火山喷发后的长白山森林景观历史重构

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1215AD长白山火山大喷发后,按照森林的自然演替规律,植被早应完成一个演替周期,然而目前长白山大部分森林植被没有达到演替顶级,且各坡向植被的演替进程和分布规律存在差异。种源和种子传播是火山灰等原生裸地上森林植被恢复的重要因素。因此,本研究应用空间直观森林景观模型LANDIS PRO7.0,采用100m空间分辨率、10年时间步长重构1215AD长白山火山大喷发至今(800年)的森林植被演替动态,阐明种子传播过程在火山灰裸地上森林植被演替中的作用。  本研究划分了长白山火山大喷发后的火山灰裸地和种源区的分布范围(以此作为研究区)。火山灰裸地以天池为中心呈西北-东南向扇形分布,种源区是火山灰裸地外围宽15km的区域,为火山灰裸地上的森林植被恢复提供种子。合理划分种源区并对模拟结果进行校验和验证以及进行有效的稳定性分析,有助于提高火山灰裸地上森林植被演替模拟的准确性。火山喷发后,种源区是没有受到破坏的原始森林生态系统,在不考虑外界干扰的理想情况下,其森林组成、林分结构和演替动态应长期保持相对稳定状态。模拟结果与预期基本吻合。在800年模拟时长内,种源区的森林地上生物量在阔叶红松林带、云冷杉林带以及整个景观水平上均保持稳定波动状态。阔叶红松林带和云冷杉林带主要树种的模型初始化生物量以及景观水平上长期模拟的生物量位于野外调查和文献研究的结果范围内。拟合优度检验值e%,MAE%,RMSE%和ME小于10,模型初始化生物量和长期模拟结果与野外调查和文献研究的结果差异较小。火山喷发后,火山灰裸地上的原始森林植被全部被毁灭,其森林植被恢复需要经历种子从种源区传播到某一海拔高度着床并建群的过程,且遵循阳性树种先建群阴性树种后建群的演替顺序。火山灰裸地上的森林地上生物量随着模拟时间的增加而增加,但增加速率经历了先快后缓最后达到稳定的变化过程。在模拟早期,白桦、山杨等阳性先锋树种的生物量明显高于其他树种,到中晚期,阴性树种红松、色木槭、臭冷杉、鱼鳞云杉的生物量超越白桦山杨,占据优势地位。由于受种源和种子传播的限制,海拔越低、距离种源区越近的地方,种子到达和树种建群时间越早,植被完成演替的时间越早;海拔越高、距离种源区越远的地方,种子到达和树种建群时间越晚,植被演替时间越滞后。本研究对正确解释当前长白山各坡向森林植被演替进程和分布规律的差异、预测未来长白山森林植被演替动态具有重要意义。
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