论文部分内容阅读
杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方最主要的造林树种，也是人工造林面积最大的树种。一些处在重要的生态区位中的杉木林被划分为公益林，但由于长期营造人工纯林，树种结构单一，导致了土壤退化、林地生产力和物种多样性下降、生态环境服务功能比较弱等问题，难以充分发挥森林的多种功能。因此，越来越多的林业研究者开始探索如何将当前生态功能比较低下的生态公益林转变成可以发挥多功能的健康林分。大量科学研究表明，林分多功能的实现主要受到森林的树种组成、林分空间结构及非空间结构的影响，而林分空间结构是林分结构最直观的表现和基础调控因子，决定了林木间的竞争状态与空间生态位，与间伐木选择、补植树种位置确定和更新林木空间配置等密切相关，很大程度上影响了森林未来的发展方向，可见，优化林分空间结构是实现林分多种功能的有效途径，因此研究林分空间结构与多功能间的耦合关系显得尤为必要。 本文以湖南省福寿林场幼、中、近熟林3个龄组杉木生态公益林为研究对象，基于林分空间结构与土壤水源涵养功能、物种多样性功能、固碳功能及生产力功能动态变化分析，运用灰色关联分析方法研究林分空间结构与林分多功能的耦合关系，并建立林分空间结构与林分多功能关联序模型，进而挖掘出影响林分多功能的主要空间结构因子，最后提出为培育健康、稳定、高效的多功能杉木生态公益林的经营技术。主要研究结论如下: (1)杉木生态公益林空间结构动态分析。基于胸径加权Voronoi的方法确定林分空间结构单元，选取全混交度、竞争指数、开阔比数、林层指数与角尺度5个空间结构指标分析2012-2017年不同龄组林分空间结构的动态变化，结果表明杉木幼、中、近熟林的全混交度到2017年分别提高了80.57％，208.97％，36.33％，树种空间隔离程度大大提高;幼龄林与中龄林的竞争指数到2017年分别下降了6.44％和7.16％，变化幅度较小，而近熟林的竞争指数到2017年提高了20.26％;幼龄林的开阔比数到2017年减少了22.16％，林木所在的光环境从非常开阔变为开阔，中龄林与近熟林的开阔比数随到2017年分别减少了35.95％、25.09％，林木所在的光环境从开阔变为中等开阔;中龄林和近熟林的林层指数分别提高了26.72％、92.52％，说明补植后使林分在垂直方向上分层更复杂;幼龄林的角尺度到2017年减少了20.29％，从团状分布变为随机分布，中龄林的和近熟林的角尺度变化幅度较小，林分水平分布格局更趋向于均匀分布的随机分布。 (2)杉木生态公益林多功能动态分析。本文从土壤水源涵养、物种多样性、固碳以及生产力4大功能出发，对不同龄组杉木生态公益林的多功能进行动态分析，结果表明，林分的多功能效益有明显提升，从土壤水源涵养功能来看，幼、中、近熟林的土壤持水量分别增加了18.85％，36.94％，32.78％，土壤孔隙度分别增加了0.59％，11.57％，8.58％，土壤容重分别减少了16.06％，18.71％，18.46％;从物种多样性来看，幼、中、近熟林的丰富度指数分别增加了3.03％，12％，9.76％，Shannon-Wiener指数分别增加了7.3％，5.56％，18.24％，Pielou均匀度指数分别提高了5.95％，1.76％，15.35％;从固碳功能来看，幼、中、近熟林的乔木碳储量分别增加了546.78％，74.88％，23.76％，林下植被碳储量分别增加了6.47％，18.50％，7.61％，枯枝落叶层碳储量分别增加了17.15％，14.32％，16.35％，土壤层碳储量分别增加了21.22％，16.66％，15.27％;生产力功能各指标的变化情况跟固碳功能一致。 (3)林分空间结构与林分多功能耦合关系研究。本文采用灰色关联分析法研究林分空间结构对林分多功能的影响，结果表明:杉木幼、中、近熟林的空间结构指标与土壤水源涵养功能的关联度排序分别为:开阔比数＞角尺度＞竞争指数＞全混交度，角尺度＞林层指数＞竞争指数＞全混交度、开阔比数，全混交度＞角尺度、林层指数＞开阔比数＞竞争指数;与物种多样性功能的关联度排序分别为:竞争指数＞开阔比数＞角尺度＞全混交度，角尺度＞竞争指数＞林层指数＞开阔比数＞全混交度，角尺度＞全混交度、开阔比数＞竞争指数＞林层指数;与固碳功能的关联度排序分别为:开阔比数＞竞争指数＞角尺度＞全混交度，角尺度＞林层指数、竞争指数＞开阔比数＞全混交度，角尺度＞全混交度＞开阔比数＞竞争指数＞林层指数;与生产力功能的关联度排序分别为:竞争指数＞开阔比数＞角尺度＞全混交度，角尺度＞林层指数＞竞争指数＞开阔比数＞全混交度，角尺度＞全混交度、开阔比数＞竞争指数＞林层指数。总的来说，幼龄林中对林分多功能影响较大的空间结构因子是开阔比数与竞争指数，中龄林中影响较大是角尺度、林层指数与竞争指数，近熟林中影响较大的是角尺度与全混交度。 (4)杉木生态公益林多功能经营技术。基于林分空间结构与林分多功能耦合关系研究，以主要影响的林分空间结构因子为优化依据，幼龄林中应该改善幼树的生活环境，适度降低林分的开阔程度，尽快形成郁闭主林层，减少林木间的竞争，促进林木生长;中龄林中应该调整林木的分布格局，形成结构丰富和层次明显的复层林，减少林木竞争，促进优势木的快速生长，形成良好的干形;近熟林中应该调整林木的空间分布格局，并林下补植增加林分的树种隔离程度，使优势个体健康高效生长。