朗乡林业局东折棱河经营所次生红松林更新的影响因子研究.docx
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朗乡林业局东折棱河经营所次生红松林更新的影响因子研究
朗乡林业局东折棱河经营所次生红松林更新的影响因子研究
摘要
本研究在朗乡林业局东折棱河经营所次生红松林内进行,旨在通过对云冷杉红松林、枫桦红松林、蒙古栎红松林这三种林型内的树种更新频度调查和植物种组成及其重要值调查,两方面结果相互验证,在阐明次生红松林演替趋势的基础上,提出影响红松林更新演替的因子所在。
研究结果表明,各种红松林将有可能朝着云冷杉红松林的方向演替,以针叶为主的针阔混交红松林将是次生红松林演替的顶级群落;叶片较小的上层树种如臭冷杉可促进红松更新,为其幼树及成熟木的成长提供良好的光照条件,叶片较大植物种能形成庇荫环境,保证了需要高郁闭度条件的红松幼苗的成活。
另外对各红松林林型内的光照条件进行了调查分析,结果表明南部及东部的光照情况是影响红松更新的主要因素。
StudyoftheUpdateFactorsintheSecondaryKoreanPineForestinLangxiangForestryBureauDongzhelingheOperation
Abstract
ThestudycarriedoutinthesecondaryKoreanPineForestinLangxiangForestryBureauDongzhelingheOperation.TheaimisthatthroughthesurveyingofSpruce-AbiesKoreanPineForest,BetulaplathphyllaKoreanPineForestandQuerusmongolicaKoreanPineForest,provingthatwithinthespeciesupdatefrequencysurveyandplantspeciescompositionandimportantvaluesurveybothresultsvalidateeachother.OnthebasisofstatementinthesecondaryKoreanpineforestsuccession,theKoreanpineforestupdateandsuccessionfactorslies.TheresultsshowthatthevariousKoreanpineforestwillbepossibletomoveSpruce-AbiesKoreanpineforestinthedirectionofsuccession.ConiferousmainlyofmixedKoreanpineforestwillbethetopKoreanpineforestcommunities.ThesmallerupperleavesspeciessuchasAbiesnephrolepiswillpromoteKoreanpineupdatetomaturetreesandprovideagoodlightconditions.Largerleafplantspeciescanbeashelterenvironmentandit’stheneedtoguaranteeahighdegreeofseedlingssurvived.Inaddition,theilluminationconditionswasalsosurveyedandanalysised.TheresultshowsthatthesouthernandeasternlightisamajorfactoroftheKoreanpineforest’supdating.
Keywords:
Koreanpine,updating,succession,theuppertrees,lightconditions
StudythefactorsinfluencingtherenewingofPinusKoraiensisinSecondaryForestinDongzhelingheSectionofLangXiangForestryBureau
Abstract
ThestudyoperatedinsecondarypinuskoraiensisforestinDongzhelengheSectionofLangxiangForetryBuareu.Theaimisthatthroughthesurveysofshiningcondition,frequencyofpinuskoraiensisrenewingandtheimportantvalue,clarifywhicharetheimpactfactorsandhowthesefactorsinteracting.Alsoproposingthecorrespondingforestproposal.ManyfactorsaffectedpinusKoriensis’,justlikethedirectlight,soilhumuslayer,adjacentwood,theuppertrees,shrubsandgrass.Therealsodoesnotruleoutotherpossiblefactors.Thispaperstatesthefactorandtheimpactoftheinterlinkagesbetweenfromlightconditions,theuppertrees,shrubsandgrass’surveying.Theresultsshowthatthesefactorsareallaffectedtherenewingindifferentdegrees:
pinuskoraiensisseedlingsneedaweakerlight,thatcanbehiddenundertheconditionsofupdatinggood,butthegrowthofpinuskoraiensissaplingsstageandthesubsequentgrowthrequiresadequatelightconditions;Theupperleavessmallerspeciestoupdatethepinuskoraiensis,pinuskoraiensisbroad-leavedsuccessionwillbecomethetopmodelcommunity.Basedontheresearchfindings,thepapersummarizestheupdatedpinuskoraiensisforestsuitableenvironmentforthegrowthconditions,andraisedtheideaofselectivecuttingoftheforest,fortheproductionpractices.
Keywords:
Pinuskoraiensis,updating,succession,theuppertrees,lightconditions
目录
1前言
红松阔叶混交林是以红松(Pinuskoraiensis)居优势,伴生有多种阔叶树和部分针叶树的混交林,是我国东北东部山区典型的地带性植被[1]。
自20世纪50年代起,已有大量的学者对恢复和发展红松阔叶混交林展开了广泛、全面、深入的研究。
然而,以往大多研究主要针对单株红松生长小环境进行研究,并以“定株培育”的思想和“栽针保阔”[2]的经营措施为基础,针对天然次生林下人工更新的红松,从单株木的角度研究其幼树阶段适宜生长的小环境,试图将其中规律性的结果应用于林分结构调整,为林下红松幼树的生长创造良好的环境条件,促进红松的生长和恢复[3],但缺乏从整体群落构成角度出发,研究红松林的更新演替情况。
本研究将分不同次生红松林型,从更新频度调查,物种组成及其重要值调查两方面同时得出红松林演替方向并确定顶级群落,在此基础上,再利用重要值调查结果及光照条件阐明影响红松林更新的因子,验证前人理论并提供新的参考指标。
下面,在研究之前先介绍红松林更新的基本理论,红松林生长环境及以往研究所确定的影响红松林更新的因子。
1.1红松林更新理论基础及其生长环境概况
森林更新的理论基础主要是研究树种更替的规律性,即研究包括不同林型和草本植物群落在内的整个植被演变的规律性[4]。
红松为阴性或半阳性树种,适宜于林内更新。
随着密度的增加,红松幼树减少而幼苗相反增加。
红松的幼苗在庇阴大的条件下(疏密度0.7~0.8以上)[4]生长最多,但是它以后的发育和向幼树的过渡则需要透光,0.3~0.6[4]的疏密度最适宜于幼树的生长;另外在次生林内对红松幼树生长过程的调查中发现,低郁闭度下的幼树生长状态良好,天窗下的幼树生长更好[5]。
1.2红松林更新影响因子及经营措施
影响红松更新的因子很多,诸如直射光、土壤腐殖质层、相邻木、上层树种、草本及灌木,并不排除还存在其它可能的影响因素。
(1)光照因子
李茹秀等在小兴安岭美溪和翠峦地区[4]的研究结果表明,红松在15~20年以前能耐较强庇荫,随后需光量增加,在原始林冠下,由于光照条件不能满足要求,致使大量幼苗死亡;红松幼树上方的直射光直接影响了红松的生长。
红松幼树上方有直射光的透射,则对红松生长有利。
其中,红松幼树顶部完全透光时对红松幼树的生长最为有利,而直射光方向为东、西北、东南及中部时对红松幼树的生长也有促进作用。
(2)上层树种
不同上层树种对林下红松幼树生长的影响,究其原因应包括物理、化学及其它可能因素的影响或综合作用。
从分析结果[2]看对林下红松幼树生长较为有利的上层树种大多为叶片小或枝叶稀疏的树种,如红松、山杨、山桃稠李、白桦、茶条槭、春榆、暴马丁香等。
这些上层树种能够提供良好的光照、温度及水分条件,同时还能对红松幼树起到一定的荫庇作用。
而对林下红松幼树生长不太有利的上层树种多为叶片大或枝叶繁茂的阔叶树种,如裂叶榆、白牛槭、青楷槭、糠椴及柞木等。
这些上层树种枝叶浓密,使其下的红松幼树得不到良好的生长条件,生长受到抑制。
因此,应重视不同上层树种对其林下红松幼树的作用。
在林分结构调整时,尽量选择叶片较大或枝叶浓密的树种作为透光采伐对象,保留叶片小或枝叶稀疏的树种。
(3)灌草层
草本和灌木的盖度[2]会影响红松幼树的生长,且在红松幼树的不同生长阶段,其影响作用不同。
当红松幼树仍处于下木层时,草本和灌木会抑制红松幼树的生长,当红松幼树离开草灌丛后,草本、灌木影响作用将逐渐减弱。
在次生林中红松幼树天然更新的最佳生长条件是无灌木或少灌木[5]。
因此,不论经营天然阔叶红松林或培育人工阔叶红松林,均不可忽视群落结构与林木生长之间的相互作用。
过去人们错误地假定天然红松群落是杂乱无序的组合,从而采取同龄纯林、单一取材的经营方式[6]培育红松人工林,割断了群落中红松与其他物种的相互联系和作用,忽视了原有红松生长发育的生物和生态条件,树木高径生长的时间和空间没有一个合理的分配过程,导致结实早、病虫害严重、分叉高度低,影响培育质量,难以成材。
(4)土壤
红松对土壤条件的要求为土壤深厚,土质疏松,通透性和排水性好,土壤湿润等。
其中,土壤腐殖质层(或黑土层)厚度[1]是土壤条件诸因子中影响红松生长的主要因子。
(5)相邻木
相邻木是构成以红松幼树为中心的小环境单元的主要因素,相邻木的种类及相对于红松幼树的方位直接影响了该小环境单元的结构,从而影响林下红松幼树的生长。
用混交度(M)和角尺度(W)作为衡量相邻木影响的数量指标,分别代表相邻木种类及相对于红松幼树的方位两方面的变化情况。
M=0.5(中度混交),W=0.5(随机)[1],即红松伴生且周围相邻木为随机分布时,对红松幼树生长有利。
(6)动物
红松幼苗幼树的顺利生长需要有充足的光照和水分,但是动物埋藏红松种子的行为使红松种子库集中分布在常绿针叶树比例高的密林中,从而造成了红松幼苗幼树的分布与其适生生境的不协调,这是目前红松天然更新不良的根本原因[4]。
(7)林隙
红松幼苗幼树所处的小生境是否在时间与空间上同上层林冠形成镶嵌,是它们能否进入上层林冠的关键[4]。
红松属于林隙更新的树种,从红松更新的动态看,林隙形成初期,灌木、杂草抑制了红松更新过程,存在一个更新停滞时期。
但是随着阔叶树的生长,更新环境逐渐得到改善,红松更新株数逐年增加,当阔叶树处于发展中期时,阔叶树冠下形成一个适宜于红松更新的优良环境,形成红松更新高峰期。
随着红松幼苗、幼树的生长,需要更多的光照条件,生长空间和营养空间逐年增加,上层阔叶树对红松继续更新和生长又产生阻碍[4],虽然每年都有大量1年生幼苗出现,但存活率下降。
2调查地点及研究方法
2.1调查地点
东折棱河林场的具体位置是:
东经128°30′,北纬46°29′,施业区总面积7039公顷。
共计22个林班,其中母树林面积2180.4公顷,天然红松林1641公顷,天然云杉37公顷,人工母树林95公顷,专营形人工种子林407.4公顷,占施业区总面积的31%。
东折棱河山形地势为低山缓坡为主,高山陡坡较少,气候属北湿带大陆性湿润季风气候,年积温1900℃-2250℃,年降水量在6.10mm左右,年无霜期在95-120天。
土壤分布是典型暗粽壤占82%,棕色针叶林土占3%,草甸土占8%,沼泽土占6%,其他土壤占1%。
主要森林植被类型为:
原始林相以红松为优势分布的针叶林,针阔混交林。
本次研究各林型分布情况如表2.1所示
表2.1调查地点林型分布概况
林型
海拔
坡向
坡度
坡位
土壤类型
云冷杉红松林
340m
NE
6o
下坡
潜育暗棕壤
枫桦红松林
380m
NE
17o
中坡
暗棕壤
柞树红松林
430m
NW
26o
上坡
暗棕壤
2.2研究方法
以下将分别介绍光照因子调查、频度调查法及重要值调查方法。
2.2.1光照因子调查
本次研究在云冷杉红松林和枫桦红松林内各设两组,每组均匀分配30个点,用照度计测每个点照度值,每个点分东、南、西、北四个方向各读一个数据。
同时测出林外全光照平均值,并计算出相对照度与透光度。
主要计算公式如下:
相对照度(%)=各测定方向照度平均值/林外全光照平均值×100
透光度(%)=1-相对照度(%)
2.2.2频度调查
调查采用分层频度调查法。
将研究对象分为三个林层——主林层(位于群落顶端的优势树种组成)、演替层(位于主林层和更新层之间的乔木树种组成)和更新层(2m以下乔木树种组成)。
调查时分别于三种林型上,选取具有典型特征的林分作为调查地点。
采用机械部点法,每隔5m设置一块5m×5m的样地,分别三林层,调查该样地内的乔木树种和相应数量。
每种林型共设置60块样地,总计180块样地。
其中调查统计的乔木树种为红松(Pinuskoraiensis)、云杉(Piceajezoensis)、臭冷杉(Abiesnephrolepis)、桦(Betulaplatyphylla)、椴(Tillaspp.)、水曲柳、黄檗、胡桃楸、色木槭(Acermono)、杨(Populusdavidiana)共十种乔木树种。
群落的更新演替需要很长的时间才能完成,少则数十至数百年,多则千万年。
本次调查,主要是采用以空间代时间的调查方法,以树高代替树木的年龄。
通过调查不同林层内不同树木的种类和数量,继而确定相应树种的“数量—年龄分布”,结合不同树种在演替层和更新层的数量和频度对比,并分析其适生环境,继而得出未来该群落的优势树种和伴生树种。
其中,某树种的演替频度=该树种出现的样方数/样方总数。
分别三林层统计各个树种上述指标,并绘制各林型主要树种频度图。
2.2.3重要值调查
植物种类的重要值是由J.T.Curtis和R.P.McIntosh(1951)在森林群落分析中提出的,其数值大小可作为群落中植物种优势度的一个度量标志,指出群落中每种植物的相对重要性及植物的最适生境[10]。
本研究采用典型样地法,分别在云冷杉红松林,枫桦红松林,柞树红松林设置4块临时标准地,各标准地面积为20X30m,标准地内又分别划分为6个10Xl0m样方,分样方进行调查并按林型汇总。
乔木层调查:
在各样方内,对树高≥2m的活立木、枯立木及倒木全部检测。
所测指标有树种、胸高直径、树高、第一活枝高,冠幅。
同时还对各标准地内及周边地区相应的环境因子作了调查。
灌木层调查:
在每个标准地内用机械布点方法各设30个样方,样方面积为2X2m。
分别记录每个样方内的植物种名、高度、盖度、株数、分布状况及生长状况。
草本层调查:
与灌木层调查类似,在每个标准地内用机械布点方法各设30个样方,样方面积为1X1m。
分别记录每个样方内的植物种名、高度、盖度、株数、分布状况及生长状况。
所有外业工作于2006年7月进行并完成。
内业工作主要依据所收集的调查数据,分别不同天然红松林类型,计算每种植物的密度、频度、显著度及重要值。
其中乔木层植物种的显著度用林木基盖度(即胸高断面积)表示,灌木层植物种和草本层植物种的显著度用其植物冠层盖度(在一定程度上是植物利用环境及影响环境程度的反映)表示。
计算相对密度(它在一定程度上决定着种群的能流、生产力及资源利用[11])、相对频度、相对显著度及重要值的公式如下[2]:
第i种植物的相对密度(%)=(第i种植物的密度/所有植物的密度和)×100
第i种植物的相对频度(%)=(第i种植物的频度/所有植物的频度和)×100
第i种植物的相对显著度(%)=(第i种植物的显著度/所有植物的显著度和)×100
重要值(%)=(相对密度(%)+相对频度(%)+相对显著度(%))/3
3结果与讨论
通过调查将数据汇总制表并计算出结果,对结果分析讨论如下:
3.1光照度结果与讨论
表3.1光照度调查结果
云冷杉林每组30个共60个数值
测定方向的照度值
平均值
林外全光照平均值
E
S
W
N
平均值
3309.42
3520.36
3199.65
2672.17
3175.40
11254.17
相对照度%
29.40
31.28
28.43
23.74
28.21
透光度%
70.60
68.72
71.57
76.26
71.79
枫桦红松林每组30个共60个数值
测定方向的照度值
平均值
林外全光照平均值
E
S
W
N
总平均值
2256.35
2561.97
2349.70
3505.37
2668.35
11250.50
相对照度%
20.06
22.77
20.89
31.16
23.72
透光度%
79.94
77.23
79.11
68.84
76.28
根据上表数据作出云冷杉红松林和枫桦红松林在各个方向上的对比图如下:
图3.1不同林型不同方向光照比较
从数据及图中可以得到如下结论:
(1)照度及相对照度平均值:
云冷杉红松林>枫桦红松林;
(2)各个方向照度值中,南向与东向都较大,是影响树木生长的重要光照来源方向;
(3)云冷杉红松林与枫桦红松林中北向的光照度都较强,究其原因,二者坡向都处于NE6o,接近正北方向,因此北面的光照成为红松生长的又一重要因素。
东、西北、东南或中部的直射光对红松幼树生长的促进作用,主要原因可能还是由于太阳的东升西落相对增加了东、西北、东南及中部的日照时数使此条件下生长的红松幼树获得了比其它直射光方向更为有利的光照条件.[2]
3.2频度结果与讨论
调查得出的频度结果如表3.2、表3.3、表3.4所示:
表3.2云冷杉红松林主要树种各层次频度表
主林层
演替层
更新层
树种
频度
相对频度
树种
频度
相对频度
树种
频度
相对频度
臭冷杉
0.52
32.98%
红松
0.55
15.00%
臭冷杉
0.63
24.20%
枫桦
0.35
22.34%
臭冷杉
0.5
13.64%
色木槭
0.48
18.47%
紫椴
0.18
11.70%
紫椴
0.38
10.45%
红松
0.37
14.01%
红松
0.15
9.57%
色木槭
0.27
7.27%
水曲柳
0.25
9.55%
水曲柳
0.15
9.57%
水曲柳
0.25
6.82%
紫椴
0.13
5.10%
色木槭
0.03
2.13%
枫桦
0.2
5.45%
枫桦
0
0
表3.3枫桦红松林主要树种各层次频度表
主林层
演替层
更新层
树种
频度
相对频度
树种
频度
相对频度
树种
频度
相对频度
桦
0.6
31.03%
臭冷杉
0.95
38.51%
臭冷杉
0.92
42.97%
红松
0.4
20.69%
红松
0.68
27.70%
红松
0.62
28.91%
臭冷杉
0.23
12.07%
色木槭
0.27
10.81%
云杉
0.28
13.28%
椴
0.2
10.34%
桦
0.23
9.46%
色木槭
0.17
7.81%
水曲柳
0.2
10.34%
椴
0.13
5.41%
椴
0.08
3.91%
色木槭
0.07
3.45%
云杉
0.08
3.38%
水曲柳
0.02
0.78%
云杉
0
0.00%
水曲柳
0.07
2.70%
桦
0
0.00%
表3.4柞树红松林主要树种各层次频度表
主林层
演替层
更新层
树种
频度
相对频度
树种
频度
相对频度
树种
频度
相对频度
蒙古栎
0.5
31.91%
色木槭
0.45
20.45%
红松
0.75
19.40%
色木槭
0.32
20.21%
红松
0.42
18.94%
色木槭
0.72
18.53%
红松
0.3
19.15%
紫椴
0.27
12.12%
蒙古栎
0.48
12.50%
紫椴
0.13
8.51%
山槐
0.2
9.09%
紫椴
0.4
10.34%
山槐
0.05
3.19%
蒙古栎
0.15
6.82%
山杨
0.23
6.03%
山杨
0.05
3.19%
山杨
0.1
4.55%
水曲柳
0.17
4.31%
水曲柳
0.
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