浙江中部地区公益林群落特征与动态

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zifeng20060819
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生态公益林建设是浙江省生态建设的主要组成部分,开展本研究对于掌握浙江中部地区公益林群落结构特征和群落演替动态规律,对于指导中部地区和浙江省植被恢复、公益林的经营管理和生态建设具有重大的科学和现实意义。本研究在研究方法上利用两阶抽样法设置517个公益林典型样地;应用植被生态学数量分析方法,对不同群落类型的公益林进行结构特征的定量分析;采用以空间代替时间的方法分析群落演替的动态规律。结果如下:(1)通过对浙江中部地区松林、杉木林、针阔混交林、阔叶林、毛竹林和灌木林六大类型群落结构的研究发现,由于人类对中部地区森林资源的过度利用,原始的森林植被遭到巨大的破坏,仅留下少量大径级的树木,各公益林群落在水平结构上具有一致的趋势,均呈现逆“J”型,即随着胸径的增大,乔木树种数量的比例逐渐减小。总体上,各群落优势种相对单一,特别是乔木层建群树种少、树种构成相对集中,物种保育能力和群落稳定性都亟待提升。但浙江中部地区公益林主要优势种群的变化趋势符合群落正向演替的规律,在今后公益林的经营中注重对演替木荷Schima superba、青冈Cyclobalanopsis glauca等中后期优势种群的抚育,对改造和提升阔叶林的质量,加速群落正向演替尤为重要。(2)生物量与碳储量、生产力、生物多样性是公益林结构与功能特征的数量体现,生物量与碳储量的估算是评价公益林质量尤其是固碳能力的关键环节,本研究应用生物量模型法估算了浙江中部地区公益林生物量和碳储量。结果表明,浙江中部地区公益林的单位生物量为99.30t·hm-2,公益林现存总生物量16430.25×104t;植被碳密度平均为49.59t C·hm-2,总碳储量为8205.54×104t C。2006年以来,公益林生物量和碳储量增长迅速,生物量年均净增长6.39t·hm-2·yr-1,累积固碳4291.25×104t C,对保持浙江中部地区生态系统的稳定具有重大作用。并在此基础上提出了由林龄、密度两因子构成的可用于估算浙江中部地区公益林植被碳密度的模型。(3)通过对浙江中部地区公益林净初级生产力的研究发现,浙江省中部地区的公益植被恢复成效显著,松林、杉木林、针阔混交林、阔叶林群落的NPP达到5.52t·hm-2·y-1、6.47t·hm-2·y-1、7.09t·hm-2·y-1、8.56t·hm-2·y-1,高于浙江省的整体水平。密度是当前影响各公益林NPP大小关键。密度每增长1000株·hm-2,松林、杉木林、针阔混交林、阔叶林群落的NPP平均增长1.56t·hm-2·y-1、1.22t·hm-2·y-1、0.93t·hm-2·y-1、和1.45t·hm-2·y-1。公益林群落植被生物量与NPP具有较高相关性,但利用这个关系在大尺度上推算群落生产力有着较大的不确定性,因此采用本地的参数和按类型分类进行详尽的统计,得到的生产力估算值更可靠,对公益林经营管理具有更高的指导意义。(4)采用丰富度、多样性指数、均匀度指数和优势度指数对浙江中部地区不同公益林群落类型及不同层物种多样性进行测算。结果发现,Patrick指数和Gleason指数对浙江中部地区各公益林群落物种丰富度的描述是一致的,各公益林群落物种丰富度的大小为阔叶林>针阔混交林>毛竹林>杉木林>松林>灌木林。对于不同层次的物种丰富度,松林、杉木林、毛竹林、灌木林群落两种指数均表现出灌木层>草本层>乔木层的特点;阔叶林和针阔混交林则在乔木层具有较高的丰富度。此外,各公益林灌木层和草本层植物物种多样性高是浙江省中部地区公益林显著特点,其Gleason指数均已经高于或接近中国东南部顶级群落的Gleason指数,但乔木层的丰富度则相对较低,而这种差距有望随着公益林植被恢复的进展而逐渐缩小。群落类型和群落结构对生物多样性指数的影响是显著的。Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数和Simpson’s优势度指数3个指数具有高度的相关性,对浙江中部各公益林群落生物多样性的描述是一致的。物种多样性指数在不同群落之间存在差异,这种差异与群落发育阶段、所处的生境条件有关;而且不同层次物种多样性指数也存在着一定的波动,但符合林下木本植物物种多样性明显高于乔木层的普遍规律。综合不同群落、不同层次物种多样性指数可以推断,阔叶林尤其是常绿阔叶林作为亚热带地区的地带性植被,在群落Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数和Simpson’s优势度指数上占有巨大的优势,在浙江中部地区生态环境的多样性保护中具有重要意义。(5)浙江省公益林群落动态变化是极其迅速的,正由灌木林向针叶林、阔叶林以及由针叶林向阔叶林进行演替。演替过程中,演替中期、后期种群木荷Schima superba、苦槠Castanopsis sclerophylla、青冈Cyclobalanopsis glauca等演替进展种进入群落的优势层,代替衰退种马尾松Pinus massoniana成为群落的建群种。伴随着这一的变化,群落内部由乔木密度由低变高,从1207.50株.hm-2增加到2370.00株.hm-2,物种数约增加10种(每400m2)。在阳性树种占优势的群落向中生树种占优势的群落演替的过程中,群落内竞争激烈,种类的数量和结构等都发生了明显的变化,衰退种群在群落演替中各径级的分布数量一般呈现下降趋势,与进展种在各径级密度的上升呈现相反趋势。垂直结构上,各高度级上进展种的密度逐渐增加,衰退种则相对减少,同时,由于乔木密度快速增长,群落平均高度的增长是不明显的,仅从6.35m增长到6.78m。群落结构的变化决定了群落功能的变化,群落的平均生物量从80.90t.hm-2增长至156.12t.hm-2,相对于林下层生物量的基本稳定,乔木层生物量的变化激烈,从51.69t.hm-2增长至116.11t.hm-2,其中进展种的生物量在演替后期占据绝对优势,为69.38t.hm-2,占59.76%,对群落具有明显控制作用;植被碳密度的大小受林龄和密度两个因子控制,在演替过程中,植被碳密度由马尾松林阶段的40.34t C·hm-2,增长到常绿阔叶林阶段的78.02t C·hm-2,群落各层次表现出不同的变化特征,乔木层为递增,草本层为递减,而灌木层则相对稳定,表明乔木层决定着演替变化过程中植被碳密度的高低;相应的,马尾松林阶段的NPP为5.66t·hm-2·y-1,增加到常绿阔叶林阶段为9.68t·hm-2·y-1,增长了1.71倍。物种多样性的恢复是生态系统功能和结构有效恢复的关键,从演替前期到演替后期,群落物种数约增加10种(每400m2);群落的Shannon-Weiner指数从2.38增长到3.38;群落乔木层的均匀度从0.29上升到0.96,表明在马尾松纯林阶段,乔木树种的数量分布是极不均匀的,马尾松Pinus massoniana个体对乔木空间的占据是具有随机性的,通常在其周围留下较大林窗,为幼年阳性阔叶树种进入群落的乔木层留下了空间;这也反映在乔木层的优势度上,从0.10上升到0.72,表明乔木层由单一的强阳性树种马尾松占绝对优势演变为木荷Schima superba、苦槠Castanopsis sclerophylla、青冈Cyclobalanopsis glauca等中生常绿阔叶树种多优的格局。本研究应用Levins生态位宽度和Levins生态位重叠对浙江中部地区公益林的生态位宽度和生态位重叠值进行了计算,研究表明分布频度是影响植物种生态位宽度、生态位重叠大小的因素之一,分布频度越大,则生态位宽度越大,与其他植物种形成生态位重叠的机率也越大。因此,随着演替过程中各主要种群在群落中功能地位的变化,种群的分布频度、重要值等出现较为规律的变化,优势种群生态位更宽,对资源具有最为广泛的利用;演替变化中乔木层树种数量和种类增加最为迅速,生态位重叠的升高的速度高于生态位分化,导致潜在的竞争强度增大,生态位重叠升高;林下层植物则由于林下光照的逐渐稳定,生态位分化更为明显,重叠值也趋于稳定。本研究利用偏离指数(方差均值比)探讨了浙江中部地区公益林演替过程中各主要植物种群分布格局的变化,研究表明种群的分布与生态位和生态位重叠值的大小是相关的,与种群在群落内部的优势程度也是相联系的。在群落内部变化中,优势种通常是集群分布结构,而次要地位的种群多为随机分布;因此,种群的分布格局随种群变化趋势的不同呈现规律明显差异性的变化,乔木层的进展种多为随机分布(或未分布)向集群分布变化;衰退种为集群分布向随机分布变化;过渡种多为随机分布或者随机-集群-随机变化。
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