基于模糊隶属函数的高寒荒漠区人工林稳定性评价.pdf
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1、收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目“高寒半干旱荒漠区植被恢复过程中深层土壤有机碳库特征及其组分稳定性维持的微生物机制”()青海省重点研发与转化计划“青海共和盆地基于林分稳定和功能保障的沙化土地防护林评价和示范”()第一作者简介:徐莹()女 硕士研究生 从事高寒地区森林生态恢复机理研究:.通信作者:邓磊()男 副研究员 博士 从高寒地区森林生态恢复机理研究:.:./.基于模糊隶属函数的高寒荒漠区人工林稳定性评价徐 莹 邓 磊(.青海大学农林科学院 青海 西宁 .青海省林业和草原项目服务中心 青海 西宁)摘要:基于模糊隶属函数综合评价理论 以青海共和盆地东缘、年生青杨纯林和青杨云杉
2、林为研究对象 选择能反映群落基本特征的种群更新潜力、土壤肥力、林地生产力和物种多样性 项指标 构建森林群落稳定性评价模型 评价森林群落稳定性 结果表明:青杨云杉林的林分更新潜力高于青杨纯林 年生青杨纯林内补植云杉可以提高林地 土壤中速效磷、速效钾含量及 土壤中有机质含量 混交丰富了冠层结构 补植提升了乔木层生物量 乔木竞争优势大于灌木 随着林龄的增大 青杨云杉林内乔木层地下部分生物量增长速率大于地上部分 随林开放科学标识码(码)着内生境的改善 植物地下竞争效应增强 地下部分生物量分配增加 年生青杨云杉林内物种丰富度最高 林下草本层多样性指数、优势度也最大 不同恢复年限群落稳定性表现为 年生青杨
3、云杉林为最高 评价结果符合当地青杨纯林发育情况 成熟的云杉杉塔可为群落正向演替及持续发育提供稳定的生殖策略 使群落向近自然林结构发展 在共和盆地东缘及相似生境以青杨无性系扦插苗营造的第一代防护林基础上开展乡土树种补植 可提高群落稳定性 实现群落天然化发育关键词:高寒荒漠区 人工林 混交 模糊综合评价 群落稳定性中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.森林与环境学报 ():第 卷 第 期 年 月 .:森林群落的稳定性是林分结构和生态功能的综合表现 受到外界干扰时 群落能通过自身恢复使群落仍处于平衡状态 模糊综合评价是建立在生物统计学、生态学、模糊数学基础上的群落稳定性评价体系 较其他评
4、价体系具有简洁、操作简便、准确性高等优点 森林评价建模依赖于选择合适的测定变量 研究其对林分生长的影响 分析其变化规律 为收集多种调查数据类型提供理论依据共和盆地位于青藏高原东北部 其脆弱敏感的生态环境导致沙化土地分布广泛 是青藏高原受荒漠化危害最严重的区域之一 该区域长期存在土地沙化、植被退化等问题 使其生态系统极度脆弱区域内青杨人工林在发育 后 林分枯枝率增加 较低的土壤水分无法满足青杨中龄林生长发育林分呈现衰退趋势 以往对共和盆地人工林的研究主要集中在土壤水分利用特征、根系分布差异、林内环境变化对不同树种的响应等方面 而对不同经营措施下人工林能否通过演替来提高群落稳定性的研究鲜有报道 为
5、保证区域植被稳定性并遵循适地适树原则 年 研究团队对共和盆地东缘青杨人工林开展以乡土树种云杉()为目标树的次林层补植试验 通过模糊隶属函数比较不同恢复年限两种林分更新潜力、土壤肥力、林地生产力、物种多样性 评价群落稳定性和持续发育潜力研究结果可为该区人工林群落经营方式提供理论依据 研究区概况与研究方法.研究区概况研究区位于青海省海南藏族自治州贵南县黄沙头()地处共和盆地东缘海拔 该区属于高原温带半干旱气候 年平均气温.年平均降水量 年平均蒸发量 .该区域为片状防护林 植被类型属荒漠疏林 当地人工植被营造一般在封禁背景下 进行.麦草沙障固定沙丘 造林时 乔木层采用 年生青杨无性系扦插苗 灌木层采
6、用柠条种子点播、年生乌柳无性系扦插苗 为保证幼苗成活率 在造林 后对未成活苗进行补种造林后禁止放牧、砍伐 避免人为干扰 发育 后 青杨群落呈衰退趋势 年 在已建植青杨纯林下补植地径 、高度.的云杉幼树 补植密度为 株 根据现有植被分布情况 不刻板统一株行距进行补植 因地制宜沿种群冠幅投影方向穴状整地 呈“品”字形排列 营造青杨云杉林 研究区主要优势乔木为青杨()和云杉 灌木为柠条()和乌柳()草本为狗牙根()、固沙草()和白酒草()土壤类型为风沙土 植被类型为荒漠疏林.样地设置与调查 年 月 在研究区内分别选择恢复年限为、的青杨纯林和青杨云杉林设置样地 在每个林分丘间地下部设置 块 的乔木样地
7、 共计 块 在样地内进行每木检尺详细记录树种坐标、地径、树高、枝下高、冠幅(东西、南北)等 在样地内沿一个对角线设置 个 的灌木样方 个 的草本样方 个 幼苗样方 记录每个灌木样方、草本样方和幼苗样方内的植物种类、高度、盖度、基径、冠幅、多度、频度、幼苗高度、基径等 各样地基本情况见表.乔木及林下植被层生物量调查选择青海地区青杨、云杉适用的生物量方程 根据胸径()及树高()计算乔木地上生物量()、地下生物量()灌木、草本生物量采用全收获法 将所获植物地上部分、地下部分分装并标记 带回实验室称其鲜重后 利用烘干法在 的烘箱烘干至恒重 测定样品干质量 将所得植株地上部分和地下部分干质量相加得到该植
8、株总的生物量 第 期徐莹 等:基于模糊隶属函数的高寒荒漠区人工林稳定性评价表 样地基本情况 林龄/林分类型 海拔/坡度/()平均胸径/平均树高/林分密度/()郁闭度枯枝率/青杨纯林.青杨云杉林.青杨纯林.青杨云杉林.青杨纯林.青杨云杉林.青杨纯林.青杨云杉林.青杨纯林.青杨云杉林.注:表中平均胸径、平均树高、林分密度、郁闭度、枯枝率的数据均为平均值标准差 数据后不同小写字母表示同一林龄不同林分类型各指标的显著性水平(.):.(.).土壤理化性质调查样地内设置 个取样点采集、的土样 装入塑封袋并标记 带回实验室 利用 法测定土壤速效磷的含量 碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定土壤速效钾含量 重铬酸钾容
9、量法测定土壤有机质含量 采用流动分析仪(德国)测定铵态氮含量.评价指标体系及因子()种群更新潜力:评价依据是优势乔木幼苗、幼树、成树占乔木总数的比例 根据样地内林木的 和树高划分幼苗、幼树和成树 树高不足.或 为幼苗 为幼树 为成树()土壤肥力:评价因子为土壤有机质含量、铵态氮含量、速效钾含量、速效磷含量()林地生产力:评价因子为乔木生物量、灌木生物量、草本生物量()物种多样性:通过调查可知灌木及草本植物的多度、盖度、频度 计算物种重要值 进一步计算多样性指数 评价因子为物种丰富度指数()、优势度指数()、多样性指数()、均匀度指数(、).数据处理采用 整理数据、软件进行图形处理 软件进行单因
10、素方差分析 显著性水平为.群落稳定性评价方法利用模糊综合评价中隶属函数值对 种林龄青杨纯林、青杨云杉林群落稳定性进行综合评价 采用公式()计算评价指标隶属函数值()()式中:()为第 个群落类型的第 个层次第 项评价指标的隶属函数值 且()表示第 个群落类型的第 个层次第 项评价指标测定值 为所有群落类型中第 项指标的最小值为所有群落类型中第 项指标的最大值 用同一群落类型的各项参评指标的平均隶属函数值作为评价群落稳定性的依据 在数据分析时 各指标原始值间均存在较大差异 无法客观地评价森林群落稳定性大小 因此参与评判的各因子数据均需进行标准化转换 在同类评价因子的原始数据中 选择其最大值作为分
11、母 每一个原始数据作为分子 再将其比值乘以 后获得标准化后的数据 结果与分析.不同林分更新潜力比较以幼苗个体数量占种群数量的比例作为种群更新潜力 不同林分种群更新潜力如表 所示森 林 与 环 境 学 报第 卷、年生青杨纯林内幼苗个体数量分别占各自种群的.、.、.、.青杨云杉林内幼苗个体数量分别占各自种群的.、.、.、.随着林龄的增长 青杨云杉林分种群更新潜力较青杨纯林增加了.、.、.、.青杨云杉林更新潜力高于青杨纯林 这是由于植物种间竞争及自身个体繁殖特征不同导致 青杨通过根基或根系萌苗进行无性繁殖 母株通过根系供给幼苗定居前所需养分 具有成活率高的特点 云杉主要依靠实生种子进行有性繁殖 成熟
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