六盘山华北落叶松林分结构特征和径向生长的坡面变化及尺度效应

摘要

在干旱缺水地区的山区坡面上，由于地形、土壤、气象等立地特征的坡向差别、坡位差异以及水分和养分的坡面再分配等的共同作用，存在树木生长指标的坡面变化和尺度效应，需要对此进行深入研究和定量描述。本文在宁夏六盘山半湿润区香水河小流域，选择华北落叶松人工林主要分布的南坡（阳坡）和东南坡（半阳坡）两个坡面，其水平坡长分别为225和480 m，分别设置坡面样带并设置空间连续的一系列样地，调查林分结构特征和树木径向生长的坡面变化，包括坡向差别和坡位差异，并利用各生长指标的从坡顶到坡脚的顺坡滑动平均值在100 m水平坡长内的变化幅度评价生长指标的坡面尺度效应，以期为更精细地开展华北落叶松林的资源调查、生态服务功能评价与经营管理等提供科学基础，理解树木生长指标的坡面尺度效应，并促进森林生态和森林水文等相关研究。
　　(1)林分结构特征的坡面变化和尺度效应
　　在两个不同坡向的坡面上，各林分结构指标存在差别。在阳坡，胸径、树高、优势木平均高的坡面平均值（变化范围）分别为19.28(17.92～20.93) cm、15.9(14.9～17.0)m、19.3(17.9～19.9) m;在半阳坡，对应数值分别为20.42 cm(18.47～21.57)、16.9(15.0～18.6)m、20.6(19.4-22.0) m。
　　两个坡面上的林分结构指标存在明显的坡位差异，且其坡面变化趋势存在坡向差异。胸径、树高、优势木平均高等生长指标在阳坡坡面上从上到下表现为“增加-减小-增加-减小”的双波峰变化趋势，在半阳坡上则呈现为“增加-减小”的单峰变化趋势。
　　在阳坡坡面上，树木胸径、树高、优势木平均高的空间尺度效应分别为增加0.39 cm、增加0.49 m和增加0.82 m。在半阳坡，胸径和树高需分段描述，胸径在水平坡长0-200 m、200 m至坡底的尺度效应分别为增加0.33 cm、减少0.21 cm;树高在0-67 m、67-305 m、305 m至坡底的空间尺度效应分别为减少1.12m、增加0.31 m、减少0.10m;优势木平均高在整个坡面的空间尺度效应为增加0.28 m。
　　(2)林分蓄积量的坡面变化和尺度效应
　　林分蓄积量存在坡向差异，在阳坡和半阳坡的整个坡面平均值（变化范围）分别为216.48(175.45～277.31)和209.71(117.78～352.84) m3·hm-2。
　　在两个坡面上林分蓄积量沿坡向下均呈先增加后减小的变化趋势，但其空间尺度效应存在坡段差异。在阳坡，林分蓄积量在离开坡顶水平距离0-74、74 m至坡底的空间尺度效应分别为增加81.98、减小20.81 m3·hm-2;在半阳坡，林分蓄积量在0-189、189 m至坡底的尺度效应分别为增加49.41、减少11.34 m3·hm-2。
　　(3)树木径向生长与气候的相关性及年轮宽度的坡面变化和尺度效应
　　树木年径向生长量受降水和气温的影响，其中与降水的相关性明显高于气温，且与上一年12月份的降水量呈显著正相关，与上一年10月份和当年9月份降水量的正相关系数也较大。
　　树木的年轮宽度指数存在坡向差别。在阳坡，水年、丰水年、枯水年的年轮宽度指数的坡面平均值分别为1.08、1.28、0.79，变化范围为1.00～1.28、1.25～1.32、0.61～0.92;在半阳坡，其坡面平均值分别为1.08、1.39、0.76，变化范围为1.00～1.15、1.21～1.50、0.65～0.93。
　　在两个坡面上，随离开坡顶水平坡长的增加，树木年轮宽度指数在平水年和丰水年均表现为逐渐减小，在枯水年均表现为逐渐增加。
　　树木年轮宽度指数在两个坡面上的空间尺度效应存在降水年份差异。在阳坡坡面上，年轮宽度指数在平水年时整个坡面的空间尺度效应为减小0.10;丰水年时在水平坡长0-130 m、130m至坡底两个坡段内分别为减小0.03和增加0.01;枯水年时在整个坡面为增加0.12。在半阳坡坡面上，年轮宽度指数平水年时在0-74 m、74 m至坡底的坡段内的尺度效应分别为增加0.04和减小0.01，丰水年时在0-192m、192m至坡底的坡段内分别增加0.02、减小0.02;枯水年时在整个坡面的尺度效应为增加0.03。
　　综合来看，在本研究所在的宁夏六盘山半湿润区，华北落叶松林在半阳坡的生长较好于阳坡。各林分结构指标和径向生长存在坡向差异和坡位变化，而且空间尺度效应也不相同，并具有降水年份和坡段位置的差别，主要原因是不同年份、不同坡向的水热条件差异以及水分养分的沿坡再分配所导致的树木生长条件差异及其在不同坡位的相对大小关系变化，表明了树木生长坡面变化和空间尺度效应的复杂性。本研究结果利于提高森林资源调查、生态服务评价与林分经营管理的精度，以及更深入地理解树木生长指标的坡面尺度效应。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与研究的意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 林分结构

1．2．2 林分蓄积量

1．2．3 树木径向生长

1．2．4 林分结构及生长特征的影响因子

2 研究区概况

2．1 研究区概况

2．1．1 研究区地形特征

2．1．2 研究区土壤特征

2．1．3 研究区植被特征

2．1．4 研究地点的气象特征

3 研究内容与研究方法

3．1 研究内容

3．2 研究方法

3．2．1 样带布设

3．2．2 样地基本情况调查

3．2．3 林分结构指标样地平均值计算

3．2．4 林分结构指标坡面滑动值计算

3．2．5 土壤物理性质调查

3．2．6 树木年轮样本的采集及室内处理

3．2．7 年轮宽度的测定

3．2．8 年表的建立方法

3．2．9 数据处理

4 结果与分析

4．1 研究坡面的基本情况及样地信息

4．1．1 研究坡面的地形特征

4．1．2 研究坡面的土壤特征

4．1．3 林分结构基本特征的坡面变化

4．2 样地林分结构的坡面变化及尺度效应

4．2．1 林分结构的坡位变化及坡向差异

4．2．2 林分结构的坡面尺度效应及坡向差异

4．2．3 林分结构与环境因子的相关性及其坡向差异

4．3 林分蓄积量的坡面变化和尺度效应

4．3．1 蓄积量的坡面变化和坡向差异

4．3．2 蓄积量的坡面尺度效应及坡向差异

4．3．3 蓄积量与环境因子的相关分析和数量关系

4．4 树木径向生长特征的坡面变化及尺度效应

4．4．1 径向生长年际变化及其与气候的相关性

4．4．2 样地树木径向生长的坡面差异

4．4．3 样地径向生长的坡面尺度效应

5 结论与讨论

5．1 结论

5．2 讨论

5．3 不足与展望

参考文献

攻读学位期间的主要学术成果

致谢