千年桐人工林林隙环境因子对植被更新的影响研究【毕业论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）千年桐人工林林隙环境因子对植被更新的影响研究所在学院专业班级 水土保持与荒漠化防治学生姓名指导教师完成日期目录摘 要 .1关键词 .1Abstract.11.研究区概况和研究方法 .21.1 研究区概况 .21.2 研究方法 .21.2.1 野外调查 .21.2.2 数据处理和统计分析方法 .22.结果与分析 .32.1 林隙植被基本特征 .32.2 林隙特征指标提取 .32.3 乔木层 .52.4 灌木层 .72.5 草本层 .83.结论 .10参考文献： .11致 谢 .121摘要：本次研究以建阳市千年桐人工林林隙为研究对象，分别对乔木层、灌木层、草本层分层分析研究

2、林隙内环境因子对植被更新的影响。研究结果表明：对于乔木层物种而言，影响乔木层物种更新的主导环境因子为海拔和林隙年龄。对于灌木层物种而言，林隙面积和坡度对林隙内物种的更新影响最大。对草本层而言，影响草本层物种更新的主要环境因子是坡向和林隙边界木高度。可见对于不同植被类型，影响其更新的林隙环境因子各不相同，可以根据不同的环境因子对不同植被的影响，适当调整林隙内的环境因子，为林隙内植被生长提高更优质的条件，从而提高整个群落的多样性。关键词：千年桐 林隙 环境因子Abstract ：In this study, Aleurites montana plantation forest gap in Ji

3、anyang city was studied to analyze how environmental factors affect vegetation regeneration of tree layer, shrub layer, and herbaceous layer. The results showed that the main environmental factors influencing the dominant tree layer species regeneration were altitude and forest gap age. The main env

4、ironmental factors influencing the shrub layer species regeneration were the gap area. The main environmental factors influencing the herb layer species regeneration were the aspect and forest gap border trees height. It is visible for different vegetation type that forest gap environmental factors

5、affecting the regeneration are not identical. We can make appropriate adjustments to environmental factors in forest gaps according to the effects of environmental factors for different vegetation, and improve the better conditions for the growth of vegetation in the forest gap, so as to improve the

6、 diversity of the entire community.Key words: Aleurites montana forest gap environmental factor2林隙的概念最早是由英国植物学家 Watt 提出来的，林隙又称作林窗，是指森林群落中老龄树木死亡或者偶然因素成熟阶段的优势树种的死亡，从而造成林冠空隙的现象 1。英国生态学家 Runkle 将林隙分成两类，一类是林冠空隙；一类是扩展林隙 2。林冠空隙是指上方无树冠遮阴的部分；扩展林隙是指形成该林隙周围树木基部所包围的面积。林隙是森林更新和树木生长的潜在空间 3。研究林隙的更新机制对维护森林生态系统平衡，促进

7、森林演替，从而实现森林的可持续经营具有重要的意义 4。近几年来的森林动态学研究表明，林隙的研究已成为当前森林生态学研究最活跃领域之一 5-7。但是目前有关林隙在人工林方面的研究仍然相对较少。千年桐属大戟科，是原产我国的油料树种。千年桐是典型的南亚热带树种，主要栽培区为福建、广东、广西、江西、湖南等省。国外种植千年桐有巴西、阿根廷和巴拉圭 8。千年桐是落叶乔木，干种仁含油率达 60%-70%，是当今世界上最好的干性油且无污染 9。因此被列为中国优先开发利用的木本燃料油能源树种之一。本次研究是以千年桐人工林为研究对象，通过对千年桐人工林林隙的环境因子的调查，探讨林隙环境因子对植被更新的影响，试图通

8、过改善林隙内的环境因子，为植被生长提供更适宜的生活环境，提高群落的多样性。1.研究区概况和研究方法1.1 研究区概况研究区位于福建省建阳市，建阳市在福建省北部，武夷山南麓。地处北纬 271632-274341，东经 1173220-1183751。东邻松溪、政和，南接建瓯、顺昌，西连邵武、光泽，北界武夷山、浦城，以“闽北粮仓” 、 “茶果基地” 、 “林海竹乡”著称于省。该区属中亚热带季风性气候，光热资源丰富，雨季集中，年平均气温 15-19 ，年平均降水量 1 724 mm。四季分明，夏长秋短，秋冬多雾。土壤类型多样，有红壤、黄壤、水稻土、紫色土、潮土、草甸土 6 种土类。pH 为 4-6，

9、肥力较高，适合林木生长。建阳市是典型的常绿阔叶林分布区。森林覆盖率高达 74.3%10。物种丰富，生长旺盛，人工林面积大，天然林面积较小。1.2 研究方法1.2.1 野外调查在全面勘查的基础上，于 2013 年 3 月 20 日至 4 月 15 日选择千年桐人工林群落内具有代表性的，以千年桐为优势树种，林分类型和立地条件相似的人工群落作为调查区。调查林分主要设在建阳市书坊乡采育场、营口村、璋墩村，所选林分年龄为 9-12 a。在3 个林分中，随机设置 3 条相隔 50 m 的样带（20 m600 m） ，样带总面积 1.08105 m2。并在林隙边缘 20 m 远处方向线左侧或右侧的林下布设

10、10 m10 m 的对照样地。共调3查 25 个林隙和 25 个林下样地。乔木调查：对林隙内和林下 1010 m2的样方内内所有树高大于或等于 2 m 的乔木树种进行调查，记录其名称、年龄、高度、胸径、基径、枝下高等。灌木调查：每个林下样地和林隙内随机设置 1 个 4 m4 m 的灌木样方，调查其内的所有灌木和树高小于 2 m 的乔木，调查内容包括植物名、高度、基径、株数、盖度等。草本调查：每个林隙与非林隙四个顶点位置设置 4 个 1 m1 m 的草本样方，调查样方中草本植被的名称、株数、高度、盖度、多度。进行计算时合并为一个。利用 GPS 测定各样方的海拔，同时记录其地形、地貌、坡度、坡位和

11、坡向、枯枝落叶厚度等立地条件。进行土壤样品采集时。在林隙四角和中心各取 60 cm30 cm 的样方，再将其按网格法均匀分成 9 个小网格，取四周和中心的 5 个小网格的土壤，各小网格分成三层土壤，第一层 010 cm，1020 cm，20 30 cm 将同一样地内同层的 5 个小网格土壤合并混匀，装袋保存，两类样品带回实验室分析。土壤有机质采用重铬酸钾容量法一外加热法；全氮采用半微量开氏；全磷采用钥锑抗比色法。1.2.2 数据处理和统计分析方法（1）植被数据矩阵为了能更好的反映林隙内的环境因子对植被更新的影响及不同类植被间对环境的适应性，本研究分别对乔木层、灌木层、草本层分层分析。以重要值为

12、参考依据，分别计算各样方内乔、灌、草不同物种的重要值。其中考虑到稀有种的计入可能会人为地提高物种与生境的相关性，因此，剔除频度小于 5%的植物物种。（2）环境因子数据矩阵根据前人研究，本文选择海拔（EL） 、坡度（GRA） 、坡向（ASP） 、土壤有机质（SOM） 、全氮（TN） 、全磷（TP） 、林隙年龄（GA） 、林隙面积（扩展林隙面积（EGA） ） 、林隙边界木平均高度（BG）9 个环境因子。建立 925 的环境数据矩阵。为了便于建立环境数据矩阵，给坡向赋值。将坡向按照 45的夹角，以北为 0，顺时针方向旋转分为 8 个坡向等级，即 1 表示北坡（022.5） ，2 表示东北坡（22.5

13、67.5） ，3 表示西北坡（292.5337.5） ，4 表示东坡（67.5112.5） ，5表示西坡（247.5292.5） ，6 表示东南坡（112.5157.5） ，7 表示西南坡（202.5247.5） ，8 表示南坡（157.5202.5） 。数字越大，表示坡向越向阳。 (3)数据分析在进行排序分析前，首先对物种样地矩阵采用除趋势对应分析 11（DCA）检验环境梯度的特征向量长度，观察排序轴长度特别是第一轴的大小。如果大于 4.0，选择单峰模型（CCA） ，如果在 3.0-4.0，那么选单峰和线性模型均可；若小于 3.0，选择线性模型（RDA、PCA） 。本研究中，DCA 排序分析

14、结果显示环境梯度大多小于 3.0，故采用线性模型 RDA12排序方法。采用 Excel 2003、SPSS13.0 和 CANOCO FOR WINDOWS 4.5 统计分析软件对实验数据4进行处理。2.结果与分析2.1 林隙植被基本特征此次研究所选林分年龄为 9-12 a，冠层平均高度为 10.19 m，郁闭度 0.70 左右。群落结构复杂，乔木层以千年桐占绝对优势，并混生毛竹、杉木、木荷等。林下灌木层平均高度 0.85 m 左右，以豆腐柴、山莓、连翘为主；草本层盖度约为 45%，以芒萁、酢浆草、金毛耳草为主。2.2 林隙特征指标提取前人采用众多指标来描述林隙特征状况，除了本文列举的还包括其

15、他指标，如林隙的干扰频率 13、林隙的空间分布格局、边界木的年龄、高度、胸径、枝下高 14-15等。大量的数据指标一方面为研究林隙特征提供了极为丰富的信息，一方面又为问题的解决增加了难度。因此为了弄清哪些指标能更好的体现林隙特征，现对其进行主成分分析。本文选取了可量化的 10 个林隙特征指标。X1：扩展林隙面积 X2：冠林隙面积X3：扩展林隙形状指数 X4：冠林隙形状指数X5：林隙年龄 X6：形成木数量X7：扩展林隙径高比 X8：冠林隙径高比X9：林隙边界木平均高度 X10：林隙边界木的相对密度采用主成分分析用较少的指标来代替和综合反映原来较多的信息，见表 1 前 5 个主分量的贡献率达到了

16、88.87%，信息损失量为 11.13%。X1、X10 对 Y1 的贡献最大，它表示林隙的面积。X3、X4 对 Y2 的贡献最大，它表示了林隙的形状。X5 对 Y3 的贡献最大，它表示林隙的年龄。X9 对 Y4 的贡献最大，它表示林隙的高度。通过以上分析，进行不同林隙之间的差异比较时可采用以下林隙的特征指标：林隙面积指标（用扩展林隙面积指征） 、林隙的形状指标（扩展林隙形状指数） 、林隙的年龄指标（林隙的年龄） 、林隙的高度指标（林隙边界木平均高度） 。以上只是列举了可量化的部分林隙特征指标，但还有一些非可量化的因素如林隙的形成方式、林隙形成木的腐烂等级等，这些都会对林隙干扰的不同程度产生影响

17、，同样不容忽视。表 1 特征向量和特征根表Tab.1 Table of the eigenvector and latent rootY1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10X1 0.476 -0.094 -0.213 -0.097 -0.011 -0.242 -0.155 0.383 1.284 -0.0545X2 0.354 0.177 -0.357 -0.335 -0.020 -0.079 0.679 0.150 0.504 0.023X3 -0.007 0.684 -0.083 0.052 0.249 -0.001 -0.085 -0.132 -0.444 0.63

18、3X4 0.088 0.607 0.221 0.309 0.002 -0.306 -0.035 0.144 0.484 -0.594X5 0.225 0.071 0.541 0.153 -0.634 0.223 0.301 0.038 0.129 0.230X6 0.314 0.065 -0.339 0.407 0.084 0.755 -0.081 0.018 0.060 -0.175X7 0.394 -0.155 0.319 0.040 0.475 -0.061 0.259 -0.609 -2.041 -0.124X8 0.376 -0.088 0.444 -0.152 0.338 0.08

19、3 -0.306 0.442 1.482 0.212X9 0.123 -0.283 -0.173 0.732 -0.002 -0.425 0.101 0.065 0.217 0.314X10 -0.423 -0.061 0.186 0.173 0.433 0.172 0.486 0.468 1.570 -0.019特征值 3.536 1.944 1.470 1.211 0.726 0.462 0.337 0.165 0.089 0.061贡献率(%) 35.356 19.442 14.700 12.110 7.257 4.617 3.367 1.649 0.892 0.610累计贡献率 35.

20、356 54.798 69.498 81.608 88.865 93.482 96.849 98.498 99.390 100.0002.3 乔木层冗余分析（RDA）的最大优势在于能独立保持各个变量对生物群落变化的贡献率，并从统计学角度评价一个或一组变量与另一组多变量数据间的关系。表 2 RDA 排序的特征值和累计解释量Tab.2 Eigenvalues, cumulative percentage variance of RDA ordination轴 Axes 1 2 3 4特征值 Eigenvalues 0.119 0.100 0.072 0.038物种-环境相关性 Species-en

21、vironment correlations 0.822 0.727 0.819 0.560累积百分比变化率 Cumulative percentage variance物种 Species data（ %） 11.9 21.8 29.1 32.9物种- 环境相关性 Of species-environment relation（%）32.0 58.9 78.4 88.6从对乔木层物种 RDA 排序结果来看（表 2） ，前 4 个排序轴的特征值分别为0.119，0.100，0.072，0.038，其群落特征解释量及与环境特征累计解释量分别为 32.9%和 88.6%。第一排序轴和第二排序轴共同

22、解释了物种组成与环境因子变异的 58.9%，第一排序轴解释了 11.9%的群落物种变化和 32.0%的物种与环境之间的关系，第二排序轴进一步解释了 9.9%的群落物种变化和 26.9%的物种与环境间的关系。前两轴群落与环境的相关系数分别为 0.822，0.727 说明各排序轴所代表的物种与环境因子变量之间具有较强的相关性，物种数量特征的变异可以用所测得环境因子进行合理的解释。从环境因子与排序轴及环境因子间的相关系数(表 3)可以看出，环境因子与前 4 轴均未达到显著相关。第一轴可以用海拔解释，第二轴可以用林隙年龄来解释。此外，坡度、林隙边界木高度与第一排序轴呈正相关，与全磷具有较强的负相关性。

23、海拔与第二排序6轴具有正相关性。各环境因子间存在一定的相关性。坡度和海拔相关系数为 0.58，具有显著正相关性。总体而言，对于乔木层物种的分布起主导作用的环境因子为海拔和林隙年龄。表 3 环境因子与排序轴间及环境因子间的相关系数Tab.3 Correlation coefficients of the RDA ordination axes and the environmental factors, and correlation coefficients between the environmental factors排 序 轴 环 境 因 子1 2 3 4 EL GRA ASP SOM

24、 TN TP GA GEA BGEL 0.56 0.12 0.30 0.03 1.00GRA 0.33 -0.05 -0.20 -0.03 0.58* 1.00ASP 0.01 -0.11 0.23 0.32 -0.01 -0.06 1.00SOM 0.18 0.07 0.08 -0.04 0.24 0.17 0.04 1.00TN 0.25 -0.11 0.03 0.09 0.20 -0.03 -0.37 0.14 1.00TP -0.39 -0.16 -0.13 0.21 -0.13 0.33 0.46 0.25 -0.39 1.00GA 0.42 -0.43 0.27 -0.25 0.3

25、9 0.27 -0.13 0.38 0.27 -0.22 1.00GEA -0.05 -0.01 0.44 -0.09 0.35 0.22 0.37 -0.03 -0.09 0.19 0.16 1.00BG 0.33 -0.03 -0.31 -0.00 0.43 0.40 -0.05 -0.11 0.13 0.03 0.03 0.26 1.00注：EL ：海拔；GRA：坡度；ASP：坡向；SOM：土壤有机质；TN ：全氮；TP ：全磷；GA：林隙年龄；GEA：林隙面积；BG：林隙边界木高度；*，p0.05RDA 排序较好地描述了乔木层林隙内物种的重要值与环境因子间的关系（图 1） 。图中空心箭

26、头代表各物种，某 2 个射线之间的夹角代表两物种间的相关性，其夹角的余弦值在数值上等于两者的相关系数；实线箭头代表林隙内各环境因子，实线箭头与空心箭头之间的夹角及实线箭头的长度均用来表示物种与环境因子间的相关性，两者夹角越大，相关性越小，反之则越大；箭头长度越长，说明相关性越大，反之越小。实线箭头所处的象限代表环境因子和排序轴的正负相关性，其在排序轴上投影的长短则表示该环境因子与排序轴间的相关性，投影长度越长，相关性越大；比较多物种受某一环境因子影响的大小，将实线箭头 -0.8 0.8-.80.6WZ1WZ2WZ3WZ4WZ5Z6WZ7WZ8Z9WZ10WZ1WZ12 ELGRAASPSOMT

27、NTP GAGEA BG7连线延长，作出物种与环境因子的垂线，沿着变量箭头方向该物种值越大。排序图上空间距离越接近，代表两物种所处的环境越相似。从图 1 中看出，与第一轴相关性最大的环境因子为海拔，表明第一轴代表海拔，沿着第一轴从左到右，海拔逐渐增大，边界木高度、林隙面积也逐渐增大。第二轴代表林隙年龄，由下到上，林隙年龄越来越小。如白栎、杉木、黄檀多出现于海拔较高有机质含量丰富的林隙中。马尾松、枫香、苦槠多分布在林隙面积较大全磷含量丰富的地方。漆树、木荷、枳椇多分布于阳坡林隙年龄较大的林隙中。图 1 乔木层物种 RDA 排序Fig. 1 RDA ordination graph of tree

28、 layer species注：WZ1：千年桐；WZ2：漆树；WZ3：白栎；WZ 4：花榈木；WZ 5：杉木；WZ6 ：黄檀；WZ7：木荷；WZ8 ：杜英；WZ9：枳椇；WZ 10：马尾松；WZ 11：枫香；WZ12：苦槠；EL ：海拔；GRA：坡度；ASP：坡向；SOM：土壤有机质；TN：全氮；TP：全磷；GA：林隙年龄；GEA ：林隙面积；BG：林隙边界木高度2.4 灌木层从对灌木层物种 RDA 排序结果来看（表 4） ，特征值偏小，前 4 个排序轴的特征值分别为 0.093，0.082，0.063，0.042，但从解释量来看，其群落特征解释量及与环境特征累计解释量分别为 27.9%和 7

29、6.3%，第一排序轴和第二排序轴共同解释了物种组成与环境因子变异的 47.8%和 17.5%的群落特征累计解释量，第一排序轴解释了 25.3%的物种与环境之间的关系，第二排序轴进一步解释了 8.2%的群落物种变化和 22.5%的物种与环境间的关系，具有统计学意义。前两轴群落与环境的相关系数分别为 0.809，0.82，未达到显著相关。表 4 RDA 排序的特征值和累计解释量Tab.4 Eigenvalues, cumulative percentage variance of RDA ordination8轴 Axes 1 2 3 4特征值 Eigenvalues 0.093 0.082 0.

30、063 0.042物种-环境相关性 Species-environment correlations 0.809 0.82 0.758 0.71累积百分比变化率 Cumulative percentage variance物种 Species data（ %） 9.3 17.5 23.8 27.9物种 -环境相关性 Of species-environment relation（%）25.3 47.8 65 76.3从环境因子与排序轴间的相关系数（表 5）可以看出，环境因子与前 4 轴均未达到显著相关。第一轴与坡度、林隙边界木高度呈负相关，与林隙面积、坡向、全氮呈正相关；第二轴与坡位呈负相关；

31、第三排序轴与坡向呈正相关，与林隙年龄呈负相关；第四排序轴与有机质、全氮呈正相关。其中 6 个环境因子中，林隙面积与第一轴的相关性最大，坡向与第二轴的相关性最大，因此对灌木层物种起主导作用的环境因子为林隙面积和坡度。表 5 环境因子与排序轴间的相关系数Tab.20 Correlation coefficients of the RDA ordination axes and the environmental factors排 序 轴1 2 3 4EL 0.014 -0.203 0.118 0.057GRA -0.312 -0.383 -0.068 0.137ASP 0.256 0.039 0.

32、355 -0.171SOM 0.093 0.117 -0.340 0.189TN 0.290 0.138 -0.081 0.434TP 0.151 -0.015 -0.071 -0.060GA 0.142 -0.294 -0.387 -0.154GEA 0.320 -0.349 -0.061 0.065BG -0.184 0.296 -0.103 -0.002注：各环境指标同上从灌木层 RDA 排序图中可以看出（图 2） ，第一轴代表林隙面积，沿第一轴从左到右林隙面积逐渐增大，物种分布由阴坡转向阳坡，同时土壤养分如全氮（TN） 、全磷（TP）也逐渐增加。第二轴代表坡度，沿第二轴由上到下坡度逐渐增大，林隙边界木的高度逐渐减小。在图中可以看出，豆腐柴、葡蟠、冻绿、山莓、楤木等多出现在林隙开阔年龄较大的地方；枇杷叶紫珠、盐肤木、小果菝葜、美丽胡枝子等多生活在坡度较大的阴坡林隙内。灌木层中各物种的分布较分散，相互重叠较少，这一调查结果与黄土高原马兰林区辽东栎调查情况相似 16，说明林隙内灌木层物种生态位重叠少，利用资源的能力较强。