随植物群落的生长进程逐渐降低；优势度Simpson指数、13w多样性指数为生长初期中期中后期。(8)不同生长阶段林分地表植物多样性功能变化。间伐和林窗式疏伐后,地表植物物种数、属数和科数表现为生长初期中期中后期；草本、灌木和乔木种数的峰值分别出现在生长初期、中期和中后期。疏伐改造后,地表植物丰富度、优势度Simpson指数和多样性Shannon-Wiener指数为生长初期中期中后期；均匀度Pielou指数和pw多样性指数为生长初期中期中后期。疏伐促进了林分垂直结构由乔木单层向乔灌草多层演替,由柏木纯林向针阔混交林分演替。疏伐林分生长进程中,地表植物与土壤种子库的相似系数表现为生长初期中期中后期。(9)林分生态支持功能综合评价。选择林分生态支持功能相应代表性指标,评价表明：环境调节、土壤改良、植物多样性和生长促进主成分分值在不同疏伐强度下分别介于-2.27-3.68、-3.10～2.69、-2.88～2.44、-4.37～3.09,4种生态支持功能组合为中林窗2.20最高；4种生态支持功能在间伐后各生长阶段分别介于-0.62～0.96、-1.25～9.60、-2.82～0.87、-0.9～1.54,在林窗式疏伐后各生长阶段分别介于-3.34～0.06、-0.27～1.27、-1.23～0.18、-0.84～3.49,4种生态支持功能组合最高值均出现在疏伐改造后的11～15年期间。综合分析表明,环境调节功能在极大面积的林窗式疏伐后生长初期最高,土壤改良功能在中林窗式疏伐后生长中后期最高,植物多样性功能在中林窗式疏伐后生长初期最高,生长促进功能在中林窗式疏伐后生长中后期最高,综合生态支持功能在中林窗式疏伐后生长中期最高,在实践中应根据对林分生态支持功能的具体需求选择相应的疏伐干扰模式及持续干扰的时间。
【关键词】：川中丘陵区 低效柏木人工林 间伐 林窗 生态支持功能
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S791.41
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-16
• 前言16-19
• 第一章 文献综述19-49
• 1.1 低效林研究进展19-34
• 1.1.1 低效林的提出19-20
• 1.1.2 低效林的成因20-21
• 1.1.3 低效林的特征21-22
• 1.1.4 低效林的演替22-26
• 1.1.5 低效林的恢复与重建26-31
• 1.1.6 柏木人工林研究进展31-33
• 1.1.7 川中丘陵区低效林研究现状33-34
• 1.2 土壤种子库研究进展34-39
• 1.2.1 土壤种子库研究现状34-35
• 1.2.2 土壤种子库与地表植被关系35-37
• 1.2.3 土壤种子库与受损植被的恢复37-38
• 1.2.4 疏伐对土壤种子库的影响38-39
• 1.3 生物多样性研究进展39-43
• 1.3.1 生物多样性的含义39
• 1.3.2 生物多样性评价指数39-40
• 1.3.3 生物多样性与生态系统功能关系40-43
• 1.4 森林生态功能研究进展43-46
• 1.4.1 森林生态功能评价研究进展43-44
• 1.4.2 森林生态功能评价指标44-45
• 1.4.3 森林生态功能评价方法45-46
• 1.5 研究目的意义46-49
• 第二章 研究内容与方法49-60
• 2.1 研究区域概况49
• 2.2 试验样地概况49-50
• 2.3 研究内容50-51
• 2.4 拟解决的主要问题51-53
• 2.5 技术路线53
• 2.6 样地设置53-55
• 2.6.1 间伐林分样地设置53-54
• 2.6.2 林窗样地设置54-55
• 2.7 实验及分析方法55-60
• 2.7.1 光热湿度及土壤环境测定56
• 2.7.2 林分生长状况调查56
• 2.7.3 土壤种子库调查56-57
• 2.7.4 植物多样性测定57
• 2.7.5 数据处理与分析57-60
• 第三章 疏伐对低效柏木人工林的影响60-87
• 3.1 光热湿度环境调节功能60-61
• 3.1.1 间伐林分光热湿度环境60
• 3.1.2 林窗光热湿度环境60-61
• 3.2 土壤改良功能61-62
• 3.2.1 间伐林分土壤养分61-62
• 3.2.2 林窗土壤养分62
• 3.3 光热湿度及土壤环境聚类分析62-63
• 3.4 林分植物生长促进功能63-65
• 3.4.1 间伐林分植物生长状况63-64
• 3.4.2 间伐林分单株柏木材积64
• 3.4.3 林窗植物生长状况64-65
• 3.5 林分生长状况聚类分析65
• 3.6 林分生长状况与环境相关性65-67
• 3.6.1 间伐林分生长质量与环境相关性分析65-66
• 3.6.2 林窗林分生长质量与环境相关性分析66-67
• 3.7 植物多样性功能67-87
• 3.7.1 土壤种子库多样性67-74
• 3.7.2 土壤种子库相似性74
• 3.7.3 土壤种子库多样性聚类分析74-75
• 3.7.4 土壤种子库多样性与环境的相关性75-76
• 3.7.5 地表植物多样性76-83
• 3.7.6 地表植物群落相似性83
• 3.7.7 地表植物多样性聚类分析83-84
• 3.7.8 地表植物多样性与环境相关性84-86
• 3.7.9 地表植物与土壤种子库多样性相关性86-87
• 第四章 疏伐后不同生长阶段低效柏木人工林变化87-106
• 4.1 光热湿度环境调节功能87-88
• 4.1.1 间伐林分光热湿度环境87
• 4.1.2 林窗光热湿度环境87-88
• 4.2 土壤改良功能88-89
• 4.2.1 间伐林分土壤改良功能88
• 4.2.2 林窗土壤改良功能88-89
• 4.3 光热湿度及土壤环境聚类分析89
• 4.4 植物生长促进功能89-91
• 4.4.1 间伐林分生长促进功能89-91
• 4.4.2 林窗植被生长促进功能91
• 4.5 林分生长状况聚类分析91-92
• 4.6 植物多样性功能92-106
• 4.6.1 土壤种子库多样性功能92-98
• 4.6.2 土壤种子库物种相似性98
• 4.6.3 土壤种子库多样性聚类分析98-99
• 4.6.4 地表植物多样性功能99-103
• 4.6.5 地表植物群落相似性103
• 4.6.6 地表植物多样性聚类分析103-104
• 4.6.7 地表植物和土壤种子库相似性104-106
• 第五章 疏伐林分生态支持功能评价106-113
• 5.1 林分生态支持功能评价指标选择106-107
• 5.2 林分生态支持功能评价及干扰模式构建107-113
• 5.2.1 不同疏伐模式林分生态支持功能评价107-110
• 5.2.2 疏伐后不同生长阶段林分生态支持功能评价110-113
• 第六章 讨论与结论113-125
• 6.1 疏伐对林分生态支持功能的影响113-117
• 6.1.1 疏伐林分光热湿度调节和土壤改良功能113-114
• 6.1.2 疏伐林分生长促进功能114-115
• 6.1.3 疏伐林分植物多样性功能115-117
• 6.2 疏伐后不同生长阶段林分生态支持功能117-120
• 6.2.1 不同生长阶段光热湿度调节和土壤改良功能117
• 6.2.2 不同生长阶段植物生长促进功能117-118
• 6.2.3 不同生长阶段疏伐林分植物多样性功能118-120
• 6.3 疏伐林分生态支持功能的综合评价120-123
• 6.4 结论与展望123-125
• 6.4.1 主要结论123-124
• 6.4.2 研究创新性分析124
• 6.4.3 研究展望124-125
• 参考文献125-136
• 作者简介136-137
• 导师简介137-138
• 致谢138

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