山西灵空山辽东栎林群落特征研究

论文摘要

辽东栎林是暖温带落叶阔叶林区域典型地带性植被类型之一。在山西分布很广,是山西森林的主要组成部分。本研究以辽东栎群落为研究对象,应用植被生态学数量分析方法和生物地理统计学方法进行定量分析,并将定性和定量分析方法相结合,重点剖析典型地区不同群落类型的辽东栎的个体适应、种群分布格局及群落特征、动态,总结其在暖温带生态系统条件下的适应规律,分析其内在机理,从而为保护和扩大辽东栎种质资源及可持续经营提供科学依据。在灵空山地区辽东栎林共有种子植物49科、122属、182种,其中裸子植物2科、4属、4种,被子植物47科、118属、178种。该地区种子植物科、属、种的数目分别占山西地区的31.01%、16.74%和7.01%;占太岳山地区的48.04%、22.68%和12.97%。其中,科的地理分布类型中,世界分布科最多,占42.86%,各科所含属数、种数差异较为悬殊;属的地理分布类型中,按大小的顺序排列为温带分布属>热带分布属>世界分布>中国特有分布属;可以充分地说明本区具有明显的温带特性。从不同类型辽东栎群落结构特征可以初步判断该区辽东栎群落结构（径级结构、垂直结构）较为稳定,但辽东栎种群出现幼苗贮备不足的现象。而在群落的外貌分析中,灵空山辽东栎林生活型谱以高位芽植物占有绝对优势;叶的性质是由纸质、锯齿的中型单叶为主构成。将生活型与叶的性质相结合分析可得出,灵空山地区辽东栎林中的小型和中型纸质单叶的高位芽植物是决定群落外貌的主要成分,具有典型的暖温带落叶阔叶林外貌特征。应用方差分析对辽东栎天然群体叶性状表型特征进行了定量分析。结果显示,辽东栎不同部位叶性状在8个指标上具有显著差异,特别是上部叶片与中、下部叶片具有显著差异,而且同源种群不同个体的叶片性状之间也表现出显著差异;为了揭示辽东栎种群空间分布格局的形成机制、种群分布规律和动态变化,将种群分布格局类型判定与分形特征相结合的方法分别对不同群落类型辽东栎种群进行了格局分析。结果证明,在不同群落类型中辽东栎种群多表现为集群分布,而且辽东栎纯林表现出该区域最为成熟的群落类型;除此之外,为了阐明辽东栎林主要树种竞争规律,采用生态位理论、Lotka-Volterra竞争方程以及单木竞争指数模型进行了定量分析。结果说明,辽东栎种群在林中处于优势地位,与油松共优,充分体现出典型暖温带森林群落类型。而且从竞争方程的预测来看,随着群落的发育辽东栎种群将在松栎林中逐渐显示出主导优势。从辽东栎群落种内、种间的竞争关系来看,辽东栎种内竞争强度大于种间强度,表明在对其种群动态的影响中,自疏作用大于他疏作用。辽东栎不仅能利用种子繁殖,而且伐根有很强的萌芽能力,但其实生更新困难,主要以萌芽更新为主。结合辽东栎群落结构特征,发现与以往栎属研究相似,在灵空山地区辽东栎种群径级结构中,实生种群除在幼苗占有很高的比例外,总体上在中径级阶段存在着明显的“瓶颈现象”,而由于萌生种群成活率高、生长快等特性,使辽东栎林中的辽东栎植株种群数量能够顺利地通过“瓶颈”,并在“瓶颈”之后数个径级保持相对稳定,从而解决了出现在辽东栎林更新过程中“更新苗匮乏”的现象,因此,本研究就辽东栎伐桩径、高以及萌枝的数量、高度、基径等指标,分析了辽东栎萌芽更新规律,并结合单木竞争指数模型对伐桩内萌芽条之间的竞争强度进行了定量分析。采用多样性指数、均匀度指数和优势度指数对灵空山地区不同辽东栎群落类型及不同层物种多样性进行测算。结果发现,物种多样性指数在不同群落之间存在差异,这种差异与群落发育阶段、所处的生境条件有关;而且不同层次物种多样性指数也存在着一定的波动,表现出灌木层大于乔木层的规律。综合不同群落、不同层次物种多样性指数可以推断不同辽东栎群落类型的稳定性差异,从分析结果可知,辽东栎纯林是灵空山地区较为稳定的辽东栎群落类型,相比之下辽东栎-核桃楸群落的稳定性表现较差。通过对辽东栎林林隙干扰状况调查,分析辽东栎林林隙形成特征、林隙大小和年龄对物种多样性的影响以及林隙内外群落特征变化情况,力求从动态规律的角度分析辽东栎林林隙特征。结果表明,形成林隙的主要原因为虫害,林隙形成木主要由辽东栎和山杨构成,林隙形成以25～50 m2的面积居多,而且小于5年的林隙所占比例最大,并且以倒木形成的林隙以及径级介于12～16 cm的形成木最多;林隙中,乔木更新苗、灌木以及草本的物种多样性受林隙大小影响较大,总体上表现出随林隙面积的增加而增大,与此同时其也受到林隙年龄的影响,总体上表现出随林隙年龄的增大有逐渐下降的趋势;除此之外,林隙内外物种的种类组成以及多样性存在明显差异,林隙内的物种数明显要多于林隙外的物种数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景及目的意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 目的意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 辽东栎的更新
• 1.2.2 辽东栎的形态特征
• 1.2.3 辽东栎种群生态学研究
• 1.2.4 辽东栎群落特征研究
• 1.3 研究主要内容及主要解决问题
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究流程框图
• 1.3.3 主要解决问题
• 2 研究区自然地理概况
• 2.1 地形地貌
• 2.2 河流与水文
• 2.3 气候特征
• 2.4 土壤
• 2.5 植被概况
• 3 研究方法
• 3.1 野外调查方法
• 3.1.1 标准地设置
• 3.1.2 更新调查
• 3.1.3 辽东栎叶片取样方法
• 3.1.4 林隙样方的设置
• 3.2 数据处理与分析
• 3.2.1 植物区系成分
• 3.2.2 群落外貌特征分析
• 3.2.3 空间分布格局分析
• 3.2.4 生态位特征分析
• 3.2.5 竞争规律研究
• 3.2.6 多样性分析
• 4 灵空山辽东栎林的区系成分
• 4.1 科的地理分布类型
• 4.1.1 世界分布科
• 4.1.2 热带分布科
• 4.1.3 温带分布科
• 4.2 属的地理分布类型
• 4.2.1 世界分布属
• 4.2.2 热带分布属
• 4.2.3 温带分布属
• 4.2.4 中国特有属
• 4.3 小结
• 5 灵空山辽东栎群落结构特征
• 5.1 辽东栎群落径级结构及垂直结构
• 5.1.1 辽东栎群落径级结构
• 5.1.2 辽东栎群落垂直结构
• 5.2 辽东栎群落外貌特征
• 5.2.1 生活型特征
• 5.2.2 叶的性质
• 5.3 小结
• 6 辽东栎种群叶性状表型研究
• 6.1 辽东栎叶片形态分析
• 6.1.1 辽东栎叶表型性状间的相关性分析
• 6.1.2 辽东栎叶表型性状主分量分析
• 6.2 辽东栎叶片形态特征差异
• 6.2.1 同一植株辽东栎叶片形态特征差异
• 6.2.2 辽东栎个体之间叶片形态特征差异
• 6.3 小结
• 7 辽东栎种群空间格局数量特征
• 7.1 辽东栎种群分布格局类型测定
• 7.1.1 不同种群中辽东栎种群的空间分布格局
• 7.1.2 辽东栎种群空间分布格局的综合分析
• 7.2 辽东栎种群格局的分形特征
• 7.2.1 种群格局计盒维数、信息维数、关联维数的生态意义
• 7.2.2 不同群落类型中辽东栎种群格局的分形特征
• 7.3 小结
• 8 辽东栎林主要树种竞争规律
• 8.1 辽东栎林主要种群生态位特征
• 8.1.1 优势种重要值
• 8.1.2 生态位宽度分析
• 8.1.3 生态位重叠分析
• 8.2 辽东栎林主要种群间竞争规律模型
• 8.2.1 竞争方程的建立
• 8.2.2 竞争方程结果分析
• 8.3 辽东栎林优势种种群竞争关系
• 8.3.1 对象木特征
• 8.3.2 种内竞争关系
• 8.3.3 种间竞争关系
• 8.3.4 竞争指数与对象木个体大小关系
• 8.4 小结
• 9 辽东栎林物种多样性特征
• 9.1 物种多样性分析
• 9.1.1 群落类型与物种多样性的关系
• 9.1.2 群落结构与物种多样性的关系
• 9.1.3 多样性与群落动态
• 9.2 小结
• 10 辽东栎更新特性研究
• 10.1 辽东栎更新特性
• 10.1.1 辽东栎幼苗在不同植被类型中的分布
• 10.1.2 辽东栎实生和萌生苗的数量分布
• 10.2 辽东栎萌芽更新规律研究
• 10.2.1 辽东栎萌芽更新发生规律
• 10.2.2 辽东栎萌芽数量与伐桩径的关系
• 10.2.3 辽东栎萌芽数量与伐桩高的关系
• 10.2.4 辽东栎伐桩萌枝情况分析
• 10.2.5 辽东栎萌芽条竞争规律
• 10.3 小结
• 11 辽东栎林林隙动态规律
• 11.1 辽东栎林林隙形成对群落动态的影响
• 11.1.1 林隙的大小结构
• 11.1.2 林隙的年龄结构
• 11.1.3 林隙的形成方式
• 11.1.4 林隙的形成木数量
• 11.1.5 林隙的形成木特征
• 11.2 林隙物种多样性动态规律的研究
• 11.2.1 林隙大小对物种多样性的影响
• 11.2.2 林隙年龄对物种多样性的影响
• 11.3 林隙更新动态研究
• 11.3.1 林隙内外物种组成的数量特征比较
• 11.3.2 林隙内外物种多样性差异
• 11.4 小结
• 12 结论与讨论
• 12.1 结论
• 12.2 讨论
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢