搜索
您的当前位置:首页正文

大兴安岭火烧迹地植被天然恢复效果的评价

来源:哗拓教育
第26卷第4期 森林工程 V01.26 No.4 2010年7月 F0REST ENGINEERING Ju1.,2010 大兴安岭火烧迹地植被天然恢复效果的评价 宋启亮 ,董希斌 ,李 勇2,秦世立2 (1.东北林业大学,哈尔滨150040;2.黑龙江大兴安岭林管局,黑龙江JJI ̄iS_奇165023) 摘要:通过对大兴安岭新林林业局宏图林场3个不同火烧恢复时期森林植被恢复的调查,以火烧迹地内 生物多样性为研究对象,应用主成分分析方法,对各调查区恢复情况进行分析。研究结果表明:火烧迹地各层 物种数随火烧后恢复时间的推移,乔木层与灌木层的变化不是很明显,而草本层变化较大,随着时间的推移物 种数逐渐降低;各层的物种多样性随火后恢复时间的推移先增加后减少,之后逐渐处于平稳;各层的物种均匀 度随火后恢复时间的推移也是先增加后下降,之后逐渐处于平稳,其中波动变化最大的是灌木层,说明火干扰 对灌木层空间分布影响较大。 关键词:火烧迹地;生物多样性;植被;天然恢复;评价 中图分类号:¥782,¥752 文献标识码:A 文章编号:1001—005X(2010)04—014—05 Evaluation on Burned Slash Vegetation Natural Restoration Effects in Daxinganling/Song Qiliang’,Dong Xib・ in ,Li Yong ,Qin Shili (1.Northeast Forestry University,Harbin 150040;2.Forest Management Bureau of Daxingan— ling,Jiagedaqi,Heilongjiang 165023) Abstract:Taking the biological diversity within the burned slash as an object of study,the restoration situations of each survey area were analyzed by using principal component analysis method after investigating the forest vegetation of burned restoration of three different periods from Hongtu timberland of Xinlin Forest Bureau in Daxinganling.The result showed that(1)the number of species did not change obviously in tree layer and shrub layer,but reduced in herb layer with the time of burned restoration going by,(2)as the time fo bumed restoration going on,the diversity fo species was stabilized gradually after a period of undulation,and(3)the evenness degree of species changed similarly.The variety fo shrub layer was the biggest among tree layer,shrub layer and herb layer,which indicated that the fire disturbance had a great impact on the spatial distribution of shrub layer. Key words:burned site;biological diversity;vegetation;natural restoration;evaluation 林火是森林生态系统中一种普遍的干扰,干扰 的自然更新上也具有重要性 j,自然火干扰在森 被认为是生态系统的正常行为,是群落发展的驱动 林植被中的研究逐渐推广开来_9 J。大兴安岭北部 力¨J,干扰与生物多样性的关系非常紧密,也非 地区是我国重要林区也是火多发区¨ ,火干扰是 常复杂 .3],在危害森林的诸因子中火灾是一种最 该区生态系统的重要因子,对该区植被生物多样性 具破坏性的灾害,每次大火都直接地危及立木、土 的形成与维持起着举足轻重的作用,但是有关该区 壤甚至于微生物和野生动物 。直到20世纪初 生物多样性与火干扰关系的研究不足。 期,林学家和生态学家开始关注自然火干扰对森林 在最近十几年中,对火烧迹地植被恢复的研究 演替的作用与影响。在此之前的很长一段时期,生 不断有新的进展与发现。国内许多学者总结了大量 态学界一直认为火是破坏生态系统,导致群落逆行 植被恢复的措施和技术手段,推动和完善了我国对 演替的非自然因子 。 。20世纪末,人们逐渐意识 林火迹地植被恢复的研究… 。国外在这方面研 到自然火干扰在森林中的普遍性 ,在促进森林 究更早,Grogan P,Lloret F等人研究了林火对其 周围环境产生的影响¨ ;Borchert M,Rieske L 收稿日期:2010—02—09 K等对火烧迹地一些物种动态变化进行了研 基金项目:黑龙江省大兴安岭地区科技局课题;黑龙江省攻关 究 J8,19 3;Turner M G研究了火后环境因子对演替 课题(GA09B201—03) 的影响 ∞川;Dix曾采用时间序列的研究方法l2引, 第一作者简介:宋启亮(1986一),男,辽宁抚顺人,硕士研 究生。研究方向:森林作业与环境。 但这一方法耗时耗资。为了缩短研究演替的周期, 通讯作者:董希斌(1961一),男,黑龙江肇东人,博士, 在可忽略不同的微环境和不同的生态历史为前提的 教授。研究方向:森林作业与环境。 条件下,火烧迹地植被动态通常采用“空间序列 第4期 宋启亮等:大兴安岭火烧迹地植被天然恢复效果的评价 l5 代替时间序列”的研究方法 卜拍J。本文即采用该 下旬,而且不稳定。8月下旬开始出现初霜,无霜 种方法,对大兴安岭地区3个不同火烧恢复时期的 期平均为90 d左右。全年日照时数为235.7 h,日 森林生物多样性进行调查与分析,研究大兴安岭地 照百分率为51%~56%。由于山脉障碍和森林密 区火烧迹地的森林自然恢复过程,通过树种更新状 布,风速较小,年平均风速一般为2~3 m/s,4~5 况、物种多样性的分析,得出各类重要的数据,对 月份平均为3 m/s,大风日数在10 d左右,主要集 该地区的森林恢复提供理论参考,有助于该地区的 中在5月份。 人工促进更新措施的开展。 1.2调查取样方法 1 研究区域概况与调查方法 针对不同森林火烧恢复时期,在宏图林场选择 。 1.1研究区域自然概况 1987年火烧、2003年火烧和2008年火烧(均为重 ~ 试验地位于黑龙江大兴安岭新林林业局宏图林 度火烧)3个生物多样性恢复调查区。每个调查区 场。新林林业局位于黑龙江省西北部,地处大兴安 设置5个样地,并取样地的均值进行各调查区恢复 岭伊勒呼里山的东北坡。地理坐标为东经123。4l 效果研究。样地面积为20 113×20 m。按高度(h) 至125。25 ,北纬51。20 至52。10 ,南北长约 将林分分为乔木层(h>5 m)、灌木层(5 m≥h≥ 108 km,东西宽约103 km。该林业局河流属于黑 0.5 n1)和草本层(h<0.5 m)。在样方巾针对乔 龙江流域,呼玛河水系。气候属于寒温带大陆性气 木进行每木调查,测量乔木的种类、株数、高度、 候,境内山陵连绵起伏,河流纵横,森林密布,海 胸径;在样方的四个角及中心设置5个大小为 拔相对较高,有明显的山地气候特点。冬季寒冷而 2 m×2 in的灌木样方,调查灌木的种类和盖度; 2 8 K ” 漫长,春、秋两季日较差大,且风力较大。新林林 在5个灌木样方的中心各设置大小1 m x 1 m的草 珏 6 业局年平均气温为一2.6℃,最高气温37.9oC,最 本样方,进行植物的种类和盖度的调查,盖度指植 低气温一46.9 ̄C。年降水量为513.9 mm,且分布 物地上部份的垂直投影面积与样方面积之比的百分 不均,主要降水多集中在7—8月份。全年冻结期 数,调查结果见表1。 约为7个月,结冰一般在9月下旬,终冻在4月中 表1 各调查区植物调查结果 Tab.1 The survey results of vegetations in every.investigated area 乔 落叶松 落叶松 ” 水 自桦 Ej 桦 层 山杨 兴安杜鹃 柳叶绣线菊 杜香 灌 杜香 刺玫果 蓝莓 木 层 蓝莓 山高粱 水杨梅 刺攻果 苔草 苔草 苔草 小叶樟 蚊子草 q,11 ̄ 樟 水杨梅 蕨 蚊子草 蚊子草 刺玫果 蓖_ 唐松草 蒿柳 老111芹 本 蕨 反顾马先蒿 层 野豌豆 L【J尖子 老山芹 唐松草 二叶舞鹤草 6 6 6 36 3一 16 森林工程 第26卷 2研究方法 3.2灌木层物种多样性 依据表1调查数据,运用公式(1)一(3) 物种多样性的计算包括: (1)物种丰富度。Gleason(1922)指数D为 D=S/1nA, (1) 计算得各调查区灌木层生物多样性指数见表3。 表3灌木层生物多样性指数 Tab.3 Biodiversity index of shrub layers 式中:A为单位面积;S为群落中的物种数目。 (2)物种多样性指数。Shannon—wiener指数 HI为 H=一 lnp , (2) 式中:P。=ni/N,代表第i个物种的相对多度;n 为种i的个体数;N为所在群落的所有物种的个体 数之和。 (3)均匀度指数。Pielou均匀度指数-,为 J= ln5, (3) 式中:5为样方中物种数。 3研究结果与分析 3.1乔木层物种多样性 . 依据表1调查数据,运用公式(1)~(3) 计算得各调查区乔木层生物多样性指数见表2。 表2乔木层生物多样性指数 Tab.2 Biodiversity index of arbor layers 由表2可见,各调查区乔木层植物种类较少, 只有少数几种植物如兴安落叶松(Dahurian larch)、自桦(Birch)、山杨(Populus)等。调查 区Ⅱ(2003火烧)的物种丰富度指数0.65是最高 的,多样性指数达0.69,均匀度指数为0.99,物 种分布较均匀,主要有兴安落叶松、山杨、白桦 等 调查区I(1987年火烧),物种有兴安落叶 松、白桦;调查区Ⅲ(2008年火烧)没有乔木层 树种,多样性指数最低。乔木层多样性指数呈波动 变化,这主要是由于在火烧迹地恢复初期,白桦、 山杨等喜光速生树种迅速占领火烧严重和空旷迹地 的地方,逐渐弥补了火烧迹地内的斑块,使得多样 性指数升高,随着恢复时间的推移,乔木层的优势 树种兴安落叶松将进行自然更新,从而遏制了白 桦、山杨等速生喜光树种的生长与发育,上层落叶 松逐渐取代白桦成为优势树种,乔木层多样性指数 随之降低,随着恢复时间的推移,火烧迹地内乔木 层的物种多样性变化将基本保持平稳状态。 由表3可见,调查区Ⅱ灌木层物种丰富度指数 最大,达到了0.87,多样性指数为0.73。其他调 查区灌木层生物多样性指数依次大小是调查区I、 调查区Ⅲ。火烧迹地恢复初期灌木层出现了喜光植 物,随着恢复时间的推移,乔木层得到一定程度的 恢复,使得灌木层中出现了喜阴植物,物种多样性 指数上升,火烧后22a由于上层乔木的树冠恢复, 郁闭度开始增加,对于喜光的灌木层植物的生长产 生不利,而喜阴的灌木层植物占优势,此时灌木层 物种多样性则降低了。林下灌木层植物主要包括刺 玫果(Thorm rose uit)、柳叶绣线菊(Lancet spi— raea)、山高梁(Mountain sorghum)、水杨梅 (Water bayberry)、杜香(Ledum)、蓝莓(Blueber- ry)和兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)o 3.3草本层物种多样性 依据表1调查数据,运用公式(1)一(3) 计算得各调查区草本层生物多样性指数见表4。 表4草本层生物多样性指数 Tab.4 Biodiversity index of herb layers 由表4可见,调查区Ⅱ草本层物种丰富度指数 最大,达到2.39,多样性指数为1.29,均匀度指 数是0.54。其他调查区草本层生物多样性指数依 次是调查区I、调查区Ⅲ。由于火烧使林分郁闭度 降低,林下的可见光增加,而且火烧之后土壤裸 露,尤其适合于喜阳性植物的生长,所以火烧后 1 a,火烧迹地上生长起大量的喜阳性草本层植物, 随着火后恢复时间的推移,林内各层均得到不同程 度的恢复,喜阴性植物逐渐出现在火烧迹地内,在 火烧后6 a多样性指数大幅增加,随火后恢复时间 第4期 宋肩亮等:大兴安岭火烧迹地植被天然恢复效果的评价 表6因子载荷表 Tab.6'Fable of factor loading 17 的继续推移,物种多样性指数在火烧后22 a出现 大幅度下降,这是由于上层乔术的树冠恢复,林分 郁闭度增加,使林内喜光植物的生长和发育受到阻 碍,喜光植物种的减少使得草本层物种多样性指数 降低。林下草本植物主要有蚊子草(Mosquito grass)、老山芹(Old wild celery)、山尖子(Moun— tain tops)、唐松草(Thalictrum grass)、蕨(Pteridi— um)、野豌豆(Wild pea)、苔草(Carex)、刺玫果 (Thorm rosefruit)、小叶樟(Calamagrostis angustfio— lia)、水杨梅(Water bayberry)、蒿柳(Wormwood willow)、反顾马先蒿(Retrospection pedicularis)和 二叶舞鹤草(Futaba maizuru grass)。 3.4各调查区物种多样性恢复主成分分析 为从整体研究不同森林类型生物多样性恢复的 具体效果,以各调查区物种丰富度、生物多样性、 均匀度指数为基础,选用主成分分析(Principa1. component analysis),计算各调查区的综合得分。 主成分特征值见表5。 表5特征值解释 Tab.5 ExI)laination of eigenvalues 南表5可知,前两个公闵子特征值均大于1. 且第一主成分贡献率为84.12%。前两个主成分累 计解释率达99.02%, 此能够充分描述各调查区 的生物多样性恢复情况。 由表6可以看出灌木层Ⅳ 在第二公冈子(F,) 上有很大载荷,定义 为灌乔术层多样性指数『大1 子,乔木层和草本层多样性指数在第一公闲子 (F.)上有很大载荷, 。定义为乔木层和草本层多 样性指数因子,两个公因子分别从不同方面反映了 各调查区的生物多样性恢复情况,单独一个公冈子 不能反映某一调查区的恢复情况,按各公【天I子对应 的贡献率为权数计算: . A +A, ‘s +  景szA,+A, ’, (、 4) 式中: 为综合得分;A,为第一主成分贡献率; A 为第二主成分贡献率;S.为第一主成分因子得 分;S 为第二主成分因子得分。 按照公式(4),依据各 子得分计算各调查 区多样性恢复情况综合得分,见表7,调查ⅨⅡ综 合得分最高,调查区1次之,调查区Ⅲ最低。说明 火烧迹地的物种多样性随火后恢复时间的推移而产 生往复波动,火烧后1 a物种多样性恢复效果较差, 火烧后6a物种多样性指数较高,火烧后22a物种 多样性指数降低,物种多样性变化将基本保持稳定 状态 一 表7各示范区综合得分 Tab.7 Composite score of all demonstration areas 4 结 论 本文应用主成分分析的方法,综合研究不同火 烧恢复时期生物多样性恢复效果,通过对3个不同 火烧恢复时期森林生物多样性的比较研究,得出以 下结论: (1)火烧迹地各层物种数随火烧后恢复时间 的推移,乔木层与灌木层的变化不是很明 ,而草 本层变化较大,随着时间的推移物种数将逐渐 降低。 (2)各层的物种多样性随火后恢复时间的推 移先增加后减少,之后逐渐处于平稳。 (3)各层的物种均匀度随火后恢复时间的推 移也是先增加后下降,之后逐渐处于平稳,其中波 动变化最大的是灌木层,说明火十扰对灌木层空间 分布影响较大。 森林工程 第26卷 通过对火烧迹地不同火烧年限下生物多样性的 分析,在火后恢复初期群落结构比较简单,落叶松 在火后恢复初期,由于受种源和传播途径限制,天 然更新缓慢,大约经过22 a时间,兴安落叶松将 恢复其乔木层优势树种的地位。群落结构在火后恢 复中期呈现多样性,但是在大约火后22 a,灌木层 与草本层将逐渐被耐阴性物种占据,种间关系日趋 稳定,出现了部分新的后期种,群落结构将逐渐 稳定 【参考文献】 [1]陈利顶,傅ff】杰.干扰的类型特征及其生态意义[J].生态 学报,2000,20(4):581—586. [2]邱扬.森林植被的自然火干扰[J].生态学杂志,1998, 17(1):54—60. [3]罗菊春,王庆锁,牟长城,等.干扰对自然红松林植物多样 性的影响[J].林业科学,1997,33(6):498—503. [4]关百钧,魏宝麟.世界林业发展概论[M .北京:中国林业 出版社,1992:160—172. [5]舒立福,田晓瑞.国外森林防火_T作现状及展望[J].世界 林业研究,】997,10(2):28—35. [6]Kimmins J P.Forest Ecology[M].New York:Macmillan Pub. 1ishing ComPany,a division of Macmillan,lne,1987. [7]Spun’S tt,Barnes B V.Forest Ecology[Mj.NewYork:John Wiley&Sons,lne,1980. [8]Oliver C D,Iarson B C.Forest stand dynamicS r M].New York:McGraw—Hill,lne,1990. [9]Uemura S.Effects of fire on the vegetation of Siherian taiga Pre. dominated by Larex dahuriea[J].Can J For Res,1990(20): 547—553. [1O]徐华成,李湛东,邱扬.大兴安岭北部地区原始林火干扰 历史的研究[J].林业科学,1992,17(4):337—343. [11]孔繁花,李秀珍,王绪高.等.林火迹地森林恢复研究进展 【J].生态学杂志,2003,22(2):60—64. [12]段建田,魏世强,于萍萍,等.林火迹地森林生态系统恢复 研究[J].安徽农业科学,2007,35(1):182—184 [13]王明玉,仟云卯,李涛.等.火烧迹地更新与恢复研究进 展[j].世界林业研究,2008,21(6):49—53. [14]王绪高,李秀珍,孑L繁花,等.大兴安岭北坡火烧迹地自然 与人工干预下的植被恢复模式初探[J].生态学杂志, 2003,22(5):30—34. [15]罗菊春.大兴安岭森林火灾对森林生态系统的影响[J].北 京林业大学学报,2002,24(6):10—107. [16j Grogan P,Brans TD,Chapin F S.Fire effects on ecosystem ni— trogen cycling in a Californian bishop pine forest[J].Oecologia, 2000,122(4):537—544. [17]Lloret F,Calvo E,Pons X,et a1.Wildfire and landscape dy— namics in the Eastern Iberian Peninsula『J].Landscape Eco1. 2002(17):745—759. [18]Borcherl M,Johnson M,Sehreiner D,el a1.Eafly post ifre seed dispersal,seed estahlishment and seed mortality of Pinus coultefi (D.Don)in central coastal California USA[J].Plant Ecol, 2003(168):207—220. [19]Rieske I K.Wildfire altem oak growth,foliar chemistry nad her- biviry f J].For Ecol Man,2002(168):9l一99. [2O]Turner M G,Romme W H,Reed RA,et a1.Post—fire aspen seedling recruitment across Yellowstone(USA)Landscape[J]. Landscape Ecol,2003(18):127—140. [21]Turner M G,Romme W H,Gardner R H,et a1.Effects offier size and pattern on early Succession in Yellowstone National Park [J].Ecol Monogr,1997,4(67):411—433. f22]Dix R L,Swan J M A.The roles ofdisturbante and sueeession in upland forest at Candle Lake Saskatehe Wall[J].Canadina Joumal of Botany,1971(49):657—676. [23]马雪华.森林生态系统定位研究方法[M].北京:中国科 学技术出版礼,1994. [24]张正雄,图新年,郑世群,等.皆伐前后尾叶桉人_T林林地 植被组成的变化[J].森林工程,2007,23(3):l一3. [25]黄承标,石化玉,覃文盛,等.三种不同植被恢复模式地上 生解量及其营养元素含量研究[J].森林工程,2004,20 (1):9—10,l3. [26]冯达,温亚利.我国自然保护区管理研究综述[J].林业 调查规划,2009.34(6):62—65. [责任编辑:李洋] 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top