华北落叶松次生林种内、种间关系及影响机制研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:nash86
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为研究华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)次生林的种内、种间关系,探讨环境因子对其竞争的影响及华北落叶松对竞争的响应机制,本文以山西太岳山为例,选取灵空山林场和好地方林场为研究区,通过对天然次生林群落与近自然经营华北落叶松人工林群落的调查与分析,从群落结构(物种组成、林下物种多样性、胸径树高分布规律及冠层结构)与种内、种间关系(Hegyi单木竞争指数、空间分布格局、生态位、种间联结及群落稳定性)等多方面开展研究,同时通过不同密度调控强度的华北落叶松人工林内环境因子的差异,探讨环境因子的变化对竞争的影响;最后采用标准木解析的方法,研究华北落叶松生物量分配格局对竞争的响应机制。研究结果发现:(1)天然次生林群落中,物种组成较为复杂,林下物种多样性丰富,胸径树高均较小,林分开度较小,华北落叶松的竞争压力较大,其生态位宽度较低,分布格局在小尺度上聚集程度明显,与其他优势树种之间在小尺度上均为负相关,群落的稳定性较高。2009年与2015年调查数据对比发现,群落结构的变化并不明显,但华北落叶松的竞争压力有所降低(13.939至12.473),种内竞争减小,种间竞争增大,华北落叶松与白桦的种间联结由正关联转变为负关联,与山杏由正关联转变为绝对关联;(2)近自然经营华北落叶松人工林群落结构较简单,树种较少,仅有4种,林下物种多样性较高,林分开度较小。胸径树高的分布基本符合正态分布规律,竞争指数中,受到的种间竞争压力较大。分布格局在多尺度上为均匀分布,仅在小尺度上呈聚集状态,与其他物种在大部分尺度上均为负相关,华北落叶松的生态位宽度较大,但群落稳定性较差,属于演替初期群落。对象木3m范围内的竞争压力较大,3m-6m之间的竞争压力较低,6m以外的竞争压力基本消失。林分密度对华北落叶松的竞争强度影响非常大(42.7%),但还存在其他环境因子影响竞争强度;(3)密度调控明显影响了华北落叶松人工林内的光环境,其中低调控强度和中调控强度下的变化较为显著。Hegyi竞争指数的计算发现华北落叶松人工林样地的竞争情况排序为:对照样地(CK)(7.110)>低调控强度样地(LT)(5.799)>中调控强度样地(MT)(4.559)>高调控强度样地(HT)(3.320),表现为随调控强度的增大而逐渐降低的明显趋势。由于林分密度的改变,林木竞争压力得到缓解,生长加快,林下物种多样性增加;同时密度调控导致环境因子的改变,密度因子和土壤因子可以解释华北落叶松竞争强度7 7.4%的变异率,其中土壤因子有18.3%的单独解释率。冗余分析表明:土壤C/N、TN含量、K含量解释了冠层结构48.2%的变异率,第一主轴解释与土壤C/N和IN有关,解释了 42.4%,第二主轴与土壤K有关,解释了5.9%。土壤碳氮比(C/N)与林隙分数(GF)有显著负相关,与叶面积指数(LAI)、平均叶倾角(MLA)有显著正相关关系,土壤K与冠下总辐射通量(TPU)有显著正相关;土壤K与叶面积指数(LAI)也有较强的正相关关系;结构方程模型表明:冠层结构中,叶面积指数(LAI)对华北落叶松的竞争强度有较强的直接正效应,而林隙分数(GF)和平均叶倾角(MLA)的变化均可通过改变叶面积指数进而间接影响竞争。林隙分数(GF)对叶面积指数(LAI)有较强的直接负效应,同时,也可通过对平均叶倾角(MLA)的作用对叶面积指数产生间接负效应。土壤养分可通过影响冠层结构进一步影响竞争大小,土壤C/N直接对林隙分数产生较大的负效应,且土壤C/N通过对土壤K的直接正效应进一步影响叶面积指数,最终影响竞争关系。(4)标准木解析结果表明:华北落叶松树干和根的生物量比例随竞争指数的增加而减少,树枝和叶片的生物量变化与竞争指数呈线性正相关,树高胸径比(H/D)与竞争指数间呈显著的线性正相关关系,而冠高比(C/H)与竞争指数无显著相关性;总生物量(TB)、生物量年平均增长量(AAB)、树高年平均增长量(AAH)、胸径年平均增长量(AAD)以及茎叶比(S/F)与竞争指数均呈显著负相关,而冠根比(T/R)与竞争指数之间无显著相关性;细根中的N元素和P元素与竞争指数存在显著正相关关系,而C元素和K元素与竞争指数的相关性不显著;冗余分析(RDA)结果表明,竞争指数和树龄分别解释了生物量分配变化的26.1%和23.4%,竞争指数和树龄的交互作用解释了 37.3%,两个变量共同解释了生物量分配变化的86.8%,其余有13.2%未被解释。这表明华北落叶松为缓解所受到的竞争压力,通过改变各器官的生物量分配格局来响应,其各器官的生物量比例取决于所受到的竞争强度。研究结果发现,近自然经营人工林为最佳的人工经营林分类型,而密度是林木竞争最主要的影响因子,保持植株间距在3m外可以有效的减小林木竞争。研究可为华北落叶松人工林的林分结构优化及调整提供理论支撑和科学参考,对探究林木竞争的内在机制,维持森林群落的长期稳定可持续发展具有重要意义。
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