【摘要】：以木材生產(chǎn)為唯一目的的傳統(tǒng)人工林管理已轉(zhuǎn)化為對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的多功能管理,需要權(quán)衡森林競爭性功能間的關(guān)系,以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能的最大化和可持續(xù)性供應(yīng)。林下植被是森林生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分,能夠維持森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,影響森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(FES)及生物多樣性,并有助于提高森林生態(tài)系統(tǒng)的碳密度。然而,在傳統(tǒng)的人工林管理中林下植被常常被忽視。本研究旨在通過調(diào)節(jié)林分密度來尋找一種權(quán)衡途徑,確定不同林齡的合適密度,以平衡喬木層和林下植被層間的競爭。調(diào)查了中國西北寧夏六盤山的82塊華北落葉松(Larix Principis-rupprechetii Mayr)人工林樣地,用擬合方程定量分析不同林齡的林分結(jié)構(gòu)(郁閉度,林齡和林冠密度)對單個服務(wù)功能的影響。本研究涉及的服務(wù)功能包括喬木層木材生產(chǎn)力,林下植被物種多樣性,喬木層及下層植被生物量,生態(tài)系統(tǒng)碳密度。分析了單個功能間的競爭關(guān)系,確定了權(quán)衡途徑。通過單個功能間的權(quán)衡確定最佳林分結(jié)構(gòu)指數(shù),建立多功能權(quán)衡途徑和有關(guān)功能的林分上、下層植被的綜合管理。主要研究結(jié)果如下:1.闡明了林木木材生產(chǎn)力與林下植被生物多樣性的最佳林分結(jié)構(gòu)之間的平衡:該部分確定了最佳林分結(jié)構(gòu),以平衡木材生產(chǎn)力與林下植被物種多樣性(以林下植被物種數(shù)/UVSN表征為例)間的競爭功能。林分結(jié)構(gòu)材積參數(shù)與年齡和林木密度間能很好地用Logistic生長函數(shù)(LGM)描述,與林木密度間呈冪函數(shù)關(guān)系。用82塊12-33年林齡的華北落葉松樣地數(shù)據(jù)擬合模型。用回歸分析方法分析UVSN隨郁閉度和林木密度的變化。結(jié)果表明:隨著林木密度的增加,單株林木材積減少,但是林分蓄積量增加。隨著郁閉度增加,UVSN增加,在郁閉度0.6-0.7間,UVSN達(dá)到最大值,然后迅速下降。確定保持最優(yōu)郁閉度在0.7左右為平衡木材生產(chǎn)力和生物多樣性保護(hù)的主要原則。這些模型和關(guān)系可以作為估計不同年齡林分密度的權(quán)衡工具。2.闡明了林分上層(OB)和林下植被層生物量(UVB)的最佳林分結(jié)構(gòu)之間的平衡:該部分確定了最佳林分結(jié)構(gòu)以平衡上層和下層植被間生物量的競爭。分析林分結(jié)構(gòu)(林分密度和林冠郁閉度)對上層和下層植被生物量的影響。結(jié)果表明:1)在一定林齡下,隨著林分密度增加,單株林木生物量下降,但林木總生物量上升。2)下層植被生物量隨上層林木生物量的增加而顯著減少。所有這些關(guān)系都通過擬合模型和回歸方程進(jìn)行量化。3)作為上層結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù),郁閉度同時影響上層和下層植被生物量,建議最佳的郁閉度為0.7,以平衡競爭的上層和下層植被間生物量的競爭。3.闡明了林分結(jié)構(gòu)對落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳密度的影響:該部分樣地表明林木碳密度(t/ha)隨著樹齡的增加而增加,例如11-15,16-20,21-25,26-30和31-35年齡段林分的林木碳密度(t/ha)分別為6.20,12.61,29.31,49.06和72.29。相比之下,受林冠遮蔭影響,林下植被碳密度隨林齡段(如15,20,25,30年)增加而下降,灌木層碳密度分別為4.71,4.01,2.93,1.56,草本層碳密度分別為1.15,0.96,0.67,0.59。各年齡級植被總碳密度分別為12.05、17.58、32.91、51.21 t/ha,隨林木密度和冠層密度的增加而達(dá)到181 1株/ha和0.7冠層密度,此后趨于平緩。而腐殖質(zhì)層碳密度(4.08,6.05,6.66,9.58),呈增加趨勢。在0-100cm深土層的碳密度(147.95,213.53,203.85,197.26)呈先增加后減少的變化趨勢,可能由于相比于天然林,人工林管理擾動造成了土壤碳的凈損失。上層林木碳密度和郁閉度會影響腐殖質(zhì)和土壤層碳密度,建議0.7的冠層郁閉度,以使腐殖質(zhì)層和土壤層碳密度達(dá)到最高值。然而,11-15,16-20,21-25,26-30年齡段的落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳密度分別為164.08,237.16,243.42和258.05 t/ha,隨林齡而增加。結(jié)果表明,林分年齡、林木密度和冠層密度是林分發(fā)育過程中不同林分生態(tài)系統(tǒng)中碳密度組成的重要林分結(jié)構(gòu)參數(shù)(隨立地因子)。華北落葉松人工林樣地生態(tài)系統(tǒng)需要在0.7的林冠密度下獲得適宜的林木密度,以獲得各碳庫的最大碳密度。4.闡明了多功能權(quán)衡方法和綜合管理:本研究旨在通過適當(dāng)調(diào)節(jié)不同林齡林木密度,尋找一個權(quán)衡途徑,(1)在保證足夠的木材生產(chǎn)力前提下盡可能達(dá)到更高UVSN。(2)盡可能地平衡OB和UVB,可通過不同林齡的林分密度規(guī)則:保持0.7左右的郁閉度。在落葉松人工林研究實例中,對應(yīng)15,20,25,30,35年林齡的最優(yōu)密度分別為2600,2000,1600,1250,1000株/ha。在適當(dāng)?shù)牧址置芏认?喬木層蓄積量和生物量降低的比例較低,而林下植物物種數(shù)及生物量增加的比例較高,單株材積及材質(zhì)也得到改善。本文提出的權(quán)衡方法可作為今后研究的參考,指導(dǎo)研究區(qū)或類似地區(qū)植被恢復(fù)和功能退化的人工林的多功能經(jīng)營。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S718.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 王欣;高明達(dá);楊飛;郭延鵬;馬長明;;不同林齡華北落葉松人工林葉凋落物分解及養(yǎng)分動態(tài)比較[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報;2012年10期

本文編號：2748403