闽北天然次生林择伐强度的阈值和择伐策略研究

论文摘要

常绿阔叶林是闽北的地带性植被,其植物区系组成十分丰富,蕴藏着极其丰富的生物基因,生态功能显著,但由于不适当的人为干扰,现除了几个自然保护区外,严格意义上的常绿阔叶林不多了,基本沦为天然次生林,在景观和林分水平上均表现出不可持续性,急需采取科学合理的经营策略。择伐能充分发挥每棵树木生长潜力,最大限度利用林地生产力,增加林分组成以及结构上的多样性,提高抗病能力,保持生态系统稳定性。因此从生态采运角度出发,按可持续经营原则,对现有闽北天然次生林因地因林实行择伐是其最合理的经营方式。天然次生林择伐与更新定位研究基地位于福建省建瓯市大源林业采育场,试验林分于1996年11月进行不同强度(弱度13.0%、中度29.1%、强度45.8%、极强度67.1%)择伐作业试验(伐后天然更新),并设未采伐和皆伐作业进行对照,于2006年7月再次进行伐后跟踪调查。以群落学方法调查林地植被,收集林地凋落物和取土壤剖面并以常规方法进行植被、凋落物养分含量和土壤理化性质分析,比较不同的择伐强度对林地生态因子的影响,探讨闽北天然次生林择伐强度的阈值,并对采伐作业的环境成本定量化评价。在此基础上,通过闽北森林资源清查固定样地资料,分析现实天然次生林林分结构特征,探讨择伐的各个技术要素的选择与确定,旨在探索适合闽北天然次生林可持续经营的理论与技术。主要研究结果如下:(1)择伐作业基本上能保持原有的林分结构和种的数量,随着择伐强度的增大,各树种重要值的改变也随着增大,弱度、中度和强度择伐对优势种的影响不大,极强度择伐后,各树种地位有了一定程度的变化,而皆伐引起树种地位的变化最大。(2)伐后10 a弱度择伐乔木层物种丰富度最大,随择伐强度增大,物种丰富度度减少:各择伐样地在10 a后物种多样性指数均超过伐前,而皆伐样地物种多样性比伐前下降。(3)伐后10 a各择伐样地直径分布均为左偏,中小径阶林木居多,中度和强度择伐样地林分直径分布符合负指数分布,而Weibull分布具有较强的灵活性和适应性,基本可以用来拟合不同择伐强度作业后的林分直径分布。(4)各样地大中小径级结构和蓄积结构距离理想林分均有一定差距,尤其是极强度择伐,形成了过伐的残次林。未采伐样地q值为1.404,除极强度择伐外,其余各择伐样地q值在1.2～1.4之间,说明只要择伐强度不超过强度择伐,林分的q值还是合理的。(5)随择伐强度的增大,蓄积量生长率呈增大趋势,平均年生长量和总收获量则呈凸形抛物线变化,平均年生长量在强度择伐最大,达到6.08m~3/(hm~2·a)。(6)从伐后10 a林分空间结构分析,弱度和中度择伐有利于林分空间结构的优化。弱度择伐后林木的平均混交度最大,中度择伐次之;不同择伐强度对林木的大小分化程度影响不大,但各主要树种的地位都有一定程度变化;采伐并未改变林木的空间分布格局,各样地林分整体和主要树种均为聚集分布。(7)在择伐经营的前提下,天然更新良好,且随着择伐强度的增大,林分更新密度增大;不同择伐强度对伐后10 a主要种群更新格局的类型没有影响,主要种群更新格局均为聚集分布,但择伐强度不同,各种群集聚程度和平均拥挤度都呈不同的变化趋势。(8)不同强度择伐作业10 a后林地凋落物现存量和养分总量均下降,且下降幅度随采伐强度的增大而加大。强度择伐和极强度择伐10 a后林地凋落物及其养分含量仍未恢复,弱度择伐和中度择伐则与未采伐林地比较接近。(9)弱度和中度择伐林地经过10 a的恢复,土壤结构稳定性、水分、孔隙状况和养分含量得到恢复,并有所改善,而强度择伐、极强度择伐和皆伐后迹地土壤各项指标仍未恢复,其破坏程度均随采伐强度的增大而加剧。经主成分分析得出全K、速效K、速效P、有机质、全N、非毛管孔隙度、土壤密度、最小持水量、最大持水量、总孔隙度10项指标变化率,能较好地反映林地土壤理化性质的变化状况,不同强度采伐作业对林地土壤理化性质的干扰程度依次为:皆伐作业＞极强度择伐＞强度择伐＞中度择伐＞弱度择伐。(10)综合择伐强度对林地生态因子的影响结果,闽北天然次生林宜采取弱度和中度择伐,择伐强度的阈值不宜超过40%。(11)从涵养水源价值、保持水土价值、固碳释氧价值3方面对伐后10 a采伐经营的环境成本进行了研究。结果表明,弱度择伐环境成本较小,仅1.7元/m~3,中度、强度择伐环境成本分别为弱度的5.1、12.2倍,极强度择伐的环境成本最大,达到25.3元/m~3,是弱度择伐的16.2倍;皆伐由于收获量大,其单位采伐量环境成本为弱度择伐的14.9倍,低于极强度采伐。(12)根据闽北地区天然次生林2次森林清查固定样地资料,分析现实天然次生林林分结构特征,将样地划分为4个不同的蓄积水平,分析各水平的直径结构,蓄积结构,以期为择伐策略的选择提供基础。(13)在综合各种研究成果的基础上,提出适合闽北天然次生林的择伐技术模式。模式包括培养目标、择伐方式、择伐强度、择伐周期、集材方式、清林方式等技术指标与要求,为闽北天然次生林的可持续经营提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 森林择伐研究综述
• 1.1 森林择伐基本理论
• 1.1.1 森林择伐基本理论的发展动态
• 1.1.2 检查法育林择伐
• 1.1.3 近自然森林经营理论
• 1.1.4 新林业理论
• 1.1.5 森林生态系统经营理论
• 1.2 森林择伐研究进展
• 1.2.1 森林择伐的生态影响研究
• 1.2.2 森林择伐策略研究
• 1.2.3 择伐经营模型
• 1.3 森林择伐存在问题
• 1.3.1 缺乏系统研究
• 1.3.2 缺乏定位研究
• 1.3.3 择伐作业粗放
• 1.3.4 模型有待深化
• 1.4 森林择伐研究展望
• 1.4.1 考虑生态的天然林择伐及更新作业技术研究
• 1.4.2 考虑生态的人工林择伐及更新作业技术研究
• 1.4.3 森林择伐空间结构分析与景观生态规划研究
• 1.5 研究意义
• 1.6 论文研究主要内容
• 1.6.1 择伐作业对林地生态因子的影响
• 1.6.2 择伐作业的环境成本分析
• 1.6.3 择伐策略研究
• 1.7 技术路线
• 2 研究区域概况
• 2.1 福建天然林资源状况
• 2.2 研究区域概况
• 2.3 试验与调查方法
• 2.3.1 试验地设置
• 2.3.2 植被调查
• 2.3.3 凋落物调查方法
• 2.3.4 土壤取样方法
• 3 择伐强度对群落组成和物种多样性的影响
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 重要值
• 3.1.2 物种多样性指数
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 乔木层各树种重要值的动态变化
• 3.2.2 不同强度采伐物种丰富度及其变化
• 3.2.3 不同强度采伐乔木层物种多样性指数及其变化
• 3.2.4 不同强度采伐灌木层物种多样性
• 3.3 小结与讨论
• 4 择伐强度对林分直径结构和蓄积结构的影响
• 4.1 研究方法
• 4.1.1 直径分布
• 4.1.2 q值法则
• 4.1.3 林分蓄积生长率
• 4.2 择伐强度对林分直径结构的影响
• 4.2.1 林分径级结构特点
• 4.2.2 直径分布拟合与检验
• 4.2.3 大中小径级结构
• 4.2.4 q值法则
• 4.3 择伐强度对蓄积结构的影响
• 4.3.1 对林分蓄积生长量的影响
• 4.3.2 蓄积结构特点
• 4.4 小结与讨论
• 5 择伐强度对林分空间结构的影响
• 5.1 分析方法
• 5.1.1 混交度
• 5.1.2 大小比数
• 5.1.3 角尺度
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 主要树种基本概况
• 5.2.2 林木种间关系
• 5.2.3 林木大小分化程度
• 5.2.4 林木个体空间分布格局
• 5.3 小结与讨论
• 6 择伐强度对更新格局的影响
• 6.1 分析方法
• 6.1.1 扩散系数
• 6.1.2 负二项参数
• 6.1.3 扩散指数
• 6.1.4 平均拥挤度
• 6.1.5 聚块系数
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 幼树幼苗动态变化
• 6.2.2 主要树种更新密度
• 6.2.3 主要树种更新格局
• 6.3 小结与讨论
• 7 择伐强度对林地凋落物养分含量的影响
• 7.1 凋落物在森林生态系统中的作用
• 7.1.1 对土壤物理性质的影响
• 7.1.2 对土壤化学性质的影响
• 7.1.3 调水保土的生态作用
• 7.2 凋落物现存量及其养分含量分析
• 7.2.1 凋落物现存量分析
• 7.2.2 凋落物养分含量分析
• 7.3 小结与讨论
• 8 择伐强度对土壤理化性质的影响
• 8.1 择伐强度对林地土壤物理性质影响
• 8.1.1 土壤结构稳定性分析
• 8.1.2 土壤水分与孔隙状况分析
• 8.2 择伐强度对林地土壤化学性质影响
• 8.3 择伐强度对土壤干扰的综合评价
• 8.4 小结与讨论
• 9 不同强度采伐作业的环境成本分析
• 9.1 森林环境效益评价的一般方法
• 9.1.1 替代市场技术
• 9.1.2 模拟市场技术
• 9.2 森林采伐的环境成本
• 9.2.1 涵养水源损失的环境成本
• 9.2.2 保肥效益损失的环境成本
• 9.2.3 固碳和制氧损失的环境成本
• 9.2.4 采伐环境成本评价
• 9.3 小结与讨论
• 10 闽北天然次生林现实林分结构特征研究
• 10.1 林分水平划分
• 10.2 不同水平的大中小结构
• 10.3 各水平直径结构
• 10.3.1 各水平直径结构特征
• 10.3.2 各水平直径结构拟合
• 10.4 本章小结
• 11 闽北天然次生林择伐策略研究
• 11.1 培养目标
• 11.1.1 闽北天然林演替规律
• 11.1.2 经营的理想结构
• 11.1.3 培养目标的确定
• 11.2 择伐经营参数的确定
• 11.2.1 择伐方式的选择
• 11.2.2 择伐周期的确定
• 11.2.3 择伐强度的确定
• 11.2.4 择伐木与保留木的选择
• 11.3 择伐技术选择
• 11.3.1 伐木技术
• 11.3.2 集材方式的选择
• 11.3.3 清林方式的选择
• 11.4 闽北天然次生林择伐作业设计
• 11.4.1 择伐方式
• 11.4.2 择伐周期
• 11.4.3 择伐强度
• 11.4.4 保留林分结构
• 11.4.5 集材方式
• 11.4.6 清林方式
• 11.4.7 更新方式
• 11.5 本章小结
• 12 结论与讨论
• 12.1 主要结论
• 12.1.1 择伐对森林生态因子的影响
• 12.1.2 择伐经营的环境成本
• 12.1.3 闽北天然次生林择伐策略研究
• 12.2 主要创新
• 12.3 讨论与建议
• 参考文献
• 附录: 植物中名、拉丁名对照表
• 致谢
• 攻读博士期间公开发表学术论文