经营方式对甘肃小陇山锐齿栎天然林林分质量的影响

摘要

锐齿栎天然混交林是小陇山地区主要的森林类型，分布广，面积大，对当地的水源涵养、水土保持、环境保护等方面起到了十分重要的作用，经营和保护好这一宝贵自然资源意义重大。然而，人为干扰严重导致锐齿栎天然林出现了不同程度的退化，亟需采取科学合理的经营恢复技术。本研究以小陇山锐齿栎天然林为对象，借助“十二五”《西北华北森林可持续经营技术研究与示范》课题，2013年在甘肃小陇山百花林场大杆子沟锐齿栎天然林3号小班所布设的经营模式对比试验，试验设计了3种经营方式（近自然经营、结构化经营和次生林综合培育）和对照（未经营），每种经营措施设置4个20m×20m的固定样地，共16个固定样地（具有相似的立地条件），对每个样地内胸径大于5cm的林木利用全站仪（TOPCON-GTS-602AF）进行了定位，并进行每木调查（调查内容包括树种名称、胸径、冠幅、树高以及坐标信息，并挂牌标记）。本研究于2017年9月，对所有样地进行复测，调查所有保留木的胸径、树高、冠幅等因子，并增测了每个样地林分冠层特性和采集土壤样品用于分析微生物群落多样性。通过空间和非空间、静态和动态、宏观和微观、单因子和综合等方法，从林分生长及动态、林分结构、林分稳定性及土壤微生物群落结构特征4个方面分析林分质量，再基于π值法则和近自然评价测度林分质量对经营干扰的响应，进而探究不同经营方式对锐齿栎天然林林分质量的影响，为今后锐齿栎天然林实施科学的经营管理提供理论依据。本研究主要得出以下结论:
　　(1)结构化经营能有效改善林分状态。结构参数一元分布可知，结构化经营有效地调整林木水平格局，使其林木趋向合理的随机分布且在经营后4年中仍保持合理状态;结构化经营实施能够明显提高林分混交度，而其它经营方式对林分混交度的影响不明显。结构参数二元分布可知，经营措施实施的当年，各经营模式对林分中“最佳”微结构（高度混交且为优势木、高度混交且随机分布、随机分布且为优势木）林木比例无明显影响，而结构化经营的实施明显降低了林分中“劣势”微结构（非随机分布且低度混交、低度混交且为劣势木）的林木比例;但经营4年后，唯有结构化经营的林分中“最佳”微结构（高度混交且随机分布、高度混交且为优势木）的林木比例较经营前明显提高;且“劣势”微结构（非随机分布且低度混交、低度混交且为劣势木）的林木比例也明显低于经营前，同时也明显低于对照。
　　(2)结构化经营和次生林综合培育的实施均减少了林分中小径级林木的比例，而近自然经营的实施未对林分中大、小林木比例产生明显影响。经营后4年，近自然经营和次生林综合培育的林分中小径级林木比例增多，结构化经营的林分大径级林木比例增多。同时得出，结构化经营能够促进小径级林木的胸径生长，在其它经营方式及未经营林分中未发现这种规律。结构化经营和近自然经营均促进了林分的进界木株数增加，但结构化经营方式下林木的死亡率为最低。
　　(3)结构化经营和近自然经营均提高了林分的叶面积指数，结构化经营也降低了林分平均叶倾角。结构化经营和近自然经营均增加了林分的光合有效辐射。结构化经营措施能有效提高林分蓄积量、乔木层生物量和碳贮量的年均增长量和增长率;预测经营后10年，结构化经营的林分生产力也高于其它经营方式和对照。
　　(4)结构化经营能有效提高林分稳定性。结构化经营和近自然经营实施后均使林分稳定性得到改善，次生林综合培育则未改善林分稳定性。经营实施4年后，结构化经营的林分状态较经营后明显提高，反映出林分稳定性增强;其它经营方式的林分状态较经营后反而降低，反映出林分稳定性减弱。
　　(5)结构化经营方式能使林分更加接近自然。结构化经营的林分与地带性顶极群落相应的状态特征指标差异最小，其次为次生林综合培育和近自然经营，未经营林分差异最大，说明结构化经营效果较优。
　　(6)土壤细菌和真菌独有物种(OTU)比例在结构化经营方式下最高。在门分类水平上，各经营方式及对照中土壤细菌和真菌的丰富度、多样性均无明显差异;而在属分类水平上，结构化经营方式下的土壤细菌多样性明显高于对照。结构化经营的林分土壤酸杆菌门(Acidobacteria)丰富度明显较高，有利于林木的生长发育;而近自然经营的林分土壤子囊菌门(Ascomycota)丰富度明显较高，反映出不良的林内土壤环境。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的和意义

1．1．3 项目来源与经费支持

1．2 国内外研究现状

1．2．1 森林经营理论研究进展

1．2．2 小陇山锐齿栎混交林经营

1．2．3 生产力研究

1．2．4 林分结构研究

1．2．5 冠层特性研究

1．2．6 稳定性研究

1．2．7 土壤养分和微生物研究

1．3 研究目标和主要内容

1．3．1 关键科学问题和研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 研究技术路线

2．1．1 研究区域概况

2．1．2 样地设置与调查

2．2 研究方法

2．2．1 林分生长与动态分析

2．2．2 林分结构分析

2．2．3 林分稳定性分析

2．2．4 林分土壤微生物群落特征

2．2．5 接近自然的程度(近自然评价)

第三章 结果与分析

3．1 不同经营方式对林分生长与动态的影响

3．1．1 对林木胸径、树高和冠幅生长的影响

3．1．2 对林分蓄积量、生物量和碳贮量的影响

3．2 不同经营方式对林分结构的影响

3．2．1 对林分非空间结构影响

3．2．2 对林分空间结构影响

3．2．3 对林分冠层结构的影响

3．3 不同经营方式对林分稳定性的影响

3．3．1 林分状态特征比较

3．3．2 林分状态单位圆分析

3．4 不同经营方式下林分土壤微生物群落特征

3．4．1 林分土壤化学性质

3．4．2 细菌和真菌高通量测序数据特性

3．4．3 细菌和真菌群落多样性

3．4．4 细菌和真菌群落组成分析

3．5 接近自然的程度(近自然评价)

第四章 结论与讨论

4．1 主要结论

4．2 讨论

4．2．1 经营方式对林分生长及动态的影响

4．2．2 经营方式对林分结构的影响

4．2．3 经营方式对林分稳定性的影响

4．2．4 经营方式对林分土壤微生物群落的影响

4．2．5 经营林分与参照林分特征差异

参考文献

在读期间的学术研究

致谢