半干旱黄土丘陵沟壑区主要树种人工林密度效应评价

论文摘要

本文以山西省方山县峪口镇土桥沟流域内的人工林（刺槐林、白榆林、油松林、侧柏林、油松—刺槐混交林）为研究对象,通过野外调查、定性与定量分析相结合的研究方法,分析了不同树种、不同密度的林分结构特征和生长特点,对林下植物群落特征、枯落物水文效应以及土壤理化性状做了较深入系统的研究,并且运用主成分分析方法首次对该区的人工林密度效应进行评价,为黄土丘陵沟壑区选择高效的人工林密度配置方式和低效低质残次林改造提供理论依据。结果表明：（1）林木生长特征。在密度相同时,阔叶林的平均胸径大于针叶林。利用Weibull分布函数对所有林分直径进行拟合,结果表明密度为475株/hm2的刺槐林、925株/hm2的刺槐林、925株/hm2的白榆林、1600株/hm2的油松林、550株/hm2的油松—刺槐混交林、1850株/hm2的油松—刺槐混交林不符合Weibull分布,林木直径分布特征数分析结果表明林木直径分布规律性较差,分布曲线均存在偏离正态分布的现象；树高分布主要有单峰或双峰不对称山状分布以及近正态分布。（2）生物多样性。所有草本层物种丰富度和多样性明显高于灌木层。针阔混交林草本层丰富度指数、多样性和均匀度指数最好,其次为刺槐林、油松林,最差的为白榆林、侧柏林；进行聚类分析表明,草本层可分成猪毛蒿（Artemisia scoparia）群系,长芒草（Stipa bungeana）群系,赖草（Leymus scalinu）群系,铁杆蒿（Artemisia gmelini）4个群系；针阔混交林林下物种数量最多,其次是油松林和刺槐林,白榆林生境条件最差；密度相同时,油松—刺槐混交林林下干生物量明显大于其它同密度的林分。（3）枯落物水文效应。不同林分类型枯落物蓄积量的范围为2.36～8.08t/hm2；针阔混交林枯落物蓄积量大于阔叶林,而阔叶林又好于针叶林；针阔混交林枯落物层的最大持水量好于纯林,油松林好于刺槐林、白榆林,最小的为侧柏林；林下枯落物的持水量与浸水时间可以用公式W=klnt+b来拟合,t为时间；林下枯落物吸水速率与浸泡时间可以用公式V=ktn来拟合,t为浸水时间；流域内各林分类型有效拦蓄水深为0.29～1.22mm；针阔混交林枯落物水文效应要好于纯林。（4）土壤物理性质。刺槐林、油松林、侧柏林、油松—刺槐混交林等土壤机械组成的分形维数都比农田小,密度为1150株/hm2和1850株/hm2白榆林分的土壤机械组成的分形维数大于农田；林地土壤容重较农田均有所降低,不同林分类型土壤容重均随深度的增加而增大；刺槐林、油松林的土壤孔隙度和通气度都要好于农田,密度为1150株/hm2和1850株/hm2白榆林、1600株/hm2和1850株/hm2侧柏林、550株/hm2的油松—刺槐混交林孔隙度较差；在刺槐林分中,最大持水量和毛管持水量都好于农田；在白榆林中,密度为925株/hm2林分持水量最好；油松林、侧柏林持水量好于农田；密度相同时,针阔混交林的土壤改良作用好于纯林。在所有林分内,密度为1600株/hm2刺槐林分土壤饱和含水量最大,密度为925株/hm2白榆林分土壤非毛管持水量最高,不同林分土壤涵蓄降水量不同,密度为925株/hm2白榆林分最大,密度为1600株/hm2油松林分有效涵蓄量最大,为383.83mm。（5）土壤化学性质。土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾的含量随土壤深度的增加有减小的趋势,有明显的表聚现象；不同的林分,土壤化学性质差异性较大；密度相同时,油松—刺槐混交林的土壤有机质含量、速效磷、速效钾的平均含量>刺槐林>油松林>侧柏林>白榆林,针阔混交林较纯林好；土壤全氮和速效氮平均含量,刺槐林>油松—刺槐混交林>油松林>侧柏林>白榆林。密度为1600株/hm2的刺槐林分土壤质量最好,密度为875株/hm2油松—刺槐混交林次之；最差的林分为密度为1850株/hm2的白榆。（6）密度效应评价。1600株/hm2的刺槐林分密度效应综合评价指数最高,密度为875株/hm2的针阔混交林次之；密度为1150株/hm2和1850株/hm2的白榆林与侧柏林密度效应较差；在林分密度相同时,针阔混交林密度效应综合评价指数要好于纯林。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 林分结构研究
• 1.2.2 物种多样性研究
• 1.2.3 森林植被枯落物层水文效益研究
• 1.2.4 森林土壤恢复效应研究
• 1.2.5 存在的问题
• 2 研究地区概况
• 2.1 自然概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地势地貌
• 2.1.3 气候
• 2.1.4 土壤
• 2.1.5 水文状况
• 2.1.6 植被
• 2.2 社会经济条件
• 2.3 试验区概况
• 3 研究内容与方法
• 3.1 研究内容
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 标准地设置
• 3.2.2 地形因子调查
• 3.2.3 植被调查
• 3.2.4 生物量的测定
• 3.2.5 多样性指数计算
• 3.2.6 枯落物调查
• 3.2.7 土壤调查
• 3.2.8 数据处理
• 3.3 技术路线
• 4 不同林分结构特征分析
• 4.1 不同林分直径分布
• 4.1.1 直径结构分布
• 4.1.2 林木直径Weibull分布
• 4.2 不同林分树高分布
• 4.2.1 刺槐林树高分布
• 4.2.2 白榆林树高分布
• 4.2.3 油松林树高分布
• 4.2.4 侧柏林树高分布
• 4.2.5 油松—刺槐混交林树高分布
• 4.2.6 林分密度对树高的影响
• 4.3 林分树高与直径的关系
• 4.3.1 树高随胸径的变化规律
• 4.3.2 树高曲线方程
• 4.4 密度对林分蓄积生长量的影响
• 4.5 林分因子相关性分析
• 4.6 小结
• 5 林下植被多样性研究
• 5.1 植物种数量组成及重要值分析
• 5.1.1 灌木层
• 5.1.2 草木层
• 5.2 不同群落物种多样性
• 5.2.1 林下植被物种组成及其差异
• 5.2.2 林下植被群落结构特征
• 5.2.3 植物多样性
• 5.3 小结
• 6 不同林分枯落物水文特性研究
• 6.1 不同林分的枯落物蓄积量
• 6.2 枯落物持水性能
• 6.2.1 最大持水量和最大持水率
• 6.2.2 枯落物持水过程
• 6.2.3 枯落物持水速度
• 6.3 枯落物对降水的拦蓄作用
• 6.4 林分因子与枯落物涵蓄水分功能相关性分析
• 6.5 小结
• 7 不同林分土壤机械组成的分形规律
• 7.1 分形模型
• 7.2 刺槐林分
• 7.3 白榆林分
• 7.4 油松林分
• 7.5 侧柏林分
• 7.6 油松—刺槐混交林
• 7.7 密度相同树种不同林分的分形维数
• 7.8 小结
• 8 不同林分土壤物理性质研究
• 8.1 不同林分土壤容重的变化
• 8.2 不同林分土壤孔隙度
• 8.2.1 刺槐林分
• 8.2.2 白榆林分
• 8.2.3 油松林分
• 8.2.4 侧柏林分
• 8.2.5 油松—刺槐混交林
• 8.2.6 密度相同树种不同的林分
• 8.3不同林分类型对土壤持水量的影响
• 8.4 不同林分林地土壤蓄水能力
• 8.5 相关性分析
• 8.6 小结
• 9 不同林分土壤化学性质研究
• 9.1 土壤有机质
• 9.2 土壤全氮
• 9.3 土壤速效氮
• 9.4 土壤速效磷
• 9.5 土壤速效钾
• 9.6 土壤pH值
• 9.7 相关性分析
• 9.8 土壤质量评价
• 9.9 小结
• 10 林分密度效应综合评价
• 10.1 评价方法
• 10.1.1 主成分分析方法的原理
• 10.1.2 评价指标体系
• 10.1.3 评价步骤
• 10.2 结果与分析
• 10.3 小结
• 11 结论与讨论
• 11.1 结论
• 11.2 讨论
• 参考文献
• 附录Ⅰ 植物拉丁名一览表
• 个人简介
• 导师简介
• 获奖成果目录清单
• 致谢