毛竹扩张对常绿阔叶林氮磷分配格局与过程的影响

发布时间：2020-05-09 06:50

【摘要】：毛竹(Phyllostachys pubescens)是一种乔木状克隆植物,它依靠强大的地下茎向邻近森林扩张,已严重影响我国南方大量次生常绿阔叶林的生物多样性保护、生产力形成、生物量累积及水土保持等生态功能。氮(N)、磷(P)是森林植物必需的生命元素,其生物地球化学循环过程和森林生态功能的形成与维持密切相关,且易受森林植物组成、群落结构和环境因子的影响。然而,毛竹扩张对邻近常绿阔叶林N、P分配格局和过程会造成怎样的影响,其影响过程与机制怎样,至今不清楚。本文采用时空替代法,在江西大岗山国家森林生态站,沿扩张方向连续设置毛竹林、竹阔混交林和次生常绿阔叶林样地。在群落调查的基础上,监测毛竹克隆系统N、P的时空动态特征,对比毛竹与阔叶树的N、P根际效应,叶片N、P回收率,以探讨毛竹克隆扩张的N、P生理生态策略。测定毛竹林和阔叶林的生产力、生物量、养分库(植物、凋落物和土壤)、养分流(吸收、归还)等指标,评价扩张后生态系统N、P循环与分配的变化。结果如下:在竹林扩张过程中,毛竹与阔叶树N、P的根际效应,叶片N、P回收率变化明显不同。首先,毛竹的NH_4~+-N和有效P根际效应分别增加了73%和25%,但以丝栗栲为代表的8种阔叶树分别减少17%~31%和11%~26%。其次,毛竹叶片N、P回收率(N:40%,P:71%)显著高于阔叶树(N:16%~28%,P:11%~41%),使扩张后凋落物N、P含量分别减少20%和28%,C/N和C/P分别增加19%和35%。此外,毛竹具有较强的生理整合作用,在6个度龄的竹子之间存在明显的N、P资源共享,供应新竹、新鞭克隆生长的需求。扩张导致次生阔叶林转变成竹林后,群落生物量分配格局和初级生产力发生了显著变化,其中地上/地下生物量比值由阔叶林的4.1降至竹林的2.1;而初级生产力增长52%,主要是由于毛竹细根生物量高于阔叶树。同时,扩张前后生态系统N、P的分配格局和循环明显不同。群落N、P储量分别增加38%和32%,但土壤有效N库、P库分别减少27%和40%。群落N、P年吸收量分别增加8%和16%,但凋落物N、P归还量分别减少14%和26%。生态系统N、P循环系数(归还/吸收)分别减小22%和36%,N、P周转期(储量/归还)延长60.1%和78.5%。总之,毛竹不仅具有较强的获取N、P的能力,还具有较高的回收、克隆整合N、P的效率,表现出“吸多放少”的特性。这一特性提高了体内N、P的保留时间与利用率,有利于促进毛竹种群的克隆繁殖,但导致常绿阔叶林土壤有效养分库变小,生态系统N、P归还速度减慢,且对P的影响高于N。
【图文】：

图 1.2 竹子扩张 (a)毛竹向周边次生林扩张；(b) 箬竹扩张落叶阔叶林中国是世界上竹林面积最大、资源最丰富的国家，素有“竹子王国”被气候带划分，中国竹林主要分布在长江—南岭、华南、西南和黄河。1970—2003 年，竹林面积从3.20Mhm2增涨至5.00Mhm2，，增涨近51.部分来自人工造林外，大部分源于竹林的自然扩张。例如，浙江天目区从 1984—2015 年竹林面积增加近 2.6 倍，竹子扩张总面积目前达年扩张最大速度为 26.1 hm2yr 1，并且 65%的常绿阔叶林遭受竹子

图 1.3 浙江天目山竹林扩张过程(1984-2015 年)，引自 Ying 等(2016)[9]日本竹子扩张也十分严重，从东部到西部，从低山到高山，竹子扩张随处可1]。如西南部的 Haruno 镇竹林面积自 1962—1998 年内增大了 204%[10]。在人类频繁的东京地区扩张速度更明显，竹林面积每年增加 9.6%，水平空间延伸距 2.1 m yr-1[39]。除了低海拔的高大竹子扩张外，高山上的灌木状竹子也呈现明张趋势，MountAsahi 西坡海拔 1300～1700m 处的千岛箬竹(Sasakurilensis)总由 1977 年的 59.5 hm2增加至 2012 年的 120.7 hm2，扩大了近 1 倍[40]。南美的也在扩张蔓延，从 1962 到 2000 年仅 40 000 hm2保护区范围内，遭受竹子扩森林面积达 2 000 hm2[41]。尽管竹子在人类经济和文化中扮演着重要角色，但竹子扩张引发的一系列环境问题，主要可归纳于群落组成与结构、生物多样性、土壤理化性质以及生统过程与功能等 4 个方面。(1) 群落组成与结构 竹子扩张使群落结构与物种组成单一化，尤其是乔木子扩张的生态效应更为明显。欧阳明等(2013)发现井冈山自然保护区常绿阔叶毛竹扩张后，尽管群落总木立数有所增加，但木本植物显著减少，群落垂直结
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S718.5

【参考文献】

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本文编号：2655759