本文關(guān)鍵詞：疏伐對低效柏木人工林生態(tài)支持功能的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：20世紀(jì)80年代,川中丘陵區(qū)種植了大面積的柏木人工林,由于初植密度過高、管理不善,林分郁閉成林后,生物多樣性降低、水土流失嚴(yán)重,成為典型的低效林,亟需得到改造。疏伐作為低效林分近自然改造的重要措施,是提高低效林生態(tài)支持功能的有效方法,但其對低效林生態(tài)支持功能影響的具體過程、不同疏伐方式和強(qiáng)度下的林分生態(tài)支持功能有何差異、疏伐后林分生態(tài)支持功能隨時間的變化趨勢、如何科學(xué)評價低效林生態(tài)支持功能恢復(fù)的效果等,都是在對低效柏木人工林疏伐改造研究過程中需要解決的關(guān)鍵問題。為此,該研究利用空間代替時間的方法,選取了低效柏木人工林間伐和林窗式疏伐2種疏伐模式,設(shè)置15-17%、24-26%、34-36%、48-50%的4種強(qiáng)度間伐類型和45～55 m2、90～110 m2、140～16 Om2、190～210 m2的4種面積大小林窗式疏伐類型,以非疏伐林分為對照；通過測定物種豐富度等45個指標(biāo),全面了解了疏伐后生長2～3、11～15、20～24年3個時間段的林分生態(tài)支持功能的變化情況。此外,該研究還利用主成分分析、聚類分析等方法,對疏伐林分生態(tài)支持功能進(jìn)行綜合評價,確定不同疏伐類型和強(qiáng)度林分生態(tài)支持功能的高低。其主要研究結(jié)果如下：(1)不同疏伐強(qiáng)度林內(nèi)光熱濕度調(diào)節(jié)及土壤養(yǎng)分改良功能特征。間伐后,從極弱度到強(qiáng)度間伐,林內(nèi)PAR增加155.44～588.92 μmol·m-2·S-1,氣溫升高1.10～4.01℃,空氣濕度降低3.32～16.93%,土壤含水量減少2.77～12.43%；土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別提高5.11～16.47 mg·kg-2、0.40～1.07 mg·kg-2、20.70～44.21 mg·kg-2和26.06～32.59 g·kg-1,間伐強(qiáng)度越大,變化幅度越大。林窗式疏伐后,PAR和氣溫從高到低、空氣濕度和土壤含水量由低到高分別為極大林窗、大林窗、中林窗、小林窗和對照；土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量為中林窗大林窗極大林窗小林窗對照。(2)不同疏伐強(qiáng)度林分生長促進(jìn)功能特性。間伐后,喬木胸徑、冠幅較對照林增大,不同間伐強(qiáng)度林分之間,喬木高度差異不顯著(P0.05),喬木郁閉度間伐后降低；灌木高度、蓋度、草本層蓋度、枯落物厚度、單株柏木材積在間伐后顯著提高(P0.05)且與間伐強(qiáng)度呈正向相關(guān)。林窗內(nèi)灌木、草本生長指標(biāo),枯落物層厚度較對照顯著提高(P0.05),中林窗內(nèi)增幅最大。林分生長與環(huán)境指標(biāo)相關(guān)性分析表明,PAR、土壤營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)對林分生長質(zhì)量的影響較大。(3)不同疏伐強(qiáng)度林下土壤種子庫多樣性功能特征。間伐林內(nèi)土壤種子庫總密度介于817～1436 seeds·m-2,對照林為500 seeds·m-2;間伐后,林下0-5 cm土層種子庫密度占總密度的46.46～52.14%,枯落物層和5-10cm土層種子庫密度所占比例較低。種子庫科屬種數(shù),物種豐富度、均勻度Pielou指數(shù)和多樣性Shannon-Wiener指數(shù)呈現(xiàn)出強(qiáng)度間伐中度間伐弱度間伐極弱度間伐對照的趨勢。與對照林比較,林窗內(nèi)土壤種子庫總密度提高536～1110 seeds·m-2,且土壤種子庫分布區(qū)系更加復(fù)雜、多樣性更加豐富,中林窗內(nèi)變化幅度最大。疏伐干擾后,土壤種子庫禾本科、菊科、薔薇科等植物種類和數(shù)量增幅較大。與環(huán)境相關(guān)性分析表明,土壤種子庫多樣性與林內(nèi)土壤營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)含量具有極強(qiáng)的相關(guān)性。(4)不同疏伐強(qiáng)度林分地表植物多樣性功能特征。間伐后,地表植物科、屬和種數(shù)分別增加4-13科、6～17屬和7～18種；喬木、灌木和草本分別增加2～5種、2～6種和3～6種；優(yōu)勢種增加2-4種；均勻度Pielou指數(shù)增加0.02～0.07、多樣性Shannon-Wiener指數(shù)提高0.47～1.17。林窗式疏伐后較對照林,植物科、屬、種數(shù),喬、灌、草種數(shù),多樣性Shannon-Wiener指數(shù)增加均達(dá)到顯著水平(p0.05),且中林窗內(nèi)的植物組成區(qū)系更加復(fù)雜和多樣性更加豐富。與環(huán)境因子相關(guān)性分析表明,地表植物多樣性與PAR、土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)等環(huán)境因子的相關(guān)性系數(shù)絕對值在0.8以上。疏伐林內(nèi)土壤種子庫與地表植物的相似系數(shù)介于12.12～26.23%,相似度較低。(5)不同生長階段林內(nèi)光熱濕度調(diào)節(jié)及土壤養(yǎng)分改良功能變化。間伐和林窗式疏伐后林分生長2～3、11～15、20～24年,PAR和氣溫變化表現(xiàn)為生長初期中期中后期；空氣濕度、土壤含水量、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)為生長初期中期中后期。聚類分析分為三類,間伐后生長初期、中期、中后期、林窗式疏伐后生長中后期聚為一類；林窗式疏伐生長初期和中期歸聚為一類；間伐對照和林窗對照聚為一類。(6)不同生長階段林分生長促進(jìn)功能變化。間伐后2～3、11～15、20～24年,喬木高度、胸徑、冠幅、郁閉度,灌木高度、枯落物厚度和單株柏木材積表現(xiàn)出生長初期中期中后期；灌木蓋度從高到低排序?yàn)樯L中期、初期和中后期；草本蓋度為生長初期中期中后期。林窗式疏伐后灌木和草本生長變化趨勢與間伐林分一致。聚類分析分為三類,間伐生長初期、中期、林窗式疏伐生長初期、中期聚為一類；間伐中后期和林窗式疏伐中后期聚為一類；間伐對照和林窗對照聚為一類。(7)不同生長階段林下土壤種子庫多樣性功能變化。間伐和林窗式疏伐后,土壤種子庫總密度表現(xiàn)為生長初期中期中后期；種子庫物種數(shù)、屬數(shù)、科數(shù)從高到低分別為生長初期、中期、中后期。間伐和林窗式疏伐林內(nèi),種子庫草本種數(shù)在生長初期最多,分別為11和13種；灌木在生長中期最多,分別為6和7種；喬木在生長中后期最多,分別為4和5種。種子庫a多樣性指標(biāo)中物種豐富度、均勻度Pielou指數(shù)、多樣性Shannon-Wiener指數(shù)隨植物群落的生長進(jìn)程逐漸降低；優(yōu)勢度Simpson指數(shù)、13w多樣性指數(shù)為生長初期中期中后期。(8)不同生長階段林分地表植物多樣性功能變化。間伐和林窗式疏伐后,地表植物物種數(shù)、屬數(shù)和科數(shù)表現(xiàn)為生長初期中期中后期；草本、灌木和喬木種數(shù)的峰值分別出現(xiàn)在生長初期、中期和中后期。疏伐改造后,地表植物豐富度、優(yōu)勢度Simpson指數(shù)和多樣性Shannon-Wiener指數(shù)為生長初期中期中后期；均勻度Pielou指數(shù)和pw多樣性指數(shù)為生長初期中期中后期。疏伐促進(jìn)了林分垂直結(jié)構(gòu)由喬木單層向喬灌草多層演替,由柏木純林向針闊混交林分演替。疏伐林分生長進(jìn)程中,地表植物與土壤種子庫的相似系數(shù)表現(xiàn)為生長初期中期中后期。(9)林分生態(tài)支持功能綜合評價。選擇林分生態(tài)支持功能相應(yīng)代表性指標(biāo),評價表明：環(huán)境調(diào)節(jié)、土壤改良、植物多樣性和生長促進(jìn)主成分分值在不同疏伐強(qiáng)度下分別介于-2.27-3.68、-3.10～2.69、-2.88～2.44、-4.37～3.09,4種生態(tài)支持功能組合為中林窗2.20最高；4種生態(tài)支持功能在間伐后各生長階段分別介于-0.62～0.96、-1.25～9.60、-2.82～0.87、-0.9～1.54,在林窗式疏伐后各生長階段分別介于-3.34～0.06、-0.27～1.27、-1.23～0.18、-0.84～3.49,4種生態(tài)支持功能組合最高值均出現(xiàn)在疏伐改造后的11～15年期間。綜合分析表明,環(huán)境調(diào)節(jié)功能在極大面積的林窗式疏伐后生長初期最高,土壤改良功能在中林窗式疏伐后生長中后期最高,植物多樣性功能在中林窗式疏伐后生長初期最高,生長促進(jìn)功能在中林窗式疏伐后生長中后期最高,綜合生態(tài)支持功能在中林窗式疏伐后生長中期最高,在實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)對林分生態(tài)支持功能的具體需求選擇相應(yīng)的疏伐干擾模式及持續(xù)干擾的時間。
【關(guān)鍵詞】：川中丘陵區(qū) 低效柏木人工林 間伐 林窗 生態(tài)支持功能
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S791.41
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-16
• 前言16-19
• 第一章 文獻(xiàn)綜述19-49
• 1.1 低效林研究進(jìn)展19-34
• 1.1.1 低效林的提出19-20
• 1.1.2 低效林的成因20-21
• 1.1.3 低效林的特征21-22
• 1.1.4 低效林的演替22-26
• 1.1.5 低效林的恢復(fù)與重建26-31
• 1.1.6 柏木人工林研究進(jìn)展31-33
• 1.1.7 川中丘陵區(qū)低效林研究現(xiàn)狀33-34
• 1.2 土壤種子庫研究進(jìn)展34-39
• 1.2.1 土壤種子庫研究現(xiàn)狀34-35
• 1.2.2 土壤種子庫與地表植被關(guān)系35-37
• 1.2.3 土壤種子庫與受損植被的恢復(fù)37-38
• 1.2.4 疏伐對土壤種子庫的影響38-39
• 1.3 生物多樣性研究進(jìn)展39-43
• 1.3.1 生物多樣性的含義39
• 1.3.2 生物多樣性評價指數(shù)39-40
• 1.3.3 生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系40-43
• 1.4 森林生態(tài)功能研究進(jìn)展43-46
• 1.4.1 森林生態(tài)功能評價研究進(jìn)展43-44
• 1.4.2 森林生態(tài)功能評價指標(biāo)44-45
• 1.4.3 森林生態(tài)功能評價方法45-46
• 1.5 研究目的意義46-49
• 第二章 研究內(nèi)容與方法49-60
• 2.1 研究區(qū)域概況49
• 2.2 試驗(yàn)樣地概況49-50
• 2.3 研究內(nèi)容50-51
• 2.4 擬解決的主要問題51-53
• 2.5 技術(shù)路線53
• 2.6 樣地設(shè)置53-55
• 2.6.1 間伐林分樣地設(shè)置53-54
• 2.6.2 林窗樣地設(shè)置54-55
• 2.7 實(shí)驗(yàn)及分析方法55-60
• 2.7.1 光熱濕度及土壤環(huán)境測定56
• 2.7.2 林分生長狀況調(diào)查56
• 2.7.3 土壤種子庫調(diào)查56-57
• 2.7.4 植物多樣性測定57
• 2.7.5 數(shù)據(jù)處理與分析57-60
• 第三章 疏伐對低效柏木人工林的影響60-87
• 3.1 光熱濕度環(huán)境調(diào)節(jié)功能60-61
• 3.1.1 間伐林分光熱濕度環(huán)境60
• 3.1.2 林窗光熱濕度環(huán)境60-61
• 3.2 土壤改良功能61-62
• 3.2.1 間伐林分土壤養(yǎng)分61-62
• 3.2.2 林窗土壤養(yǎng)分62
• 3.3 光熱濕度及土壤環(huán)境聚類分析62-63
• 3.4 林分植物生長促進(jìn)功能63-65
• 3.4.1 間伐林分植物生長狀況63-64
• 3.4.2 間伐林分單株柏木材積64
• 3.4.3 林窗植物生長狀況64-65
• 3.5 林分生長狀況聚類分析65
• 3.6 林分生長狀況與環(huán)境相關(guān)性65-67
• 3.6.1 間伐林分生長質(zhì)量與環(huán)境相關(guān)性分析65-66
• 3.6.2 林窗林分生長質(zhì)量與環(huán)境相關(guān)性分析66-67
• 3.7 植物多樣性功能67-87
• 3.7.1 土壤種子庫多樣性67-74
• 3.7.2 土壤種子庫相似性74
• 3.7.3 土壤種子庫多樣性聚類分析74-75
• 3.7.4 土壤種子庫多樣性與環(huán)境的相關(guān)性75-76
• 3.7.5 地表植物多樣性76-83
• 3.7.6 地表植物群落相似性83
• 3.7.7 地表植物多樣性聚類分析83-84
• 3.7.8 地表植物多樣性與環(huán)境相關(guān)性84-86
• 3.7.9 地表植物與土壤種子庫多樣性相關(guān)性86-87
• 第四章 疏伐后不同生長階段低效柏木人工林變化87-106
• 4.1 光熱濕度環(huán)境調(diào)節(jié)功能87-88
• 4.1.1 間伐林分光熱濕度環(huán)境87
• 4.1.2 林窗光熱濕度環(huán)境87-88
• 4.2 土壤改良功能88-89
• 4.2.1 間伐林分土壤改良功能88
• 4.2.2 林窗土壤改良功能88-89
• 4.3 光熱濕度及土壤環(huán)境聚類分析89
• 4.4 植物生長促進(jìn)功能89-91
• 4.4.1 間伐林分生長促進(jìn)功能89-91
• 4.4.2 林窗植被生長促進(jìn)功能91
• 4.5 林分生長狀況聚類分析91-92
• 4.6 植物多樣性功能92-106
• 4.6.1 土壤種子庫多樣性功能92-98
• 4.6.2 土壤種子庫物種相似性98
• 4.6.3 土壤種子庫多樣性聚類分析98-99
• 4.6.4 地表植物多樣性功能99-103
• 4.6.5 地表植物群落相似性103
• 4.6.6 地表植物多樣性聚類分析103-104
• 4.6.7 地表植物和土壤種子庫相似性104-106
• 第五章 疏伐林分生態(tài)支持功能評價106-113
• 5.1 林分生態(tài)支持功能評價指標(biāo)選擇106-107
• 5.2 林分生態(tài)支持功能評價及干擾模式構(gòu)建107-113
• 5.2.1 不同疏伐模式林分生態(tài)支持功能評價107-110
• 5.2.2 疏伐后不同生長階段林分生態(tài)支持功能評價110-113
• 第六章 討論與結(jié)論113-125
• 6.1 疏伐對林分生態(tài)支持功能的影響113-117
• 6.1.1 疏伐林分光熱濕度調(diào)節(jié)和土壤改良功能113-114
• 6.1.2 疏伐林分生長促進(jìn)功能114-115
• 6.1.3 疏伐林分植物多樣性功能115-117
• 6.2 疏伐后不同生長階段林分生態(tài)支持功能117-120
• 6.2.1 不同生長階段光熱濕度調(diào)節(jié)和土壤改良功能117
• 6.2.2 不同生長階段植物生長促進(jìn)功能117-118
• 6.2.3 不同生長階段疏伐林分植物多樣性功能118-120
• 6.3 疏伐林分生態(tài)支持功能的綜合評價120-123
• 6.4 結(jié)論與展望123-125
• 6.4.1 主要結(jié)論123-124
• 6.4.2 研究創(chuàng)新性分析124
• 6.4.3 研究展望124-125
• 參考文獻(xiàn)125-136
• 作者簡介136-137
• 導(dǎo)師簡介137-138
• 致謝138

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本文編號：487869