疏伐對(duì)低效柏木人工林生態(tài)支持功能的影響.pdf

1、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(duì)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(shí)間的變化趨勢(shì)、如何科學(xué)評(píng)價(jià)低效林生態(tài)支持功能恢復(fù)的效果等，都是在對(duì)低效柏木人工林疏伐改造研究

2、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(shí)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、90～110m2、140～160m2、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(duì)照;通過測(cè)定物種豐富度等45個(gè)指標(biāo)，全面了解了疏伐后生長(zhǎng)2～3、11～15、20～24年3個(gè)時(shí)間段的林分生態(tài)支持功能的變化情況。

3、此外，該研究還利用主成分分析、聚類分析等方法，對(duì)疏伐林分生態(tài)支持功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，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155.44～588.92μmol·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

4、鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別提高5.11～16.47mg· kg-2、0.40～1.07 mg·kg-2、20.70～44.21 mg·kg-2和26.06～32.59g·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(duì)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(duì)照。
　　(2)不同疏伐強(qiáng)度林分生長(zhǎng)促進(jìn)功能特性

5、。間伐后，喬木胸徑、冠幅較對(duì)照林增大，不同間伐強(qiáng)度林分之間，喬木高度差異不顯著(P＞0.05），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(P＜0.05)且與間伐強(qiáng)度呈正向相關(guān)。林窗內(nèi)灌木、草本生長(zhǎng)指標(biāo)，枯落物層厚度較對(duì)照顯著提高(P＜0.05），中林窗內(nèi)增幅最大。林分生長(zhǎng)與環(huán)境指標(biāo)相關(guān)性分析表明，PAR、土壤營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)對(duì)林分生長(zhǎng)質(zhì)量的影響較大。
　　(3)不同疏伐強(qiáng)度林下土壤

6、種子庫(kù)多樣性功能特征。間伐林內(nèi)土壤種子庫(kù)總密度介于817～1436seeds·m-2，對(duì)照林為500 seeds·m-2;間伐后，林下0～5 cm土層種子庫(kù)密度占總密度的46.46～52.14％，枯落物層和5～10cm土層種子庫(kù)密度所占比例較低。種子庫(kù)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(duì)照的趨勢(shì)。與對(duì)照林比較，林窗內(nèi)土壤種子庫(kù)總密度提高53

7、6～1110 seeds·m-2，且土壤種子庫(kù)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(kù)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(kù)多樣性與林內(nèi)土壤營(yíng)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;

8、優(yōu)勢(shì)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(duì)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(P＜0.05)，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(duì)值在0.8以上。疏伐林

9、內(nèi)土壤種子庫(kù)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(zhǎng)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(zhǎng)2～3、11～15、20～24年，PAR和氣溫變化表現(xiàn)為生長(zhǎng)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(zhǎng)初期＜中期＜中后期。聚類分析分為三類，間伐后生長(zhǎng)初期、中期、中后期、林窗式疏伐后生長(zhǎng)中后期聚為一類;林窗式疏伐生長(zhǎng)初期和中期歸聚為一

10、類;間伐對(duì)照和林窗對(duì)照聚為一類。
　　(6)不同生長(zhǎng)階段林分生長(zhǎng)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(zhǎng)初期＜中期＜中后期;灌木蓋度從高到低排序?yàn)樯L(zhǎng)中期、初期和中后期;草本蓋度為生長(zhǎng)初期＞中期＞中后期。林窗式疏伐后灌木和草本生長(zhǎng)變化趨勢(shì)與間伐林分一致。聚類分析分為三類，間伐生長(zhǎng)初期、中期、林窗式疏伐生長(zhǎng)初期、中期聚為一類;間伐中后期和林窗式疏

11、伐中后期聚為一類;間伐對(duì)照和林窗對(duì)照聚為一類。
　　(7)不同生長(zhǎng)階段林下土壤種子庫(kù)多樣性功能變化。間伐和林窗式疏伐后，土壤種子庫(kù)總密度表現(xiàn)為生長(zhǎng)初期＞中期＞中后期;種子庫(kù)物種數(shù)、屬數(shù)、科數(shù)從高到低分別為生長(zhǎng)初期、中期、中后期。間伐和林窗式疏伐林內(nèi)，種子庫(kù)草本種數(shù)在生長(zhǎng)初期最多，分別為11和13種;灌木在生長(zhǎng)中期最多，分別為6和7種;喬木在生長(zhǎng)中后期最多，分別為4和5種。種子庫(kù)α多樣性指標(biāo)中物種豐富度、均勻度Pielou指數(shù)、多樣

12、性Shannon-Wiener指數(shù)隨植物群落的生長(zhǎng)進(jìn)程逐漸降低;優(yōu)勢(shì)度Simpson指數(shù)、βw多樣性指數(shù)為生長(zhǎng)初期＜中期＜中后期。
　　(8)不同生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)初期、中期和中后期。疏伐改造后，地表植物豐富度、優(yōu)勢(shì)度Simpson指數(shù)和多樣性Shannon-Wiener指數(shù)為生長(zhǎng)初期＞中期＞中后期

13、;均勻度Pielou指數(shù)和βw多樣性指數(shù)為生長(zhǎng)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(zhǎng)進(jìn)程中，地表植物與土壤種子庫(kù)的相似系數(shù)表現(xiàn)為生長(zhǎng)初期＞中期＞中后期。
　　(9)林分生態(tài)支持功能綜合評(píng)價(jià)。選擇林分生態(tài)支持功能相應(yīng)代表性指標(biāo)，評(píng)價(jià)表明:環(huán)境調(diào)節(jié)、土壤改良、植物多樣性和生長(zhǎng)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.

14、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(zhǎng)階段分別介于-0.62～0.96、-1.25～0.60、-2.82～-0.87、-0.9～1.54，在林窗式疏伐后各生長(zhǎng)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