长白山阔叶红松林生态系统管理研究

论文摘要

生态系统管理起源于传统的林业资源管理,是自20世纪初期以来,随着生态学的迅速发展、人们对环境破坏与资源利用认识的不断加深而逐渐形成的。森林生态系统管理是21世纪林业科学的主线和森林经营管理的核心,是各国林业可持续发展的重要方向。实施森林生态系统管理对缓解我国森林资源的供需矛盾、防止地力退化和病虫害的发生、改善生态环境及实现我国林业的可持续发展都具有十分重要的意义。本论文对森林生态系统管理的理论框架、内容、方法和实现途径进行了较为全面和深入的研究,对长白山天然林物种多样性、林分结构等进行了相关研究,提出了较为合理的植物多样性指标和林分空间结构参数,对指导森林生态系统经营具有借鉴意义,并为调整林分空间结构提供理论依据。同时以长白山自然保护区为例,对其进行服务价值评估。结果表明,长白山保护区蕴含着巨大的生态系统服务价值,应加强保护及合理的开发利用。在上述研究的基础上,制定了长白山天然林生态系统管理对策。论文研究内容及主要结论如下:1、用重要值、Gleason指数、Simpson指数、Shannon-wiener指数等对次生杨桦林、杨桦椴树林、蒙古栎椴树林和阔叶红松林四块样地乔木、灌木和草本的物种多样性进行研究。结果表明,在乔木层,受到最近干扰的次生杨桦林群落的物种数是顶级群落阔叶红松林的2倍。各种多样性指数变化的趋势基本一致,从次生杨桦林到杨桦椴树林再到蒙古栎椴树林,最后到阔叶红松林逐渐下降。在灌木层,次生杨桦林的各项多样性指数均高于阔叶红松林。次生杨桦林的灌木分布更均匀,相应的,Pielou指数更高。在草本层,杨桦椴树林草本植物的Shannon-wiener指数和Simpson指数均为最高;次生杨桦林物种数和株数最高,分别将近阔叶红松林的2倍和8倍。2、选取角尺度、混交度和大小比数三个参数对长白山天然林林分空间结构进行研究。角尺度分析表明:次生杨桦林、杨桦椴树林、蒙古栎椴树林以及阔叶红松林整体上都呈聚集分布。这种格局可能与组成群落的各个物种在小尺度内呈聚集分布以及资源的不均匀分布密切相关。混交度分析表明:次生杨桦林、杨桦椴树林、蒙古栎椴树林以及阔叶红松林都处于中度以上的混交水平,还没有达到强度混交水平。在同一个群落内,上层乔木的混交度水平高,下层乔木的混交度水平低;种子繁殖的树种的混交度高,萌蘖繁殖的混交度水平低,两种繁殖方式兼有的混交度水平较高。在次生林中,先锋树种的混交度高,未来顶级群落的优势树种的混交度总体偏低;在原始林中,林冠上层的优势树种的混交度高。大小比数分析表明:在同一个群落,上层乔木在生长上占优势,下层乔木在生长上处于被压状态;幼树喜光的树种生长上占优,林冠更新的树种生长上处于被压状态。在次生演替的相对早期阶段,先锋树种在生长上处于优势,未来顶级群落的树种暂时处于被压状态;在次生演替的中期阶段,如杨桦椴树林和蒙古栎椴树林,阳性树种和未来顶级群落的优势树种共同占优势;在顶级群落中,先锋树种被淘汰,优势树种在生长上占有绝对优势。以上分析表明:长白山地区大面积存在的各种类型的次生林和原始林在物种多样性和林分空间结构方面存在很大的差异,迫切需要通过优化林分空间结构和森林生态经营管理促进次生林向原始林方向转化。在优化林分空间结构的森林经营过程中,在调整树种的大小比数时,应以树种的生物学和生态学特性为依据,以原生森林的空间结构为参照,对比次生林和原生林在树种混交程度、单木大小分化程度以及林木水平分布格局等方面的差别,制定相应的次生林空间结构调整规划,促进次生林向原生森林演替。3、从直接利用价值、间接利用价值和非利用价值三个方面对长白山自然保护区生态系统所提供的服务价值进行了系统全面的评估。结果表明,保护区生态系统每年的服务价值为1234886.91万元。因价格及经济发展等不可控因素的存在以及生物类别没有考虑到动物、微生物,使得评估结果偏于保守。4、加拿大森林生态系统动态模拟软件（FSOS）对白河林业局采伐限额研究的结果表明,在白河林业局分类经营方案中,若采用择伐方式对限伐林和商品林进行适度合理的采伐,则年均20万m3的采伐量也是可持续的。根据加拿大森林生态系统规划方法进行分析,得出白河林业局的最佳经营方案是:将小溪两边和道路两边的缓冲带设为禁伐带,采用择伐方式进行采伐,并考虑集水区、景观旅游区和动物区对幼龄林比率的要求。据此方案经营,白河林业局未来的年采伐量将从近二十年的22万m3/年,逐年提高到26万m3/年,在2056到2400年间都可以维持在26万m3/年的水平:森林的成熟林和过熟林的比率将由现在的10%逐渐提高到30%:森林的蓄积量也从目前的3000万m3增加到3650万m3。5、基于生态系统管理的森林经营与传统森林经营在核心理论、管理目标、经营对象及措施等方面有很大的不同。将基于生态系统管理的经营技术应用于阔叶红松林,可实现生态效益和经济效益的协调发展。与传统森林经营方法相比,基于生态系统管理思想经营的林分土壤水分含量及凋落物输入量增大,土壤养分提高;其单位面积年蓄积增长量分别是择伐、抚育及对照林分年蓄积增长量的1.17、1.20和1.49倍。基于生态系统管理的经营可有效避免传统经营方法引起的水土流失、地力衰退和生物多样性降低等弊病,有利于地力的维持,及森林可持续经营的实现。实施生态系统管理每年可为白河林业局节约采育林生产成本280-560万元。6、在生态系统管理思想及理论的指导下,结合长白山天然林实际,提出长白山天然林生态系统管理的前提及对策:所有的管理活动都必须符合国家的相关法律法规和部门或地方的相关规定;经营者必须明确各自的责任、活动边界及可开发利用的限度。具体涵盖行政法律、经济学、社会学及经营技术等四大类措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 研究内容、方法与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 技术路线
• 2 基本理论与研究进展
• 2.1 森林资源经营理论
• 2.1.1 森林资源经营发展简史
• 2.1.2 森林永续利用理论及其发展
• 2.1.3 近自然林业理论
• 2.1.4 森林可持续经营理论
• 2.2 生态系统管理
• 2.2.1 生态系统管理的概念
• 2.2.2 生态系统管理的要素
• 2.2.3 生态系统管理的发展简史
• 2.2.4 生态系统管理的生态学基础
• 2.3 森林生态系统管理
• 2.3.1 森林生态系统管理的定义
• 2.3.2 森林生态系统管理的特征
• 2.3.3 森林生态系统管理国内外研究进展
• 2.3.4 森林生态系统管理的生态学分析
• 2.3.5 森林生态系统管理的内容
• 2.4 森林生态系统管理与传统森林经营的区别与联系
• 2.4.1 核心理论不同
• 2.4.2 管理目标不同
• 2.4.3 经营对象不同
• 2.4.4 经营措施不同
• 2.4.5 经营尺度不同
• 2.5 小结与讨论
• 2.5.1 小结
• 2.5.2 讨论
• 3 研究区概况与调查分析方法
• 3.1 研究区自然概况
• 3.1.1 地理位置
• 3.1.2 气候特征
• 3.1.3 土壤特征
• 3.1.4 植被概况
• 3.2 固定样地的选取与设置
• 3.3 调查与数据处理方法
• 3.3.1 乔木调查
• 3.3.2 灌木调查
• 3.3.3 草本植物调查
• 3.3.4 原始数据的整理
• 4 长白山森林生态系统物种多样性研究
• 4.1 研究分析方法
• 4.2 长白山主要林分类型乔木物种多样性
• 4.2.1 各样地乔木数量特征
• 4.2.2 各样地乔木重要值分析
• 4.2.3 各样地优势树种重要值比较分析
• 4.2.4 阔叶红松林及次生林乔木物种多样性变化分析
• 4.3 长白山主要林分类型灌木物种多样性
• 4.3.1 阔叶红松林灌木重要值分析
• 4.3.2 次生杨桦林灌木重要值分析
• 4.3.3 阔叶红松林及次生杨桦林灌木物种多样性比较分析
• 4.4 长白山主要林分类型草本物种多样性
• 4.4.1 各样地草本植物株数、盖度和频度分布
• 4.4.2 各样地草本植物多样性比较
• 4.5 小结与讨论
• 5 长白山主要森林类型林分空间结构研究
• 5.1 林分空间结构的概念
• 5.2 林分空间结构研究的意义
• 5.3 林分空间结构参数选取与计算方法
• 5.3.1 林木个体大小差异——大小比数（U）
• 5.3.2 树种空间隔离程度——树种混交度（M）
• 5.3.3 林木空间分布格局——角尺度（W）
• 5.4 阔叶红松林林分空间结构分析
• 5.4.1 样地红松坐标定位
• 5.4.2 树种空间隔离程度
• 5.4.3 林木大小分化程度
• 5.5 蒙古栎椴树林林分空间结构分析
• 5.5.1 样地红松坐标定位
• 5.5.2 林木空间隔离程度
• 5.5.3 林木大小分化程度
• 5.6 杨桦椴树林林分空间结构分析
• 5.6.1 样地红松坐标定位
• 5.6.2 林木空间隔离程度
• 5.6.3 林木大小分化程度
• 5.7 次生杨桦林林分空间结构分析
• 5.7.1 样地红松坐标定位
• 5.7.2 林木空间隔离程度
• 5.7.3 林木大小分化程度
• 5.8 林分空间结构对比研究
• 5.8.1 林分平均最短距离对比分析
• 5.8.2 林分混交度对比分析
• 5.8.3 林分优势树种大小比数对比分析
• 5.8.4 林分角尺度分布
• 5.9 小结与讨论
• 5.9.1 小结
• 5.9.2 讨论
• 6 森林生态系统服务功能与价值评估
• 6.1 生态系统服务的概念与内涵
• 6.2 生态系统服务类型与价值构成
• 6.2.1 Costanza等人的分类方法
• 6.2.2 其他分类方法
• 6.2.3 本研究的分类方法
• 6.3 生态系统服务价值评估产生的背景及意义
• 6.3.1 生态系统服务价值评估产生的背景
• 6.3.2 生态系统服务价值评估的作用与意义
• 6.4 生态系统服务价值评估的方法
• 6.4.1 直接利用价值评估方法
• 6.4.2 间接利用价值评估方法
• 6.4.3 非利用价值评估方法
• 6.4.4 评估方法比较
• 6.5 长白山自然保护区生态系统服务类型与价值估算
• 6.5.1 直接利用价值
• 6.5.2 间接利用价值
• 6.5.3 非利用价值
• 6.5.4 生态系统服务总价值
• 6.5.5 Costanza评估方法及结果
• 6.6 小结与讨论
• 6.6.1 小结
• 6.6.2 讨论
• 7 森林生态系统管理的方法研究
• 7.1 森林生态系统管理的步骤
• 7.1.1 系统边界界定
• 7.1.2 生态系统服务功能价值评估
• 7.1.3 问题辨识与目标确定
• 7.1.4 生态区划与经营方案编制
• 7.1.5 组织实施
• 7.1.6 监测评价
• 7.1.7 适应性调整
• 7.2 森林生态系统管理的基本手段
• 7.2.1 行政手段
• 7.2.2 法律手段
• 7.2.3 经济手段
• 7.2.4 社会学手段
• 7.2.5 科学技术手段
• 7.3 森林生态系统管理的最佳方式——BMPs
• 7.3.1 BMPs的概念与内涵
• 7.3.2 最佳管理措施在国内外的应用
• 7.4 白河林业局年采伐限额最佳确定方法分析
• 7.4.1 空间数据准备与分析
• 7.4.2 模型与优化方法
• 7.4.3 景观水平上衡量非木材资源的指标
• 7.4.4 分类经营模式下的采伐预测
• 7.4.5 经营方案对比及可持续性分析
• 7.4.6 最佳推荐方案
• 7.4.7 结论和建议
• 7.5 基于生态系统管理的森林经营与传统森林经营的案例研究
• 7.5.1 研究方法
• 7.5.2 结果与分析
• 7.5.3 结论与讨论
• 8 长白山森林生态系统管理对策
• 8.1 森林生态系统管理的前提与目标
• 8.1.1 森林生态系统管理的前提
• 8.1.2 森林生态系统管理的目标
• 8.2 森林生态系统管理的理念
• 8.2.1 统一规划,分类经营
• 8.2.2 进行适应性调整
• 8.3 森林生态系统管理的行政法律对策
• 8.3.1 加强林业法制建设,加大执法力度
• 8.3.2 政府提供政策性支持
• 8.3.3 继续实施天然林保护工程
• 8.4 森林生态系统管理的经济学对策
• 8.4.1 加强合作,拓宽融资渠道
• 8.4.2 将生态资源优势转化为经济优势
• 8.5 森林生态系统管理的社会学对策
• 8.5.1 协调社区关系、促进社区发展
• 8.5.2 加强学习和宣传力度,提高认识及公众参与意识
• 8.5.3 做好应对突发事件的准备
• 8.5.4 重视沟通与合作
• 8.6 森林生态系统管理的经营措施
• 8.6.1 减少干扰,维持生态系统的持续供给能力
• 8.6.2 优化次生林林分空间结构
• 8.6.3 加强植被管理与恢复,提高物种多样性
• 8.6.4 加强生态监测与管护,建立现代化的信息库
• 8.6.5 保护水质,预防非点源污染
• 8.7 小结
• 9 结论与展望
• 9.1 主要结论及研究成果
• 9.2 独创与新颖之处
• 9.3 研究展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢