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森林生态系统是主要的陆地生态系统之一,在全球碳循环中起着重要的作用,森林生态系统管理和保护是当前广为关注的热点之一。历史变域描述了无人为干扰条件下生态系统过程或条件的变化范围,可以为森林生态系统管理提供参考和目标,用于揭示生态系统变化原因、保护生物多样性和濒危物种及恢复生态系统功能等。本研究以具有重要经济和生态意义的重要国有林区之一——大兴安岭林区的呼中林区为研究区,运用空间景观直观模型LANDISPro7.0(A Spatially Explicit Model of Forest Landscape Disturbance, Management, and Succession)模拟森林生物量历史变域,利用林相图及蓄积量——生物量方程估算现实(2000年)生物量,探讨现实生物量是否远离历史变域的范围;进一步模拟生物量对采伐和灭火措施的响应,以回归历史变域为目标判断管理措施的合理性,以期为呼中林区森林管理和保护提供一定的理论支持和参照。主要结论如下:
(1)分析LANDISPro7.0模型模拟生物量历史变域的限制性因素,结果表明,随着演替的进行,森林生态系统会逐渐达到稳定状态,生物量也会达到相对稳定状态,不同初始分布信息、不同初始年龄信息和不同初始株数信息对森林总生物量、主要树种落叶松和白桦的生物量的影响都不存在显著性差异,初始的设置对模型模拟生物量历史变域的影响不显著。
(2)呼中林区森林生物量的历史变域为191.33-195.15t/hm2。低生物量等级区域在历史变域中所占面积比例较少,而高生物量等级区域所占面积比例较多。不同树种之间生物量历史变域的差距较大,落叶松和白桦占绝对优势。在不同的龄组中,成、过熟林的生物量历史变域较大,幼龄林、中龄林和近熟林的生物量历史变域较小。
(3)呼中林区现实(2000年)生物量为73.60 t/hm2,偏离于历史变域之外,约为历史变域均值的40%。各生物量等级所占面积比例的特征与历史变域相反,低生物量等级区域所占面积比例较多,而高生物量等级区域所占面积比例较少;各龄组的森林生物量都低于历史变域,在各树种之间的分配与历史变域的差别也较大;现实生物量中,中龄林生物量比例最高,而模型模拟的历史变域结果显示过熟林生物量比例最高。
(4)模型模拟无人为干扰、灭火和采伐三种预案下200年的生物量动态的结果表明,在自然状态下,呼中林区总生物量能够较快恢复到历史变域范围之内;与自然状态相比较,灭火措施能促进落叶松等针叶树种森林生物量的增加,同时降低了白桦等先锋树种的生物量;采伐在模拟前期(0-80年)对生物量的影响较大,模拟后期(80-200年)其影响减小。