1. 研究目的与意义
江西武夷山国家级自然保护区位于江西省上饶市铅山县,处于武夷山脉北段的西北坡,其主峰黄岗山海拔2158,是我国华东大陆最高峰。该区域属于中亚热带季风气候,主要生态系统类型为中亚热带中山山地森林生态系统。随着海拔的上升,常见植被类型依次为毛竹林(3501200m)、常绿阔叶林(1300m以下)、常绿落叶阔叶混交林(13001800m)、中山针阔混交林(1500m1900m)、山地暖性常绿阔叶林(17001900m)、山顶苔藓矮林(17002000m)和山顶灌丛草甸(1900m以上的山顶或山脊)。保护区内植物地理区系成分复杂多样,以温带亚热带为主。
于2014年在该区域海拔1800m左右南方铁杉天然群落分布区域建立的中亚热带针阔混交林6.4hm2固定样地中,南方铁杉是该群落现阶段最重要的优势种。
南方铁杉属松科铁杉属,属于亚热带温性树种,生长速度慢,但寿命长,耐阴湿,喜温良湿润的环境,生于林中或林缘,是南方山地绿化树种,又是水源性涵养林的重要组成树种。南方铁杉分布广,但数量少而分散,目前尚无人工造林。南方铁杉是铁杉的变种,是中国特有第三纪残遗植物,在松科植物起源与迁移方面有着很高的科研价值。同时,它的材质优良、纹理细致、坚实耐用,可广泛应用于建筑、航空、造船与家具。但长期以来南方铁杉原生植物遭到不断破坏,造成生存竞争力降低、生境面积不断缩小、空间分布斑块化,因此,如何合理保护并促进南方铁杉针阔混交林的发展,已成为迫切需要解决的难题。
2. 国内外研究现状分析
森林生态系统稳定性研究方法可以概括为两类,一类是生物生态学方法,利用野外调查数据分析生态系统的稳定性,如采用年龄结构分析探讨植物群落的稳定性;另一类是数学生态学方法,采用数学模型的手段分析植物群落的稳定性。郑元润对科尔沁沙地大青沟森林群落同时运用M.Godron稳定性测定方法和建立在马尔柯夫群落演替模型研究基础上的群落演替与分析比较相结合的方法进行群落稳定性分析,结果得出两种方法的结论较为一致,所以两种方法均可以作为森林群落稳定性的测度方法。 M .Godron稳定性测定方法是法国生态学工作者从工业生产中发现并引入到植物生态学研究中的.它是由所研究的植物群落中所有种类的数量和这些种类的频度进行计算。首先把所研究群落中不同种植物的频度测定值按由大到小的顺序排列,并把植物的频度换算成相对频度,按相对频度由大到小的顺序逐步累积起来,然后将整个群落内植物种类的总和取倒数,按着植物种类排列的顺序也逐步累积起来,由对应的结果可以看出百分之多少的种类占有多大的累积相对频度。将植物种类百分数同累积相对频度一一对应,画出散点图,并将各点以一条平滑的曲线连接起来,在两个坐标轴的100处连一直线,与曲线的交点即为所求点。根据这种方法,种百分数与累积相对频度比值越接近 20/80 群落就越稳定,在20/80这一点上是群落的稳定点。 林分的空间结构决定了树木之间的竞争势及其空间生态位,在很大程度上决定了林分的稳定性、发展的可能性和经营空间的大小。森林的空间结构反映了森林群落内 物种的空间关系,对于描述林分及其状态的改变有特别重要意义。林分空间结构选用混交度(Mi)、大小比数(Ui)、角尺度(Wi)、开敞度(Bi)4个参数来描述。混交度(Mi)描述参照树与最近相邻木之间的树种空间隔离程度。将混交度定义为参照树i的4株最近相邻木j中与参照树不属同种的个体所占比例。大小比数(Ui)描述参照树与最近相邻木之间大小关系。将大小比数定义为胸径、树高或冠幅大于参照树i的相邻木j占最近4株相邻木的株数比例。角尺度(Wi)描述最近相邻木围绕参照树 空间分布的均匀程度。将角尺度定义为参照树与相邻木构成的小夹角α小于均匀分布时的标准角α0的个数占所考察的4个夹角的比例。开敞度(Bi)描述林木的个体生长空间大小。将开敞度定义为林内任意一株参照树到最近4株相邻木水平距离与它们各自高度比值的均值。 马洪婧,陈信力,史珑燕等利用空间结构参数及稳定度指数,对处于不同演替阶段的侧柏栎树混交林、栎树混交林和黄连木栎树混交林的空间结构和稳定性进行了研究,研究表明,树种隔离程度越高,林分的结构越稳定,群落的空间分布格局由聚集向随机转变,其群落或种群的结构越稳定。 周超凡,王博恒,王蔚炜等对黄龙山林区不同森林群落稳定性评价时发现,空间结构指数可以较好的反映群落的稳定性,其中,稳定性排序与混交值相关性较大,而分布格局与稳定性评价也有一定的相关性,但大小比数值与稳定性值几乎没有相关性。 一般来说,物种多样性越丰富,群落越稳定。在1970年以前,多样性导致稳定性假说被称为核心准则而被广泛应用到生态系统的研究中。肖文娅,周琦对苏州近郊 4 种人工林分,依据林分地上部分指标建立稳定体系,应用数学生态学方法,分析冬青针阔混交林、栎树针阔叶混交林、湿地松林和木荷林的林分稳定性,结果表明多样性并不完全能够代表稳定性。李昌龙对民勤连古城自然保护区5种典型群落进行物种多样性与群落稳定性分析,结果表明,从群落单一方面评价干旱荒漠地区群落类型物种多样性和群落稳定性是不全面的。陈璟在对莽山自然保护区南方铁杉种群物种多样性和稳定性进行研究,发现群落稳定性与物种多样性之间没有明确的关系。物种多样性对森林稳定性的评价具有一定意义,但不可单纯用多样性来确定稳定性的高低。 不同经营措施对森林群落的种群更新、群落结构、森林群落的稳定性产生重要影响。张树梓,李梅,张志东等以冀北山地不同经营措施的华北落叶松人工林为研究对象,运用模糊数学中隶属函数综合评判方法评价林分稳定性现状。结果表明: 不同经营措施经营后林分稳定性表现为人工促进更新>带状皆伐改造>孔状择伐改造>封禁促进植被恢复>未封禁。罗永福应用多样性分析方法和改进后的 M.Godron 稳定性测定方法研究闽西常绿阔叶林5种不同强度采伐作业10 a 后林分结构稳定性。结果表明,择伐林地林分处于稳定状态,随着择伐强度的增强,林分的稳定性开始逐渐降低,皆伐林地林分处于不稳定状态。 传统理论认为,演替是群落结构趋向于复杂化、多样性增加、功能完善和稳定性增加的过程,只有顶极群落才是稳定的群落。马洪婧,李瑞霞,袁发银等以处于不同演替阶段的侧柏栎树混交林、栎树混交林和栎树黄连木混交林3种典型森林群落为对象,通过函数隶属值方法评价了江苏盱眙火山岩山地典型森林群落在不同演替阶段的稳定性。结果表明:随着演替的进行,稳定性不断增强,与传统的演替理论一致,张梦弢,张青,亢新刚等以长白山杨桦次生林、云冷杉针阔混交林、云冷杉近原始林为研究对象,选择反映群落基本特征的种群更新潜力、土壤肥力( 土壤水分和土壤养分) 、林地生产力、物种多样性5项共 22 个因子,通过模糊数学的隶属函数值对不同演替阶段群落的稳定性进行评价。结果表明: 3 种森林群落的稳定性表现为云冷杉针阔混交林>云冷杉近原始林>杨桦次生林。 |
3. 研究的基本内容与计划
研究内容: 运用全站仪把样地分成 160 个 20 m20 m 的样方,每个样方进一步细分为 16个 5 m5 m 的小样方。以样地西北角为原点,西东向为 x 轴正方向,北南向为 y 轴正方向,在每个小样方内对所有胸径( DBH) ≥1 cm的木本植物进行物种鉴别、坐标定位、胸径测量和个体挂牌。 研究计划: (2018.12.20-2019.01.14):文献收集,撰写综述,准备开题 (2019.03.10-2019.04.25):试验地实地考察 (2013.05.15-2013.06.10):数据处理分析,并撰写论文 (2019.06.10-2019.06.20):准备答辩 |
4. 研究创新点
通过测定群落内乔木层的重要值、灌木层Shannon-Wiener( H') 指数和 Pielou( J)均匀度指数,以及郑元润改进后的M.Godron 稳定性指数,对武夷山 南方铁杉针阔混交林群落进行所处演替阶段的分析和群落稳定性研究,作为森林林分经营措施的依据。
