云冷杉过伐林经营诊断及目标树抚育效果研究

发布时间：2020-09-19 13:42

　　云冷杉过伐林是云冷杉原始林经过多次高强度的“拔大毛”式的采伐干扰后形成的一种既区别于原始林,又区别于天然次生林的森林类型,它具有较为特殊的林分形成机制和生长发育过程。目前,在我国东北林区存在大面积的过伐林,正面临着森林质量低下、生态服务功能薄弱的局面。了解过伐林的林分结构现状特征,探索合理科学的森林经营途径,实现过伐林的有效恢复与保护,提高森林质量和功能是迫切需要解决的问题。本文以吉林省汪清林业局金沟岭林场为研究区,以云冷杉过伐林为研究对象,基于12块1hm~2的固定样地,运用森林经理学的相关理论和技术,并结合森林生态学原理,以地面样地调查和统计学为基础,运用定量与定性相结合的方法,研究了云冷杉过伐林的林分结构综合特征,包括林分空间结构、非空间结构,林木分布格局与空间关联性、林木属性变量的空间异质性。并实施了传统经营(TM)、目标树经营1(CTR1)、目标树经营2(CTR2)和无干扰(对照样地CT)4种处理,对比分析经营前后过伐林的动态变化。这对于指导过伐林的植被恢复、林分结构优化、加快森林正向演替、促进森林生态环境建设具有一定的理论和实践意义。主要研究结果如下:(1)在各径级内部,特小径级中的树种株数和蓄积分配极不均匀,臭冷杉占据绝对地位。林分直径分布分为三个部分:14~34cm的中径阶呈波动式反“J”型分布,14cm以下的小径阶多呈左偏单峰山状分布,34cm以上的大径阶呈骤降断层式分布。Weibull、Negative exponential和Gamma函数能较好的拟合直径分布情况。根据主要树种的直径分布情况,臭冷杉和鱼鳞云杉呈增长势态;红松和紫椴呈稳定势态;长白落叶松、枫桦、白桦和山杨呈衰退势态。臭冷杉、忍冬、宽叶苔草分别是乔、灌、草层的优势物种。相比之下,灌、草层的物种多样性较乔木层丰富。林下更新不良,且树种配置不理想。(2)各径级林木的空间隔离程度较好,随径级的增大,空间隔离程度呈逐渐上升或波动式上升。臭冷杉的空间隔离程度最低、红豆杉的空间隔离程度最高;随着径级的增大,白桦、长白落叶松和色木槭的平均混交度逐级增加,而紫椴、红松、山杨的平均混交度保持相对稳定,其余树种的平均混交度变化复杂。随着径级的增大,林木的竞争压力逐渐减小;但各树种的变化趋势差异较大,臭冷杉、鱼鳞云杉、山杨、色木槭、紫椴、枫桦在特小径级和大径级上的表现正好相反,而水曲柳和春榆则保持稳定。林分整体呈聚集分布,各树种的角尺度频率分布呈近似左偏的正态分布曲线,随机分布的频率均超过50%,其中白桦最高,紫椴最低。(3)云冷杉过伐林具有云冷杉原始林所具有的复层、异龄、混交特征,极容易因此忽略过伐林所隐藏的潜在问题。经分析,云冷杉过伐林在树种组成、林分蓄积量等方面与邻近区域的云冷杉原始林相比仍存在巨大差距。通过林分经营迫切性分析可进一步得知,云冷杉过伐林在天然更新、林木分布、目的树种优势度、健康林木比例、林木拥挤度和目的树种密集度这6个方面偏离健康稳定状态。研究区的林分经营迫切性指数超过0.5,表明林分经营十分迫切。(4)随着尺度的增大,林分由聚集趋于随机分布。大、中径级林木在所有尺度上均呈随机分布;特小径级、小径级林木在中、小尺度上呈聚集分布,其中特小径级的聚集尺度和强度更大。先锋树种的分布格局最复杂,伴生树种和顶级树种的分布格局较明显。红松和鱼鳞云杉的分布格局较为相似,臭冷杉呈现出较大的聚集尺度和强度。林分中特小径级与小、中、大径级林木之间,由以正关联和无关联为主转变为以无关联和负关联为主。小径级与中径级林木在2m以内的极小尺度上存在正关联。而小、中径级与大径级林木均以无关联和负关联为主。顶级树种与先锋树种、伴生树种均存在显著的负关联性,而伴生树种与先锋树种之间的负关联则不显著。臭冷杉与红松、鱼鳞云杉的空间关联格局相似,但后一组合在大、中尺度上的负关联性范围更广,强度更大。而红松与鱼鳞云杉主要以无关联和正关联为主。(5)指数模型、球状模型和高斯模型能较好地反映林木属性变量的变异特征。各林木属性变量均具有强烈的空间自相关性。其中,树高的空间自相关性程度相对最高,东西冠幅的空间自相关范围相对最大。各林木属性变量在东-西、南-北、东北-西南和西北-东南4个方向上的空间异质性和空间自相关的程度及尺度皆存在明显差异。相比之下,各林木属性在东西方向的空间依赖性较强,而西北-东南方向或东北-西南方向上则在小尺度范围内具有复杂的变异。林木属性变量之间出现的空间相关性均属于中等程度的正向相关性,但空间相关性变程范围各有不同。在积差关系上存在相关性的林木属性变量,在空间结构上不一定存在相关性。(6)经过CTR1和CTR2处理的样地内的林木呈现出较大的生长量和较快的生长率,尤其体现在对目标树的生长促进作用方面。CTR1对促进全林分目标树和鱼鳞云杉目标树的生长效果明显,CTR2对促进臭冷杉目标树和红松目标树的生长效果明显。TM的优势作用主要体现在全林、鱼鳞云杉非目标树的胸径生长量、生长率和材积生长率方面,以及臭冷杉非目标树的材积生长率和红松非目标树的胸径生长率方面。而对于CT而言,除臭冷杉、红松目标树的材积生长率以外,其余各项统计指标均表明CT样地的生长效率最低。(7)TM对促进全林分的断面积生长率以及小径级林木的断面积和蓄积生长率的作用较好,CTR2对促进特小径级蓄积生长率效果较好。CTR1和CTR2对先锋树种和伴生树种的断面积和蓄积生长量的促进作用较大,而TM对伴生树种断面积和蓄积生长率的促进作用较大。CTR1和CTR2明显增加了大径级林木的蓄积比例。CTR1进一步提升了灌木层和草本层的物种多样性,相比之下CT最不利于物种多样性的保持。TM与CTR1提高了极强度混交优势木和极强度混交随机状态林木的比例,但降低了随机状态优势木的比例。CTR2同样提高了极强度混交优势木的比例,但同时降低了随机状态优势木和极强度混交随机状态林木的比例。而CT使得3类最优组合林木的比例皆出现下降。CTR1和CTR2造成了死木与进界木在株数上的悬殊。CT样地中死木的径阶分布较为分散。各处理下林木均有向少数优势树种集中的趋势,臭冷杉在各处理下的变化率皆为正值,其中CTR1处理下的值最大。
【学位单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S753
【部分图文】：

技术路线图

分布情况,林木,样地,分布情况

图 2-1 样地林木分布情况（不包括对照样地）Fig.2-1 The location map of trees in plots except control treatment.3 数据预处理在对同一样地两期调查数据进行对比分析之前，需要对原始数据进行预处理，即删除异常值、补充缺失值。由于各种原因，难免有异常数据出现，这些数据主要下几个特点：（1）林木逆生长现象，即 2016 年调查的林木属性数据小于 2013 年性的对应数值；（2）林木生长量超出经验值现象，这包括两类数据：一是，保留木胸径定期平均生长量超过 2cm 的数据；二是，进界木胸径超过 5cm 的数据；（复生现象，即前期已经死亡或被采伐的林木，在后期数据中出现该林木的树号和采伐木 Thinning trees 目标树 Crop trees 其他木 other treeX 轴 X axis

径阶,小径,大径,样地

3.1.3 直径分布图 3-1 呈现了研究区各样地的林分直径分布情况。各样地的林分直径分布区间较为广泛，2~50cm 径阶皆有林木分布，个别样地的最大径阶超过 70cm。从林分直径分布的整体特征来看，依据范围大小，大致可将其分为三个阶段。其中，14~34cm 中等大小的径阶具有典型异龄林的反“J”型曲线的分布特征，即随着径阶的增大，林木株数逐渐减少。但是，在 14cm径阶以下的小径阶区间和 34cm以上的大径阶区间的分布则较为复杂。在小径阶方面，除 ylk7、ylk8 和 ylk9 以外，其余样地皆表现出小径阶林木株数不足的问题，特别是 5cm 以下特小径级的林木株数偏少。在大径阶方面，径阶分布出现断层现象，在个别径阶上林木株数呈现陡然骤降，甚至是缺失。

【参考文献】