浅析林隙在森林生态系统演化中的作用

2022-09-11

林隙也被称为林窗,是指次生林内优势种群死亡后由新生优势种群占据的新的冠层空间,通常由林隙相、营造相、成熟相组成。林隙是森林群落演替循环的重要组成部分,直接影响次生林景观的外在表现,也影响次生林的生长与生态变化,对森林生长与生态格局演化具有不可忽视的重要作用,本文将对林隙的作用进行详细的分析。

1 林隙对森林生态时空演化的作用

森林内树木个体寿命长短对整个森林结构具有重要影响,一般情况下,在人类不断的干扰和影响下,林隙的存在可以较好的促进速生树种的生长,但是这样也会导致优势种乔木生长势的退化,从而促进灌木层和地被植物的生长。从不同地区林隙对森林景观生态的影响上来看,北方地区针叶树种受到火灾的影响较大,年平均干扰频率一般在20%左右,最高可以达到25%;热带雨林生态时空演化周期一般为60年左右,并且新的干扰常常发生在森林更新部分,时空分布范围有限。林隙的干扰不仅仅局限于同一种类型的次生林,在混交林中也有同样的作用,只是不同纬度地区林隙对森林生态时空演化影响存在较大差异[1] 。

2 林隙对森林生态环境的作用

森林的林隙产生以后,会对林木周围的环境条件产生较大的影响,具体表现为森林群体内的光照、温度、土壤养分等均会发生不同程度的变化。从微地形变化上来看,树倒形成的林隙主要会产生树倒坑以及树倒丘隆起,因此处于不同部位的林木生态环境便发生了变化[2] ;从光照变化上来看,林隙产生后最大的变化是林木群体内光照环境会发生较大的变化,处于林隙周围的林木接受的光照强度会显著增加,从而有利于林木的光合作用进行和促进林木的生长,并且这种现象还发生在落叶林中的林木秋季落叶后;从前人的相关研究来看,林隙产生后,林隙内阳光的总辐射、有效辐射以及光照时间常常提高60%以上,是林下植物的2倍以上,所以林隙内的林木幼苗具有较适宜的生长环境,这对于促进林木生长具有显著作用,同时也是推动森林生态系统演替的重要力量。在对林隙内林木幼苗生长的监测中发现,林隙内新生幼苗的株高、枝条加长生长、新生枝条的加长生长均显著高于非林隙环境下生长的同种林木的幼苗,同时,由于光照的增强,林隙内生长的林木幼苗对病虫害的抵抗力显著增强,这样可以有效的防止林木感染病虫害的风险,相关研究证明,林隙内幼苗的感病率比常规生长的幼苗降低30%左右;从林隙内温度的变化上来看,由于林隙的产生促进了森林生态系统中空气的流通和交换,从而也会引起温度的变化,长期监测结果显示,林隙生态系统内的日平均温度一般低于森林内部平均温度,这种现象不因季节的变化而发生改变,但是温度的变化幅度因林隙的大小而不同,通常情况下,较大的林隙会造成森林生态系统中温度的较大变化,而较小的林隙对温度的影响相对较小。林隙产生对土壤养分的影响因不同林分组成而有所不同,但是总体上林隙产生会使土壤内有效养分的含量增加,主要原因是林隙产生后导致了原有林木对养分吸收量的降低,一定程度上缓解了土壤养分单一吸收的压力,并且林隙产生促进了林隙内土壤有机质的矿化,提高了土壤内有效养分含量。

3 林隙对森林更新的作用

森林内林隙的产生改变了环境条件,特别是光照条件的变化,使得林木自然更新中不同林木的组成和种类以及数量发生变化,从而可以导致林木林分的组成发生变化。Whitemore详细研究了热带森林内林隙对林木生态更新的影响规律,从生态学变化角度来看,林隙会导致不同生态种类的林木发生,其中非耐阴先锋树种一般先在林隙内产生,当环境条件适宜时,这类树种便会在此定居和生长,但是这种现象的发生与林隙产生的时间和大小有直接的相关性,并且非耐阴树种的数量和种类因林隙大小而异,当林隙环境不适宜阳性树种生长发育时,通常耐阴树种的生长和定居会占主导地位,使得林木更新方向发生变化,并且也会使得林分中阳性先锋树种和阴性先锋树种的比例发生变化[3] 。在对长白山红松林的研究中发现,不同树种的更新以及更新密度与林隙大小具有很大相关性性,表现为林隙越大,林分更新密度越大,林木更新速率和密度提高幅度在35%左右。林隙变化与森林群落内不同树种生长具有较大相关性,一般情况下,光照条件的不同对森林群落结构中不同树种的影响不同,同时也会影响新生林分斑块的扩张,并且林隙内不同树种所占据位置的差异也会导致其竞争力的不同,因而会使得不同树种对资源环境的利用不同,进而会导致最终林分的组成发生变化,树种的种类和数量也会发生变化,进而促进了森林树种的多样化进程。

4 林隙对森林生物多样性的作用

森林中林隙的产生是生物多样性的重要源动力,也是维持森林内生物多样性的重要基础,林隙对森林内环境的改变,为新树种和新物种的迁入提供了基础,也为多种生物的生存创造了机会。由于林隙对环境的影响较为复杂,不同地区不同生态环境下的林隙存在较大的差异,因此对林隙内植物种类的影响也较大,林隙的空间异质性差异也是引起生物多样性的重要基础,特别是林隙内光照条件的变化,使得森林林分生物组成上会产生较大的变化,即使是林隙内生态环境微小的变化,也会造成生物种类巨大的差异,表现最明显的就是耐阴树种和非耐阴树种的比例变化。Canham研究认为,对林隙反应较大的是林隙内的耐阴树种,树木的耐阴性不同,对林隙环境的适应性不同,由于阴性树种和阳性树种在林隙内共同存在,使得林隙内生物多样性显著高于林下,特别是生物种类上,林隙内显著高于对照森林林分组成。但是随着林隙产生时间的延长,林木不同组成个体对光照的利用以及资源利用的差异又会导致林分的生态分化,组成森林的生物群体特征也会发生显著的变化,通常情况下,阳性树种的生长会受到明显的抑制,而耐阴树种会逐渐增多,并且在林下占据主要地位[4] 。

从草本植物和灌木变化上来看,草本植物在林隙产生早期种类繁多,生长繁茂,但是随着林隙的不断发展,草本植物数量会逐渐降低,取而代之的是灌木,但是随着时间的延长,灌木会逐渐被小乔木所代替,到了林隙的发育后期或者末期,大乔木将会成为主体,草本植物和灌木数量急剧降低,也反映了林隙发展对林分组成和生物多样性的影响是随着时间的变化而变化的。相关研究表明,林隙内更新的树种种类和数量一般显著大于非林隙状态下更新的林分种类,并且林木的种类变化表现为随着林隙产生时间的延长而降低的变化趋势,并且林隙产生的异质性也是造成林木组成差异的主要原因[5] 。

5 林隙对森林种子库的作用

森林内种子库的变化是森林物种变化的基础,也是森林生态系统演化的重要基础,也是林分更新的重要保障,是维持森林持续存在的重要基础。在森林土壤内,通常存在着大量具有生命力的种子,这一大类种子被称为土壤种子库,加上大部分林木的种子可以通过多种方式进行远距离传播,所以土壤环境的差异是影响土壤种子库内种子生存和生长的主要因素。森林林隙内种子的来源尽管有多种,但是具有生命活力的种子数量是保证林隙内植物更新的保障。Connell研究认为,大量有生命活力的林木种子进入较大的林隙环境中后,部分种子生长发育促进了林分的更新速率,但是种子的种类也是影响林隙内林木更新效率和物种多样性的限制因素。Lawton对森林内种子库的扩散后发现,林隙内种子库萌发的幼苗种类因群落的组成而有差异,林隙可以增加森林种子库的多样性,这是因为林隙内林木组成种类丰富,产生的种子数量以及质量有较大差异,并且林隙也丰富了森林种子库的组成;Putz研究认为,森林种子库的相对稳定性是保证森林生态系统演化中向着原来生物组成的方向的基础,但是林隙增加的种子库内新生植物种类又增加了林分的异质性,对于保持森林持续的生命力具有显著作用。综上所述,林隙对森林种子库的重要作用是增加森林种子库的多样性。

6 林隙对森林种群动态变化的作用

林隙的干扰常常会影响原有林木的生长进程,同时也会为新生植物群体的生长创造良好的条件,所以林分组成的变化常常可以作为分析林隙对森林种群变化影响的重要组成。从前人的相关研究上来看,林隙对森林群落的影响时空差异常常反应在森林更替时间的变化上,通过综合分析森林不同演替阶段的变化,对于预测森林群落未来的发展趋势具有重要的作用。减润国经过分析林隙对森林种群的动态变化后发现,林隙干扰是促进森林种群动态变化的基础,也是实现林木多样化的重要推动力。

摘要：林隙是森林生态演替过程中重要的推动力,林隙对森林生态系统演化具有重要的作用。本文详细分析了林隙对森林生态时空演化、生态环境、森林更新、森林生物多样性、森林种子库、种群动态变化等6个方面的作用,分析了林隙对生态演化的具体表现,以期为森林经营和管理中合理的进行林隙干扰作业提供理论支持。

关键词：林隙,生态系统,生态演化