杉木老齡林群落的空間異質(zhì)性與空間結(jié)構(gòu)特征研究.pdf

1、空間異質(zhì)性對(duì)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的過程和功能影響重大。近年來人們非常重視對(duì)于空間異質(zhì)性的研究，這也成為生態(tài)學(xué)家研究不同尺度上生態(tài)學(xué)過程和功能最感興趣的話題之一。地統(tǒng)計(jì)學(xué)和分形理論已經(jīng)被證實(shí)為是研究空間變異的有效合理的研究方法，在農(nóng)田、土壤等領(lǐng)域的應(yīng)用都取得了令人滿意的成果，但在中國林業(yè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用還處在探索階段。近年來，森林空間結(jié)構(gòu)的研究也受到廣泛的關(guān)注，三個(gè)空間結(jié)構(gòu)參數(shù)——角尺度，混交度和大小比數(shù)，對(duì)林分結(jié)構(gòu)具有良好的分析能力，已被應(yīng)用于許

2、多森林類型。生物多樣性保護(hù)是森林可持續(xù)經(jīng)營的重要目標(biāo)。提高林分結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性是現(xiàn)代森林群落經(jīng)營方法的基礎(chǔ)，即通過維持某種林分結(jié)構(gòu)而達(dá)到維持和提高森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的目的。
　　杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方最重要的速生用材樹種，由于老齡林僅存的很少，導(dǎo)致有關(guān)老齡林的研究也相對(duì)較少。以往對(duì)于杉木林的研究往往在杉木的生長、植被組成等方面研究的較多，而在空間結(jié)構(gòu)及空間異質(zhì)性等方面研究相對(duì)薄弱，

3、研究資料較少。有鑒于此，本研究選擇福建省南平市西芹教學(xué)林場內(nèi)已建立的老齡林群落系統(tǒng)作為研究對(duì)象，通過野外樣地調(diào)查，結(jié)合運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)、GIS技術(shù)、分形幾何學(xué)等研究方法和技術(shù)，全面深入地研究老齡林群落的空間異質(zhì)性和空間結(jié)構(gòu)特征，更好地揭示老齡林群落內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征、演替機(jī)制，為杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、重建及可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)的理論依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用上的指導(dǎo)。本文主要的研究結(jié)論如下：
　?。?）老齡林群落中，土壤有機(jī)質(zhì)、氮素含量豐富，而鉀素

4、和磷素缺乏。土壤pH的變異系數(shù)為2.58％，屬弱變異，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解性氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀的變異系數(shù)在19.62%≤Cv≤33.83%之間，屬于中等變異。土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、全氮、水解性氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀在研究尺度上主要受結(jié)構(gòu)性因素影響。在老齡林群落中，研究區(qū)北部的有機(jī)質(zhì)含量要明顯高于南部。土壤有機(jī)質(zhì)與全氮相關(guān)性高，因此全氮含量在西南和東北保持較高水平。pH呈條帶狀分布，且西部和中部各有一條狹長的高值區(qū)，與

5、研究區(qū)地形趨勢(shì)吻合。全氮的分布由于受到有機(jī)質(zhì)分布的影響，大體趨勢(shì)接近有機(jī)質(zhì)，在東北角和中北部各有一個(gè)高值區(qū)；總體來看，由南到北呈遞增趨勢(shì)。水解性氮總體呈條帶狀分布，在中部和東北部各有一個(gè)高值區(qū)，且從高值區(qū)向外呈逐漸遞減趨勢(shì)。全磷在近西南角、近西北角各有一個(gè)高值區(qū)，研究區(qū)中部數(shù)值較低。有效磷在中間偏西的地方存在一個(gè)狹長的高值區(qū)，從總體來看呈條帶狀分布。全鉀在研究區(qū)北部有一個(gè)高值區(qū)，且由北到南呈遞減趨勢(shì)。速效鉀分布較為零碎，但總體上北部的含

6、量高，南部含量較少。
　　（2）在老齡林群落中，豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)、密度、平均冠幅、蓋度、顯著度、平均高這7個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)在32.16%~87.51%之間，屬于中等變異。其中， Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)的變異系數(shù)最低，蓋度的變異系數(shù)最高。豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)、密度的Moran’ s I系數(shù)均隨尺度的增大空間自相關(guān)性呈減弱趨勢(shì)，而平均冠幅、蓋度

7、、顯著度以及平均高的Moran’ s I系數(shù)隨尺度的增大其空間自相關(guān)呈正負(fù)交替現(xiàn)象，表明其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。樹木各屬性變量的塊基比C0/C0+C差異較大，在43.94%~100%之間，其中平均冠幅、蓋度、平均高、顯著度的塊基比最大，說明空間自相關(guān)性較弱，受人為干擾等因素影響較大，尤其是顯著度的塊基比達(dá)到100%，說明顯著度呈隨機(jī)分布，在該采樣尺度內(nèi)沒有表現(xiàn)出空間相關(guān)性，分布均一，空間異質(zhì)程度低；豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener物種多

8、樣性指數(shù)和密度的塊基比屬于中等自相關(guān)。在5個(gè)群落結(jié)構(gòu)屬性指標(biāo)以及2個(gè)多樣性指標(biāo)中，豐富度指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、密度、蓋度的分布格局相似，自北向南呈逐漸降低趨勢(shì)；平均冠幅和平均高的分布格局較相似，在林區(qū)的東北、東南、西南以及中西部均出現(xiàn)高值區(qū)；顯著度的空間分布格局大致表現(xiàn)為由中心向四周逐漸降低?？傮w來看，各個(gè)指標(biāo)的空間連續(xù)范圍較大，格局相對(duì)明顯。
　　（3）在老齡林群落中，杉木、絲栗栲、刨花楠、木荷、細(xì)齒柃木5個(gè)主

9、要樹種的基臺(tái)值差異較大，表明在研究尺度上空間異質(zhì)性程度的差異。具體表現(xiàn)為：絲栗栲＞杉木＞木荷＞刨花楠＞細(xì)齒鈴木。5個(gè)主要樹種分形維數(shù)值在1.77~1.99之間。細(xì)齒柃木的D值最大，為1.99，表明其由隨機(jī)性因素引起的空間變異較大，分布較復(fù)雜；刨花楠的D值最小，為1.77，表明由隨機(jī)性因素引起的空間異質(zhì)性較小，其結(jié)構(gòu)分布較簡單。杉木、木荷以及細(xì)齒鈴木由隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性要大于自相關(guān)部分引起的空間變異；而對(duì)于絲栗栲和刨花楠而言，由自相

10、關(guān)部分引起的變異占主要部分。在老齡林群落中，刨花楠格局較明顯，空間異質(zhì)性程度較高，在樣地西部有一個(gè)高值區(qū)；絲栗栲斑塊邊緣較柔和，西南部的生長狀況好于東北部；木荷、細(xì)齒柃木的斑塊邊緣形狀較為復(fù)雜，各向異性結(jié)構(gòu)明顯，木荷在中部和東部的生長狀況要好于研究區(qū)的其他地方，細(xì)齒柃木的生長優(yōu)劣度由西南向東北呈遞減趨勢(shì)；杉木的空間異質(zhì)性程度較低，在研究區(qū)內(nèi)東北部的生長狀況要差于西南部。
　?。?）凋落物現(xiàn)存量的這些異質(zhì)性特征在不同系統(tǒng)間表現(xiàn)有差異

11、：老齡林中，凋落物現(xiàn)存量的異質(zhì)性組成既有隨機(jī)因素，也有結(jié)構(gòu)性因素，兩者比例相當(dāng)。凋落物現(xiàn)存量異質(zhì)性強(qiáng)度的排序?yàn)?3人工林<老齡林<萌芽林。其空間異質(zhì)性組成表現(xiàn)為：老齡林和萌芽林自相關(guān)變異和隨機(jī)變異差別并不大，而93人工林以隨機(jī)變異為主。在老齡林、萌芽林、93人工林3個(gè)系統(tǒng)中，3個(gè)系統(tǒng)凋落物現(xiàn)存量的分布狀況相差較大。老齡林凋落物現(xiàn)存量由南到北逐漸減小，呈現(xiàn)規(guī)則條帶及斑塊狀分布，干重在454~546g占多數(shù)；萌芽林凋落物現(xiàn)存量分布以WN-E

12、S為分界線，西南部量較小，東北部量較大，干重以389~645g為主；93人工林凋落物現(xiàn)存量大致由西南向東北逐漸減小，干重主要在176~255g之間。
　?。?）從林分平均混交度方面來看，老齡林的平均混交度高于91人工林和93人工林，但低于天然林和萌芽林。具體來說，老齡林、91人工林屬中度混交；天然林、萌芽林屬強(qiáng)度混交；93人工林屬弱度混交。從各系統(tǒng)平均大小比數(shù)來看，老齡林的平均胸徑大小比數(shù)高于91人工林、93人工林和天然林，但低于