寒温带兴安落叶松林倒木形成及密度调控机理研究

基于干扰生态学和森林生态学理论，以内蒙古大兴安岭国家级森林生态站为研究基地，以兴安落叶松原始林、渐伐林和皆伐林倒木为研究对象，采用野外调查与定位监测、室内实验与模型分析相结合的方法，分析森林干扰类型、强度与频度对兴安落叶松林倒木形成的影响程度，分析倒木存留量的时空变化规律，建立倒木动态性模型，揭示森林干扰对倒木形成的影响机制；研究土壤层厚度及其物理性质与倒木的关系，分析林木根系结构及抗拉、抗剪力学特性，探明根系固土的力学增强效应，探讨倒木形成与根土复合体的关系；基于冻土井的土壤温度和湿度监测，模拟分析根系层与冻土层之间的水热过程，探讨冻土冻融过程对林木稳定性的影响，探索性研究冻土变化对林木根系分布与倒木形成的作用机理。基于上述研究，分析倒木与林分密度的关系，提出不同经营类型、不同年龄兴安落叶松林的合理密度，模拟优化林分结构，为大兴安岭林区森林资源保护和经营管理提供科学依据。

大兴安岭林区位于我国最北部边疆，是我国面积最大的原始林区，也是我国唯一的寒温带针叶林区，在抑制全球气候变暖方面具有重要作用。倒木是森林生态系统的重要组成部分，倒木合理存留量的多少是决定其生态作用的重要因素，但我国关于倒木产生机理与森林干扰及其林分特征间的关系还不清楚。. 本研究以内蒙古大兴安岭森林生态系统国家野外科学观测研究站内的兴安落叶松原始林、渐伐林、皆伐林和人工林倒木为研究对象，在收集和整理生态站内相关监测数据后，选择设置了8个典型倒木样地，基于野外调查、定位监测与室内实验分析，具体研究了森林干扰与倒木的形成机理、兴安落叶松林根系固土力学机理、根系层与冻土层界面水热过程对倒木形成机理和兴安落叶松林分密度调控机理等四个方面的内容。. 主要研究结果：（1）在森林干扰中，人为干扰对混交林倒木的形成作用更明显，倒木株数随森林干扰强度呈增加趋势，倒木倒向主要分布在东南和东北方向，倒木成因主要以自然倒木、人为倒木和风倒木为主；（2）兴安落叶松根系最大抗拉力与直径呈幂函数正相关关系，与拉伸速率呈负相关关系，疲劳循环拉伸可增加兴安落叶松根系的最大抗拉力和抗拉强度，而根土复合体的黏聚力和内摩擦角均大于素土，且混合埋根方式对于提高素土抗剪切力效果优于垂直埋根和水平埋根；（3）兴安落叶松林根系层与冻土层月平均地温年变化趋势基本一致，冻土冻结期的降温速度随干扰强度的增大而增加；（4）兴安落叶松倒木格局主要以随机分布和小尺度聚集分布为主，白桦倒木分布格局与兴安落叶松倒木分布格局呈相似性，山杨倒木在整个研究尺度上聚集分布，兴安落叶松种群林木蓄积量占绝对优势，倒木现存量与林龄呈正相关关系，与林分密度呈负相关关系，而倒木体积贮量与林木蓄积量呈正相关关系。. 依托课题共培养出站1名博士后、1名博士、1名在读博士、2名硕士、22名本科生，发表学术论文15篇，硕士学位论文2篇，博士后出站报告1篇。积累了兴安落叶松林倒木三年野外连续调查数据，10个冻土井2年连续冻土层温度数据和兴安落叶松根系抗拉力、抗剪切力学特性及根土复合体抗剪切特性等大量宝贵数据。通过项目研究，为内蒙古大兴安岭林区倒木合理调控提供技术支撑，同时也为林区森林可持续经营和保护提供理论保障。