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杉木林采伐迹地人工造林与自然恢复的生态功能过程研究

作　者: 项文化
导　师: 田大伦
学　校: 中南林学院
专　业: 生态学
关键词: 杉木人工林生态系统第2代杉木林撂荒生长过程生物量生产力水文学过程养分循环土壤养分养分管理森林可持续经营生长对策
分类号: S718
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

杉木是我国南方亚热带地区特有的优良速生乡土用材树种。目前，我国杉木林面积达1239.1×10⁴hm²，蓄积量为47357.33×10⁴m³，分别占全国人工林面积和蓄积的26.55％和46.89％，它在缓解我国经济发展对木材需求增长的压力和支持天然林保护等重大生态工程的实施方面起着重要作用。但是，现阶段杉木人工林经营能否维持林地持久的生产力成为国内林学界广泛关注的问题之一。本研究论文以杉木栽培制度为主线，根据长期定位观测的数据来证实杉木林连续种植是否引起生产力下降这一假设。从生态系统的功能过程入手，采用小集水区径流场封闭技术，研究杉木林生态系统的水文学过程和养分循环特点，解释两代杉木人工林生产力差异产生的原因。以系统养分管理为手段，研究不同木材采伐利用方式的养分修复周期，分析撂荒后自然植被的生长过程、养分积累及其对土壤养分产生的影响，探索杉木人工林持续经营的措施。主要的研究结果为：杉木林采伐迹地人工营造第2代杉木林后，随着林分年龄的增大，胸径分布的中值逐步增大，分布曲线的尖削度下降，曲线变得更加平坦，林木生长分化开始显现出来。10年生第2代杉木林的胸径分布中值落在12cm的径阶上，分布曲线尖削度较低，并偏向右方，较多的树木分布在径阶相对较小的范围内。第2代杉木林的胸径连年生长量最大值出现在第3年，平均生长量最大值出现在第5年。第3-7年为胸径的速生期，基本完成生长过程的时间为11年。树高连年生长量在第5年出现最大值，平均生长量的最大值出现在8年。树高在第3年进入生长速生期，并持续到第10年，基本完成生长过程的时间为16年。同第1代杉木林相比，第2代杉木林的林分结构整齐性差，胸径和树高的速生期与基本完成生长过程的时间缩短。 10年生第2代杉木林单株和林分生物量分别为34.74kg和71.45t.hm^-2，比10年生第1代杉木林分别下降了7.46％和16.53％。第2代杉木林生态系统的生物量为76.02t.hm^-2，平均生产力为6.49t.hm^-2.a^-1，比第1代分别下降13.54％和19.8％。造林后的头1-5年生物量增长较为缓慢，第6年后开始加快，第2代杉木林的生物量低于第1代杉木林，随林分年龄增加生物量差异增大。第2代杉木林生产力的最大值出现在第10年，为9.74t.hm^-2.a^-1，第1代在第11年达到最大值，为11.17t.hm^-2.a^-1，是第2代1.15倍。第2代杉木林的平均生产力最大值出现在第16年，为6.87t.hm^-2.a^-1，第1代的最大值出现在第18年，为7.91t.hm^-2.a^-1。第2代杉木林完成生物量生长过程的时间为26年，第1代的为29年。可见，第2代杉木的生物量和生产力明显下降，而且进入成熟期的时间早，整个林木速生期较短。森林生态系统的水文学过程和养分循环交织在一起，对生态系统的生产力产生极大的影响。当森林生态系统受到外界干扰后，生态系统的调节功能下降，最终导致生产力的下降。第1代杉木林采伐后营造第2代杉木是生态系统重建的过程，此后尽管生态系统的调节功能正在逐步的恢复，但该生态系统的水文学过程和养分循环等功能相对脆弱，林冠抵抗外界降水的干扰能力较弱，生态系统的缓冲能力小，径流量和径流中养分流失量增大。第2代杉木林的养分利用效率下降，循环系数减少，循环速度减慢，养分周转时间长，不利于林地土壤养分的积累。除采伐干扰造成的影响外，这些功能过程中南林学院博士学位论文：中文摘要一与会同生态站的水热条件有关。会同生态站的水热条件既有有利于杉木林生长的一面，其年降水量平均变率相对较小，小强度降水次数多，降水量大，植物生长季节水量丰富，热量充足n同时该站的水热条件也体观植被恢复的严酷性，降雨季节降雨强度大，容易产生较大的地表径流冲刷土壤表面，引起水土流夫和养分流失。在8－9月间温度较高，而降水量少，高温干旱成为植被生长和恢复的障碍因素。川年生第 2代杉木林的年降水量为 11 70．6mm，其中林内的净降雨量占总降雨量的 872％，其值达到102（）83mm，林冠年截留量为14977mm，占年降雨量的12．8％。进入杉木林内的雨水绝大部分是穿透水，为1（）173mm，占净降雨量的997％．以树干茎流形式进入林内的水量为353mm，占年降雨量的03％。第2代杉木林内平均相对变化率为：降水量0．86，净降水率（）08，林冠截留率（）42n卜)年生的第2代杉木林内产生穿透水的一次性降水临界值为043mm，20年生的第1 代杉木林为0．49mm，说明第2代杉木林冠截留能力比采伐前杉木林的截留能力低。 10年生的第2代杉木林年径流输出的总量为428刀smm，其中以地下径流输出为主，为40959mm，占总径流量的 9569％。地表径流为 1846mm，占总径流量的 431％。蒸发散是第 2代杉木林系统水量支出的主要形式，其值为724．55mm．a－’，占年降雨量的6189％。地下径流和径流总量随降雨量的月变化规律为，在降雨量最大的7－8月份过后，9－10月份径流量却维持在一定的水平，表明第2代杉木林生态系统具有一定的延长径流流出时间、增加枯水季节流量的水源涵养功能，但其径流高峰期与降雨量是完全同步的，径流对降水量的反应迅速，其调节?

全文目录

摘要  9-13
1 文献综述  13-28
  1.1 森林生态系统生态功能过程的研究  13-21
    1.1.1 生物量及生产力  13-16
    1.1.2 水文学过程  16-19
    1.1.3 养分循环  19-21
  1.2 森林经营对生态功能过程的影响  21-25
    1.2.1 采伐  21-23
    1.2.2 采伐后植被自然恢复  23-25
  1.3 杉木林生态功能过程与可持续经营的研究  25-28
    1.3.1 杉木林生态系统的生态功能过程研究  25-27
    1.3.2 杉木人工林可持续经营的研究  27-28
2 引言:研究背景与研究目的  28-30
3 研究区概况与研究方法  30-33
  3.1 研究区概况  30
  3.2 研究方法  30-33
    3.2.1 杉木林的生长和自然植被群落调查  30-31
    3.2.2 生物量和净生产力的测定  31-32
    3.2.3 水文学过程的测定  32
    3.2.4 分析样品的采集与化学分析方法  32-33
4 研究结果与分析  33-75
  4.1 采伐迹地人工造林后杉木林生物量和生产力  33-43
    4.1.1 采伐迹地人工造林后杉木林林分结构特征  33-34
    4.1.2 两代杉木人工林生长进程的比较  34-36
    4.1.3 采伐迹地人工造林后第2代杉木林生物量  36-39
    4.1.4 采伐迹地造林杉木林生物量动态变化和生产力  39-41
    4.1.5 讨论与小结  41-43
  4.2 采伐迹地人工造林后杉木林生态系统的水文学过程  43-53
    4.2.1 集水区降雨特征分析  43-45
    4.2.2 杉木林林冠对降水的分配作用  45-48
    4.2.3 采伐迹地人工造林后第2代杉木林径流变化规律  48-49
    4.2.4 采伐迹地人工造林后第2代杉木林土壤水分的变化  49-50
    4.2.5 采伐迹地人工造林后第2代杉木林生态系统水分平衡  50-51
    4.2.6 讨论与小结  51-53
  4.3 采伐迹地人工造林后杉木林养分循环特点  53-64
    4.3.1 第2代杉木林生态系统的养分输入  53-54
    4.3.2 速生阶段第2代杉木林对养分需求和存留  54-56
    4.3.3 速生阶段第2代杉木人工林乔木层各组分养分的年积累量  56-57
    4.3.4 速生阶段第2代杉木人工林营养元素的生物循环  57-59
    4.3.5 第2代杉木林生态系统的养分输出  59-60
    4.3.6 从养分平衡来探讨杉木人工林的可持续经营问题  60-62
    4.3.7 讨论与小结  62-64
  4.4 采伐迹地撂荒后植被自然恢复过程和养分积累  64-75
    4.4.1 撂荒后自然恢复过程植物群落动态  64-67
    4.4.2 撂荒后植被恢复的生物量动态  67-70
    4.4.3 撂荒5年后植被的养分积累与分布  70
    4.4.4 撂荒后林地土壤养分变化  70-71
    4.4.5 讨论与小结  71-75
5 结论  75-80
  5.1 第1、2代杉木人工林生长的差异性  75-76
  5.2 第1、2代杉木人工林生产力差异产生的生态机理问题  76-78
  5.3 杉木人工林可持续经营的探讨  78-80
参考文献  80-94
ABSTRACT  94-101
致谢  101-102
附录: 博士研究生期间发表的论文  102

杉木林采伐迹地人工造林与自然恢复的生态功能过程研究

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