东折棱河地区阔叶红松林空间分布格局研究

东折棱河地区阔叶红松林空间分布格局研究

1红松林的研究现状阔叶红松林是一种分布在北温带上的种子、多层次、价值和效率的森林类型。物种丰富，结构复杂，生物量高，自我维持能力强。这是一种普遍认可的高价值和高产量森林。前苏联林业专家于20世纪30年代,我国学者于建国初期50年代就开始对阔叶红松林进行了大量研究。至此已有关于阔叶红松林的林型分类、结构、动态、物种间的关系、个体生态、采伐更新、经营技术以及阔叶红松林人工造林等方面的数百篇研究论文,分别从不同的角度阐述对红松及阔叶红松林的研究结果,对指导阔叶红松林的研究起到了重要作用。红松林在我国东北分布较多,存在着多种混交类型。笔者选取了柞树红松林、枫桦红松林和紫椴红松林等3种典型的阔叶红松林进行标准地调查,分析比较其林分结构(林分密度、林分胸径、平均树高、林分平均胸高断面积、林分蓄积、树种组成、各层优势种)、林分稳定性和更新情况的不同,以有利于进一步了解不同阔叶红松林林分结构的差异,了解天然红松林在其不同发育阶段的林分结构状况和更新演替状况,从而预测其未来可能出现的发展趋势,为制定林业经营管理措施提供依据。2苏集山低山缓坡厚土壤温度和降水量特征东折棱河森林经营所位于郎乡林区版图的中部,西邻西折棱河林场,南与头道沟森林经营所、二道沟森林经营所接壤,东北与大西北岔相依,地理坐标位于东经129°02′33.4″,纬度46°4′39.7″。施业区面积7039hm2,气候属北温带大陆性湿润季风气候区,冬季寒冷、干燥,延续时间场,夏季湿润凉爽短促,年平均气温为10℃。最热月(7月)平均气温在20～22℃,极端最高气温可达38℃。最冷月气温为-28～-23℃。极端最低气温可达-45℃,气温年较差大,约为43～50℃,最大年较差可达70～80℃。该地区年积温2250℃,霜冻严重,无霜期由从前的60d增加到目前的90～100d。本地区年降水约610mm。从降水的季节分配来看,暖季(6～8月)降水量占全年的80%～90%。冷季(10月至次年4月),初雪至终雪的日数虽长达180～210d,但雪量少,只占年降水量的10%～20%。本地区平均相对湿度65%～70%,夏季最高可达80%～85%,冬季为60%～70%。该地区主要以低山缓坡为主,海拔最高1180m,最低30m。全施业区共划分为22个林班,林业用地面积6718hm2,天然红松种子林面积1641hm2,天然云杉种子林面积37hm2,人工专营型种子林(主要包括红松、云杉、落叶松、青杨等)面积502hm2,整个有林地拥有蓄积总量125.98万m3。3林分蓄积量的测定在调查目的地选取具有代表性、避开林缘、无林窗的林分,设置了4个30m×30m的标准地进行每木调查。为了确保标准地位置和面积的准确性,采用GPS定位,罗盘仪测角,测绳量水平距,同时进行了坡度较正(当坡度>5°时),保证标准地有明确的边界。然后将每个标准地用样线划分成25个6m×6m的小样方,在每个小样方内分别设置1个2m×2m的样方调查灌木和更新情况,1个1m×1m的草本调查样方,同时确保所有灌木样方、草本样方是等距的(位于小样方的同一角)。在标准地内分别树种、活立木、枯立木用围尺测定每株树木的胸径,用测高器测定树高,并记录枝下高、冠幅等。调查各样方内的灌木、草本的种类、株数、均高、盖度和幼树的更新情况,最后填写标准地调查簿。并用Excel处理数据。本次采用的是分树种整化径阶查一元材积表法计算林分蓄积。其他相关计算公式如下:频度j=出现样方数j25×100j=出现样方数j25×100。其中j为样方里出现的第j种植物,25为总的样方数,j植物种出现的样方数占总样方数的比例即为其频度。4结果与分析4.1红松林的蓄积量由表1可看出,4块标准地调查了3种阔叶红松林,它们的平均胸径为13.6cm,平均树高为9.6m,每公顷断面积为39.2097m2,活立木蓄积每公顷357.3434m3。在4块标准地中蓄积最大的都是红松,而且占绝对优势,说明红松为整个林分的优势种,主要的伴生树种有蒙古栎、椴树、裂叶榆和枫桦。其中紫椴红松林的蓄积(454.7889m3/hm2)最大,枫桦红松林的蓄积(212.0778m3/hm2)最小,而且与其他林分的蓄积相差较大,主要与其林分平均胸径和平均树高相关。在整个林分中红松占了绝对优势,对比表1和表2可知,林分蓄积主要取决于红松的蓄积,红松的生长状况直接影响着林分的胸径和树高等特征,而由表3可知枫桦红松林中红松的平均胸径最小,也就决定了林分蓄积最小。4.2不同生境和混交林次林层优势树种和伴生树种的竞争对朗乡林业局东折棱河林场阔叶红松林结构分析发现,东折棱河林场的阔叶红松林可以明显的分为乔木层、灌木层和草本层,其中乔木层又可分为主林层和次林层,其垂直分布结构如表2所示。经分析计算可知,红松作为高大乔木占据着主林层,次林层则主要是阔叶树种和一些更新起来的针叶树种。主林层的红松分布最广,同时还有臭冷杉和云杉等伴生树种;次林层生长着各种阔叶树种,如蒙古栎、椴树、裂叶榆和枫桦等等。优势树种红松占据最大的生存空间,接受阳光照射的面积最多。阔叶树种在次林层争夺生存空间,从表2中看,取得优势的分别为蒙古栎、蒙古栎、枫桦和裂叶榆。在紫椴红松林次林层中,虽然椴树的蓄积小于裂叶榆,但从林分整体情况来看,其活立木株数和更新都要好于裂叶榆,椴树有可能取代裂叶榆成为次林层的优势种。在枫桦红松林红松中,次林层中生长着枫桦、紫椴和花楷槭,其蓄积相差不大,三者竞争激烈。而在柞树红松林次林层中,蒙古栎占据了绝对优势。比较灌木层和草本层可知:柞树红松林中绣线菊和苔草为相应层的优势种;而枫桦红松林和紫椴红松林中则是溲疏和粗茎鳞毛蕨占据了优势。林分内空间分布格局比较:从林相、坡度、海拔三个度量空间分布看,红松分布宽度最大,这再一次说明红松是整个林分的建群种,而不同的林型则有其相应的伴生种。柞树红松林主要是蒙古栎,枫桦红松林主要是云冷衫和枫桦,紫椴红松林主要是云冷衫和椴树,说明了它们对该区域的生态位空间具有较大的适应性。4.3林分更新与更新的序列分析4.3.1不同林分类型红松林不同年龄的生长状况在调查的三种红松林中,红松占绝对的优势,林分的年龄主要由红松的年龄决定。有研究表明,林分的生长量与其年龄成正相关趋势,但当林木年龄达到老龄时,生长有所减缓。又有研究表明,影响阔叶红松林林分生产力的主导因子是林木的平均胸径。因此红松的年龄与其胸径有正相关的趋势。通过树干解析的过程,已有人研究了红松的生长过程,并建立红松胸径生长量与其年龄的相关曲线图,如图1所示。由表3可知,4个标准地的优势种(红松)平均胸径达到了35.2cm,根据图1中所示的胸径平均生长量与年龄的关系可知,该区域天然红松林已生长了100多年。其中枫桦红松林的年龄最小,大约120年;紫椴红松林的年龄最大,大约280年;而柞树红松林也有150年左右。由于红松属于生长缓慢的树种,有资料表明红松的成熟龄为130～150年。照次划分,上述林分中,枫桦红松林为中年林(120年左右),柞树红松林为成熟林(150年左右),而紫椴红松林则为过熟林(280年左右)。再结合各林分的株数密度来看,紫椴红松林(过熟林)的株数密度最小为733株/hm2,枫桦红松林(中年林)的株数密度最大为2278株/hm2,柞树红松林(成熟林)居中,林分密度与林分年龄充分相适应。这说明随着红松林的不断生长,年龄的不断增加,其林分密度会相应的减小。根据林分年龄结构的划分可知,枫桦红松林(中年林)为增长型种群,柞树红松林(成熟林)为稳定型种群,而紫椴红松林(过熟林)则为衰退型种群。在此次调查的三种阔叶红松林中,林分密度与林分年龄充分适应,林分结构比较稳定。有关阔叶红松林的研究表明,在阔叶红松林中,树种的高度混交是群落稳定的重要因素。三种林分相较而言,枫桦红松林和紫椴红松林混交程度更高,其稳定性要好于柞树红松林。4.3.2林木更新的规律由表3比较4个标准地的更新情况可知,柞树红松林中蒙古栎更新较好(有12株),它们将会进入次林层,但不会使林分的树种组成发生太大的变化。相关研究表明,森林天然更新受到海拔的制约,随海拔上升红松、云杉、冷杉等针叶树的幼苗幼树数量明显增多。该林分位于山体上部,这显然与针叶树种的生态学特性相适应,针叶树的更新也不会太差。枫桦红松林中臭冷杉更新较好,有152株,却分配相对均匀,既有幼树又有幼苗。它们将会进入主林层从而改变树种结构,而枫桦虽然也有更新,但有研究表明枫桦更新主要靠年龄大的母树,其林分正处于中年龄,母树较少。臭冷杉进入次林层后,将会与其他阔叶树强烈竞争,最终进入主林层。在紫椴红松林中,花楷槭更新最好(9株),将进入次林层。其他如云杉、紫椴也有更新,它们都是耐阴树种,将会不断生长并进入林层。因为林分属于过熟林,树冠大而林隙也大。有关研究说明:成树树冠的遮蔽作用所导致的光照减少是制约幼树生长和存活的关键因素,林冠的存在对于出现耐荫树种的幼苗更新显然是有正面的作用。所以该林分的结构状况很适宜其更新演替,幼苗有强大树冠的遮挡而生长的更好,林隙的存在而使林内幼树不至因光照太弱而受制约。查其他相关资料有,红松幼苗是比较典型的聚集分布;成木有随机分布的趋势。总之,三种林分的更新情况都较好,在将来其优势种不会改变,红松仍占优势地位,林分的树种结构可能会有微小的变动,但对林分稳定性的影响不大。5林分密度对林分稳定性的影响(1)阔叶红松林可以明显的分为乔木层、灌木层和草本层,其中乔木层又可分为主林层和次林层。在整个林分中蓄积最大的是红松,为优势种。主林层的红松分布最广,占据最大的生存空间,同时还有臭冷杉和云杉等伴生树种;阔叶树种在次林层争夺生存空间,上述三种林分中取得优势的分别为蒙古栎、枫桦和裂叶榆,其灌木层和草本层的优势种也不尽相同。这主要与林地的自然状况有关,柞树红松林位于山体上部,坡度>20°,土层厚度相对较薄,阔叶树种类较其他林分单一,以蒙古栎为主。而枫桦红松林和紫椴红松林则为于山体中下部,属于缓坡,土层厚度>50cm,林分树种组成复杂。(2)三种林分分别处于红松林的不同发育阶段,枫桦红松林为中年林(120年左右),柞树红松林为成熟林(150年左右),紫椴红松林则为过熟林(280年左右)。其林分密度与林分年龄充分适应,林分结构较优。三种林分相较而言,枫桦红松林和紫椴红松林混交程度更高,其稳定性要好于柞树红松林。随着红松林年龄的不断增加,其林分密度会相应的减小。因为在林分不同的发育阶段中,各株成木所需的生