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本研究运用生态学原理、自然辨证法的观点、数学分析方法,在总结、分析祁连山水源涵养林研究成果的基础上,结合现代森林生态学的研究方法,选择祁连山青海云杉林保育中的空白和薄弱环节进行分析研究。在调查过程中应用较先进的测定仪器和设备,结合规范的调查方法,为获得准确数据和正确合理的结论提供了技术保障,为完成研究内容奠定了较好理论基础和实践条件。通过研究,掌握青海云杉林林分结构规律、生长动态;以及林分更新机理、稳定性机理;林分生产力水平等,为科学经营和管理祁连山青海云杉林提供技术方法,为祁连山水源涵养林的可持经营提供理论依据。研究得出的主要结论:
1.青海云杉林在祁连山植被景观格局中的分布状况研究表明:祁连山区植被景观的主要组分是草地、青海云杉林、灌木林;青海云杉林组分在4个研究区域斑块数最多。青海云杉林面积低于草地,斑块数却远高于草地,是草地斑块数的6-7倍多;青海云杉林的面积同灌丛面积相差不大,其斑块数也远高于灌丛斑块数,说明青海云杉林的斑块数量多而面积小,具有较大的斑块密度,分布零散,斑块形状极不规则,破碎化程度高,各斑块之间的距离又较近,所以最容易受干扰而发生变化。青海云杉林组分的进一步分解表明,青海云杉成过熟林地所占比重较高,青海云杉中龄林地、青海云杉幼龄林地面积和斑块相对较低。
根据景观要素形成的机理分析,祁连山植被景观要素的形成,一是受气候和地貌,二是受各类干扰因素的影响,同时受青海云杉种群生物学特性的影响。
2.青海云杉林直径结构特征研究表明,48块青海云杉林临时标准地中,中龄林组10块,近熟林组38块,近熟林比例要远远多于中龄林。说明青海云杉近熟林是现阶段祁连山水源涵养林的主体;所计算的祁连山青海云杉中龄林q值为1.5,Weibull分布密度函数拟合的参数分别为:a=5,b=48.977995,c=0.40656342,株数按径阶的分布曲线为近似双曲线形式的反J形曲线,呈现出典型的异林龄特征;祁连山青海云杉近熟林Weibull分布密度函数拟合的参数分别为:即a=5,b=14.9075114,c=1.0644919,株数按径阶的分布曲线为左偏的截尾正态分布曲线,近似表现出同龄林的直径结构特征。但总体上,较小径阶的林木株数相对较多,意味着该类型林分中小龄级林木具有相当的比例。
对祁连山青海云杉林,通过调整林分年龄结构,使同龄林调整为异龄林状态是祁连山青海云杉林保育的中心思想。林分结构调整的原则:弱度抚育原则;地域性原则;最大效益原则。林分结构调整的基本措施:主林分的经营措施;林缘封育措施;疏林地、无林地的培育措施。
3.青海云杉林直径结构动态特征方面。由林分直径状态结构函数的定义,青海云杉林分在2001年时直径状态结构函数为:()τ={0,2,54,40,42,37,26,35,32,22,15,12,8,1,4,1,2,0,2,0,1),林分在2006年时直径状态结构函数为:()t={19,0,47,32,37,37,26,35,29,20,17,15,8,3,1,4,1,2,1,1,1}=()τ×Pτ-t;林分在下一间隔期的林分直径状态结构函数为:()t2=()t×Pτ-t=()τ×P2τ-t2
研究计算出祁连山青海云杉林林分直径状态结构函数的转移矩阵(transfer matrix)Pτ-t。对祁连山青海云杉林多步转移概率(multi-step transfer probability)的应用,步长以小于等于4为宜,马氏链步幅为5年比较正确。
4.青海云杉一年生枝叶光合作用特性研究表明,光合有效辐射和相对净光合速率的日变化曲线趋势,东、南位相似,西、北位相似;光合有效辐射与相对净光合速率的日变化曲线在上午具有某种程度的负相关性,说明青海云杉新叶的量子产率(quantumyield)在上午较低,影响净光合速率的主要因子不是光合有效辐射,很可能是温度、RH或Gs、Ci及其组合;由相对净光合速率的日变化曲线看出,四个方位的青海云杉一年生枝叶具有明显的双峰状,表现为有午休类型,北方位第一次峰值出现的时间晚于其它三个方位;与其它因子的日变化曲线相比发现,相对净光合速率的日变化曲线与气室的相对湿度变化趋势一致;与温度日变化趋势相反;与气孔导度Gs(Stomatal Conductance)变化趋势一致;与胞间CO2浓度Ci,进气口、出气口CO2浓度值的日变化(Diurnal change of CO2in and CO2out)关系不显著。
5.分析土壤呼吸指标得出:清晨青海云杉林地土壤呼吸速率值最小,为0.90umol/㎡.s,最大值为1.66u mol/㎡.s,出现在下午14:30h左右;白天平均土壤呼吸速率为1.364u mol/㎡.s。土壤呼吸速率值偏小。测定点的数量和代表性选择尤为关键,要根据林分年龄、郁闭度、土壤类型、灌木、草本种类、盖度等综合因子确定。测点处空气湿度RH(%)数值变幅相对较小,趋势是从清晨到下午空气湿度逐渐减小,它与气温的变化趋势相联系,成反比相关。测点处大气压ATM pressure(kp)变幅更小,基本趋近于常数。
6.青海云杉林生产力特征方面,两试验区进行强度为10%抚育前后,各径阶胸径定期平均生长量差异显著;通过弱度的森林抚育,能够提高林分各径阶胸径的定期平均生长量;两试验区弱度抚育前,单位面积蓄积定期平均生长量差异明显,两试验区弱度抚育后,单位面积蓄积定期平均生长量提高显著,抚育效果明显。
7.分析微生境与青海云杉林更新关系得知:综合生境时,苔藓层厚度、枯枝落叶层厚度、光照、腐殖质层厚度的变动系数较大,分别是89%、84%、83%和63%,其余环境指标的变动系数较小;林内生境时,除苔藓层厚度、枯枝落叶层厚度、光照、腐殖质层厚度仍较大外,坡度和郁闭度的变动系数也较大;林缘和林窗的情况大致相同。表明青海云杉天然林各微生境的苔藓层厚、枯枝落叶层厚度、光照、腐殖质层厚、坡度和郁闭度的空间异质性很强,必将形成青海云杉幼苗数、幼树数、以及林下灌木数的较大差异,这些生物因子和非生物因子共同作用,在空间尺度上所形成的空间异质微生境,直接影响着青海云杉种子的传播,种子和幼苗的分布格局以及幼苗的动态变化。
8.青海云杉林群落在稳定性方面的特征分析表明:在“艰苦生境”的森林分布区,森林群落的稳定性具有负反馈的机制;森林群落的稳定性是与时、空相对的动态概念;森林群落多样性与生态因子及其组合有关;森林群落的多样性与种的生物学性质有关;森林群落的稳定性与建群种结构、功能有关;森林群落的稳定性与森林微生物、森林动物的功能有关,均与该环境下物种多样性无关。
根据本研究的初步结果,如果用所计算的稳定性指标指标衡量,不能苟同多样性增加稳定性,或是多样性削弱稳定性。可以肯定,多样性与稳定性间不是简单的相关关系,多样性是稳定性的必要条件但不是充分条件。
通过科学、合理的林分结构调整,提高林分质量,使立木株数合理,林内卫生状况得到改善,使祁连山水源涵养林生态效能有所提高,而且能持续发挥。为之,依据群落演替的基本规律,根据森林抚育的基本原理,通过人工抚育调节,使其“保持”在顶极群落稳定阶段,实现水源林的可持续发展。