近自然生態(tài)恢復(fù)模式下杉木林群落生態(tài)學(xué)特性研究.pdf

1、人工林的生態(tài)問題一直以來都是國內(nèi)外林學(xué)家們研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。杉木(Cunninghamialanceolata (lamb.)Hook.)是我國南方最重要的造林樹種，杉木人工林多代連栽普遍存在地力衰退和生產(chǎn)力下降等嚴(yán)重的生態(tài)問題，直接制約著整個(gè)南方用材林基地和生態(tài)公益林建設(shè)。 有鑒于此，本研究多年來積極消化吸收國內(nèi)外學(xué)者提出的人工林經(jīng)營新理論和新方法，對(duì)杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施近自然生態(tài)恢復(fù)和重建技術(shù)以及生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營管理的實(shí)踐

2、研究，本論文試圖在已建立的兩種近自然生態(tài)恢復(fù)模式(老齡杉木林模式和撂荒天然更新模式)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同生態(tài)恢復(fù)模式的組成、結(jié)構(gòu)、功能及其動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行全面而深入地研究，為退化的杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建以及杉木人工林的可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。具體研究結(jié)論如下： (1)通過延長(zhǎng)杉木輪伐期和依靠天然更新，老齡杉木林群落已初步形成了多層次、多物種的群落外貌特征。該群落林下層更新有大量的幼苗幼樹，共有喬木幼苗或幼樹(包括

3、小喬木和喬木樹種)38種，總個(gè)體數(shù)量達(dá)到8151株·hm-2，為老齡杉木林群落的后續(xù)演替提供了良好的種源條件。但沒有發(fā)現(xiàn)杉木的林下更新。隨著年齡的增長(zhǎng)，老齡杉木的胸徑、樹高及材積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量呈現(xiàn)出在前期逐漸增長(zhǎng)，后期逐漸下降的趨勢(shì)。 (2)老齡杉木林群落總生物量為254.456 t·hm-2，喬木層生物量占總生物量的97.06％，優(yōu)勢(shì)明顯，其次為灌木層，草本層和凋落物層生物量所占比例較小。該群落喬木層生物量相對(duì)集中于少

4、數(shù)優(yōu)勢(shì)樹種，杉木樹種總生物量最大，占喬木層總生物量的82.21％，其次為木荷(Schima superba)和栲樹(Castanopsis fargesii)，分別占喬木層總生物量的8.65％和3.53％。 (3)喬木層物種的物種數(shù)和個(gè)體數(shù)在高度和胸徑級(jí)上的分布具有相似的特性。物種數(shù)基本上呈現(xiàn)隨著樹高級(jí)和徑級(jí)增加而減小的趨勢(shì)，而個(gè)體數(shù)則均隨著樹高級(jí)和徑級(jí)增加呈現(xiàn)雙峰曲線的特點(diǎn)，這與天然更新的闊葉樹進(jìn)入喬木層有關(guān)。該群落具有較高的

5、個(gè)體密度，平均密度為6.4株·m-2，喬木層和林下植被層的物種數(shù)與個(gè)體數(shù)量成正比例關(guān)系。 (4)老齡杉木林群落共有維管束植物63科，103屬及128種，植物種類較為豐富。其中喬木層共有29個(gè)樹種，其中杉木的重要值達(dá)到47.86％，優(yōu)勢(shì)明顯。灌木層、草本層和藤本層的物種數(shù)分別為56、35和33種，灌木層以紫麻(Oreocnide frutescens)的重要值最大，草本層以薄蓋短腸蕨(Allantodia hachijoensi)

6、的重要值最大，藤本層以三葉崖爬藤(Tetrastigma hemsleyanum)的重要值最大。坡向?qū)Ω鱾€(gè)層次物種組成及其重要值有明顯的影響。高位芽植物達(dá)到了68.75％，占了絕大多數(shù)。群落物種組成種類的葉級(jí)譜中以中小葉為主，達(dá)到86.72％。種子植物屬的地理分布類型以泛熱帶分布為主，占29.55％。該群落的生活型譜、葉性質(zhì)和種子植物屬的地理分布類型與安曹下老齡杉木林相似。 (5)老齡杉木林群落具有較高的物種多樣性，Shanno

7、n-Wiener多樣性指數(shù)(H)達(dá)到3.8600，高于安曹下老齡杉木林群落；并且各多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均呈現(xiàn)灌木層>藤本層>草本層>喬木層的趨勢(shì)。物種多樣性異質(zhì)性明顯，坡向和坡位對(duì)老齡杉木林群落物種多樣性都有明顯的影響，尤其是對(duì)生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。影響程度會(huì)因多樣性指標(biāo)的不同而有所不同。不同坡向的林分垂直結(jié)構(gòu)異質(zhì)性指標(biāo)(VSI)和水平結(jié)構(gòu)異質(zhì)性指標(biāo)(HHI)均存在一定的差異，總體呈現(xiàn)出西南坡>東南坡>北坡的趨勢(shì)，說明西南坡的林分垂直和水平

8、方向上的枝葉層次較復(fù)雜，提供的生境類型較多，能為各種動(dòng)植物和微生物提供的小生境或食物的多樣性就越大，林分總體的生物多樣性就越高。 (6)應(yīng)用聚集強(qiáng)度的各指數(shù)來分析判斷老齡杉木林群落喬木層各種群的空間分布格局，喬木層物種主要以隨機(jī)分布為主，占總數(shù)的41.38％；喬木層植物物種之間x2檢驗(yàn)中只有木荷(Schimasuperba)和細(xì)齒柃木(Enrya nitida)間呈現(xiàn)顯著關(guān)聯(lián)，其他均呈現(xiàn)無關(guān)聯(lián)的狀態(tài)，聯(lián)結(jié)系數(shù)AC中負(fù)聯(lián)結(jié)有281

9、對(duì)，占總數(shù)的59.85％：?jiǎn)棠緦又械纳寄?Cunninghamia lanceolata)、栲樹(Castanopsisfargesii)等個(gè)別物種的生態(tài)位寬度指數(shù)較大，各物種之間生態(tài)位重疊指數(shù)普遍較低，這些特點(diǎn)都體現(xiàn)了該老齡杉木林群落還仍處于演替的初級(jí)階段。 (7)老齡杉木林群落土壤孔隙狀況、土壤水分狀況及土壤養(yǎng)分都比較好，土壤肥力得到了一定的改善。坡向?qū)ν寥婪柿Ω鱾€(gè)指標(biāo)的影響較為明顯。且土壤肥力各個(gè)指標(biāo)均呈現(xiàn)隨著土壤深度增加

10、而逐漸下降的趨勢(shì)。 (8)應(yīng)用M.Godron穩(wěn)定性測(cè)定方法分析老齡杉木林群落仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但比15年生杉木人工林群落穩(wěn)定性要高。 (9)目前杉木人工林模式的喬木層生長(zhǎng)和生物量均優(yōu)于撂荒天然更新模式，但杉木人工林模式群落的結(jié)構(gòu)單一，物種數(shù)很少(僅5種)。而撂荒天然更新模式林分結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，物種數(shù)豐富(22種)，林分總密度比較高。特別是由于人工林模式中杉木占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，杉木凋落物較難分解的特點(diǎn)也使得人工林模式群落凋落物

11、生物量明顯大于撂荒模式群落，這將不利于人工林群落養(yǎng)分循環(huán)。 (10)兩種模式群落物種數(shù)和個(gè)體數(shù)的高度級(jí)分布均呈現(xiàn)單峰曲線的特點(diǎn)；撂荒模式的樹木密度和物種數(shù)呈現(xiàn)出隨著胸徑級(jí)的增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，而人工林模式樹木密度和物種數(shù)均呈現(xiàn)單峰的特點(diǎn)，但它們也存在一定的差異。 (11)兩種更新模式喬木層和灌木層物種組成存在較大差異，撂荒模式喬木層和灌木層物種數(shù)分別為22和30種，而人工林模式分別為5和20種。撂荒模式各層次和總體的

12、物種豐富度指數(shù)(R)、各物種多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均高于人工林模式，尤其是喬木層。在人工林模式喬木層中，杉木(Cunninghamia lanceolata)的重要值最大，為51.70％，遠(yuǎn)大于撂荒模式中的杉木(Cunninghamialanceolata)(重要值為24.02％)；在撂荒模式喬木層中，重要值最大的是毛竹(Phyllostachysheterocycla)(31.35％)。兩種更新模式灌木層重要值最大均是杜莖山(Maes