不同地形老龄杉木人工林材种结构、土壤特性及林下植被多样性分析

发布时间：2020-08-09 07:36

【摘要】：杉木是我国南方重要的速生用材树种之一。因较高密度种植、短周期轮伐及多代连栽等不良营林措施的影响,绝大多数杉木人工林面临生产力下降等诸多问题。降低杉木人工林的经营密度、促进杉木人工林林下植被恢复以及延长杉木人工林的轮伐年限是解决杉木人工林生产力下降的有效途径。本文以福建省南平市王台镇安曹下100年生老龄杉木人工林为研究对象,在分析不同地形老龄杉木人工林林分生长量、材种结构、林下植被多样性的基础上,测定不同地形老龄杉木人工林的土壤物理性质、化学性质、酚酸类物质含量及微生物组成及多样性,并进一步分析土壤物理性质、化学性质、酚酸类物质含量、微生物多样性与林下植被多样性之间的相关关系,研究结果为杉木人工林退化生态系统的恢复、杉木人工林长期生产力维护以及杉木人工林林分质量的精准提升提供理论参考依据。主要研究结果如下:(1)不同地形老龄杉木人工林林分生长量及材种结构存在差异。平均树高和平均胸径表现为山洼地最大,西北坡最小,林分蓄积量则与之相反,各林分生长量指标在不同地形条件下差异显著(P0.05);材种结构表现为山洼地均为大径材,西北坡中小径材出材量和出材率最高;不同地形大径材的出材量差异不显著,但出材率差异显著(P0.05)。总体而言,老龄杉木人工林林分生长状况好,材种主要为大径材。(2)老龄杉木人工林林下植被较丰富,共出现83种植物,隶属于51科70属。西南坡共有49种植物,隶属于37科43属;西北坡共有46种植物,隶属于36科41属;山凹部共有45种植物,隶属于32科39属;山洼地共有16种植物,隶属于14科16属。西南坡、西北坡、山凹部的植被种类数目相近且都显著大于山洼地。(3)不同地形老龄杉木人工林灌木层Shannon-Wiener指数、物种丰富度指数均为西北坡西南坡山凹部山洼地,Simpson优势度指数为西北坡山凹部西南坡山洼地,Pielou均匀度指数为山凹部西北坡西南坡山洼地;草本层Shannon-Wiener指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数均为西北坡西南坡山凹部山洼地,物种丰富度指数为西北坡山凹部西南坡山洼地。山洼地林下植被各项多样性指标均与其它三种地形差异显著(P0.05)。总体而言,老龄杉木人工林植被多样性为灌木层草本层。(4)不同地形老龄杉木人工林土壤理化性质存在差异。西南坡、西北坡和山凹部的土壤物理性质要优于山洼地;西南坡土壤有机质、全N、速效K含量最高,西北坡土壤活性铝含量最高,山凹部土壤速效P含量最高,洼地土壤全P、全K含量最高。总体而言,老龄杉木人工林土壤养分含量较高,表明延长轮伐周期可以维护杉木人工林地力。(5)老龄杉木人工林土壤共鉴定出15种酚酸类物质,在正离子模式中鉴定出4种,含量较高的有Cis-2,3-dihydroxy-2,3-dihydrop-cumate、香草酸,并且这两种酚酸含量在不同地形不同土层变化趋势较大,在西南坡、西北坡和山洼地随土层加深显著增加,而在山凹部随土层加深急剧下降。在负离子模式种鉴定出11种,含量较高的有邻苯二甲酸单异丁基酸、Amurensisin、对羟基苯甲酸丁酯,其中邻苯二甲酸单异丁基酸在不同地形不同土层变化趋势较大,在西南坡和西北坡随土层加深显著增加,在山凹部随土层加深急剧下降。(6)老龄杉木人工林土壤共鉴定出8种细菌门类和4种真菌门类,放线菌门和变形菌门为细菌的主要优势菌门,子囊菌门为真菌的主要优势菌门。不同地形土壤微生物多样性存在差异,细菌Chao1、Ace指数表现为山洼地最大,西北坡最小,真菌的Chao1、Ace指数与之相反;细菌的Shannon指数表现为西南坡最大,山凹部最小,真菌的Shannon指数与之相同;细菌的Simpson指数表现为西北坡最大,山洼地最小,真菌的Simpson指数表现为西北坡最大,山凹部最小。(7)相关性分析结果表明,不同地形老龄杉木人工林林下植被多样性与土壤理化性质、酚酸类物质含量、微生物多样性存在明显的相关性,林下植被多样性指标与土壤容重、全磷、全钾、pH值呈显著负相关,与有机质、全氮、交换态铝、酸溶无机铝、腐殖酸铝、Cis-2,3-dihydroxy-2,3-dihydro-p-cumate、邻苯二甲酸单异丁基酸、3-hydroxy-5-methoxy-6-prenylstilbene-2-carboxylic acid、2-O-protocate chuoylalphitolic acid、蜜环菌丁素、5,5'-dehydrodivanillate、半月苔酸、Amurensisin、大麻二醇酸、细菌Shannon指数、真菌Shannon指数呈显著正相关。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S791.27
【图文】：

杉木人工林,林下植被,物种多样性指数,山洼

图 3-1 不同地形老龄杉木人工林林下植被物种多样性指数Fig.3-1 Species diversity index of undergrowth vegetation of Chinese fir plantation in differentterrains注：不同小写字母表示不同地形各指标差异显著（P<0.05）。3.3 不同地形老龄杉木人工林土壤理化性质研究3.3.1 土壤物理性质土壤容重、含水率、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度是表征土壤物理性质的重要指标[75]。土壤容重是反映土壤紧实度的一个敏感性指标。从表 3-6 可以看出，在 0~20cm 土层，土壤容重表现为山洼地>西南坡>西北坡>山凹部，差异不显著（P>0.05）；在 20~40 cm 土层，表现为山洼地>山凹部>西北坡>西南坡，差异显著（P<0.05）；在 40~60 cm 土层表现为山洼地>山凹部>西南坡>西北坡，差异显著（P<0.05）。由以上分析可知，山洼地土壤容重最大，土壤相对紧实，土壤透

正模式,杉木人工林,酚酸类物质,土壤

图 3-18 不同地形老龄杉木人工林土壤正模式酚酸类物质鉴定g.3-18 Identification of positive phenolic acids in old Chinese fir plantations with diffeterrains100 年生老龄杉木人工林土壤在负离子检测模式中，共鉴定出 11 种酚，分别是对羟基苯甲酸丁酯（Butylparaben）、水杨酸戊酯（Amyl sa邻苯二甲酸单异丁基酸（Monoisobutyl phthalic acid）、白果新酸（26-tridecylbenzoic acid）、3-hydroxy-5-methoxy-6-prenylstilbene-2-carbo、2-O-protocatechuoylalphitolic acid、蜜环菌丁素（Armillaribin）、5,5

杉木人工林,负模,酚酸类物质,山洼

不同地形老龄杉木人工林材种结构、土壤特性及林下植被多样性分析μg·g-1）>山凹部（77.68 μg·g-1）>山洼地（46.00 μg·g-1）；对羟基苯甲酸丁酯（Butylparaben）表现为山洼地（430.27 μg·g-1）>西南坡（346.03 μg·g-1）>西北坡（298.32 μg·g-1）>山凹部（151.32 μg·g-1）；半月苔酸（Lunularic acid）表现为西南坡（241.62 μg·g-1）>西北坡（152.47 μg·g-1）>山凹部（81.01 μg·g-1）>山洼地（17.16 μg·g-1）；水杨酸戊酯（Amyl salicylate）表现为西南坡（243.84 μg·g-1）西北坡（181.10μg·g-1）>山洼地（168.13 μg·g-1）>山凹部（104.19 μg·g-1）。在同一地形不同土层，邻苯二甲酸单异丁基酸、Amurensisin、对羟基苯甲酸丁酯、水杨酸戊酯含量在西南坡、西北坡和山洼地随着土层的加深而增加，山凹部与之相反，随土层加深而减少；半月苔酸含量在西南坡和西北坡随土层的加深而增加，在山凹部和山洼地与之相反，随土层的加深而减少。

【参考文献】