辽河源油松次生林林分结构和功能性状对生产力的影响研究

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油松(Pinus tabuliformis)为中国特有树种,是华北森林的代表性物种,有着涵养水源、固碳释氧等多种生态功能。本文以河北辽河源油松次生林为研究对象,围绕着不同林龄油松次生林群落结构与生产力特征,研究了油松次生林的群落结构多样性与异质性,分析了不同林龄油松次生林的林下更新和优势种功能性状特征,并通过冗余分析、逐步回归、结构方程模型等方法进一步探讨了群落结构多样性、功能性状和环境因子对生物量和生产力的影响,从而为天然林的稳定可持续发展和生态功能发挥提供理论支撑。主要的研究结果如下:(1)辽河源油松次生林群落中,调查到物种114种,隶属于44科89属,植物种类以地面芽植物占比最大,为典型的温带性气候下的植被类型。乔木层树种为油松,灌木层和草本层多样性指数和物种丰富度较高,随着林龄的增加而增大。群落的垂直结构明显,随着林龄增加上林层树木比例和大径木比例增大,径级分布由倒“J”向正“J”型转变,竞争指数和基尼系数降低,均匀度指数增加,60a的胸径辛普森指数、香农指数和变异系数显著高于其他林龄,林分开度和林隙分数较大,冠层的冠上和冠下总光量子密度较高,结构相对复杂。通过连续三年的种子雨、土壤种子库和幼苗的观测,结果表明辽河源保护区的油松次生林天然更新较好,油松种子雨数量和土壤种子库数量30a和70a较其他林龄高,种子萌发率与种子雨数量正相关,一年生幼苗的死亡率较高,采用熵值法对更新情况进行了评价,结果显示50a的油松林的更新指数较其他林龄高,逐步回归分析表明胸径辛普森指数和土壤含水率是更新的主要影响因子。(2)不同林龄的油松叶和小枝性状随着林龄的增加表现出新叶的比叶面积有降低的趋势,而老叶的叶片干物质含量、叶面积和叶磷含量有升高的趋势,小枝茎比密度和小枝全碳含量逐渐升高。不同林龄的油松新叶和老叶性状差异显著,一年生叶片的比叶面积、全氮和全磷含量显著高于老叶,而叶片干物质含量和全碳含量显著低于老叶。物种水平上,油松厚度和叶片全碳含量较高,而比叶面积较其他物种低。不同物种小枝性状中,干物质含量、氮和碳含量显著高于其他物种的分别为蒙椴、胡枝子和油松。功能群水平上乔木层、灌木层和草本层整体上表现出叶片厚度、干物质含量和全碳含量逐渐降低,而叶面积、比叶面积、全磷和全氮逐渐增加。(3)对不同林龄的油松林进行生物量与生产力分析结果表明,乔木层生物量在总生物量中占比最大(>90%),其次为枯枝落叶层,灌木层和草本生物量占比较小。乔木层生物量60a油松次生林高于其他林龄,而生产力则为50a油松次生林高于其他林龄。随着林龄增大灌木层和草本层单位面积生物量和生产力表现出增加的趋势,60a表现较高。地表枯落物层生物量总量以60a油松次生林较高,平均为22.63t ha-1,年凋落物量60a和30a显著高于40a和50a。总生物量60a较高,而生产力则为50a高于其他林龄。结构方程模型分析结果表明,林分结构(基尼系数和结构多样性)和叶功能性状(叶面积和氮含量)是生物量和生产力的显著性影响因子,生物量与基尼系数极显著负相关,而与胸径香浓指数极显著正相关,其中生物量主要受到林分结构的影响,而生产力主要受到功能性状影响。研究结果表明,随着林龄增加,竞争指数和基尼系逐渐降低,结构多样性指数逐渐增加,60a油松次生林结构复杂物种多样性高,生物量较大。结构多样性显著影响生物量的积累,而功能性状中新叶面积和叶氮含量显著影响生产力,因此保持适当高的胸径多样性能够促进生物量的积累,在油松天然林的保护与管理上,在不同的生长阶段采取优化林分结构措施促进天然更新和生产力。
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