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天宝岩国家级自然保护区长苞铁杉林倒木数量特

发布日期:2019-09-10

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   天宝岩国家级自然保护区长苞铁杉林倒木 数量特征研究# 王磊1,游惠明1,何东进1,刘进山2,肖石红1,蔡昌棠2,游巍兵1,叶贤双1** 5 10 15 20 25 30 (1. 福建农林大学林学院,福州 350002; 2. 永安天宝岩国家级自然保护区,福建 永安 366032) 摘要:本文通过对天宝岩国家级自然保护区长苞铁杉林不同海拔不同腐烂等级倒木的径级结 构、高度/长度分布以及材积分布特征等展开研究,结果表明:(1)天宝岩长苞铁杉林倒木 主要由小径级木组成,且随着海拔的升高,呈现出先降低后上升的趋势,中径级倒木所占比 例呈现出先升高后降低的趋势,而大径级倒木数量最少;(2)倒木的高度/长度主要集中在 1-6m,随着高度/长度的增加,各海拔高度的倒木所占比例均减小;(3)不同腐烂等级倒木 材积的变化趋势为ⅣⅡⅤⅠ;(4)不同径级倒木材积的分布呈现中径级大径级 小径级的趋势。 关键词:数量特征;天宝岩国家级自然保护区;长苞铁杉林;倒木;变化规律 中图分类号:N91 Quantitative characteristics of the logs of the Tsuga longibracteata forests in Tianbaoyan National Nature Reserve WANG Lei1, YOU Huiming1, HE Dongjin1, LIU Jinshan2, XIAO Shihong1, CAI Changtang2, YOU Weibing1, YE Xianshuang1 (1. Fujian Agriculture And Forestry University ,College of Forestry, FuZhou 350002; 2. Tianbaoyan National Nature Reserve, FuJian Yong’an 366032) Abstract: The paper studied the dynamic changes of diameter distribution and decay class and height/length distribution and volume distribution. The results showed that: (1)The Tsuga longibracteata forests in Tianbaoyan National Nature Reserve was mainly composed of small- diameter logs which showed an upward trend in diameter after the first reduction with increasing altitude.While mid-diameter logs showed an downward trend in diameter after the first increasing with increasing altitude. And large-diameter logs is the least.(2) The height / length of logs mainly distributed at the range of 1-3m. And with the height / length increased, the proportion of logs in various altitude was reduced.(3)The study of volume of logs showed that the volume of logs first declined and then rose and finally fell with the increase of decay classes in order of Ⅲ ⅣⅡ ⅤⅠ,(4)With the increase of diameter,the volume of logs rose first and fell in order of mid- diameter large-diameter small-diameter. 35 Keywords: quantitative characteristics; Tianbaoyan National Nature Reserve; Tsuga longibracteata forests; logs; Variation 0 引言 粗死木质残体(Coarse Woody Debris,简称 CWD)通常包括直径大于 2.5cm 的枯立木、 40 倒地尚未分解和处于分解中的树干、大树枝及其树桩和粗根[1,2]。粗木质残体作为森林生态 系统重要的结构性和功能性组成要素[3],它不但能为动物和微生物提供生境,维持森林生物 的多样性与森林生态结构的完整性[4-5],而且它作为森林土壤表层养分循环、能量流动、信 基金项目:教育部博士学科点专项科研基金(No.005);国家自然科学基金(No.; 福建省自然科学基金(No. 2011J01071、08J0116) 作者简介:王磊,(1988-),男,在读硕士研究生,主要从事森林生态学研究。 通信联系人:何东进,教授,博士生导师,从事森林生态学和景观生态学研究。 E-mail: -1-  息传递与价值转移的载体和纽带[6-7],对维护森林生态功能的稳定性也有着不可忽视的贡献。 因此,一定地区天然林的粗死木质残体(CWD)基础特征的研究是进一步研究森林生态系 45 50 55 60 65 70 75 80 统物质循环和能量流动功能的重要基础,也是当前森林生态系统研究中的重要内容[8]。 近年来,有关粗死木质残体的研究越来越受到国内外学者的重视[9-13] 。美国、加拿大、 欧洲等一些国家很早就开始了这方面研究,并推动了粗死木质残体(CWD)研究的发展[14-16]。 我国学者对粗死木质残体研究是在国际潮流的影响下开始于 20 世纪 80 年代,近几十年来, 研究主要围绕数量特征、贮量、动态、分解、呼吸、碳库、空间分布及养分含量等方面[1,2,17-32]。 另外,还有学者对 CWD 对干扰后生态系统影响进行研究[33-34]以及对城市建设的影响进行研 究[35]。国内对粗死木质残体的研究主要见于天然林生态系统,而对人工生态系统中粗死木 质残体的研究仅见于杉木林[36]。 福建省天宝岩的长苞铁杉林是典型的常绿针阔混交林,是我国特有珍稀古老的第 3 纪孑 遗植物。目前对其的研究主要集中于区系、外貌、生物学特性、一般群落结构及林隙等方面 [37-41] 且天宝岩长苞铁杉林中的 CWD 主要以倒木为主[42],因此,本文拟在前期研究[42]的基础上, 细化海拔梯度,通过对倒木径级分布规律、腐烂等级分布、高度/长度分布以及材积分布等 方面特征的研究,深入了解森林的动态演替规律,为开展倒木上幼苗更新提供基础环境依据, 也为科学管理天然长苞铁杉林以及有效保护天宝岩国家级自然保护区森林生态系统提供科 学指导。 1 研究地概况 天宝岩国家级自然保护区位于福建省永安市东部的西洋、上坪、青水 3 个乡(镇)交界 处,东经 117°28′03″-117°35′28″,北纬 25°50′51″N-26°01′20″,面积 11015.38hm2,保护区核 心距离永安市 36 km。1988 年 12 月为福建省级自然保护区,2003 年 6 月份经国务院批准晋 升为国家级自然保护区。天宝岩国家级自然保护区为戴云山余脉,最高处海拔 1 604.6m,最 低处海拔 580m,中、低山地貌,属中亚热带海洋性季风气候区,年平均气温 15,1 月份 平均气温 5,7 月份平均气温 23,极端高温 40,极端低温-11,≥10的活动积温 4500- 5800,无霜期 290d,年平均降水量 2039mm,多集中于 5- 9 月份,年平均相对湿度 80 以上。该保护区四季分明,气候温暖湿润,光、热、水条件优越。保护区露出地层的有 泥盆纪和侏罗纪的沉积岩,以及深层侵入的花岗岩。地带性土壤为花岗岩和砂岩风化发育成 的红壤,分布于海拔 800m 以下,海拔 800- 1350 m 为山地黄红壤,海拔 1350m 以上为山地 黄壤,局部山间盆地发育了泥炭土。大部分地区土层较薄,但长苞铁杉林分布地段上的土层 较厚,达 1 m 以上,其腐殖质层厚约 20 cm,地表枯枝落叶层厚 5- 20cm,表土质地为壤土, 呈酸性。长苞铁杉林是我国亚热带地区典型的扁平叶型的常绿针叶林之一,在我国以南岭山 地和戴云山为主要分布区,形态非常特殊,长苞铁杉在天宝岩保护区内分布面积 186.7hm2, 原生性纯林 20hm2,根据现有资料,保护区内长苞铁杉的规模和群落的完整性为我国之最[43]。 2 研究方法 2.1 样地设置及样品采集 选取不同海拔的长苞铁杉林,按照不同海拔梯度分别设置 7 块 20m×30m 样地,做为固 定样地以备之后做阶段性复查,采用 5m×5m 相邻格子法进行调查,对样地内所有直径 -2-  ≥2.5cm,长≥1.0m 的倒木进行每木调查,记上序号,并钉铝制树牌进行编号并逐株登记其高 度、胸径、大头直径、小头直径以及中央直径。按照文献[9]将倒木等级划分为 5 级,分别用 、、、、表示,确定倒木不同腐烂等级的标准木,并按分层取样法,从标准木树 干的上、中、下部的中央地段分别截取一定体积的样品,现场称重后带回实验室分析测定。 85 90 95  2.2 数据处理 用 Excel 2003 进行数据处理,平码三中三免费公开!统计倒木的径级、腐烂等级和高度/长度所占比例以及不 同海拔、不同径级、不同腐烂等级的倒木材积。 倒木材积(蓄积量)的计算根据 Darrin 等[27]的计算公式如下: V?????h?R1?? R1 R2?? R2???/ 3 其中:R1 为大头半径,R2 为小头半径,h 为高度。 3 结果与分析 3.1 数据处理倒木的径级结构 倒木径级结构是指各类型倒木的株数及其在不同胸径死亡木中所占的比例。在野外实地 调查中,有些倒木腐烂严重或深陷人土导致其胸径数据无法测定,用“无”表示。所调查的天 宝岩长苞铁杉林不同海拔的倒木,以 10cm 为一径级统计各径级内的数量所占比例,从而确 定径级结构。以 10cm 为径阶将不同海拔的倒木划分为 0~10cm、10~20cm 和≥20cm(上限排 除法)3 级,并将其分别称为小径级木、中径级木和大径级木。 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0~10cm 10~20cm ≥20cm 无 1150 1192 1223 1274 1326 1370 1463 海拔(m) Elevation(m) 100 105  图1 不同海拔倒木的径级分布 Fig.1 The diameter distribution of the Logs in Tsuga longibracteata forests in different elevation 天宝岩不同海拔长苞铁杉林倒木主要是由小径级木(胸径 0~10cm)组成(图 1),且 0~10cm 径级倒木所占比例随着海拔的升高,总体上呈现出先降低后上升的趋势,在 1274m 处出现低谷。10~20cm 径级及≥20cm 径级倒木所占比例随着海拔的升高,呈现出先升高后降 低的趋势,在 1274m 处出现一个峰值。另外,中海拔 1274m 和 1223m 处无径级分布的倒木 数量较多,也占一定的比例,说明此处大多数倒木腐烂程度较高,以致分辨不出其径级,可 能是由于保护区建立前该处受过人为砍伐干扰较为严重,保护区建立后人迹罕至的原因所 致。 3.2 倒木的高度/长度分布 110 -3-  表1 不同海拔倒木的高度/长度分布 Tab.1 The distribution of Height or Length of Logs in Tsuga longibracteata forests in diferent elevation 海拔(m) 高度分布范围比例/% 1~3m 3~6m 6~9m  ≥9m 1150 56 38 6 0 1192 55 36 6 3 1223 53 30 4 13 1274 79 12 9 0 1326 67 26 0 7 1370 60 27 3 10 1463 89 11 0 0 115 120  不同海拔高度的倒木高度/长度分布见表 1。各个海拔长苞铁杉林倒木的高度主要分布在 1~6m,该高度级倒木在高度分布中的比例占 83%以上;随着海拔的升高,长苞铁杉林的高 度分布在 1~3m 的所占比例逐渐升高,在 3~6m 有逐渐减少的趋势。长苞铁杉林倒木高度分 布比例不仅随着海拔的变化而变化,并且在同一海拔,倒木的高度所占的比例也不尽相同, 大致服从(1~3m)径阶(3~6m)径阶(6m)径阶。 3.3 倒木的材积分布 3.3.1  不同腐烂等级倒木材积的海拔分布 图 2 是不同腐烂等级倒木材积的海拔分布图。各腐烂等级在不同海拔的分布不一致,海 拔 1192m 处腐烂等级为Ⅲ的倒木材积最大。随着海拔的升高,腐烂等级为和的倒木材 积总体都呈现出先升高后减小的趋势,其余腐烂等级变化规律不明显。低海拔 1150m 和高 125 海拔 1463m 处的材积总量最小,这是由于此两海拔高度处人迹罕至,人为干扰少,材积总 量也就较少,同时腐烂等级为和的倒木材积分布相对其他腐烂等级都相对较少,都接近 于 0 m3 /hm2。但总体上,天宝岩长苞铁杉林不同腐烂等级倒木材积大小顺序为ⅣⅡ ⅤⅠ。 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0  Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 1150 1192 1223 1274 1326 1370 1463 海拔(m)Elevation(m) 130  3.3.2  图 2 不同腐烂等级倒木材积的海拔分布 Fig.2 Distribution of logs volume with different decay classes at various elevations 注:~Ⅴ为倒木腐烂等级 不同径级倒木材积的海拔分布 135 不同径级倒木材积在不同的海拔分布特征不同(图 3)。随着海拔的升高,倒木材积呈 现出先升高后下降的趋势,海拔 1192m 处的各径级分布的倒木材积均最大,这与上文不同 海拔腐烂等级倒木材积变化结果相似,这可能是由于此处存在人为经营的毛竹林,人为破坏 较为严重,使得各径级倒木数量都增加,材积也升高。低海拔 1150m、中海拔 1223m、高海 拔 1463m 3 处倒木材积随着其径级分布的升高而降低,且径级为≥20cm 的倒木材积都较小, -4-  140  几乎为 0 m3 /hm2。总体上,天宝岩长苞铁杉林倒木径级为 10~20cm 的材积最大,随着倒木 径级变化,材积大小顺序为:中径级大径级 小径级。 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0~10cm 10~20cm ≥20cm 1150 1192 1223 1274 1326 1370 1463 海拔(m)Elevation(m) 图 3 不同径级倒木材积的海拔分布 Fig.3 Distribution of Logs volume with various DHB in different elevations 145 由以上的分析可知,倒木的材积随着海拔、腐烂等级以及径级变化而变化,由于海拔 1150m 处样地与其他海拔样地不在同一座山地,扣除考虑该样地,其余样地的倒木材积总体 上随着海拔的升高而减少,即材积的大小顺序为: 1192m 1370m 1223m 1274m 1326m1463m。倒木的材积受人为干扰的影响较为明显,低海拔 1150m 和高海拔 1463m 150 155 160 165 170 两处由于人为干扰,各腐烂等级和各径级分布的倒木材积都较小,而海拔 1192m 处由于长 期受到人为破坏,倒木材积则偏高。 4 结果与讨论 本研究显示天宝岩不同海拔长苞铁杉林倒木主要是由小径级木(直径 0~10cm)组成, 而且直径分布所占比例随着海拔的升高,呈现出先降低后上升的趋势,与游惠明等[42]研究 倒木数量随着径级增加呈下降趋势结果相同;谷会岩等[44]对天然兴安落叶松林研究的粗死 木质残体大部分径级在 20~40cm,干扰林径级在 10~30cm,这可能是由于干扰程度不一样; 何帆等[45]对天然油松林研究的倒木以 10~20cm 径级为主和对天然锐齿栎的倒木研究以 ≥20cm 为主,可能是由于林地不同径级木主要组成不一样。 随着海拔的升高,倒木材积呈现出先升高后下降的趋势,与杨丽韫等[17]研究得出倒木 的蓄积量随海拔升高而升高的结果不一致,这可能与树种混交的程度和林分受到的干扰程度 有一定关系;此外,随着海拔的升高,倒木材积呈现出先升高后下降的趋势,这与郑关关[2] 的研究结果一致,都是在一定的高度受到人为干扰对倒木的材积量产生了影响。柳泽鑫等[46] 在粤北常绿阔叶林也对倒木进行了研究,研究结果表明倒木的材积为 17.58 m3 /hm2,Davis 等[47]在美国南卡罗来纳金松林对倒木材积研究是 59.4 m3 /hm2,金光泽等[48] 在小兴安岭冷 杉林对倒木材积研究是 96.25 m3 /hm2,刘翠玲等[20]在鳞毛蕨天山云杉林对倒木材积研究是 337.61 m3 /hm2,对比这些研究发现,随着纬度的升高,倒木材积呈现增大的趋势,而本研 究的倒木材积为 87.4 m3 /hm2,符合这一规律。 导致倒木腐烂数量分布差异的原因众多,不同的坡度、坡位、坡向,人为干扰、自然干 扰,温度、湿度,病虫害等这些都会影响到倒木腐烂数量的不同,本研究显示倒木的数量最 多分布在、腐烂等级上,与刘妍研等[22]对小兴安岭阔叶红松林倒木的研究结果在、 等级上一致。而赵鹏武等[49]对兴安落叶松倒木研究发现倒木数量最多分布在、等级 和对白桦倒木研究最多分布在、、等级,贺旭东[50]对万木林常绿阔叶林的研究倒木 -5-  数量最多分布在~Ⅳ等级,王俊峰等[51]的对长白山云冷杉的研究倒木数量最多分布在、 、,这可能是与所受林分的干扰程度有关,另外,由于划分腐烂等级的分类系统的侧重 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 点不同,也使得研究者在判断倒木腐烂等级时得到的结果存在差异。 粗死木质残体(CWD)广泛存在于森林生态系统中,是森林生态系统中重要的结构性 和功能性的组成要素,而且对维持森林生态系统生物多样性、稳定性以及生态系统的平衡起 着重要作用。目前,我国还处于对粗死木质残体研究的初级阶段,对其各种功能的机制尚未 完全弄清楚,林内到底需要保留多少粗死木质残体才合适以及哪些是主要的影响因子等问题 还需做进一步深入研究[10]。 [参考文献] (References) [1] 李凌浩,党高弟,汪铁军,等.秦岭巴山冷杉林粗死木质残体研究[J].植物生态学报,1998,22(5): 434~440. 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