長白山退化闊葉紅松林的演替狀態及退化機制研究

摘要：闊葉紅松林區作為我國東北地區木材主要產地，主要分布于吉林長白山、小興安嶺和完達山地區。林區植被資源豐富，不僅經濟價值巨大，而且具有重要的生物學研究意義。本文以長白山退化闊葉紅松林為研究對象，通過選擇研究區域、建立相關模型和數據計算與分析來對其演替狀態及退化機制進行研究，以期能夠讓更多的學者進一步了解闊葉紅松林的演替狀態與退化機制。

關鍵詞：長白山；退化闊葉紅松林；演替狀態；退化機制

項目基金：長白山退化闊葉紅松林生態系統恢復關鍵性技術試驗示范（編號：20130206001SF）

中圖分類號：S714文獻標識碼：ADOI編號：10.14025/j.cnki.jlny.2016.05.059

闊葉紅松林是我國東北地區典型森林植被類型之一，分布東經在125度～134度范圍內，分布北緯在40度～49度范圍內，海拔高度最低300米，最高1100米，氣候條件溫暖潮濕。目前，我國已對闊葉紅松林進行了大量的研究，并積累了大量的經驗與數據資料。如楊晗熙通過馬爾科夫數學模型對長白山闊葉紅松林演替狀態進行了相關研究等。這為人們后續對長白山退化闊葉紅松林演替狀態與退化機制的研究提供了寶貴的資料參考。

1長白山退化闊葉紅松林的演替狀態

1.1研究區域概況

對于研究區域的選擇以1945年～1960年闊葉紅松林破壞較嚴重的地區為研究對象，包括長白山天池西坡路邊、北坡公路邊、鴨綠江邊和長白山保護區。這些地區交通便利，便于現場觀察與取材[1]。對于樣區大小的設定將其設置成50×20米規格，并對其地理位置及其他相關條件進行記錄，如海拔、經緯度等。同時，還要按照株高在1米以上的標準記錄樣區內7種樹木的數量。最后，將其他幾個樣區與保護區進行對比分析。

1.2模型構建

在參考現有研究資料的基礎上，通過建立馬爾科夫數學模型來將研究區內不同樹種作為描述長白山退化闊葉紅松林演替狀態的基本數據，然后通過對數據的計算與分析，最終得出長白山退化闊葉紅松林的演替狀態[2]。假設這7種不同樹種分別為紅松、白樺、水曲柳、紫椴木、山楊、春榆、蒙古櫟，數量分別記為n1、n2、n3、n4、n5、n6和n7，總數量記為N，將這些數據構成一個狀態向量，記為A。算出每種樹木在總數中的比率，構成一個狀態分配比率向量，記為L。這兩種向量是用于分析和描述闊葉林植被群落的重要基礎數據，并且向量中的各個分量均隨著時間的演變而按照一定規律進行轉移。利用馬爾科夫數學模型可以實現對這些分量轉移的定量分析。

根據各樹種分量，構建一個7階轉移矩陣，假設周期為40年，以松樹分配比率向量來對退化闊葉紅松林的演替狀態進行描述[3]。若當前闊葉林樹種分配比率為L，則經過一個周期后新的闊葉林樹種分配比率將為L與轉移矩陣的乘積，而經過k個周期后的闊葉林樹種分配比率則為L與K次冪轉移矩陣的乘積。這說明當周期趨于無窮大時，植被群落樹種的分配比率向量將趨于平衡狀態，即群落演替將達到頂峰狀態。

為實現利用平衡狀態向量對退化闊葉林破壞程度進行評價，需要引入表示平衡向量與當前向量差異程度變量———演替系數。若退化闊葉林樹種分配比率向量與平衡向量越接近，則說明闊葉林所在植被群落受破壞程度越小。因此，可以通過演替系數來對闊葉林隨著退化的不斷進行演替所達到的狀態程度進行評價。

1.3數據計算與分析

依據馬爾科夫數學模型，利用相關計算方法對得出的轉移矩陣平衡向量進行計算，可以得出較為精確的計算結果。按照這一方法對7種不同樹種的狀態向量、分配比率狀態向量、平衡狀態向量進行計算，并對計算過程和所得出的數據進行分析可知，隨著時間的流逝，樣區演替系數逐漸接近0，這意味著樣區演替狀態逐漸與群落頂峰狀態接近[4]。通過將其他樣區與保護區樹種分配比率的對比得知，長白山保護區闊葉紅松林沒有遭到破壞，且一開始紅松占有率就較高，但并沒有達到頂峰狀態，而是基本上趨于穩定狀態。

2長白山退化闊葉紅松林的退化機制

現有長白山闊葉紅松林退化生態系統土壤呼吸作用研究表明，退化闊葉紅松林的退化機制與氣候、溫度、光照、季節變化、降水、土壤濕度等有著密切的聯系。即溫度、氣候等各種因素通過作用于土壤之上，而對土壤呼吸作用產生影響，進而影響闊葉林的生長狀態。另外，長白山闊葉林的退化主要是因為其組成與結構發生不良變化，進而導致闊葉林生態系統功能退化所致，且不同演替階段所表現出的退化程度存在一定差異。在闊葉林退化過程中，會形成一個植被、環境、土壤系統，處于不同演替階段，土壤呼吸作用的過程與機理不盡相同，進而對闊葉林退化影響程度也不相同。在自然演替情況下，土壤呼吸作用會逐漸增加，當演替達到頂峰狀態時，土壤呼吸作用趨于穩定，即闊葉林退化開始處于自然狀態。

3結語

從上述內容分析可知，長白山天池西坡、北坡、南坡等闊葉紅松林均遭到了嚴重的破壞，而保護區則沒有受到破壞。闊葉紅松林區作為我國東北主要木材產地，對我國房屋建筑等基礎設施建設具有重要的作用。因此，在長白山退化闊葉紅松林演替狀態與退化機制的長期研究過程中，積極采取相應措施對林區植被進行保護，對促進地域經濟可持續發展具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]梁宇，許嘉巍，胡遠滿，常禹，布仁倉.長白山闊葉紅松林退化生態系統的土壤呼吸作用[J].應用生態學報，2010，（05）：1097-1104.

[2]杜志.長白山退化云冷杉林不同演替階段的林分結構研究[D].北京林業大學，2013.

[3]陳列.長白山闊葉紅松林主要樹種種群結構及其林木徑向生長對氣候響應[D].北京林業大學，2014.

[4]汲常萍.長白山闊葉紅松林和楊樺林不同土壤組分碳氮相關指標及差異研究[D].東北林業大學，2014.

作者簡介：劉麗杰，本科學歷，長白山科學研究院，研究方向：野生植物保護。