低覆盖度行带式固沙林的生长优势与界面效应研究

摘要

低覆盖度行带式固沙林是近年来被广泛认可的一项低成本、高效益的防沙治沙体系，已经获得国家专利“低覆盖度固沙方法”。低覆盖度防沙治沙体系打破了传统研究认为的植被覆盖度在40％以下不能完全固定流沙的观念，达到了植被覆盖度在20％左右就能够完全固定流沙的效果，不仅能加快带间植被自然修复的时间，而且能够促进带间土壤的改良，是符合当地水量平衡的带状疏林，是一种长寿命的生物沙障。经过20多年的种植实验与观察发现，在低覆盖度行带式配置模式下的固沙林长势良好并可成材，林分稳定性更高，与均匀配置的片林相比具有显明的生长优势，但是其所表现出来的生长优势的机理尚不明确。笔者认为是这种特殊的人为干扰下的带状集群分布格局使林分具有了更多生态意义上的界面，从而使林内资源得到了更加高效、合理的分配与利用。
　　 本文以低覆盖度行带式配置(Low coverage banded scheme)模式下的赤峰杨（P.×xiaozhuanica W.Y Hsu et Liangcv.‘Chifengensis'）固沙林为研究对象，在界面生态学的基础上，用传统的森林经理学方法研究了不同配置模式对固沙林生长的影响，通过标准地调查法及标准木解析法，结合带间土壤温湿度变化情况，对不同配置模式下植株的胸径、树高、材积生长过程、胸高比变化、径阶分布结构、林分竞争、林分稳定性等各方面进行了比较，对其生长优势进行了量化评价，主要结论有:
　　 1.低覆盖度行带式固沙林的生长优势是通过植株的树高、胸径与材积生长量增加体现出来的，赤峰杨固沙林胸径、树高、材积总生长量遵从Chapman-Richards函数生长;而连年生长量和平均生长量遵从多项式函数生长。低覆盖度行带式配置2×5～25m、3×5～15m、2×5～10m、3×5～8 m（（株距×行距～带间距）和均匀配置3×5m模式下的赤峰杨固沙林，胸径数量成熟龄分别为:9、8、20、17和25年，树高数量成熟龄分别为:9、8、23、16和15年，材积的数量成熟龄分别为:9、10、18、19和25年。胸径、树高和材积数量成熟龄随带间距的增大而减少;达最大平均生长量和最大连年生长量的年龄随带间距的增加而减小，而其值却随带间距的增加而增大。在一定带间距下，低覆盖度行带式固沙林的胸径和材积生长量大于均匀配置林分，而树高生长优势不明显，研究区适宜的带间距为10～25 m，10m以下生长优势表现不明显。
　　 2.低覆盖度行带式配置模式下植株干、枝、叶生物量（鲜重）分配更为合理，其中，行带式配置模式下叶生物量在总生物量中所占的比例最高可达15.5％，而均匀配置模式下的林分叶生物量仅占总生物量的3.5％。行带式配置模式下植株胸高比较大，胸径生长优于树高生长，植株更加粗壮，更加适应于在干旱大风的环境在生长。数据分析表明，带间距越宽，死亡率越低。均匀配置(3×5m)林分死亡率高达9.7％，而行带式配置模式下林分死亡率最高为4.9％，最低的仅为2.2％;在同密度的行带式配置模式下，林分死亡率随着带间距的增大而降低。
　　 3.均匀配置的固沙林边缘效应率为1.17，界面效应表现为东边＞西边＞北边＞南边，故林带走向以南北方向为宜，而且当地的主害风为西北风，根据防风固沙的需要，进行南北走向的林带设计也是相一致的。而行带式配置的固沙林是使所有的林木处于边行的位置，故在所有边行上都具有边缘效应。
　　 4.在低覆盖度行带式配置模式下，随着赤峰杨胸径的增大，其所受到的竞争强度在逐渐减小，竞争强度与林木径阶的大小符合幂函数关系。无论配置与林龄如何变化，胸径在15 cm前受到的竞争压力较小，随后趋于稳定，故应在赤峰杨胸径达到15 cm前进行必要的择伐或带状疏伐，以减少此后植株间的竞争，赤峰杨对象木周围2～3 m范围内竞争强度是最大的。
　　 5.行带式配置模式下赤峰杨根系分布特征为，根长密度:株间＞行间＞带间，根长密度最大的是0～0.2 mm径阶的细根，约0.61 cm/cm3，根长密度最小的是径阶＞2 mm的根系，前者占到了根系根长密度的44.7％，而后者仅为1.6％，前者约是后者的30倍;0～60 cm深度处根系占到了全根长(1～100cm)密度的74.6％，而深度在60～80cm的根系仅占25.4％。根重密度最大的出现在带间，根重密度最高可达22.58 mg/cm3。距树不同径向距离处根长密度表现为开始最大而后减少又逐渐增大的趋势。赤峰杨根系主要吸收的是天然降雨。
　　 与均匀配置的人工林相比，低覆盖度行带式配置固沙林使所有的林木处于边行的位置，因此，具有明显的生长优势，林分结构合理，稳定性高。低覆盖度行带式配置模式是适宜于干旱半干旱地区种植的一种优良的配置模式。本文可为我国三北乃至相似地区生态恢复建设提供理论依据及参考，具有重要的现实与指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 界面效应与低覆盖度行带式固沙林研究现状及评述

1．2 研究目标和主要研究内容

1．2．1 关键的科学问题和与研究研究目标

1．2．2 主要研究内容

1．3 研究技术路线

第二章 研究区概况及研究方法

2．1 研究区域概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地设置及调查方法

2．2．2 采样工具

2．2．3 树干解析

2．2．4 根系测量方法

第三章 不同配置行带式固沙林生长过程

3．1 研究对象与调查方法

3．2 生长过程

3．2．1 连年生长量与平均生长量

3．2．2 总生长量

3．3 稳定性比较

3．4 林分死亡率比较

3．5 生物量比较

3．6 小结

第四章 低覆盖度行带式固沙林的界面效应研究

4．1 研究区概况及研究方法

4．2．结果与分析

4．2．1 相同密度不同配置对赤峰杨固沙林生长状况的影响

4．2．2 均匀配置林分边行木生长优势分析

4．3 小结

第五章 低覆盖度行带式固沙林径阶分布特征

5．1 研究区域

5．2 调查方法

5．3 数据处理

5．3．1 径阶分布模型

5．3．2 径阶分布特征数

5．4 结果与分析

5．4．1 径阶分布模型特征参数比较分析

5．4．2 分布检验

5．5 小结

第六章 不同配置行带式下赤峰杨固沙林的竞争分析

6．1 实验数据采集与研究方法

6．1．1 数据采集

6．1．2 数据处理

6．2 结果与分析

6．2．1 赤峰杨固沙林种内竞争情况

6．2．2 对象木胸径与竞争强度之间的关系

6．2．3 不同样圆半径内的竞争强度

6．3 小结

第七章 行带式种植模式下赤峰杨根系分布特征

7．1 实验材料与方法

7．1．1 实验地概况与研究对象

7．1．2 根系取样方法

7．1．3 土壤含水量及温度的测量

7．1．4 数据分析

7．2 结果与分析

7．2．1 根系分布

7．2．2 栽植位置、土壤深度、根系径阶作用下根系分布的差异性

7．2．3 根重密度空间分布

7．2．4 土壤温湿度对根系分布的影响

7．3 小结

第八章 结论与讨论

8．1 结论

8．2 讨论

8．3 展望

参考文献

在读期间学术研究

致谢