长白山阔叶红松林主要树种种群结构及其林木径向生长对气候响应

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 20次 | 上传用户:iq106
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不同演替阶段的阔叶红松林中,红松(Pinus koraiensis)的空间格局是如何的?哪些过程影响了物种的空间分布格局?这些问题的回答,对于我们了解森林群落的结构特征及其内在的生态学过程具有极其重要的意义。另外,20世纪以来,全球气候显著变暖,对森林产生了深远而广泛的意义。那么气候的变暖如何影响红松的生长以及其地理分布(海拔范围)?对森林的组成和结构会带来什么样的变化?这些问题的回答都会帮助我们更好的了解森林群落动态,更好的经营和管理森林。本论文以长白山阔叶红松林5块大型固定样地(3块次生林和2块原始林)为研究平台,面积为1-5.2ha,基于第一次样地调查数据,采用点格局空间格局分析方法,从不同的研究角度,对阔叶红松林不同演替阶段内,红松的种群结构、空间格局和空间关联进行了较详尽的研究。同时利用树木年轮学方法研究了红松生长在不同演替阶段的阔叶红松林内对气候的响应,也研究了在不同海拔梯度(上限,中心和下限),其径向生长对气候的响应,同时重建了该区域内的干扰事件。主要结果如下:(1)径级结构研究表明,在三个次生林中,红松径级分布均呈反J形,小径级个体占绝对优势,是进展种群。而在两个原始林中,径级分布则是出现多个峰值,大径级的个体比较多。点格局分析表明,5个样地中,在大部分尺度下红松主要呈聚集分布。处于演替中期的三块样地内,幼树和小树在全部分析尺度上均呈现聚集分布的状态。对于处在演替后期的原始林,幼树和小树均在小尺度范围上呈明显的聚集分布,在大尺度上出现随机分布。在各龄级的树木关系中,以负相关和空间独立为主。(2)以长白山5.2ha椴树红松林固定监测样地为基础,研究了优势种红松与紫椴的径级结构,运用Ripley’s K函数探讨了红松和紫椴不同生长阶段个体的空间分布格局及其空间关系。结果表明:1)红松及紫椴的径级结构均呈单峰分布,幼树数量较少。2)红松和紫椴种群在空间上呈聚集分布,红松及紫椴幼树主要表现为随机分布,小树和大树主要表现为聚集分布,大树的聚集强度小于小树。3)红松小树与大树在lm的研究尺度上呈显著正相关;紫椴幼树与小树、幼树与大树在小尺度下呈显著正相关;红松小树与紫椴大树、紫椴小树与红松大树在局部尺度上呈显著正相关。(3)我们用树木年轮学的方法重建了过去200年长白山北坡针叶林中的干扰历史。落叶松和鱼鳞云杉的更新分析表明,该森林缺乏大尺度干扰。落叶松和鱼鳞云杉的生长释放分析表明森林主要受小尺度的干扰影响,少见中等尺度的干扰,缺乏大尺度的干扰。过去200年间主要干扰事件的年代有3个,1860s年,1920s年,和1980s年。(4)运用树木年轮学的基本原理和方法,探讨了杨桦红松林和椴树红松林内建群种红松(Pinus koraiensis)径向生长对气候要素的响应。结果表明,长白山北坡红松的径向生长对降水较为敏感。不同林型内红松的生长与气候因子的关系也有差异。椴树红松的年轮宽度还与上年7月的降水显著负相关,与当年3、4月份的平均气温呈显著正相关。而杨桦红松林内红松年轮宽度和平均温度没有显著的相关关系。特征年分析进一步验证了响应函数相关分析的结果,即当年生长季以及上年生长季末的降水充足促进了红松的径向生长。(5)为了更好的了解红松的生长动态以及在海拔上的潜在分布,我们研究了长白山北坡海拔梯度上(780-1300m)红松的更新,胸高断面增长以及生长-气候因子的关系。在三个海拔高度(780m,1000和1300m),锥取年轮条并建立年表。结果表明1)更新数量随着海拔升高而增多,但不存在显著性;2)最大的胸高断面积增长出现在海拔分布的中心区域,说明该区域的气候条件可能为最适宜红松生长的区域;3)红松生长和气候的关系随海拔变化而变化,随海拔升高温度的作用更为明显,但是在海拔分布上限,极端气候的影响与常规气候因子的影响有差异。(6)利用相关分析和滑动分析研究长白山近100年主要气候因子与红松和鱼鳞云杉两个树种径向生长的相关关系得知,红松的径向生长在1901~1984年时间段受上年生长季末(10月)气温促进作用,1984年之后,红松对气温的敏感度降低,主要与上年12月降水呈正相关关系。同时,当年4、5月的气温升高和上年7、9月的降雨增加都有利于鱼鳞云杉的径向生长,鱼鳞云杉的轮宽指数与当年生长季降雨的相关关系从前一阶段(1901~1984)7月的正先关相关变为后一阶段(1984~2005)8月的负相关关系。发现在两个时段,树木生长均随气候因子的变化出现了生长分离现象。(7)利用长白山阔叶红松林上限海拔1200m,海拔1250m,海拔1300m和海拔1400m4个采样点的红松样本年轮宽度数据,建立各采样点宽度年表。通过聚类分析和相关性分析,以揭示径向生长特征及与气候要素的关系。结果表明,红松种群径向生长速率随海拔升高而降低,各处红松样本年轮宽度存在显著性差异,海拔1200m处红松样本近5年和10年的绝对生长量最高,而单株分布上限红松径向生长的年纪间变化最大;阔叶红松林上限红松受到当年1月的月平均最高温度和当年8月份的降水的显著影响;种群分布上限的红松含有更多的温度信号,只有种群分布上限的红松与上一年11月的月平均温度呈正相关。
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