川西亚高山退化暗针叶林恢复评价的生态学基础及其对策

摘要

以空间代替时间的方法，在川西亚高山米亚罗地区海拔3 100—3 600 m的阴坡、半阴坡，立地条件基本一致的地段，分别选择20世纪50、60、70、80年代箭竹和藓类原始暗针叶老龄林采伐后恢复的天然次生林为研究对象，对不同年龄的次生林进行恢复阶段的划分；分析了箭竹、藓类次生林和原始暗针叶老龄林物种组成和多样性、群落结构和土壤．生态水文功能特征及岷江冷杉天然更新的主要影响因子；最后对不同恢复阶段群落恢复状态进行了综合评价，并提出加快恢复的对策，结果表明： (1)20-40年生的次生林进入以红桦为主的阔叶林阶段，其森林类型分别为藓类红桦林和箭竹红桦林；恢复到50年开始进入主要以红桦和岷江冷杉组成的针阔混交林阶段，其森林类型分别为藓类红桦、岷江冷杉林和箭竹红桦、岷江冷杉林；未被采伐而保留下来的160-200年生暗针叶林是以岷江冷杉为主的暗针叶老龄林阶段，其森林类型分别为藓类岷江冷杉林和箭竹岷江冷杉林。 (2)从阔叶林恢复到针阔混交林阶段，群落物种丰富度显著增加，到原始暗针叶老龄林阶段物种丰富度显著降低。对箭竹次生林及原始暗针叶老龄林来说，群落均匀度、Shannon指数在针阔混交林阶段达最大值，而此时乔木层优势度指数为最小值；而对藓类次生林及原始暗针叶老龄林来说，群落均匀度、Shannon指数在阔叶林阶段达最大值，而此时乔木层优势度指数为最小值。物种丰富度、群落均匀度、Shannon指数和优势度指数在箭竹和藓类两种森林类型之间均差异不显著。在不同恢复阶段之间优势度指数差异不显著，而物种丰富度、群落均匀度和Shannon指数差异显著。随着林龄的增大，次生林与原始暗针叶老龄林间的Bray-Curtis指数呈增大的趋势，表明与原始暗针叶老龄林间的物种组成相似性随着林龄的增加而增大。 (3)主要优势树种红桦、岷江冷杉的密度在两种森林类型和不同恢复阶段间差异显著。从阔叶林恢复到针阔混交林阶段红桦的密度减小，到原始暗针叶老龄林阶段基本消失，而岷江冷杉的密度增大，到原始暗针叶林阶段占绝对优势。20-40年生的阔叶林群落结构恢复到接近原始暗针叶老龄林状态的三分之一；50年生的针阔混交林接近原始暗针叶老龄林状态的一半。箭竹阔叶林与藓类阔叶林群落结构恢复速度相当。藓类针阔混交林群落结构恢复速度比箭竹针阔混交林相对快些。在所选择的结构变量中，所有树种密度与老龄状态指数呈显著的负相关关系，针叶树比例与老龄状态指数之间的相关系数最大(显著的正相关)。促进以岷江冷杉为主的针叶树种更新能力以提高针叶树比例、限制林分密度可能加速林分结构向老龄林方向发展。 (4)当恢复到20-40年的箭竹和藓类阔叶林阶段，土壤．生态水文功能指数分别为0.56和0.55，当恢复到50年的箭竹和藓类针阔混交林阶段，老龄状态指数分别为0.68和0.67。土壤-生态水文功能指数在两种森林类型之间差异不显著，在不同恢复阶段之间差异极显著。所选择的变量中胸高断面积与土壤．生态水文功能指数之间的相关系数最大(r=0.9654)，胸高断面积与林木密度呈极显著的负相关关系，与根密度、苔藓层最大持水量、枯落物层最大持水量以及土壤最大持水量之间存在极显著的正相关关系。说明通过间伐、大径级林木的培育以降低林分密度、提高胸高断面积可能加速土壤结构和地被层生态水文功能向原始暗针叶老龄林方向发展。 (5)对箭竹次生林及其原始暗针叶老龄林来说，对岷江冷杉天然更新起主要作用的影响因子为母树密度、倒木蓄积和箭竹盖度；其中母树密度和倒木蓄积对岷江冷杉天然更新起着显著的直接正效应，箭竹盖度对岷江冷杉天然更新起着显著的直接负效应；增加母树密度、倒木蓄积和减小箭竹盖度有利于岷江冷杉天然更新的发展。苔藓层厚度对岷江冷杉天然更新产生显著的直接负效应，但通过其它影响因子的间接作用，使得苔藓层厚度与岷江冷杉幼苗、幼树和小树密度之间存在显著的正相关性。对于藓类次生林及其原始暗针叶老龄林来说，灌木盖度对岷江冷杉天然更新产生显著的直接负效应，是影响岷江冷杉天然更新的主要因子。苔藓层厚度仅对岷江冷杉幼苗产生显著的直接正效应，并受其它影响因子的间接作用较小；苔藓层厚度岷江冷杉幼树、小树产生显著的直接负效应，但受其它影响因子的间接作用较大，说明苔藓有利于幼苗的发生，但不利于幼苗向幼树、小树的过渡。 (6)由Bray-Curtis指数、老龄状态指数和土壤．生态水文功能指数构建的群落恢复度随恢复时间的增加而增大，退化度随恢复时间的增加而减小。20-40年生的箭竹、藓类阔叶林恢复度为0.35左右，退化度为0.65左右；50年生的箭竹、藓类针阔混交林恢复度为0.46左右，退化度为0.54左右。藓类阔叶林及针阔混交林的恢复度分别略高于箭竹阔叶林及针阔混交林。群落结构的恢复速度>土壤．生态水文功能的恢复速度>物种组成的恢复速度。运用逻辑斯蒂模型对恢复过程进行拟合，当恢复到130年以后，恢复速度极其缓慢，每10年其恢复度在0.01以下，恢复到130年时的恢复度为0.9969，可以认为基本恢复到原始暗针叶老龄林状态。 根据上述研究结果，提出主要通过人工促进岷江冷杉天然更新，提高与原始暗针叶老龄林的物种组成相似性和老龄状态。通过间伐促进大径材的培育，从而有利于提高老龄状态和土壤．生态水文功能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1引言

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国内外研究现状与评述

1.2.1恢复生态学

1.2.2退化生态系统恢复与重建

1.2.3植被恢复过程中的群落动态

1.2.4退化生态系统恢复评价

1.2.5川西亚高山暗针叶林研究

1.2.6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

第二章研究区自然概况与研究方法

2.1研究区自然概况

2.1.1地理位置

2.1.2地质地貌

2.1.3气候

2.1.4土壤

2.1.5植被

2.2研究方法

2.2.1样地设置及调查

2.2.2恢复阶段的定量划分研究方法

2.2.3群落物种组成和多样性研究方法

2.2.4群落结构特征研究方法

2.2.5土壤-生态水文功能特征研究方法

2.2.6岷江冷杉天然更新及其影响因子研究方法

2.2.7恢复状态评价研究方法

第三章川西亚高山退化暗针叶林恢复过程中恢复阶段的定量划分

3.1引言

3.2结果与分析

3.2.1不同恢复系列乔木层种间联结关系与演替种组的划分

3.2.2不同恢复系列有序样本的验证

3.2.3不同恢复系列恢复阶段的划分

3.3小结

第四章川西亚高山退化暗针叶林不同恢复阶段群落物种组成和多样性变化

4.1引言

4.2结果与分析

4.2.1不同恢复阶段群落的物种组成

4.2.2不同恢复阶段群落的α多样性

4.2.3不同恢复阶段群落的β多样性

4.3小结

第五章川西亚高山退化暗针叶林不同恢复阶段群落结构及老龄状态

5.1引言

5.2结果与分析

5.2.1不同恢复阶段群落结构特征

5.2.2群落结构变量及老龄状态指数

5.3小结

第六章川西亚高山退化暗针叶林不同恢复阶段土壤-生态水文功能特征

6.1引言

6.2结果与分析

6.2.1不同恢复阶段土壤-生态水文功能结构变量特征

6.2.2不同恢复阶段土壤-生态水文功能指数

6.3小结

第七章川西亚高山退化暗针叶林恢复过程中岷江冷杉天然更新特征及其影响因子

7.1引言

7.2结果与分析

7.2.1不同恢复阶段岷江冷杉天然更新状况

7.2.2岷江冷杉天然更新影响因子分析

7.3小结

第八章川西亚高山退化暗针叶林不同恢复阶段恢复状态的综合评价及恢复对策

8.1引言

8.2结果与分析

8.2.1物种组成、群落结构和土壤-生态水文功能的恢复比较

8.2.2不同恢复阶段恢复状态的综合评价

8.2.3恢复轨迹的拟合和预测

8.2.4恢复对策

8.3小结

第九章结论与讨论

9.1结论

9.2讨论

9.3展望

参考文献

附录

致谢