云冷杉過伐林是云冷杉原始林經(jīng)過多次高強(qiáng)度的“拔大毛”式的采伐干擾后形成的一種既區(qū)別于原始林,又區(qū)別于天然次生林的森林類型,它具有較為特殊的林分形成機(jī)制和生長發(fā)育過程。目前,在我國東北林區(qū)存在大面積的過伐林,正面臨著森林質(zhì)量低下、生態(tài)服務(wù)功能薄弱的局面。了解過伐林的林分結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀特征,探索合理科學(xué)的森林經(jīng)營途徑,實現(xiàn)過伐林的有效恢復(fù)與保護(hù),提高森林質(zhì)量和功能是迫切需要解決的問題。本文以吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場為研究區(qū),以云冷杉過伐林為研究對象,基于12塊1hm~2的固定樣地,運(yùn)用森林經(jīng)理學(xué)的相關(guān)理論和技術(shù),并結(jié)合森林生態(tài)學(xué)原理,以地面樣地調(diào)查和統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ),運(yùn)用定量與定性相結(jié)合的方法,研究了云冷杉過伐林的林分結(jié)構(gòu)綜合特征,包括林分空間結(jié)構(gòu)、非空間結(jié)構(gòu),林木分布格局與空間關(guān)聯(lián)性、林木屬性變量的空間異質(zhì)性。并實施了傳統(tǒng)經(jīng)營(TM)、目標(biāo)樹經(jīng)營1(CTR1)、目標(biāo)樹經(jīng)營2(CTR2)和無干擾(對照樣地CT)4種處理,對比分析經(jīng)營前后過伐林的動態(tài)變化。這對于指導(dǎo)過伐林的植被恢復(fù)、林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化、加快森林正向演替、促進(jìn)森林生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有一定的理論和實踐意義。主要研究結(jié)果如下:(1)在各徑級內(nèi)部,特小徑級中的樹種株數(shù)和蓄積分配極不均勻,臭冷杉占據(jù)絕對地位。林分直徑分布分為三個部分:14~34cm的中徑階呈波動式反“J”型分布,14cm以下的小徑階多呈左偏單峰山狀分布,34cm以上的大徑階呈驟降斷層式分布。Weibull、Negative exponential和Gamma函數(shù)能較好的擬合直徑分布情況。根據(jù)主要樹種的直徑分布情況,臭冷杉和魚鱗云杉呈增長勢態(tài);紅松和紫椴呈穩(wěn)定勢態(tài);長白落葉松、楓樺、白樺和山楊呈衰退勢態(tài)。臭冷杉、忍冬、寬葉苔草分別是喬、灌、草層的優(yōu)勢物種。相比之下,灌、草層的物種多樣性較喬木層豐富。林下更新不良,且樹種配置不理想。(2)各徑級林木的空間隔離程度較好,隨徑級的增大,空間隔離程度呈逐漸上升或波動式上升。臭冷杉的空間隔離程度最低、紅豆杉的空間隔離程度最高;隨著徑級的增大,白樺、長白落葉松和色木槭的平均混交度逐級增加,而紫椴、紅松、山楊的平均混交度保持相對穩(wěn)定,其余樹種的平均混交度變化復(fù)雜。隨著徑級的增大,林木的競爭壓力逐漸減小;但各樹種的變化趨勢差異較大,臭冷杉、魚鱗云杉、山楊、色木槭、紫椴、楓樺在特小徑級和大徑級上的表現(xiàn)正好相反,而水曲柳和春榆則保持穩(wěn)定。林分整體呈聚集分布,各樹種的角尺度頻率分布呈近似左偏的正態(tài)分布曲線,隨機(jī)分布的頻率均超過50%,其中白樺最高,紫椴最低。(3)云冷杉過伐林具有云冷杉原始林所具有的復(fù)層、異齡、混交特征,極容易因此忽略過伐林所隱藏的潛在問題。經(jīng)分析,云冷杉過伐林在樹種組成、林分蓄積量等方面與鄰近區(qū)域的云冷杉原始林相比仍存在巨大差距。通過林分經(jīng)營迫切性分析可進(jìn)一步得知,云冷杉過伐林在天然更新、林木分布、目的樹種優(yōu)勢度、健康林木比例、林木擁擠度和目的樹種密集度這6個方面偏離健康穩(wěn)定狀態(tài)。研究區(qū)的林分經(jīng)營迫切性指數(shù)超過0.5,表明林分經(jīng)營十分迫切。(4)隨著尺度的增大,林分由聚集趨于隨機(jī)分布。大、中徑級林木在所有尺度上均呈隨機(jī)分布;特小徑級、小徑級林木在中、小尺度上呈聚集分布,其中特小徑級的聚集尺度和強(qiáng)度更大。先鋒樹種的分布格局最復(fù)雜,伴生樹種和頂級樹種的分布格局較明顯。紅松和魚鱗云杉的分布格局較為相似,臭冷杉呈現(xiàn)出較大的聚集尺度和強(qiáng)度。林分中特小徑級與小、中、大徑級林木之間,由以正關(guān)聯(lián)和無關(guān)聯(lián)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿o關(guān)聯(lián)和負(fù)關(guān)聯(lián)為主。小徑級與中徑級林木在2m以內(nèi)的極小尺度上存在正關(guān)聯(lián)。而小、中徑級與大徑級林木均以無關(guān)聯(lián)和負(fù)關(guān)聯(lián)為主。頂級樹種與先鋒樹種、伴生樹種均存在顯著的負(fù)關(guān)聯(lián)性,而伴生樹種與先鋒樹種之間的負(fù)關(guān)聯(lián)則不顯著。臭冷杉與紅松、魚鱗云杉的空間關(guān)聯(lián)格局相似,但后一組合在大、中尺度上的負(fù)關(guān)聯(lián)性范圍更廣,強(qiáng)度更大。而紅松與魚鱗云杉主要以無關(guān)聯(lián)和正關(guān)聯(lián)為主。(5)指數(shù)模型、球狀模型和高斯模型能較好地反映林木屬性變量的變異特征。各林木屬性變量均具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性。其中,樹高的空間自相關(guān)性程度相對最高,東西冠幅的空間自相關(guān)范圍相對最大。各林木屬性變量在東-西、南-北、東北-西南和西北-東南4個方向上的空間異質(zhì)性和空間自相關(guān)的程度及尺度皆存在明顯差異。相比之下,各林木屬性在東西方向的空間依賴性較強(qiáng),而西北-東南方向或東北-西南方向上則在小尺度范圍內(nèi)具有復(fù)雜的變異。林木屬性變量之間出現(xiàn)的空間相關(guān)性均屬于中等程度的正向相關(guān)性,但空間相關(guān)性變程范圍各有不同。在積差關(guān)系上存在相關(guān)性的林木屬性變量,在空間結(jié)構(gòu)上不一定存在相關(guān)性。(6)經(jīng)過CTR1和CTR2處理的樣地內(nèi)的林木呈現(xiàn)出較大的生長量和較快的生長率,尤其體現(xiàn)在對目標(biāo)樹的生長促進(jìn)作用方面。CTR1對促進(jìn)全林分目標(biāo)樹和魚鱗云杉目標(biāo)樹的生長效果明顯,CTR2對促進(jìn)臭冷杉目標(biāo)樹和紅松目標(biāo)樹的生長效果明顯。TM的優(yōu)勢作用主要體現(xiàn)在全林、魚鱗云杉非目標(biāo)樹的胸徑生長量、生長率和材積生長率方面,以及臭冷杉非目標(biāo)樹的材積生長率和紅松非目標(biāo)樹的胸徑生長率方面。而對于CT而言,除臭冷杉、紅松目標(biāo)樹的材積生長率以外,其余各項統(tǒng)計指標(biāo)均表明CT樣地的生長效率最低。(7)TM對促進(jìn)全林分的斷面積生長率以及小徑級林木的斷面積和蓄積生長率的作用較好,CTR2對促進(jìn)特小徑級蓄積生長率效果較好。CTR1和CTR2對先鋒樹種和伴生樹種的斷面積和蓄積生長量的促進(jìn)作用較大,而TM對伴生樹種斷面積和蓄積生長率的促進(jìn)作用較大。CTR1和CTR2明顯增加了大徑級林木的蓄積比例。CTR1進(jìn)一步提升了灌木層和草本層的物種多樣性,相比之下CT最不利于物種多樣性的保持。TM與CTR1提高了極強(qiáng)度混交優(yōu)勢木和極強(qiáng)度混交隨機(jī)狀態(tài)林木的比例,但降低了隨機(jī)狀態(tài)優(yōu)勢木的比例。CTR2同樣提高了極強(qiáng)度混交優(yōu)勢木的比例,但同時降低了隨機(jī)狀態(tài)優(yōu)勢木和極強(qiáng)度混交隨機(jī)狀態(tài)林木的比例。而CT使得3類最優(yōu)組合林木的比例皆出現(xiàn)下降。CTR1和CTR2造成了死木與進(jìn)界木在株數(shù)上的懸殊。CT樣地中死木的徑階分布較為分散。各處理下林木均有向少數(shù)優(yōu)勢樹種集中的趨勢,臭冷杉在各處理下的變化率皆為正值,其中CTR1處理下的值最大。
【學(xué)位單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S753
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 樣地林木分布情況（不包括對照樣地）Fig.2-1 The location map of trees in plots except control treatment.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理在對同一樣地兩期調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析之前，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即刪除異常值、補(bǔ)充缺失值。由于各種原因，難免有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)主要下幾個特點：（1）林木逆生長現(xiàn)象，即 2016 年調(diào)查的林木屬性數(shù)據(jù)小于 2013 年性的對應(yīng)數(shù)值；（2）林木生長量超出經(jīng)驗值現(xiàn)象，這包括兩類數(shù)據(jù)：一是，保留木胸徑定期平均生長量超過 2cm 的數(shù)據(jù)；二是，進(jìn)界木胸徑超過 5cm 的數(shù)據(jù)；（復(fù)生現(xiàn)象，即前期已經(jīng)死亡或被采伐的林木，在后期數(shù)據(jù)中出現(xiàn)該林木的樹號和采伐木 Thinning trees 目標(biāo)樹 Crop trees 其他木 other treeX 軸 X axis

3.1.3 直徑分布圖 3-1 呈現(xiàn)了研究區(qū)各樣地的林分直徑分布情況。各樣地的林分直徑分布區(qū)間較為廣泛，2~50cm 徑階皆有林木分布，個別樣地的最大徑階超過 70cm。從林分直徑分布的整體特征來看，依據(jù)范圍大小，大致可將其分為三個階段。其中，14~34cm 中等大小的徑階具有典型異齡林的反“J”型曲線的分布特征，即隨著徑階的增大，林木株數(shù)逐漸減少。但是，在 14cm徑階以下的小徑階區(qū)間和 34cm以上的大徑階區(qū)間的分布則較為復(fù)雜。在小徑階方面，除 ylk7、ylk8 和 ylk9 以外，其余樣地皆表現(xiàn)出小徑階林木株數(shù)不足的問題，特別是 5cm 以下特小徑級的林木株數(shù)偏少。在大徑階方面，徑階分布出現(xiàn)斷層現(xiàn)象，在個別徑階上林木株數(shù)呈現(xiàn)陡然驟降，甚至是缺失。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2822576