论文部分内容阅读
林下更新是林分生长发育的重要生态学过程,也是研究森林生态系统动态的重要内容,森林生态系统的自我演替和恢复主要通过森林天然更新来实现。大兴安岭地区是我国天然林主要分布地区之一,森林资源丰富,但前期的过度采伐使得大部分林分结构遭到破坏,原始林分多转化为次生林,林下更新难以维持森林的自然演替,因此对该地区更新影响因子的探索和研究尤为重要。本研究以大兴安岭地区新林林业局翠岗林场、新林林场和壮志林场标准样地调查数据为基础,从更新空间分布格局、更新影响因子以及更新数量预测三个研究角度展开研究,以期为大兴安岭地区森林可持续经营规划提供理论依据。主要结论如下:(1)基于大兴安岭新林林业局翠岗林场落叶松(Larix gmelinii)林、白桦(Betula platyphylla)林和落叶松+白桦混交林100m×100m样地数据,分析不同林型和不同林木等级下的林木空间分布格局及尺度效应。结果表明:3个林型中,仅落叶松林的更新数量达到良好状态,其余2种林型均为更新不良;各林型中,更新层幼苗、幼树的数量组成均与乔木层存在显著差异,且各林型中树木的直径(落叶松林和落叶松+白桦混交林除外)和树高分布也不够合理,3个林型均属于不稳定群落。各林型内林木空间分布整体以聚集分布为主,但方差/均值比率、负二项指数、Green指数、平均拥挤度和Morisita指数5个判别指数随尺度的变化显著不同,并以线性递增(40%)、幂函数递增(22%)和负二次多项式(20%)趋势为主。Ⅰ~Ⅲ级的更新层林木在不同尺度上以聚集分布为主,而乔木层(Ⅳ~Ⅴ级)在多种分布格局间波动,其对尺度的响应同样以线性递增(44%)、幂函数递增(15%)和负二次多项式(12%)为主。同一林型和取样尺度下,林木空间聚集程度整体随着林木大小级的增加呈线性下降趋势。各林型中,非优势树种的种群格局规模往往大于优势树种,而更新层林木空间格局规模大于乔木层。(2)基于大兴安岭新林林业局翠岗林场49块兴安落叶松不同蓄积占比的固定样地调查数据,分别从林分非空间结构、林分空间结构、林木多样性、土壤条件和立地条件5个方面37项观测指标,在相关性分析的基础上,构建林分尺度更新密度和更新多样性(包括树高和地径)的结构方程模型,并计算各路径的直接、间接和总影响系数,量化和提取影响大兴安岭地区兴安落叶松天然林更新密度和更新多样性的关键可控因素。结果表明:对林分更新密度影响最大的潜变量依次为:林分非空间结构(-0.410)>林木多样性(0.380)>土壤条件(0.250)>立地条件(0.249)>林分空间结构(0.197);对林分更新多样性影响最大的潜变量依次为:土壤条件(0.778)>立地条件(0.748)>林分空间结构(0.684)>林分非空间结构(0.287)>林木多样性(0.105)。综合来看,影响更新数量和多样性的共性观测变量主要为:p H值、全钾、树种多样性、树高多样性、角尺度和单位蓄积。(3)以新林林业局翠岗林场、新林林场和壮志林场96块标准样地调查数据为基础,从立地、土壤、多样性、林分结构四个方面选取29个基础指标,采用Poisson模型、负二项模型和随机森林算法分别构建落叶松和白桦的更新数量模型;经过模型选优后,采用OOB置换法确定候选变量对落叶松和白桦更新数量的贡献。十折交叉检验表明:随机森林更新数量预测模型精度显著高于Poisson模型和负二项模型。经OOB置换法得出各变量的相对重要性,其中对落叶松更新数量重要的变量依次为:胸径Shannon指数(17.57%)、胸径Pielou均匀度指数(16.88%)、单位蓄积(13.29%)、胸径Simpson指数(12.92%)和林分平均胸径(12.91%);对白桦更新数量重要的变量依次为:胸径Shannon指数(18.53%)、胸径Pielou均匀度指数(16.13%)、草本盖度(12.62%)、林分平均胸径(12.34%)和灌木盖度(11.31%)。林木大小多样性和林分密度是更新数量的重要影响因子,可通过抚育间伐或补植的方式来确保科学合理的林分密度,进而促进天然更新和森林生态系统的自然演替。本研究基于大兴安岭地区样地调查数据,分析判定主要林型树种在不同取样尺度下的空间分布格局以及构建更新数量预测模型,旨在较为准确科学地从不同角度描述林木分布类型以及反映林木数量的动态变化趋势,对揭示种群恢复机理、指导森林更新工作和林分的可持续经营规划具有重要意义。