天然云冷杉阔叶混交林发育阶段、优势高和竞争关系研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Moke_jlsf
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天然异龄混交林中的林木生长规律是森林经营决策的重要依据,受发育阶段、林木自身大小、竞争、立地条件等的影响。但关于混交林发育阶段划分、林分优势高和竞争关系的研究,目前尚无统一的方法和结论,存在较大的不确定性。本研究以吉林省天然云冷杉阔叶混交林为对象,基于固定样地连续观测数据,开展了混交林的发育阶段划分、林分优势高估计方法和竞争关系研究。主要结果为:(1)云冷杉阔叶混交林发育阶段划分。提出了一种双向指示种分类(TWINSPAN)和林分结构、树种多样性和生长相结合的混交林发育阶段划分方法。基于吉林省森林资源一类连续清查中的172块云冷杉阔叶混交林固定样地数据,利用TWINSPAN双向指示种数量分类法进行初始分类,综合考虑各初始类的生长、树种多样性和结构,将天然云冷杉阔叶混交林分为3类(类1:云杉-桦木混交林;类2:冷杉-软阔叶混交林;类3:红松-云杉-硬阔叶混交林)。各类林分直径分布相似,基本均呈倒J形分布;垂直结构呈现一定的规律性。各类的林分因子、定期生长量存在一定差异,其中,林分的平均胸径、平均高、优势高、优势径、每公顷蓄积的大小排序为:类2<类1<类3;定期生长量的大小排序为:类3<类2<类1。各类林分的树种多样性存在一定差异,树种丰富度的大小排序为:类2>类3>类1,类2、类3的树种优势度低于类1。最终确定天然云冷杉阔叶混交林的生长发育阶段从低到高依次为:冷杉-软阔叶混交林、云杉-桦木混交林、红松-云杉-硬阔叶混交林。(2)云冷杉阔叶混交林林分优势高估计方法。将同龄林林分优势高的估计扩展至混交林,提出了合理的样地面积阈值和估算方法。基于吉林省汪清林业局金沟岭林场12块1公顷固定样地10195株每木检尺数据,利用蒙特卡洛法随机抽取120,000块小样地(小样地的面积为0.01ha~0.50ha,每个面积大小抽取200次),考虑树种差异以及优势木选择依据(是否以最大胸径为准则)结合四种基础的优势木确定方法(传统方法、调整最大树法、U估计法、小样地估计法),共14种优势高估计方法,利用成对t检验法、相关系数分析比较各优势高估计方法以及与林分属性间的相关性;量化样地大小、林分密度对优势高估计方法影响的不确定性。结果表明:天然云冷杉阔叶混交林优势高很大程度上依赖优势高估计方法、样地面积以及林分密度;这14种优势高估计方法间存在显著差异(0.02米~9.49米);且样地面积对传统法估算的优势高的影响最强、对U估计法估算的优势高的影响最弱;林分密度对优势高估计的影响或无或正相关;优势高与表示林分生产力的因子成弱度正相关;结合不确定性分析以及生产实践,推荐不考虑树种且以最高树为优势木确定策略的调整最大树法为天然云冷杉阔叶混交林的优势高估计方法。(3)改进与距离有关的基于Voronoi图的竞争指数,提出了考虑树种差异的生存面积指数。基于300块0.5ha再抽样样地数据,将表示树种间差异的混交度及表示树种特性的木材密度与表示林木大小的胸径、树高及冠幅的组合作为权重,改进了基于Voronoi图的生存面积指数。通过构建含树种哑变量的单木胸高断面积生长混合效应模型,比较分析不同的加权方法。结果显示,由以冠幅与混交度的组合所构成的加权Voronoi图所形成的生存面积指数构建的单木生长模型的树种哑变量参数显著、且模型的调整可决定系数(R2adj)值最大,改进后的生存面积指数优于传统方法,适用于混交林。(4)云冷杉阔叶混交林最优竞争指数及竞争木确定方法。基于48个0.0625ha再抽样样地连续调查数据,利用9种不同竞争木确定方法分别计算9个与距离有关的竞争指数,从而得到165种竞争木确定方法与竞争指数的组合,比较含有树种哑变量和竞争指数的单木胸高断面积生长混合效应模型的拟合精度,筛选合适的竞争木确定方法。结果表明,竞争木确定方法在很大程度上依赖于与距离有关的竞争指数的选择;依据竞争木确定方法对同一竞争指数计算影响的重要性和一致性以及确定各树种的林木生长对竞争作用的响应的敏感性,本研究综合分析认为不同竞争指数的最佳竞争木确定方法有所不同,其中,树冠重叠法适合用于分别由Hegyi(1974)和Sun(1977)提出的两个竞争指数的计算、固定半径法适合用于由Martin&Ek(1984)提出的竞争指数的计算及垂直搜索锥法适合用于由Alemdag(1978)提出的竞争指数的计算。此外,分析比较了19个竞争指数(9个与距离无关的竞争指数和10个与距离有关的竞争指数)对云冷杉阔叶混交林不同树种单木生长模型的表现,结果表明与距离有关的竞争指数,即由Bella(1971)提出的竞争指数表现最佳,可以更好地用于量化天然云冷杉阔叶混交林林木间的竞争关系。(5)云冷杉阔叶混交林种间和种内竞争关系。利用上述所推荐的竞争指数量化林木间的竞争强度,基于树冠光竞争因子法划分林分的垂直层次,通过构建含有样地随机效应、种内种间竞争指数的单木胸高断面积生长模型,比较分析不同树种及不同林层的各树种的混合效应模型中的种内、种间竞争指数所对应的固定效应参数,进而评价不同树种及不同林层各树种所受的种内、种间竞争强弱。结果表明,从整个乔木层来看,除云杉外,绝大部分树种所受的种内竞争大于种间竞争;然而,处于不同林层的各树种的种内、种间竞争强度略有不同,其中,处于第一、二林层的红松均主要受种间竞争;处于第三林层和更新层的红松均主要受种内竞争。除第一林层外,处于其他不同林层的冷杉均主要受种内竞争。处于第一、三林层的云杉则主要受种间竞争;处于第二林层及更新层的云杉则主要受种内竞争。红松、云杉、冷杉为天然云冷杉阔叶混交林主要目的树种,其主要竞争来源为白桦、硕桦、山杨、裂叶榆、紫椴。此外,分析不同的经营措施对目的树种竞争的影响,发现不同经营措施对目的树种所受的竞争强度及主要来源有一定的调节作用。论文提出了云冷杉阔叶混交林发育阶段划分方法、林分优势高估计方法、改进了距离有关的竞争指数,并量化了种间和种内竞争关系。研究结果可为云冷杉阔叶混交林的经营提供参考。
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