不同马尾松人工林群落特征及近自然恢复状态评价

摘要

采用群落学调查方法在广西的镇龙林场、华山林场和派阳山林场选取立地条件大致相似，不同林龄、不同经营模式和不同纬度的马尾松人工林作为研究对象，分析不同马尾松人工林群落的物种组成及其多样性变化特征；构建不同马尾松人工林灌木层立木生物量模型，并分析不同马尾松人工林群落的生物量分配格局、群落结构变化；定量分析不同马尾松人工林的土壤-生态水文功能特征；最后构建恢复度评价模型对不同马尾松人工林的近自然恢复状态进行综合评价并进行预测。主要得到以下结论： (1)不同林龄马尾松人工林林下共记录到木本植物117种，隶属42科79属；Yz到Rz阶段物种丰富度逐渐增大，而至Oz阶段物种丰富度逐渐减小；相邻恢复阶段的马尾松人工林群落间的相似性较高，不相邻群落间物种替代率较高；不同经营模式马尾松人工林林下共记录到木本植物84种，隶属36科62属；D1群落物种丰富度最高，D2群落物种分布更为均匀，M2群落物种多样性较低。D1和D2群落间相似性高，M2群落与D1和D2间相似性低；不同纬度马尾松人工林林下共记录到木本植物有208种，隶属47科112属。随着纬度的降低，群落内热带分布物种占比增大，温带分布树种逐渐减少。中纬度林分物种多样性较差，幼龄林与中龄林和过熟林分别为高纬度(Yh群落)与低纬度(Mp群落、Op群落)最好；中纬度与低纬度的过熟林(Oz-Op)群落物种差异性最大，中纬度与低纬度的中龄林(Mz-Mp)群落间物种差异最小，且随纬度差异的增大中龄林群落物种差异逐渐增大。 (2)运用3种模型对群落灌木层立木进行回归分析，干和整株地上部分生物量的拟合效果较好，且模型Ⅱ：W=a×Db×Hc的各项评价指标最好。不同林龄马尾松人工林群落地上生物量由大到小为：Oz＞Rz＞Mz＞Yz。各林分中马尾松的地上生物量由大到小为：Oz＞Rz＞Mz＞Yz，且随着林龄的增长林下树种生物量占比逐渐提升；不同经营模式马尾松人工林群落以及马尾松的地上生物量由大到小均为：D1＞D2＞M2；不同纬度马尾松人工林中，中龄马尾松人工林群落地上生物量由大到小为：中纬度＞低纬度＞高纬度，幼龄、过熟马尾松人工林群落生物量均为中纬度(Yz群落、Oz群落)最小。中龄林马尾松的地上生物量由大到小为：低纬度＞中纬度＞高纬度，而幼龄林与过熟林马尾松的地上生物量最大分别为高纬度(Yh群落)和低纬度(Op群落)。 (3)随着林龄的增长，群落中各物种的化学势变化范围在-9.75-9.86，反映了物种在不同林龄马尾松人工林群落中的适应能力，且适应性较好的物种随着人工林的生长逐渐增多并趋于稳定；群落生态?随着林龄的增长迅速增大，结构?有所减小，除了马尾松以外，遗传信息较小的物种及其生物量占比逐步提升；不同经营模式马尾松人工林物种化学势变化范围为-7.20-10.60，D1中适应较好的物种最多，为33种。D2群落居中，为25种。M2群落最少，为23种。M2群落中马尾松适应性不如D1和D2，生态?表现为：D1＞D2＞M2，结构?表现为：D2＞D1＞M2；不同纬度马尾松人工林物种化学势变化范围在-9.75-11.17，Yz与Yh中适应性较好的物种分别有21和40种，其中共有物种为8种。Mh，Mz和Mp中适应性较好的物种分别为45，30和49种，其中共有物种为7种。Oz和Op中适应性较好的物种分别为34和32种，其中共有物种为11种。中龄马尾松人工林生态?为低纬度的Mp最大，高纬度的Mh最小，幼龄林与过熟林为中纬度的Yz和Oz最小，结构?均为中纬度的马尾松人工林最小。 (4)不同林龄马尾松人工林凋落物最大持水量、土壤饱和持水量在Mz最大，Yz的土壤-生态水文功能指数最小，Oz群落土壤生态水文功能指数最大；不同经营模式中，凋落物最大持水量和土壤渗透率均为D1最大。土壤最大持水量和土壤有机碳含量均为D2最大，且土壤容重最小。D1土壤-生态水文功能指数最大，M2土壤生态水文功能指数最小；不同纬度马尾松人工林中的中龄林凋落物最大持水量、土壤最大持水量和土壤有机碳含量均为中纬度(Mz)最大，且土壤容重最小。土壤渗透率为低纬度(Mp)最小。幼龄林、成熟林中各指标变化趋势并不一致，马尾松幼龄林、中龄林、过熟林土壤-生态水文功能指数在不同纬度中均以中纬度最大。 (5)随着马尾松人工林近自然恢复，群落恢复度逐渐增大，Yz，Mz和Rz的群落恢复度分别为25.0%，43.3%和52.3%，Oz的群落恢复度为88.2%；不同经营模式中，D1和D2的群落恢复度相差较小，分别为51.9%和49.1%，M2与D1和D2的群落恢复度相差较大，且恢复度最小，为37.8%。不同纬度中，除幼龄林外，均为中纬度的恢复度最大。Bray-Curtis指数恢复速率最慢，31年时才达到峰值；生态?恢复速率居中，28年时达到峰值，土壤-生态水文功能指数恢复最快，21年时达到峰值。通过逻辑斯蒂拟合模型可知，如果要恢复到潜在参照系统状态的95%，从Bray-Curtis指数、生态?、土壤-生态水文功能指数和群落恢复度模拟值得出，达到0.95以上的时间分别为100年、86年、85年和91年；且120年后各指标恢复速率非常缓慢，速率均在每十年0.1个百分点以下，可认为群落此时基本已经恢复到潜在参照系状态。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的与意义

1.1.3 项目来源与经费支持

1.2 国内外研究现状与评述

1.2.1 恢复生态学

1.2.2 群落物种组成与多样性变化

1.2.3 Exergy

1.2.4 土壤-生态水文功能

1.2.5 研究评述

1.3 研究目标和主要研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 主要研究内容

1.4 研究技术路线

第2章 研究区域与方法

2.1 研究区域概况

2.2 研究方法

2.2.1 样地设置及调查

2.2.2 群落组成和多样性

2.2.3 群落特征研究方法

2.2.4 土壤-生态水文功能特征研究方法

2.2.5 近自然恢复状态评价方法

第3章 不同马尾松人工林物种组成和多样性变化

3.1 结果与分析

3.1.1 不同林龄群落组成

3.1.2 不同经营模式群落组成

3.1.3 不同纬度群落组成

3.2 讨论

第4章 不同马尾松人工林生物量模型构建及分配格局

4.1 结果与分析

4.1.1 不同马尾松人工林灌木层生物量模型构建

4.1.2 不同林龄马尾松人工林生物量分配格局

4.1.3 不同经营模式马尾松人工林生物量分配格局

4.1.4 不同纬度马尾松人工林生物量分配格局

4.2 讨论

4.2.1 灌木层生物量模型

4.2.2 不同马尾松人工林生物量分配格局

第5章 不同马尾松人工林基于热力学群落动态

5.1 结果与分析

5.1.1 不同林龄马尾松人工林基于热力学群落结构特征

5.1.2 不同经营模式马尾松人工林基于热力学群落结构特征

5.1.3 不同纬度马尾松人工林基于热力学群落结构特征

5.2 讨论

第6章 不同马尾松人工林土壤-生态水文功能特征

6.1 结果与分析

6.1.1 不同林龄土壤-生态水文

6.1.2 不同经营模式土壤-生态水文

6.1.3 不同纬度土壤-生态水文

6.2 讨论

第7章 不同马尾松人工林近自然恢复状态评价

7.1 结果与分析

7.1.1 物种组成、群落结构和土壤-生态水文功能的恢复比较

7.1.2 不同马尾松人工林灰色关联度分析

7.1.3 不同马尾松人工林近自然恢复状态评价

7.1.4 恢复轨迹的模拟与预测

7.2 讨论

第8章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

附录Ⅰ 不同马尾松群落内物种化学势编号及种类

附录Ⅱ 攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢

声明