长白山云冷杉林天然更新及其种群结构研究

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长白山云冷杉针阔混交林是我国东北主要的森林类型之一,其乔木树种幼苗幼树的结构和动态决定着未来林分的结构和生长动态。为了探索长白山地区云冷杉林天然更新规律,明确其种群结构和特征,揭示其数量动态变化规律,本研究在长白山地区典型的云冷杉针阔混交林幼苗幼树更新样地的基础上,运用林学、生态学和统计学等原理,统计分析其幼苗幼树更新特征,绘制地径结构图、树高结构图及其空间分布图;采用点格局分析方法的单变量O-ring统计方法,来分析研究更新树种及主要树种的空间分布格局;采用双变量O-ring统计方法,来分析研究更新幼苗幼树与主要树种之间的空间关联性;应用地统计学的半方差函数分析方法、分形维数和Kriging插值方法,分析林下天然更新幼苗幼树的空间分布格局及其异质性;采用匀滑技术、谱分析等方法,在种群生命表和生存分析理论基础上对长白山云冷杉针阔混交林臭冷杉种群和红皮云杉种群的数量动态变化做了分析。研究结果表明:(1)云冷杉针阔混交林更新幼苗幼树树种组成及地径树高结构云冷杉针阔混交林更新层幼苗幼树(H≥30cm, DBH<5cm)的树种组成有臭冷杉(Abies nephrolepis)、色木槭(Acer mono)、紫椴(Tilia amurensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、红松(Pinus koraiensis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、春榆(Ulmus japonica)7种,以臭冷杉和色木槭为主,占更新总数的87.4%;更新幼苗幼树的地径近似呈倒J型分布,树高结构近似呈双峰分布。(2)更新幼苗幼树空间分布格局及其关联性所有更新幼苗幼树、臭冷杉、色木槭在小尺度1-10m的范围内呈聚集分布,聚集斑块最大半径为9.93m,随着尺度增加,聚集程度减弱,逐渐趋于均匀分布和随机分布;紫椴、红皮云杉和红松在空间所有尺度上以随机分布为主;更新幼苗幼树之间的空间关联性在小尺度范围上正关联性比较多,较大尺度范围上负关联性比较多,随着尺度增加,空间关联性减弱。(3)主要树种不同生长阶段的空间分布格局及其关联性从林分整体来看,幼苗阶段呈明显的聚集分布,幼树数量虽少,仍呈明显的聚集分布,中树阶段和大树阶段主要表现为随机分布。臭冷杉和色木槭在较低龄级阶段小尺度上呈明显的聚集分布,较大尺度上呈随机分布或者均匀分布,臭冷杉聚集程度随着龄级增大而降低。幼龄层冷杉与乔木层冷杉在小尺度上呈显著负相关,与乔木层其他树种主要表现为不相关。(4)更新幼苗幼树空间异质性样地中更新幼苗幼树在小尺度上呈聚集分布,更新幼苗幼树之间具有很强的空间自相关性,其88.7%的变异由结构性因素(生物学、生态学特性和环境异质性)引起,其11.3%的变异由随机性因素引起;更新幼苗幼树的空间分布表现出各向异性,南北方向上的分形维数最小,均一程度最低,东北-西南方向上的分形维数最大,均一程度最高;新幼苗幼树树高比地径的空间异质性强;更新幼苗幼树地径和树高的空间自相关范围分别为29.97m和31.86m,随机因素和结构因素对其空间异质性的影响具有同等作用。(5)种群结构动态分析长白山臭冷杉种群的死亡率曲线和消失率曲线具有相同的变化趋势,共存在3个死亡高峰,分别出现在第1、4和9龄级,其死亡率分别为73.3%、51.3%和80.0%;红皮云杉种群的死亡率和消失率曲线也基本一致,每个龄级阶段的死亡率和消失率比较稳定,没有太大差异;臭冷杉种群的存活曲线介于Deevey-Ⅱ型和Deevey-Ⅲ型之间,更趋于Deevey-Ⅱ型,红皮云杉种群的存活曲线为Deevey-Ⅱ型;臭冷杉和红皮云杉种群的生存率曲线都随着龄级的增加而减小,累积死亡率曲线都随着龄级的增加而增大;臭冷杉种群死亡密度函数和危险率函数曲线变化基本一致,红皮云杉也具有类似的变化。
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