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川西亚高山红桦—岷江冷杉天然次生林的空间格局分析

作　者: 缪宁
导　师: 刘世荣；史作民
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 生态学
关键词: 川西亚高山天然次生林植被恢复格局分析空间分布格局空间关联天然更新种间竞争保留木
分类号: S718.542
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 282次
引　用: 3次
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内容摘要

森林群落的空间格局是种群自身特性、种间关系及环境条件综合作用的结果。研究森林群落的种群空间格局可以预测森林群落演替变化趋势,为退化生态系统恢复和森林生态系统的可持续经营提供理论指导。川西亚高山地区的暗针叶林具有重要的生态、社会和经济价值,然而过度的森林采伐和不合理的土地利用导致了原始森林大面积减少,形成广泛分布、处于不同恢复阶段的天然次生林。由原始林破坏后发展起来的天然次生林已成为川西地区的主要森林景观。以往我们主要关注川西亚高山的原始林,而对这些人为干扰后的退化森林植被了解甚少。本研究在川西米亚罗地区海拔3300 m的阴坡,选择4 ha红桦-岷江冷杉天然次生林样地(N31°42′18.4″,E102°44′03.7″),进行了群落学调查和优势树种个体空间定位调查,主要采用了点格局分析法(包括Ripley’s L-函数和O-ring统计的O-函数),研究了:(1)群落结构和物种组成特征;(2)岷江冷杉种群的空间分布格局和种内关联;(3)岷江冷杉天然更新的影响因子;(4)优势树种的种间竞争;(5)采伐后的保留木效应。本研究的目的是探讨天然次生林自然恢复的驱动力机制,为川西亚高山暗针叶林的保育和恢复提供科学依据。主要研究结果如下:(1)红桦和岷江冷杉为红桦-岷江冷杉天然次生林群落的优势种,红桦的胸高断面积占49.0%,岷江冷杉占28.9%。红桦种群径级分布呈现单峰型,为演替的衰退种群。岷江冷杉种群径级分布呈倒“J”型,为演替的进展种群。点分布图表明优势种不同径级其空间分布也不同,但都表现出一定的聚集性和空间异质性。(2)岷江冷杉种群呈聚集分布,其各径级大多呈聚集分布。随着尺度增大聚集强度先增大后减小,趋于随机分布,存在过渡到随机分布的特定尺度:小树:63 m,中树在87 m。各径级间在小尺度范围内正关联较强,随尺度增大,空间关联趋于零,在所有尺度上都未出现负关联,说明岷江冷杉种内关系协调。各径级发生最大聚集强度的尺度依次为:幼苗:28 m;幼树:29 m;小树:15 m;中树:34 m;大树:49 m。大树与中树在所有尺度上均是显著的正关联;幼苗仅在7 m的尺度内和幼树显著的正关联。在所有尺度上幼苗和大树、中树和小树都显著的不关联。(3)红桦-岷江冷杉天然次生林中岷江冷杉幼苗和幼树数量丰富、年龄呈连续分布,说明岷江冷杉更新良好。样地内未发现树高2 m以下的红桦个体,说明红桦更新不良。对于岷江冷杉幼苗,1年生幼苗占幼苗总数的62.45%,2年以上生幼苗占幼苗和幼树总数的2.30%。分别有86.70%的1年生幼苗和81.08%的2年以上生幼苗生长在苔藓上。我们着重关注了小尺度范围内的空间关联特性,优势种不同径级树木与岷江冷杉幼苗、幼树空间关联性表现各异。岷江冷杉幼苗与小树、中树、大树分别在0～7 m、0～8 m和0～8 m尺度上表现为显著负关联。岷江冷杉幼树与小树、中树、大树间,分别在0～11 m、0～13 m、0～11 m尺度上为表现为显著正关联。在所有尺度内,岷江冷杉幼苗、幼树与红桦小树均趋于无关联。岷江冷杉幼苗、幼树与红桦中树分别在0～8 m、0～34 m尺度为表现为显著负关联。岷江冷杉幼苗、幼树与红桦大树在所有尺度上均表现为显著负关联。影响岷江冷杉天然更新的关键因子为苔藓层盖度、倒木蓄积量、母树(DBH≥16.5)密度、箭竹盖度和乔木郁闭度。苔藓层盖度、倒木蓄积量和母树密度对岷江冷杉天然更新起着促进作用,而箭竹盖度和乔木郁闭度对岷江冷杉天然更新起着阻碍作用。(4)空间格局分析结果揭示了红桦和岷江冷杉间的激烈竞争。原始林中优势种群之间在所有尺度上为表现为无关联,而天然次生林内红桦和岷江冷杉在所有尺度上表现为显著负关联。岷江冷杉与红桦大树在所有尺度上均为随机分布,其余径级在小尺度上为聚集分布,随尺度增大趋于随机分布和均匀分布,最大聚集强度随径级增大而减弱。岷江冷杉种内关联以小尺度正关联为主,红桦种内关联以小尺度负关联为主。对于两个种群的相同径级,小径级、中径级和大径级间,分别以空间无关联、负关联和无关联为主。两个种群间不同径级间以负关联为主,径级相差越大,其负关联越强。(5)大径级保留木对其他径级树木的空间分布具有显著的影响。红桦大径级保留木与其小树和中树分别在0～8 m和0～9 m尺度上表现为显著负关联。岷江冷杉大径级保留木与其幼苗在0～8 m尺度上为负关联。岷江冷杉大径级保留木与其幼树和小树分别在0～11 m和1～9 m尺度上为正关联。岷江冷杉大径级保留木与其中树在0～14 m尺度上则没有显著的空间关联关系。红桦大径级保留木与岷江冷杉幼苗、幼树、小树和中树在所有尺度上均为空间负关联。岷江冷杉大径级保留木与红桦小树在0～4 m尺度上为负关联。大径级保留木在促进演替后期优势树种岷江冷杉的更新和生长的同时,制约了先锋树种红桦的更新和生长。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-18
第一章绪论  18-34
  1.1 植物群落空间格局研究进展  18-23
    1.1.1 空间格局的概念  18
    1.1.2 空间分布格局的类型和数学模型  18-20
    1.1.3 格局和生态学过程的关系  20-21
    1.1.4 格局分析的研究方法  21-23
  1.2 退化生态系统和植被恢复  23-28
    1.2.1 退化生态系统的定义  23-24
    1.2.2 退化生态系统恢复与恢复生态学  24
    1.2.3 退化生态系统恢复与植被恢复  24-25
    1.2.4 天然次生林恢复的过程和机理  25-28
  1.3 川西亚高山天然次生林的恢复生态学研究  28-31
    1.3.1 川西亚高山森林的独特性、效益和研究价值  28-30
    1.3.2 川西亚高山天然次生林的形成原因和特点  30
    1.3.3 川西亚高山天然次生林天然恢复的过程和趋势  30-31
    1.3.4 川西亚高山天然次生林恢复的相关研究  31
  1.4 研究目标和主要研究内容  31-32
    1.4.1 关键的科学问题  31-32
    1.4.2 研究目标  32
    1.4.3 主要研究内容  32
  1.5 研究技术路线  32-34
第二章研究区概况与研究方法  34-47
  2.1 研究区概况  34-39
    2.1.1 地理位置和概况  34
    2.1.2 土壤  34
    2.1.3 气候  34-35
    2.1.4 植被概况  35-37
    2.1.5 森林干扰历史和现状  37-39
  2.2 研究方法  39-47
    2.2.1 样地设置和调查  39
    2.2.2 树木径级划分方法  39-40
    2.2.3 群落特征研究方法  40-41
    2.2.4 空间分布格局和种间关联的分析  41-44
    2.2.5 岷江冷杉更新的影响因子  44-46
    2.2.6 大径级保留木对群落的影响  46-47
第三章红桦-岷江冷杉天然次生林样地群落和环境特征  47-53
  3.1 结果与分析  47-52
    3.1.1 物种组成和群落结构  47-50
    3.1.2 优势种各径级的空间分布  50-52
    3.1.3 乔木、灌木和草本的生物多样性  52
  3.2 小结  52-53
第四章红桦-岷江冷杉天然次生林中岷江冷杉种群的空间格局分析  53-60
  4.1 引言  53
  4.2 结果与分析  53-57
    4.2.1 岷江冷杉种群点分布图  53-54
    4.2.2 岷江冷杉种群的空间分布格局  54-57
    4.2.3 岷江冷杉种群不同径级间的空间关联  57
  4.3 讨论  57-58
  4.4 小结  58-60
第五章川西亚高山红桦-岷江冷杉天然次生林的更新格局研究  60-72
  5.1 引言  60-61
  5.2 结果与分析  61-67
    5.2.1 岷江冷杉更新的年龄结构和微生境  61-63
    5.2.2 岷江冷杉幼苗、幼树与其他径级的空间关联分析  63-65
    5.2.3 岷江冷杉幼苗、幼树密度与环境因子之间的相关性分析  65-66
    5.2.4 岷江冷杉母树密度对其幼苗更新的影响  66-67
  5.3 讨论  67-71
    5.3.1 其他径级个体对岷江冷杉更新格局的影响  67-68
    5.3.2 苔藓对岷江冷杉更新的影响  68-69
    5.3.3 倒木蓄积量对岷江冷杉更新的影响  69
    5.3.4 光照强度对岷江冷杉更新的影响  69-70
    5.3.5 箭竹对岷江冷杉更新的影响  70
    5.3.6 岷江冷杉母树密度对其更新的影响  70-71
    5.3.7 其他环境因子对岷江冷杉更新的影响及其相互作用  71
  5.4 小结  71-72
第六章红桦-岷江冷杉天然次生林优势种群之间的竞争研究  72-86
  6.1 引言  72-74
  6.2 研究结果  74-81
    6.2.1 箭竹岷江冷杉原始林的结构和物种组成  74-75
    6.2.2 红桦-岷江冷杉天然次生林群落优势种群的空间分布格局  75-76
    6.2.3 箭竹岷江冷杉原始林优势种的空间分布格局  76-77
    6.2.4 红桦-岷江冷杉天然次生林中优势种群的空间关联分析  77-81
    6.2.5 箭竹岷江冷杉原始林中优势种群间的空间关联  81
  6.3 讨论  81-85
    6.3.1 径级和尺度对空间格局的影响  81-82
    6.3.2 空间格局分析对红桦-岷江冷杉天然次生林种间竞争的解释  82-83
    6.3.3 箭竹岷江冷杉原始林和红桦-岷江冷杉天然次生林中优势种间的空间关系  83-84
    6.3.4 物种特性对种间竞争和群落演替动态的影响  84-85
  6.4 小结  85-86
第七章大径级保留木对群落恢复的作用和影响  86-93
  7.1 引言  86-87
  7.2 结果与分析  87-90
    7.2.1 红桦和岷江冷杉胸径与年龄的线性回归关系  87
    7.2.2 大径级保留木密度与其他径级密度的相关性分析  87-90
    7.2.3 大径级保留木对其他径级树木空间分布的影响  90
  7.3 讨论  90-92
    7.3.1 对岷江冷杉更新的有利影响  90-91
    7.3.2 对先锋树种红桦的制约作用  91-92
  7.4 小结  92-93
第八章结论与讨论  93-99
  8.1 结论  93-95
    8.1.1 空间格局分析对生态学过程的揭示  93-94
    8.1.2 红桦-岷江冷杉天然次生林群落演替的驱动力  94
    8.1.3 红桦-岷江冷杉天然次生林群落的演替趋势  94-95
  8.2 讨论  95-96
    8.2.1 对Janzen-Connell 假说的验证  95
    8.2.2 空间格局的尺度效应  95-96
    8.2.3 点格局研究方法的讨论  96
  8.3 展望  96-99
    8.3.1 研究的不足之处  96-97
    8.3.2 对森林抚育措施的建议  97
    8.3.3 尚待解决的问题和研究设想  97-99
参考文献  99-112
附录Ⅰ 主要植物名录  112-122
附录Ⅱ 红桦-岷江冷杉天然次生林  122-123
在读期间的学术研究  123-124
致谢  124-125

川西亚高山红桦—岷江冷杉天然次生林的空间格局分析

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