宁夏六盘山华北落叶松人工林林冠层和林下植被层结构的权衡优化

发布时间：2020-07-10 03:35

【摘要】：以木材生产为唯一目的的传统人工林管理已转化为对生态系统服务的多功能管理,需要权衡森林竞争性功能间的关系,以实现生态系统功能的最大化和可持续性供应。林下植被是森林生态系统的主要组成部分,能够维持森林生态系统的稳定性,影响森林生态系统服务(FES)及生物多样性,并有助于提高森林生态系统的碳密度。然而,在传统的人工林管理中林下植被常常被忽视。本研究旨在通过调节林分密度来寻找一种权衡途径,确定不同林龄的合适密度,以平衡乔木层和林下植被层间的竞争。调查了中国西北宁夏六盘山的82块华北落叶松(Larix Principis-rupprechetii Mayr)人工林样地,用拟合方程定量分析不同林龄的林分结构(郁闭度,林龄和林冠密度)对单个服务功能的影响。本研究涉及的服务功能包括乔木层木材生产力,林下植被物种多样性,乔木层及下层植被生物量,生态系统碳密度。分析了单个功能间的竞争关系,确定了权衡途径。通过单个功能间的权衡确定最佳林分结构指数,建立多功能权衡途径和有关功能的林分上、下层植被的综合管理。主要研究结果如下:1.阐明了林木木材生产力与林下植被生物多样性的最佳林分结构之间的平衡:该部分确定了最佳林分结构,以平衡木材生产力与林下植被物种多样性(以林下植被物种数/UVSN表征为例)间的竞争功能。林分结构材积参数与年龄和林木密度间能很好地用Logistic生长函数(LGM)描述,与林木密度间呈幂函数关系。用82块12-33年林龄的华北落叶松样地数据拟合模型。用回归分析方法分析UVSN随郁闭度和林木密度的变化。结果表明:随着林木密度的增加,单株林木材积减少,但是林分蓄积量增加。随着郁闭度增加,UVSN增加,在郁闭度0.6-0.7间,UVSN达到最大值,然后迅速下降。确定保持最优郁闭度在0.7左右为平衡木材生产力和生物多样性保护的主要原则。这些模型和关系可以作为估计不同年龄林分密度的权衡工具。2.阐明了林分上层(OB)和林下植被层生物量(UVB)的最佳林分结构之间的平衡:该部分确定了最佳林分结构以平衡上层和下层植被间生物量的竞争。分析林分结构(林分密度和林冠郁闭度)对上层和下层植被生物量的影响。结果表明:1)在一定林龄下,随着林分密度增加,单株林木生物量下降,但林木总生物量上升。2)下层植被生物量随上层林木生物量的增加而显著减少。所有这些关系都通过拟合模型和回归方程进行量化。3)作为上层结构的关键参数,郁闭度同时影响上层和下层植被生物量,建议最佳的郁闭度为0.7,以平衡竞争的上层和下层植被间生物量的竞争。3.阐明了林分结构对落叶松人工林生态系统碳密度的影响:该部分样地表明林木碳密度(t/ha)随着树龄的增加而增加,例如11-15,16-20,21-25,26-30和31-35年龄段林分的林木碳密度(t/ha)分别为6.20,12.61,29.31,49.06和72.29。相比之下,受林冠遮荫影响,林下植被碳密度随林龄段(如15,20,25,30年)增加而下降,灌木层碳密度分别为4.71,4.01,2.93,1.56,草本层碳密度分别为1.15,0.96,0.67,0.59。各年龄级植被总碳密度分别为12.05、17.58、32.91、51.21 t/ha,随林木密度和冠层密度的增加而达到181 1株/ha和0.7冠层密度,此后趋于平缓。而腐殖质层碳密度(4.08,6.05,6.66,9.58),呈增加趋势。在0-100cm深土层的碳密度(147.95,213.53,203.85,197.26)呈先增加后减少的变化趋势,可能由于相比于天然林,人工林管理扰动造成了土壤碳的净损失。上层林木碳密度和郁闭度会影响腐殖质和土壤层碳密度,建议0.7的冠层郁闭度,以使腐殖质层和土壤层碳密度达到最高值。然而,11-15,16-20,21-25,26-30年龄段的落叶松人工林生态系统总碳密度分别为164.08,237.16,243.42和258.05 t/ha,随林龄而增加。结果表明,林分年龄、林木密度和冠层密度是林分发育过程中不同林分生态系统中碳密度组成的重要林分结构参数(随立地因子)。华北落叶松人工林样地生态系统需要在0.7的林冠密度下获得适宜的林木密度,以获得各碳库的最大碳密度。4.阐明了多功能权衡方法和综合管理:本研究旨在通过适当调节不同林龄林木密度,寻找一个权衡途径,(1)在保证足够的木材生产力前提下尽可能达到更高UVSN。(2)尽可能地平衡OB和UVB,可通过不同林龄的林分密度规则:保持0.7左右的郁闭度。在落叶松人工林研究实例中,对应15,20,25,30,35年林龄的最优密度分别为2600,2000,1600,1250,1000株/ha。在适当的林分密度下,乔木层蓄积量和生物量降低的比例较低,而林下植物物种数及生物量增加的比例较高,单株材积及材质也得到改善。本文提出的权衡方法可作为今后研究的参考,指导研究区或类似地区植被恢复和功能退化的人工林的多功能经营。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5

【参考文献】