森林更新策略对林下植被结构与维管植物多样性的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:calidaw
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森林更新策略应用对林下植被结构、组成及维管植物多样性效应至今仍存在较大的争议,严重限制着森林多样性就地保护策略的有效制定与实践应用的可行性。本文选择川西地区亚高山原始云冷杉林相似立地条件与相同采伐迹地上的12个成对的自然更新林和云杉人工林取样点,调查了乔、灌、草群的结构与物种组成,获得了36块成对样地(20 m×20 m)、324块成对灌木样方(2 m×2 m)和324块成对草本样方(1m×1m)。主要应用广义线性混合模型统计方法,比较研究了林下植被结构、维管植物物种组成与多样性、以及功能性状种组的结构与多样性在云杉人工林与自然更新林间的差异性,揭示了林下维管植物多样性差异形成的原因,探讨了自然更新与造林策略应用对地表植被与物种组成的影响机制,评估了森林更新策略应用对林下植被结构和多样性的影响后果,提出了森林更新策略优化策略,为森林功能恢复与林下生物多样性保护提供了理论与实践依据。  本研究聚焦的主要科学问题是:1)自然更新与云杉造林中哪一种更新策略更有利于林下植被及其维管植物多样性的恢复与发展?2)两类森林林下维管植物功能性状种组在物种组成、多样性和群落结构方面存在哪些差异,对森林恢复策略优化有什么样的指示意义?3)自然更新与云杉林冠层结构对林下层灌木与草本植物群落结构与多样性、种组构成与多样性的影响有什么差异?4)林下植被结构和多样性的哪些指标能有效的评价森林更新策略的多样性效应?初步研究结论如下:  1)无论在宏观尺度(样地)还是微生境(小样方)尺度上,块状皆伐迹地上相同背景、起源、环境条件及林龄的自然更新林比云杉人工林有更丰富的林下维管植物物种(284 vs262种),主要体现在更高的灌木物种丰富度(82 vs62),但草本种数是相近的(200 vs202);自然更新林分比云杉人工林也有更高的灌木高度、盖度、密度以及物种丰富度,以及更高的草本盖度与高度。结果表明,自然更新能更好促进林下植被的发育,有利于林下木本维管植物多样性的更新、恢复与保护。  2)在林下,自然更新林比云杉人工林有更高的木本植物种组与蕨类种组的物种丰富度(乔木幼苗:28 vs21;灌木:54 vs41;蕨类:22 vs12),但有更低的杂类草种组与禾草种组丰富度(杂类草:158 vs167;禾草:20 vs23);而群落结构方面,自然更新林比云杉人工林也在林下的乔木幼苗、灌木与蕨类种组有更高的频度、盖度、群体密度,但有更低的杂类草高度、更小的群体密度与物种密度。  3)林下植物叶性状种组的构成分析表明,自然更新林比云杉人工林有更多的中型叶(68 vs57)、纸质叶(92 vs78)、革质叶(24 vs16)、单叶(246 vs225)、非全缘叶(182 vs157)的物种数,更低的草质叶(159 vs164)、复叶(36 vs39)、全缘叶(100 vs107)的物种数,但相似的小型叶物种丰富度(176 vs175)。  自然更新林比云杉人工林林下也有更大的中小型叶灌木物种丰富度、纸质叶灌木种组的密度、盖度以及更高的群体平均高度。在草本样方内,自然更新林立地大型叶、中型叶、纸质叶较云杉人工林立地具有更高的结构或(和)多样性,而在云杉人工林立地内小型叶、微型叶、草质叶、复叶、全缘叶种组具有更高的结构或(和)多样性。表明,自然更新林林下生境比云杉人工林更适宜于喜光的中小型、纸质叶、非全缘的单叶植物种类生存与发展,而不利于耐荫的草质复叶全缘类植物生长。  4)自然更新林较云杉人工林林下有更多的物种可进行无性繁殖(198 vs177),尤其是更多的萌枝(74 vs56)和根出条(43 vs31)物种,表明自然更新林林下萌枝、根出条和根茎种组具有更高的结构和物种多样性。尽管处于早期演替阶段,自然更新林比云杉林林下有更多的物种有性繁殖依靠风力散播(144 vs133),同时也有更丰富的种类依靠动物散播(65 vs59),但两类森林立地风力散播的草本物种丰富度相近(116 vs115)。从繁殖与种子传播策略来看,说明自然更新林的生境条件更有利于植物繁殖与种子散播播,因此有利于林下维管植物定居、更新繁殖与多样性恢复与就地保护。  5)早期演替阶段的这两类森林林冠盖度均显著制约林下植被发育与多样性,但两类森林冠层盖度对林下植被结构与物种丰富度的限制性影响程度呈现出明显的差异性。总体来看云杉林冠层对林下植被结构与物种丰富度以及不同种组的结构与多样性的限制性影响程度更大,而冠层结构指标对林下植被结构的限制性影响也强于对维管植物物种多样性的影响。浓密的林冠制约林下植物生长、繁殖、种子传播与自然更新,这种制约性在云杉人工林林下显得更为突出。而生长型、叶性状、无性繁殖型、种子传播等功能性状种组划分与深入分析能为明确林冠层盖度对林下植被结构与多样性进一步的可靠证据。  6)本研究所提供的证据综合研究表明,自然更新恢复策略比云杉造林策略更有利于林下植被发育与乡土维管植物多样性的维持、恢复与保护,因为自然更新限制了次生(人为)干扰及其对地表生境条件的负面影响,逐步形成异质性的冠层盖度(相对好的透光条件),创造了更高的异质性生境,有利于不同功能适应性的植物定居、生长、繁殖与更新。因此,为了更有效的促进林下植被发育与乡土多样性的保护,优化与调整这两种当前广泛应用的森林更新恢复策略实施过程中的技术方案是十分必要和重要的。基于本研究的结果,对今后的森林经营管理策略调整、生物多样性保护以及植被科学研究提出了5条建议。
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