北京山区防护林优势树种群落结构研究

论文摘要

防护林建设是我国广大地区林业建设的核心,是生态环境建设的重要组成部分。北京市防护林建设已成为关系首都人民生活水平的提高、经济的发展和生态环境改善的首要问题。防护林结构是直接影响其防护效益发挥的关键因素,防护林经营的最主要目标就是调控其结构使之尽可能保持最优。因此,本研究从防护林植物区系、群落物种多样性、群落空间结构和种群空间分布格局等方面研究了防护林在组织、结构方面的差异,揭示优势树种群落空间结构特征,以结构化森林经营为手段,对北京山区防护林优势树种群落树种组成、竞争关系和种群空间分布格局进行设计与调整,构建林分尺度上防护林的最优空间结构,提高其防护效能,为防护林可持续经营提供理论依据。在北京山区13个自然保护区或林场设置了24块公顷级标准地,以优势树种群落个体空间定位信息为基础,采用相邻木结构单元法和点格局分析方法,分析了群落的空间结构和种群分布格局,采用林分空间结构参数角尺度、大小比数和混交度,对优势树种群落进行了结构调整研究,主要研究结果兹分述如下:(1)北京山区防护林优势树种群落确认有维管植物86科261属454种(含栽培种),外来种有2科4属4种,野生植物有85科257属450种。野生维管植物以世界分布的科最多,温带分布的科最少,植物属以温带成分为主,温带性质明显,中国特有属最少,植物特有成分低。野生植物的生活型以高位芽植物占优势,占总种数的48.45%,地面芽植物种占野生植物种的30.67%,一年生草本植物、地下芽植物和地上芽植物数量较少,分别占野生植物种的12.00%、6.00%和2.89%。(2)防护林优势树种群落植物种类多,不同优势树种群落植物种类组成差异较大,相同林分类型植物种类组成也存在较大差异。不同优势树种林分密度差异较大,松山自然保护区油松天然林林分密度最大,为1821株/hm2,百花山自然保护区核桃楸林林分密度最小,为606株/hm2;林分胸高总断面积差异较大,百花山自然保护区辽东栎林的胸高总断面积最大,值为29.959m2/hm2,板栗林由于林龄小,林分总断面积最小,值为5.094 m2/hm2;防护林直径和树高分析表明,优势树种主要以近似的反“J”形分布、正态分布和多峰或单峰山状分布为主;林分活立木总蓄积变化规律整体上表现为天然林高于人工林,部分天然林由于林分密度小或立地条件较差,致使林分活立木总蓄积量小于人工林,华北落叶松由于树种生长速度较快,林分密度大,立地条件较好,林分蓄积量最大。(3)不同优势树种群落物种多样性丰富,物种丰富度指数和物种多样性指数在群落梯度上变化规律明显,草本层物种丰富度指数高于灌木层和乔木层,整体而言,草本层>灌木层>乔木层;不同生长型植物均匀度指数在群落梯度上的分布没有明显的规律性,整体而言,草本层物种均匀度指数大于灌木层和乔木层。(4)北京山区防护林优势树种群落空间结构分析表明,防护林树种混交程度普遍偏低,不同优势树种群落混交程度差异较大,雾灵山林场山杨林和蒙椴林属于天然次生混交林,林分的混交度均较大,混交状况良好,侧柏天然林、槲树天然林和板栗人工林混交度最小,林分混交状况最差;大小比数分析表明,油松天然林、侧柏天然林、黑桦天然林、蒙古栎天然林、辽东栎天然林、槲树天然林、山杨天然林、核桃楸天然林等林木分化程度较高,相对空间结构单元而言,不同大小比数等级林木的分布较均匀,生态位分化明显;角尺度分析表明,防护林优势树种群落整体上分布格局以集群分布为主,部分天然林和密度较小的人工林林木个体水平分布格局呈随机分布,只有少数人工林的水平分布格局呈均匀分布。(5)防护林优势树种群落内,主要种群的水平分布格局随尺度的变化规律明显,以集群分布为主要特征,但不同优势树种群落的主要种群的最大聚集程度、最大聚集规模及最大聚集尺度随林分类型的不同差异较大。防护林群落主要种群之间的关系以显著性负相关关系为主,种间关系为正关联的种对极少,主要种群之间竞争激烈,人工林主要种群之间的竞争比天然林的种间竞争激烈。(6)防护林优势树种群落不同生长发育阶段个体的分布格局随尺度的变化规律复杂,大树的分布格局主要以随机分布为主;中树的分布格局主要以集群分布为主;幼树的分布格局随尺度的变化呈集群分布或随机分布。不同生长发育阶段个体之间的关系以负关联为主,负关联达到显著水平的种对占总种对数的43.5%,正关联的种对只有1对。中树和幼树、中树和大树之间的负相关关系较强,幼树和大树之间相关性较弱。(7)防护林中大部分天然林的水源涵养能力高于人工林,大部分人工林水源涵养能力偏低,在人工林中,华北落叶松林的水源涵养功能最强,在天然林中,百花山保护区黑桦林、松山保护区油松林和蒙古栎林的水源涵养能力均较低。(8)对油松林、侧柏林、华北落叶松林进行林木水平分布格局调整、树种组成调整和竞争关系调节,并对经营效果进行了多方面评价,评价结果表明,通过群落空间结构调整,增加了保留木的营养空间,减少了林木竞争压力,改善了林分混交状况,为保留木的生长创造了良好的空间环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 国内外研究进展
• 1.1 森林群落结构的基本概念
• 1.1.1 防护林
• 1.1.2 群落结构
• 1.1.3 林木空间分布格局
• 1.1.4 森林的空间结构
• 1.1.5 生活型及生活型谱的概念
• 1.2 森林群落结构研究进展
• 1.2.1 群落的外貌特征
• 1.2.2 群落的种类组成
• 1.2.3 群落的垂直结构
• 1.2.4 群落的水平结构
• 1.2.5 群落的年龄结构
• 1.3 群落的空间格局研究进展
• 1.3.1 林木空间分布格局
• 1.3.2 植物种群空间格局
• 1.4 森林群落多样性研究进展
• 1.4.1 物种多样性
• 1.4.2 群落结构多样性及复杂性
• 1.5 森林空间结构分析方法
• 1.5.1 经典的植被生态学途径
• 1.5.2 现代森林生态和森林经理学方法
• 1.5.3 地统计学的方法
• 1.6 防护林体系研究现状与发展趋势
• 1.6.1 国内外防护林研究现状
• 1.6.2 防护林体系研究中存在的问题
• 1.6.3 防护林研究的发展趋势
• 2 研究区概况
• 2.1 自然环境概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地质地貌
• 2.1.3 土壤
• 2.1.4 气候
• 2.1.5 水文
• 2.1.6 植被
• 2.2 北京山区社会经济概况
• 2.3 森林资源概况
• 2.3.1 北京市森林资源概况
• 2.3.2 北京山区森林资源概况
• 2.4 各研究地点概况
• 2.4.1 西山林场
• 2.4.2 八达岭林场
• 2.4.3 十三陵林场
• 2.4.4 松山自然保护区
• 2.4.5 水源保护林试验工作站
• 2.4.6 雾灵山林场
• 2.4.7 锥峰山林场
• 2.4.8 半城子水库流域
• 2.4.9 喇叭沟门自然保护区
• 2.4.10 丫髻山林场
• 2.4.11 四座楼林场
• 2.4.12 百花山自然保护区
• 2.4.13 古北口潮关西沟流域
• 3 研究内容和研究方法
• 3.1 研究内容
• 3.1.1 研究目标
• 3.1.2 主要研究内容
• 3.1.3 技术路线
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 样地调查
• 3.2.2 植物区系的分析方法
• 3.2.3 防护林群落结构特征的分析方法
• 3.2.4 群落空间结构的分析方法
• 3.2.5 物种多样性
• 3.2.6 生态位分析
• 4 北京山区防护林植物区系分析
• 4.1 防护林植物的基本组成
• 4.1.1 北京山区防护林植物的基本组成
• 4.1.2 优势树种群落植物的基本组成
• 4.2 防护林植物生活型分析
• 4.3 防护林植物区系基本特征
• 4.3.1 防护林优势树种群落植物区系的研究意义
• 4.3.2 北京山区防护林植物区系的基本特征
• 4.3.3 防护林优势树种群落植物区系的基本特征
• 4.3.4 优势树种群落植物区系相似性
• 4.4 小结
• 5 防护林优势树种群落结构特征研究
• 5.1 油松林群落结构特征研究
• 5.1.1 油松林树种组成结构
• 5.1.2 油松林直径分布
• 5.1.3 油松林树高分布
• 5.2 侧柏林群落结构特征研究
• 5.2.1 侧柏林树种组成结构
• 5.2.2 侧柏林直径分布
• 5.2.3 侧柏林树高分布
• 5.3 华北落叶松林群落结构特征研究
• 5.3.1 树种组成结构
• 5.3.2 直径分布
• 5.3.3 树高分布
• 5.4 桦树林群落结构特征研究
• 5.4.1 树种组成结构
• 5.4.2 桦树林直径分布
• 5.4.3 桦树林树高分布
• 5.5 栎类林群落结构特征研究
• 5.5.1 树种组成结构
• 5.5.2 栎类林直径分布
• 5.5.3 栎类林树高分布
• 5.6 山杨林群落结构特征研究
• 5.6.1 树种组成结构
• 5.6.2 直径分布
• 5.6.3 树高分布
• 5.7 刺槐林群落结构特征研究
• 5.7.1 树种组成结构
• 5.7.2 直径及树高分布
• 5.8 其它阔叶树群落结构特征研究
• 5.8.1 其它阔叶树群落树种组成结构
• 5.8.2 直径分布
• 5.8.3 树高分布
• 5.9 灌木林群落结构特征研究
• 5.10 小结
• 6 防护林植物群落物种多样性与生态位研究
• 6.1 优势树种群落多样性分析
• 6.1.1 油松林群落物种多样性
• 6.1.2 侧柏林群落物种多样性
• 6.1.3 华北落叶松林群落物种多样性
• 6.1.4 桦树林群落物种多样性
• 6.1.5 栎树林群落物种多样性
• 6.1.6 山杨林群落物种多样性
• 6.1.7 刺槐林群落物种多样性
• 6.1.8 其它阔叶树群落物种多样性
• 6.1.9 灌木林群落物种多样性
• 6.2 物种多样性在群落梯度上的分布
• 6.3 物种多样性与生长型的关系分析
• 6.3.1 物种丰富度与生长型的关系
• 6.3.2 物种多样性与生长型的关系
• 6.3.3 物种均匀度与生长型的关系
• 6.4 防护林植物群落主要乔木种生态位特征
• 6.4.1 生态位宽度
• 6.4.2 生态位重叠
• 6.5 小结
• 7 防护林优势树种群落空间结构研究
• 7.1 空间参数的选择和分布型判别标准
• 7.2 油松林空间结构分析
• 7.2.1 油松天然林空间结构分析
• 7.2.2 油松人工林空间结构分析
• 7.3 侧柏林空间结构分析
• 7.3.1 侧柏天然林空间结构分析
• 7.3.2 侧柏人工林空间结构分析
• 7.4 华北落叶松林空间结构分析
• 7.4.1 华北落叶松林树种混交程度
• 7.4.2 华北落叶松林林木大小分化程度
• 7.4.3 华北落叶松林角尺度
• 7.5 桦树林空间结构分析
• 7.5.1 桦树林树种混交程度
• 7.5.2 桦树林林木大小分化程度
• 7.5.3 桦树林角尺度
• 7.6 栎类林空间结构分析
• 7.6.1 蒙古栎天然林空间结构分析
• 7.6.2 辽东栎天然林空间结构分析
• 7.6.3 槲树天然林空间结构分析
• 7.6.4 栓皮栎人工林空间结构分析
• 7.6.5 板栗人工林空间结构分析
• 7.7 山杨林空间结构分析
• 7.7.1 树种混交程度
• 7.7.2 林木大小分化程度
• 7.7.3 角尺度分析
• 7.8 刺槐林空间结构分析
• 7.8.1 树种混交程度
• 7.8.2 林木大小分化程度
• 7.8.3 角尺度分析
• 7.9 其它阔叶树空间结构分析
• 7.9.1 蒙椴林空间结构分析
• 7.9.2 核桃楸林空间结构分析
• 7.9.3 黄栌林空间结构分析
• 7.10 小结
• 8 防护林种群空间分布格局分析
• 8.1 油松林种群空间分布格局分析
• 8.1.1 油松天然林种群空间分布格局分析
• 8.1.2 油松人工林种群空间分布格局分析
• 8.2 侧柏林种群空间分布格局分析
• 8.2.1 侧柏天然林种群空间分布格局分析
• 8.2.2 侧柏人工林种群空间分布格局分析
• 8.3 华北落叶松林种群空间分布格局分析
• 8.3.1 单种的分布格局分析
• 8.3.2 种间关系分析
• 8.3.3 不同发育阶段个体分布格局分析
• 8.3.4 不同发育阶段间的关系分析
• 8.4 桦树林种群空间分布格局分析
• 8.4.1 单种的分布格局分析
• 8.4.2 种间关系分析
• 8.4.3 不同发育阶段个体分布格局分析
• 8.4.4 不同发育阶段间的关系分析
• 8.5 栎类林种群空间分布格局分析
• 8.5.1 蒙古栎天然林种群空间分布格局分析
• 8.5.2 辽东栎天然林种群空间分布格局分析
• 8.5.3 槲树天然林种群空间分布格局分析
• 8.5.4 栓皮栎人工林种群空间分布格局分析
• 8.5.5 板栗人工林种群空间分布格局分析
• 8.6 山杨林种群空间分布格局分析
• 8.6.1 单种的分布格局分析
• 8.6.2 种间关系分析
• 8.6.3 不同发育阶段个体的分布格局分析
• 8.6.4 不同发育阶段间的关系分析
• 8.7 刺槐林种群空间分布格局分析
• 8.7.1 单种的分布格局分析
• 8.7.2 种间关系分析
• 8.7.3 不同发育阶段个体的分布格局分析
• 8.7.4 不同发育阶段间的关系分析
• 8.8 其它阔叶树种群空间分布格局分析
• 8.8.1 蒙椴林种群空间分布格局分析
• 8.8.2 核桃楸林种群空间分布格局分析
• 8.8.3 黄栌林种群空间分布格局分析
• 8.9 小结
• 9 防护林优势树种群落结构的调整研究
• 9.1 优势树种群落生产力分析
• 9.2 优势树种群落水源涵养功能分析
• 9.2.1 林冠层截留能力分析
• 9.2.2 枯枝落叶层的持水能力分析
• 9.2.3 土壤层贮水能力分析
• 9.2.4 优势树种群落水源涵养功能综合评价
• 9.3 天然防护林经营技术研究
• 9.3.1 天然林结构与水源涵养功能评价
• 9.3.2 天然林经营技术分析
• 9.4 防护林优势树种人工林结构的调整研究
• 9.4.1 人工林结构与水源涵养功能评价
• 9.4.2 防护林经营的基本原则
• 9.4.3 采伐木的选择
• 9.4.4 油松林结构的调整研究
• 9.4.5 侧柏林结构的调整研究
• 9.4.6 华北落叶松林结构的调整研究
• 9.4.7 刺槐林经营措施研究
• 9.5 小结
• 10 结论与讨论
• 10.1 结论
• 10.2 本文特色与创新点
• 10.3 讨论
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢