长白山退化阔叶红松林的演替状态及退化机制研究

摘要：阔叶红松林区作为我国东北地区木材主要产地，主要分布于吉林长白山、小兴安岭和完达山地区。林区植被资源丰富，不仅经济价值巨大，而且具有重要的生物学研究意义。本文以长白山退化阔叶红松林为研究对象，通过选择研究区域、建立相关模型和数据计算与分析来对其演替状态及退化机制进行研究，以期能够让更多的学者进一步了解阔叶红松林的演替状态与退化机制。

关键词：长白山；退化阔叶红松林；演替状态；退化机制

项目基金：长白山退化阔叶红松林生态系统恢复关键性技术试验示范（编号：20130206001SF）

中图分类号：S714文献标识码：ADOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2016.05.059

阔叶红松林是我国东北地区典型森林植被类型之一，分布东经在125度～134度范围内，分布北纬在40度～49度范围内，海拔高度最低300米，最高1100米，气候条件温暖潮湿。目前，我国已对阔叶红松林进行了大量的研究，并积累了大量的经验与数据资料。如杨晗熙通过马尔科夫数学模型对长白山阔叶红松林演替状态进行了相关研究等。这为人们后续对长白山退化阔叶红松林演替状态与退化机制的研究提供了宝贵的资料参考。

1长白山退化阔叶红松林的演替状态

1.1研究区域概况

对于研究区域的选择以1945年～1960年阔叶红松林破坏较严重的地区为研究对象，包括长白山天池西坡路边、北坡公路边、鸭绿江边和长白山保护区。这些地区交通便利，便于现场观察与取材[1]。对于样区大小的设定将其设置成50×20米规格，并对其地理位置及其他相关条件进行记录，如海拔、经纬度等。同时，还要按照株高在1米以上的标准记录样区内7种树木的数量。最后，将其他几个样区与保护区进行对比分析。

1.2模型构建

在参考现有研究资料的基础上，通过建立马尔科夫数学模型来将研究区内不同树种作为描述长白山退化阔叶红松林演替状态的基本数据，然后通过对数据的计算与分析，最终得出长白山退化阔叶红松林的演替状态[2]。假设这7种不同树种分别为红松、白桦、水曲柳、紫椴木、山杨、春榆、蒙古栎，数量分别记为n1、n2、n3、n4、n5、n6和n7，总数量记为N，将这些数据构成一个状态向量，记为A。算出每种树木在总数中的比率，构成一个状态分配比率向量，记为L。这两种向量是用于分析和描述阔叶林植被群落的重要基础数据，并且向量中的各个分量均随着时间的演变而按照一定规律进行转移。利用马尔科夫数学模型可以实现对这些分量转移的定量分析。

根据各树种分量，构建一个7阶转移矩阵，假设周期为40年，以松树分配比率向量来对退化阔叶红松林的演替状态进行描述[3]。若当前阔叶林树种分配比率为L，则经过一个周期后新的阔叶林树种分配比率将为L与转移矩阵的乘积，而经过k个周期后的阔叶林树种分配比率则为L与K次幂转移矩阵的乘积。这说明当周期趋于无穷大时，植被群落树种的分配比率向量将趋于平衡状态，即群落演替将达到顶峰状态。

为实现利用平衡状态向量对退化阔叶林破坏程度进行评价，需要引入表示平衡向量与当前向量差异程度变量———演替系数。若退化阔叶林树种分配比率向量与平衡向量越接近，则说明阔叶林所在植被群落受破坏程度越小。因此，可以通过演替系数来对阔叶林随着退化的不断进行演替所达到的状态程度进行评价。

1.3数据计算与分析

依据马尔科夫数学模型，利用相关计算方法对得出的转移矩阵平衡向量进行计算，可以得出较为精确的计算结果。按照这一方法对7种不同树种的状态向量、分配比率状态向量、平衡状态向量进行计算，并对计算过程和所得出的数据进行分析可知，随着时间的流逝，样区演替系数逐渐接近0，这意味着样区演替状态逐渐与群落顶峰状态接近[4]。通过将其他样区与保护区树种分配比率的对比得知，长白山保护区阔叶红松林没有遭到破坏，且一开始红松占有率就较高，但并没有达到顶峰状态，而是基本上趋于稳定状态。

2长白山退化闊叶红松林的退化机制

现有长白山阔叶红松林退化生态系统土壤呼吸作用研究表明，退化阔叶红松林的退化机制与气候、温度、光照、季节变化、降水、土壤湿度等有着密切的联系。即温度、气候等各种因素通过作用于土壤之上，而对土壤呼吸作用产生影响，进而影响阔叶林的生长状态。另外，长白山阔叶林的退化主要是因为其组成与结构发生不良变化，进而导致阔叶林生态系统功能退化所致，且不同演替阶段所表现出的退化程度存在一定差异。在阔叶林退化过程中，会形成一个植被、环境、土壤系统，处于不同演替阶段，土壤呼吸作用的过程与机理不尽相同，进而对阔叶林退化影响程度也不相同。在自然演替情况下，土壤呼吸作用会逐渐增加，当演替达到顶峰状态时，土壤呼吸作用趋于稳定，即阔叶林退化开始处于自然状态。

3结语

从上述内容分析可知，长白山天池西坡、北坡、南坡等阔叶红松林均遭到了严重的破坏，而保护区则没有受到破坏。阔叶红松林区作为我国东北主要木材产地，对我国房屋建筑等基础设施建设具有重要的作用。因此，在长白山退化阔叶红松林演替状态与退化机制的长期研究过程中，积极采取相应措施对林区植被进行保护，对促进地域经济可持续发展具有重要的现实意义。

参考文献

[1]梁宇，许嘉巍，胡远满，常禹，布仁仓.长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用[J].应用生态学报，2010，（05）：1097-1104.

[2]杜志.长白山退化云冷杉林不同演替阶段的林分结构研究[D].北京林业大学，2013.

[3]陈列.长白山阔叶红松林主要树种种群结构及其林木径向生长对气候响应[D].北京林业大学，2014.

[4]汲常萍.长白山阔叶红松林和杨桦林不同土壤组分碳氮相关指标及差异研究[D].东北林业大学，2014.

作者简介：刘丽杰，本科学历，长白山科学研究院，研究方向：野生植物保护。