面向水土保育的亚热带人工林多功能及其权衡研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slim_ning
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随着人类对森林生态服务功能共识的逐步增强,原有单一的木材生产功能已经不能满足社会发展的需求。福建省将乐县作为南方杉木人工林经营的典型区域,对于实现人工林的多功能经营有着客观的需求,尤其是水土保持功能。本研究利用林分数据和土壤剖面调查数据,分析了杉木人工纯林和混交林土壤理化性质特征。利用降水、土壤、遥感等数据,基于修正的通用土壤流失方程对研究区的土壤保持情况进行了定量分析,并结合采伐迹地植被恢复特征进行优先保护区域的识别。本研究利用森林资源二类调查数据、随机森林算法和拐点函数,构建了随机森林模型,对影响林下植被结构特征的人为因素、林分状况和立地条件等因子进行了分析。在搜集大量相关文献数据的基础上,利用样地实测水文数据参考典型的综合蓄水能力法对研究区内典型人工林生态系统的水源涵养功能进行了分析。采用生物量全获法,对人工林植被组分自然持水量与生物量关系进行了分析。最后,利用样地实测水文数据和已有材积模型、生物量模型,在林分尺度上对典型人工林类型的土壤保持、水源涵养、木材生产、碳汇等四种功能进行了权衡分析。主要研究结论如下:(1)0~20 cm土层的物理性质是影响杉木人工纯林生长的主要因素,尤其是0~5cm土层。深层土壤的化学性质是影响杉木人工林生长的主要因素,尤其是40~60 cm土层。土壤有效磷含量和有机质含量是影响杉木人工林生长的关键土壤特征。总体来说,杉木人工林土壤质量随着林分发育的进行先改善后退化。杉木人工纯林和混交林土壤性质分布格局存在明显差异。此外,纯林和混交林的化学性质差异明显大于物理性质差异。混交树种可以改善土壤条件,特别是化学性质。(2)研究区内绝大多数区域土壤侵蚀强度较轻,但局部存在较强烈的侵蚀,轻度侵蚀和中度侵蚀对侵蚀贡献很大。15~25°坡度带的土壤侵蚀面积和侵蚀量最大,其次为8~15°和25~35°。研究区有林地和稀疏植被的每km2土壤保持量均较高,明显高于其他土地覆盖类型,进行作业设计时应该尽量减小迹地面积。将乐县人工林平均恢复时间约4年,平均植被覆盖管理因子为0.729。除了剧烈侵蚀外,其他侵蚀等级的侵蚀模数均随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势。第二、三级重点保护区中,阔叶林类型面积最大。(3)与传统方法相比,拐点函数方法更适合于识别林下植被属性预测的重要变量。影响林下植被结构特征的主要因子是地貌类型、海拔、坡度、腐殖质层厚度、土层厚度、林分起源、优势树种类型、郁闭度、林分年龄、平均胸径、平均树高、每亩林木株数和每亩林分蓄积。最重要的影响因子是海拔、腐殖质层厚度、林分年龄和每亩林木株数。(4)将乐县主要森林生态系统的水源涵养总量为6.08×108 m3,单位面积水源涵养能力为3 245.78 m3/hm2。其中,林冠截流量为4.98×108 m3,占将乐县森林生态系统的总水源涵养能力的82.04%。对于林冠截留量,阔叶纯林所占的比例最大(34.10%),其次为杉木纯林(26.53%),而混交林所占比例最小,仅为6.15%。综合林冠截留量、枯落物持水量和土壤蓄水量,阔叶纯林的水源涵养能力最强,占比为31.30%。多数森林类型的林冠截留量和土壤蓄水量的最大值均出现在300~600 m海拔范围内。随着海拔高度的增加,森林水源涵养量总体上逐渐减少。(5)木材生产和碳汇功能随着海拔因子的增高而呈现显著的增高趋势(P<0.001),且木材生产功能增高的速率较大(斜率k=1.91)。总体上,随着林分的发育,木材生产功能上升,但水源涵养功能显著下降。杉木纯林多功能之间的权衡值相对较小,而杉木火力楠混交林和马尾松纯林的权衡值较大。杉木马尾松混交林的木材生产和土壤保持功能、木材生产和水源涵养功能均表现出了较大的综合效益。杉木纯林的土壤保持和水源涵养功能的综合效益较大,而杉木马尾松混交林较小。综上所述,本研究旨在对亚热带典型森林类型的多种功能效益的发挥及林分特征、立地条件对其功能发挥的影响进行分析,以期为森林多功能经营提供理论支撑。
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