不同杉木林经营模式植物物种多样性特征的比较研究
本文关键词：不同杉木林经营模式植物物种多样性特征的比较研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：人工林的生物多样性问题一直以来都是国内外林学专家和学者的重点研究内容和问题。而杉木在我国南方是重要的速生用材树种之一,长期以来由于经营模式的不合理,如针叶化,纯林化和多代连载现象,已经带来了一系列的生态问题。这一方面破坏了人工林的生物多样性,造成土壤地力衰退、病虫害泛滥和水土流失等问题,另一方面,也制约了杉木人工林的可持续发展和南方用材林的建设。有鉴于此,本课题组多年来针对杉木人工林生物多样性下降,林下植被破坏严重等现象,对杉木人工林群落进行模拟自然、接近自然的改造和调控,在福建农林大学西芹教学林场内建立了4种不同杉木林经营模式和天然常绿阔叶林(对照)本研究试图在5个群落内采用实地野外定位调查研究方法,着重对不同杉木林经营模式的物种多样性、结构多样性、功能多样性等问题进行全面深入地研究,并对不同模式植物多样性进行全面综合评价,筛选出具有较高物种多样性的经营模式,为杉木人工林的物种多样性恢复和重建以及杉木人工林的可持续经营提供科学的理论依据和实践指导。主要研究如下：(1)在草本层中,二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的物种多样性较高,老龄林、萌芽林和天然林的物种多样性较低；在灌木层中,天然林和老龄林的物种多样性较高,而萌芽林、二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的物种多样性较低：从乔木层来看,萌芽林、天然林和老龄林的物种多样性较高,二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的物种多样性指数较低；而从整体群落上看,天然林、老龄林和萌芽林的物种多样性较高,二代杉木人工林1和二代杉木人工林2则较低。(2)总体上看,老龄林和天然林β多样性指数的值高于萌芽林与天然林,而二代杉木人工林1和二代杉木人工林2与天然林的差异性则较高,且天然林和二代杉木人工林1的差异性高于天然林和二代杉木人工林2。(3)从整体群落和乔木层上看,杉木老龄林,萌芽林和天然林的功能多样性指数高于二代杉木人工林1和二代杉木人工林2；在草本层中,二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的功能多样性指数均高于杉木老龄林、萌芽林和天然林；但在灌木层中,不同的功能多样性指数的变化规律则均不一致,即FDQ指数从高到低依次为二代杉木人工林2、天然林、萌芽林、老龄林和二代杉木人工林1,而FAD指数和MFAD指数从高到低则依次为老龄林、二代杉木人工林1、二代杉木人工林2、天然林和萌芽林。(4)5种物种多样性指数和3种功能多样性指数之间回归分析和相关分析的结果表明：各物种多样性指数与功能多样性指数回归分析的拟合度均达到极显著水平。除了Pielou均匀度指数和MFAD指数间的相关性未达显著水平外,其余各功能多样性指数与丰富度指数、Shannon-Winer指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数间的相关分析均达极显著的正相关,与生态优势度间的相关性呈极显著负相关。这说明功能多样性和物种多样性间的相关关系总体上而言较为密切。(5)在垂直方向上,老龄林的群落结构更为复杂,其次为天然林、萌芽林、二代杉木人工林1和二代杉木人工林2；但从水平异质性指数来看,从高到低依次为天然林萌芽林老龄林二代杉木人工林2二代杉木人工林1。(6)巢式样方法与组合样方法绘出的群落木本植物的种-面积曲线变化趋势较为一致,其物种数目均随样地面积的增大而增加。在取样面积增加初期,物种数目均呈快速或较快增长趋势,随后呈较为缓慢的增长,最后趋于稳定。此外,从两种方法的种-面积曲线来看,1000-1200m2的范围可作为老龄杉木林群落的最小取样面积。(7)本文选择的S=b+alnA、S=aAb和S=aA(1+bA)这三个数学模型对杉木老龄林群落的种-面积曲线的拟合度较高,可用于描述杉木老龄林群落的种-面积关系。(8)在取样面积增加初期,乔木层及灌木层物种数目均呈快速或较快增长,随后进入较为缓慢的增长阶段,最后趋于稳定,但乔木层与灌木层的种-面积曲线变化趋势存在一定差异。此外,700-900m2可作为乔木层的最小取样面积,1200-1300m2可作为灌木层的最小取样面积。从不同数学模型的拟合结果而言,模型S=b+aA、对乔木层种-面积曲线的拟合度较高(R20.87),模型S=b+alnA和S=a.4b则对灌木层的种-面积曲线拟合度较高(R20.81)。(9)组合样方法和巢式样方法增加尺度的方式对杉木老龄林灌木层、乔木层和群落的影响基本一致,均为在尺度增大的初期,尺度变化对Shannon-Winer指数、生态优势度和Simpson指数的影响较大,而对Pielou均匀度指数的影响较小,随着取样尺度的不断增大,4种物种多样性指标均趋于稳定。其中,Shannon-Winer指数的最小取样尺度为625-900m2之间,生态优势度和Simpson指数的最小取样尺度在200-400m2之间,而Pielou均匀度指数的最小取样尺度在1200-1400m2之间。而从不同层次植物物种多样性的尺度效应来看,灌木层、乔木层和群落的Shannon-Winer指数的最小取样尺度为700-900m2之间,灌木层、乔木层、群落的生态优势度和Simpson指数的最小取样尺度在200-400m2之间,而灌木层、乔木层和群落Pielou均匀度指数的最小取样尺度在1200-1500m2之间。(10)当尺度为15m×15m时,灌木层和群落Shannon-wiener指数、生态优势度、Simpson指数和Pielou均匀度指数的均值同其它尺度并未有明显差异且变异系数较小,说明在该尺度条件时,这4个指数能够很好的描述灌木层和群落的多样性；从乔木层来看,当尺度为30m×30m时,Shannon-wiener指数、生态优势度、Simpson指数和Pielou均匀度指数的变异系数最小,说明在这一尺度上物种多样性指数的估计较为准确。(11)灌木层的丰富度指数与土壤自然含水率、有机质和全磷间呈极显著相关性,与全氮含量呈显著相关性;Shannon-Winer指数与土壤自然含水率、有机质和全氮间的相关性呈极显著正相关,与土壤全磷呈极显著负相关；乔木层的丰富度指数、Shannon-Winer指数和Pielou均匀度均与土壤速效钾间呈显著正相关性；群落的丰富度指数与与土壤自然含水率、有机质和全磷间呈极显著相关性,与全氮含量呈显著相关性；Shannon-Winer指数与土壤自然含水率、有机质、全氮和速效钾间的相关性呈极显著正相关,而与全磷间的相关性分析则表现为极显著负相关。(12)采用主成分分析法,选择各群落不同层次的物种多样性、功能多样性和结构多样性指数,对不同杉木林经营模式群落和天然林进行综合评价。结果表明老龄林的植物多样性综合评价最高,其次依次为天然林、萌芽林、二代杉木人工林2和二代杉木人工林1。这说明两种模拟自然模式建立的老龄林和萌芽林杉木林群落具有较好的植物多样性,林下植被多样性丰富,结构较复杂且功能多样性较高,在今后的治理人工林生物多样性下降方面可作为有益的借鉴。
【关键词】：杉木林 物种多样性 功能多样性 结构多样性 尺度效应 综合评价
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S791.27
【目录】：
- 摘要8-11
- ABSTRACT11-15
- 1 前言15-16
- 2 研究综述16-25
- 2.1 物种多样性的研究进展16-20
- 2.1.1 植物物种多样性的研究进展16-17
- 2.1.2 种-面积关系的研究进展17-18
- 2.1.3 种-多度关系的研究进展18-19
- 2.1.4 物种多样性尺度效应的研究进展19-20
- 2.1.5 物种多样性与土壤因子关系的研究进展20
- 2.2 功能多样性的研究进展20-21
- 2.3 结构多样性的研究进展21-22
- 2.4 人工林生物多样性研究进展22-25
- 2.4.1 人工林植物多样性研究的争论焦点22-23
- 2.4.2 人工林植物多样性的影响因素23-25
- 3 研究区域概况25-26
- 4 研究方法26-31
- 4.1 样地设置及调查方法26
- 4.2 物种多样性指标计算方法26-29
- 4.2.1 α多样性指数测度方法26-27
- 4.2.2 β多样性指数测度方法27
- 4.2.3 种-面积关系研究的样地构建方式及数学模型27-29
- 4.2.4 种-多度关系研究模型的计算方法29
- 4.3 功能多样性的研究方法29-30
- 4.3.1 功能多样性特征选取及赋值29-30
- 4.3.2 功能多样性指数的计算方法30
- 4.4 结构多样性指标的计算方法30-31
- 4.5 土壤样品取样及测定方法31
- 4.6 数据处理31
- 5 结果与分析31-79
- 5.1 不同杉木林经营模式植物物种多样性的比较研究31-49
- 5.1.1 不同杉木林经营模式各层次种类组成及重要值的比较研究31-46
- 5.1.2 不同杉木林经营模式α多样性的比较研究46-48
- 5.1.3 不同杉木林经营模式β多样性的比较研究48-49
- 5.2 不同杉木林经营模式植物功能多样性的比较研究49-55
- 5.2.1 不同杉木林经营模式植物功能多样性的比较研究49-50
- 5.2.2 不同功能特征值间的关系50-53
- 5.2.3 功能多样性指数与物种多样性指数的关系53-54
- 5.2.4 不同杉木林经营模式中不同植物的功能群归类54-55
- 5.3 不同杉木林经营模式植物结构多样性的比较研究55-59
- 5.3.1 不同杉木林经营模式各样方盖度相异性比较研究55-59
- 5.3.2 不同杉木林经营模式植物结构多样性指数比较研究59
- 5.4 杉木老龄林种-面积关系的研究59-63
- 5.4.1 不同样方构建方式的种-面积关系59-61
- 5.4.2 不同层次植物的种-面积关系61-63
- 5.5 杉木老龄林种-多度关系的研究63-68
- 5.5.1 杉木老龄林各样方物种数及其个体数的分布特征和相互关系63-64
- 5.5.2 杉木老龄林内物种数的分布特征64-65
- 5.5.3 杉木老龄林内个体数和频度的分布特征65-66
- 5.5.4 不同尺度条件下种-多度的关系66-68
- 5.6 杉木老龄林群落植物物种多样性的尺度效应研究68-75
- 5.6.1 不同尺度增加方式下植物物种多样性的尺度效应68-70
- 5.6.2 不同层次植物物种多样性的尺度效应70-73
- 5.6.3 物种多样性指数的空间分布规律73-75
- 5.7 杉木老龄林物种多样性指数与土壤养分指标间的相关性75-76
- 5.8 不同杉木林经营模式植物多样性的综合评价76-79
- 6 讨论79-81
- 7 结论81-84
- 参考文献84-90
- 致谢90
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